基于單片機的倉庫監(jiān)控系統(tǒng)的設計

1、2011.092011年09月摘要：本文是基于KeilC軟件開發(fā)平臺和Protel99se硬件開發(fā)平臺完成的倉庫監(jiān)控系統(tǒng)的設計。方案采用增強型STC89C52單片機為控制核心，DHT90溫濕度傳感器為系統(tǒng)上游信號采集系統(tǒng)的核心。并采用了多路信號采集并取均值的方式，并據(jù)此設計了相關的多路信號分時選擇通道。系統(tǒng)通過監(jiān)控實時溫、濕度與預先設置的安全區(qū)進行比較來實現(xiàn)。當監(jiān)控主機發(fā)現(xiàn)監(jiān)控環(huán)境中的元素出現(xiàn)異常（溫、濕度過限）時，系統(tǒng)能夠及時的運行預

2、定義的報警聯(lián)動裝置。該系統(tǒng)可靠性高、人機交換界面友好，使用維護簡單。關鍵詞：STC89C51單片機；DHT90溫、濕度傳感器；信號分時選擇通道中圖分類號：N945.2文獻標識碼：A文章編號：10064117（2011）09039502基于單片機的倉庫監(jiān)控系統(tǒng)的設計文趙鴻源學術探討學術探討引言：溫、濕度的監(jiān)測與管理在檔案庫、倉庫等物品存儲場所占有舉足輕重的作用。傳統(tǒng)檢測溫、濕度的方法是通過人工對溫度、濕度進行檢測，對不符合要求的進行房間進

3、行通風、去濕和降溫等工作。這種人工測試方法費時費力、效率低，而且測試的溫度與濕度誤差較大，隨機性大。本文所介紹的溫濕度控制系統(tǒng)是基于STC89C52單片機位控制核心、結合傳感技術與傳感器、通信原理、自動控制原理、數(shù)字電子電路技術與模擬電子電路技術，實現(xiàn)了倉庫的溫、濕度檢測與有效管理，降低了經濟損失與勞動強度。一、系統(tǒng)可行性分析DHT90溫、濕度傳感器是單總線數(shù)據(jù)結構，且片內地址到目前為止始終為固定值000。第一種方式：與單個DHT90進

4、行通信可以使用I2C總線協(xié)議為基礎。但使用時必須注意，總線上只能掛一個傳感器。第二種方式：采用單片機模擬其傳感器通信協(xié)議，這樣也可以使單片機與DHT90進行正常通信。DHT90通信協(xié)議可以用單片機軟件模擬出來，進而進行操作。二、系統(tǒng)設計本系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能為監(jiān)測倉庫內環(huán)境溫濕度，并且實現(xiàn)過線報警功能。即在系統(tǒng)初始化過程中需要對系統(tǒng)設置溫濕度的安全區(qū)，即為溫濕度的上下限。若實時溫濕度的值落在安全區(qū)以外，系統(tǒng)就會區(qū)分其異常類型，根據(jù)不同的異

5、常類型，進行不同的報警功能。最后將溫濕度值實時顯示在12864液晶屏上。系統(tǒng)總體框圖如圖21所示：圖21系統(tǒng)框圖如圖21所示，本系統(tǒng)主要分為5大部分，第一部分為單片機最小系統(tǒng)部分；第二部分是傳感器部分；第三部分是信號分時選擇通道；第四部分為報警部分。第五部分為輸入輸出部分。（一）單片機最小系統(tǒng)的設計1、晶振與復位部分單片機的晶振與復位原理圖如圖22所示：圖22晶振與復位原理本系統(tǒng)的晶振采用外部無源晶振。讀圖，C10、C11與Y1組成電容

6、三點式振蕩器，其中C10與C11是分壓電容，起到了幫之起振和穩(wěn)頻的作用。其值的取值范圍位5PF30PF。在規(guī)定允許范圍內其值越小越好。而根據(jù)相位平衡條件可以判斷出Y1工作在串聯(lián)諧振頻率與并聯(lián)諧振頻率之間，呈感性。該電路與內部的反向放大器組成一個正反饋網絡，這樣來維持自己振蕩的持續(xù)。等效電路如圖23所示圖23正反饋網絡等效電路圖其中R1的值應該在兆歐級別，因為R1在這里起到了在開始起振時呈線性狀態(tài)。復位電路中包括兩部分：第一部分由C1與R

7、10組成的上電復位電路。第二部分由S13、R11和R10組成的手動復位電路。上電復位是依賴于VCC對電容充電完成的。由于CMOS元件一般高于0.8VCC即為高電平，低電平要低于0.2VCC。RC充電公式為其中Vt：t時刻的電壓值。V0電容電壓初始值。V1電容充滿電值。為了安全起見，設Vt=0.9VCC所以得出：t≈2.3RC。取R=10KC=10μf。手動復位是依賴于電阻的分壓，來達到使RST維持高電平的效果。該部分電路由VCC、S13

8、、R10和R11組成。在這里默認按下按鍵的時間要大于單片機的2個機器周期。當按鍵被按下時，電阻R10與R11進行分壓。所以RST腳的電壓為：其中R10=10KR11=1K。所以VRES≈4.5V。2、串口通信設計本系統(tǒng)基于美信公司的MAX232設計的串口通信。MAX232是美信公司專門為RS電平串口通信專門做的，是用2011.092011年09月學術探討學術探討來電平轉換的。其電路圖如圖24所示：圖24串口通信232的高電平是15V至3

9、V，低電平是3V至15V。MAX232主要分為3個部分。由1腳、2腳、3腳、4腳、5腳和6腳組成的電荷泵電路。主要完成電中電壓的倍增和變換。第二部分由7腳、8腳、9腳、10腳、11腳、12腳、13腳、14腳組成的數(shù)據(jù)通信部分。TTLCOMS電平通過T1IN與T2IN進入后通過R1OUT與R2OUT輸出。RS232電平由R1IN與R2IN進入后由T1OUT與T2OUT輸出。第三部分由15腳與16腳組成的電源與地。在電路中，電容CD1、CD

10、2、CD3和CD4的值為1μf，若采用MAX232cpe商業(yè)級的電容為0.1μf。電容值一般不予改變。1、3腳之間的電容與2腳與電源之間的電容與芯片內部電路共同作用，達到使5V到10V的電壓倍增效果。4腳、5腳之間的電容、6腳與地之間的電容與芯片內部共同作用，達到使10V到10V之間的電壓翻轉。（二）傳感器與分時電路的設計1、傳感器的物理特性該系統(tǒng)采用的是DHT90溫、濕度傳感器。其輸出為全標定數(shù)字輸出。其結構如圖25：圖25DHT90

11、傳感器該傳感器的精度高，測濕范圍為0至100%RH，測溫范圍為40至128℃。足夠滿足本系統(tǒng)的設計要求。所以系統(tǒng)采用DHT90傳感器。2、傳感器的工作流程DHT90傳感器的硬件電路十分簡單，其難度在于對其的控制程序。其控制流程為：（1）首先，我們需要啟動傳輸函數(shù)。這樣就可以啟動傳感器。（2）然后，發(fā)送命令。該命令由8位，兩部分組成。第一部分即前三位是地址碼，為固定值000。后5位為命令碼，決定了傳感器的工作方式。（3）若傳感器與單片機數(shù)

12、據(jù)傳輸后，DATA下拉為低電平（表示測量結束），只有等到這一信號才能進行下一步動作。讀取測量值，將其轉化為溫濕、度值3、信號分時選擇通道由于DHT90傳感器片內地址為固定值000，所以不能將多個傳感器的直接掛在I2C總線上。但是為了得到更加有說服力、更加能說明問題的值，該系統(tǒng)要采用4路傳感器，分別測得不同地方的溫、濕度值，這樣，就需要解決多個傳感器信號輸入問題?？梢圆捎妹總€傳感器分別接至單片機，這樣硬件電路會很復雜，直接浪費了單片機的系

13、統(tǒng)資源。所以本系統(tǒng)沒有采用這種方式。而采用的是數(shù)字信號分時輸入的方式來進行信號傳輸?shù)?。其電路圖如圖26所示：圖26信號分時選擇通道9014三極管在這里起到開關作用。當單片機給出高電平時三極管工作。R1R2R3R4在這里起到限流作用，防止電流過大燒毀三極管。其值為9014的PN結電壓為0.3V放大倍數(shù)在200300之間。只要控制基極電流為10μ就可以保持三極管正常工作。（三）報警電路圖27報警電路報警電路采用灌電流方式。發(fā)光二極管的壓降為

14、1.7V，將其點亮的電流在3mA10mA左右。所以限流電阻的值為：即R=1.1K所以，R取1K。（四）輸入輸出顯示電路由于該系統(tǒng)需要輸入的數(shù)據(jù)量變化多而且較為復雜，所以輸入采用44矩陣鍵盤。由于該系統(tǒng)需要輸出的數(shù)據(jù)較為復雜多變，為了滿足要求輸出采用的是12864帶字庫液晶顯示。結束語：本系統(tǒng)設計方案有多種，上述方案是從多種方案中選出的最優(yōu)方案，其具有功能強、成本低、元件少、精度高、可靠性好、穩(wěn)定性高、執(zhí)行速度快、簡單易行、具有實效性、使

15、用范圍廣等特點，故具有推廣價值。畢業(yè)設計3個月的時間，在這個過程中，充滿了自我的學習，老師的教育，同學的幫助，所以在結束的時候很是感動。在本次設計中指導老師給了我很大的幫助，每次程序運行不出結果或有錯誤時，他總會幫我認真分析，耐心指導，詳細講解，使我受益匪淺。作者單位：大連交通電氣信息學院參考文獻[1]楊振江等.智能儀器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的新器件及應用[M].西安:西安電子科技大學出版社2001.[2]劉篤仁、韓保君.傳感器原理及應用技術