姚小春

(吉林建筑工程學院電氣與電子信息工程學院，長春 130118)

隨著糧食產(chǎn)量的增加，儲糧設備尤其是大型設備也逐年增加，傳統(tǒng)的人工查看糧溫的方法已逐步被電子檢溫設備所取代.小的儲糧設備一般采用小型測溫儀檢測糧溫，大型儲糧設備已逐步配備微機測溫系統(tǒng).由于單片機具有體積小，重量輕，抗干擾能力強，環(huán)境要求不高，價格低廉，可靠性高，靈活性好等優(yōu)點［1］，被廣泛地應用于溫度測控系統(tǒng)中.

1 系統(tǒng)簡介

圖1為糧倉溫度監(jiān)測系統(tǒng)框圖.系統(tǒng)以單片機AT 89 C 51為糧倉溫度監(jiān)測系統(tǒng)的核心，通過多個溫度傳感器AD590對糧倉內(nèi)多點溫度進行測量，并由多路模擬開關依次采樣各點溫度值(也可通過鍵盤人為選擇某測量點溫度值)，經(jīng)過放大后送入A/D轉(zhuǎn)換電路，繼而送入單片機，并進行溫度顯示.若此溫度超過規(guī)定范圍，報警器報警，進而控制通風裝置的運行和停止.精確實現(xiàn)糧食倉儲過程中所需的溫度環(huán)境，為高質(zhì)量的產(chǎn)品提供保證.

圖1 系統(tǒng)框圖

2 系統(tǒng)硬件設計及系統(tǒng)軟件設計

2.1 傳感器、RS－485通信模塊

溫度傳感器是溫度測控系統(tǒng)中的關鍵部件，其精度的高低、性能的好壞直接影響到整個測控系統(tǒng)的品質(zhì)和運行狀態(tài).本系統(tǒng)選用若干個集成溫度傳感器AD 590接成矩陣形式，構成多點測溫系統(tǒng).

AD 590是一種電壓輸入、電流輸出型集成溫敏傳感器，測溫范圍為－55℃ ～+150℃，非線性誤差在±0.3℃，其輸出電流與絕對溫度成正比［2］，因而不必考慮多路模擬開關引入的附加電阻造成的誤差，也不必考慮長距離傳輸線電壓降的影響.它與DS 18 B 20相比，特別適合于信號的遠距離傳輸.

系統(tǒng)采用RS－485通訊方式來實現(xiàn)上下位機的通訊.RS－485采用平衡式傳送方式進行信號傳輸，其輸入、輸出均為差動方式，這種做法使通信模塊在受到干擾時，兩根信號線可能同時產(chǎn)生干擾電平，對差動輸入不起作用，因此，RS－485傳輸距離較遠.為了進行電平轉(zhuǎn)換，本方案選用MAX 485轉(zhuǎn)換模塊，同時為了實現(xiàn)傳輸線末端的阻抗匹配，在MAX－485電路中接一個120Ω的電阻.

2.2 多路模擬開關

多路模擬開關實際上起一個波段開關的作用.對于一個良好的開關，要求開關接通時，開關兩端電阻很小，而斷開時此電阻很大，并希望開關速度高，對所傳輸?shù)男盘栍辛己玫木€性度，以減小傳輸失真，要求工作穩(wěn)定性好且壽命長.

CC 4051是單八路模擬開關，它是由電平位移電路、帶禁止端INH的8選1譯碼器和由該譯碼器對各個輸出分別加以控制的8個CMOS雙向模擬開關組成.AD 590矩陣的行、列分別與兩個CC 4051相連，通過三位行、列選擇數(shù)字碼(由單片微機產(chǎn)生)就可使64個被測點中的任何一個接入測控電路.

2.3 模擬小信號放大電路

被測溫度經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換得到的電信號的幅度往往很小，無法進行A/D轉(zhuǎn)換，因此，需對這些模擬電信號進行放大處理.為使電路簡單又便于調(diào)試，一般都采用集成運算放大器.

本系統(tǒng)選用集成運放ICL 7650構成高增益、低漂移放大器，用于放大AD 590的輸出信號.ICL 7650，采用CMOS工藝，開關電容斬波方式使其前置放大器的分辨率可小于10μV，能自動檢測放大器的失調(diào)電壓和共模電壓引起的漂移，并自動動態(tài)校零.

2.4 A/D 轉(zhuǎn)換器

從放大電路輸出的信號須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后才能進入以AT 89 C 51單片機為主控元件的單片機測控系統(tǒng).選擇A/D轉(zhuǎn)換器件主要是從速度、精度和價格上考慮.逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，在速度、精度和價格上都適中，是最常用的A/D轉(zhuǎn)換器件.

ADC 0809是CMOS工藝，采用逐次逼近法的8位A/D轉(zhuǎn)換芯片，片內(nèi)還有多路模擬開關，以及相應的通道地址鎖存和譯碼電路［3］.多路開關有8路模擬量輸入端，最多允許8路模擬量分時輸入，共用一個A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換.

2.5 單片機

系統(tǒng)選用AT 89 C 51單片機作為主控元件，它可以提供一個8位CPU，4 KB的閃爍存儲器Flash ROM，256字節(jié)RAM，4個8位并行I/O端口、2個16位定時器/計數(shù)器、1個可編程全雙工串行口、5個中斷源、片內(nèi)振蕩電路和時鐘電路、64 KB總線擴展控制器.片內(nèi)還含有時鐘振蕩器，其軟件程序兼容標準MCS－51指令系統(tǒng)，硬件含有80 C 51引腳結構.芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元.它是一種低功耗、高性能的8位單片機［4］.采用了CMOS工藝和高密度非易失性存儲器技術，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS－51兼容，具有系統(tǒng)硬件設計簡單、軟件設計方便等特點.經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字信號，進入以AT 89 C 51為核心的單片機測控系統(tǒng)，進而完成數(shù)據(jù)的處理、顯示、報警等功能.

AT89 S 51的工作電壓為+5V，而照明電壓為220 V，50 Hz的交流電，所以需要先通過一個變壓器降壓，再通過整流橋?qū)㈦妷恨D(zhuǎn)換成直流電壓.由于變壓后得到的直流電壓可能含有交流分量，所以要通過濾波電路對其進行濾波處理，然后通過穩(wěn)壓器得到穩(wěn)定的5 V電壓.

2.6 鍵盤、顯示、報警電路

系統(tǒng)采用行列式非編碼鍵盤，操作人員可通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實現(xiàn)簡單的人—機通信.顯示器采用LED數(shù)碼管，它具有顯示清晰、亮度高、壽命長、硬件結構簡單、軟件編程方便、價格低廉等特點［5］.

報警裝置是聲光報警，由發(fā)光二極管和蜂鳴器組成，當所測量的溫度超過標準溫度時，實現(xiàn)自動報警.

本方案設置了自動復位電路和手動復位電路，使整個系統(tǒng)在自動初始化時能從一個確定的狀態(tài)運行.由于單片機受到周圍環(huán)境的干擾出現(xiàn)程序跑飛或陷入死循環(huán)等不正常工作現(xiàn)象，因此，系統(tǒng)為單片機電路添加了一個外部看門狗電路.看門狗電路的硬件采用了一個定時器來控制主程序的運行，用以定時查詢單片機的工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)異常即對單片機延時重啟，保證系統(tǒng)安全可靠的運行.本方案中采用MAX 813 L芯片作為硬件看門狗，其返回端與單片機復位端相連提供復位信號，由單片機的P 1.0口為看門狗模塊提供信號.

系統(tǒng)軟件部分主要完成對溫度信號的采集、處理、顯示等，其主程序流程圖如2所示.

圖2 主程序流程圖

3 結論

糧倉溫度測控系統(tǒng)容易檢測和控制糧倉溫度，實現(xiàn)糧食倉儲過程中所需的溫度環(huán)境，有效保護糧食的質(zhì)量.本系統(tǒng)具有結構簡單、現(xiàn)場安裝、調(diào)試方便、易于擴展、具有較強的抗干擾能力和可靠的遠距離運輸?shù)葍?yōu)點，給工作帶來方便，經(jīng)濟效益可觀，具有很大的實際意義.

［1］張毅剛，彭喜元，黃繼成.單片機原理及應用［M］.北京:高等教育出版社，2003:225－229.

［2］吳金戍，沈慶陽，郭庭吉.8051單片機實踐與應用［M］.北京:清華大學出版社，2003:239－260.

［3］何立民.MCS－51系列單片機應用系統(tǒng)設計［M］.北京:北京航天航空大學出版社，1990:287－293.

［4］李朝青.單片機原理及接口技術［M］.北京:北京航天航空大學出版社，2005:38－47.

［5］傅 宇，宋長源，周兆豐.基于單片機的糧食干燥設備溫度控制系統(tǒng)設計［J］.糧油加工，2006(8):74－75.