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系統(tǒng)的硬件設(shè)計論文
系統(tǒng)設(shè)計要考慮到業(yè)務(wù)未來發(fā)展的需要，要盡可能設(shè)計得簡明，各個功能模塊間的耦合度小，便于系統(tǒng)的擴展。如果存在舊有的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，則需要充分考慮兼容性。
第一篇
1系統(tǒng)的硬件設(shè)計
1.1系統(tǒng)的組成本系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，其對應(yīng)的系統(tǒng)電路圖如圖3所示。
本設(shè)計由AT89S52單片機、電源電路、光電傳感器電路、報警電路和顯示電路5大部分組成。
AT89S52單片機芯片及其晶振電路和復位電路構(gòu)成單片機系統(tǒng);電源電路將220V交流電轉(zhuǎn)化為5V直流電;光電傳感器部分主要由發(fā)光二極管、光敏三極管、一個普通三極管及電阻組合而成，主要實現(xiàn)對害蟲的檢測功能;報警電路由蜂鳴器驅(qū)動電路構(gòu)成;顯示電路則是LED數(shù)碼管電路。
2.2系統(tǒng)的工作原理檢測報警系統(tǒng)設(shè)計中，電源部分采用5V直流電源，為光電傳感器電路、單片機系統(tǒng)、報警電路及顯示電路提供5V直流電壓。
光電傳感器為檢測電路，設(shè)在探頭內(nèi)，一旦害蟲由多孔管道鉆入便掉進探頭，就會經(jīng)過光電傳感器通道，從而使光敏三級管截止，產(chǎn)生一個脈沖;此脈沖便可傳給單片機的INT0引腳(P3.2引腳)，單片機對其編程;當AT89S52單片機的P3.2引腳接收到脈沖時，便產(chǎn)生1次中斷，單片機每中斷1次就累加1，從而對脈沖個數(shù)進行計數(shù);單片機驅(qū)動數(shù)碼管工作，對脈沖數(shù)(害蟲數(shù))進行顯示。
同時，還可以通過編程對連接報警電路的P2.0引腳的電平進行設(shè)置，當產(chǎn)生一次中斷時即置P2.0為高電平，此時便可驅(qū)動蜂鳴器鳴叫，達到報警的目的;鳴叫一定時間后，將P2.0引腳電平置零，報警完畢，接著等待下一個中斷的到來。
2系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計
2.1AT89S52單片機系統(tǒng)AT89S52單片機系統(tǒng)如圖4所示。
AT89S52為ATMEL公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K系統(tǒng)可編程Flsah存儲器，其引腳圖如圖4所示。
AT89S52主要性能如下[4]:1)擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash;2)晶片內(nèi)部具時鐘振蕩器(傳統(tǒng)最高工作頻率可至12MHz);3)內(nèi)部程序存儲器(ROM)為8kB;4)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器(RAM)為256字節(jié);5)32個可編程I/O口線;6)6個中斷源;7)3個16位定時器/計數(shù)器;8)3級加密程序存儲器;9)全雙工UART串行通道。
2.2光電傳感器光電傳感器電路如圖5所示。
其作用相當于電子開關(guān)，當沒有害蟲經(jīng)過光電傳感器通道時，光敏三極管VT1導通，從而拉低了三極管VT2的基極電壓，VT2截止;這樣連接VT2集電極的INT0口(P3.2)便是高電平，單片機便不會產(chǎn)生中斷。
當有害蟲掉入時，便會經(jīng)過光電傳感器通道，阻擋光敏三極管吸收發(fā)光二極管的紅外光線，從而光敏三極管截止[5]。
當VT1截止時，VT2的基極便變?yōu)楦唠娖�，從而使VT2導通;由于VT2導通，便產(chǎn)生一個脈沖，將INT0的電位下拉至低電平，從而使單片機產(chǎn)生中斷。
2.3報警電路報警電路如圖6所示。
本設(shè)計中采用有源蜂鳴器報警，通過AT89S52單片機的一接口線經(jīng)晶體管驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲;單片機的P2.0接晶體管基極輸入端，因晶體管是采用NPN型，故當P2.0輸出高電平時，晶體管才導通，蜂鳴器兩端獲得約+5V電壓而鳴叫;P2.0輸出低電平時，晶體管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。
P2.0的高低電平控制可以通過編程實現(xiàn)，當單片機產(chǎn)生中斷時就輸出高電平，反之則為低電平。
2.4顯示電路顯示電路如圖7所示。
在實際檢測糧食倉庫害蟲時，如果在檢測到大量害蟲才采取措施，蟲害已經(jīng)爆發(fā)，已為時過晚，應(yīng)在檢測到有一定數(shù)量害蟲時及時采取預防措施。
因此，本顯示電路采用兩位顯示。
顯示電路通過7段數(shù)碼管顯示，采用共陽接法。
P0.0-P0.6引腳依次接數(shù)碼管的a，b，…，f，g腳，控制數(shù)碼管各段是否點亮。
P2.1和P2.2則控制兩個數(shù)碼管個位和十位的位選。
由于AT89S52的P0口內(nèi)部沒有上拉電阻，因此在此處外接10kΩ的上拉電阻。
3系統(tǒng)軟件設(shè)計
本檢測報警系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用C編程語言，目的是實現(xiàn)單片機對外部的中斷次數(shù)進行計數(shù)、顯示及發(fā)生中斷時驅(qū)動蜂鳴器鳴叫。
程序流程如圖8所示。
4結(jié)論
基于AT89S52單片機控制的儲糧害蟲檢測報警系統(tǒng)主要由AT89S52單片機、電源、光電傳感器、報警器及顯示器等部分組成。
經(jīng)過實際應(yīng)用，該檢測報警系統(tǒng)能有效地檢測儲糧害蟲情況并報警，為害蟲的綜合防治提供可靠、科學的決策依據(jù)，將儲糧損失降到最低限度，為更好進行儲糧害蟲檢測提供了新思路。
作者：林懷蔚 李云海 胡秀霞 單位：江西農(nóng)業(yè)大學 工學院 理學院
第二篇
1方案分析
1.
1溫度傳感器的選擇溫度傳感器有熱電阻溫度傳感器和數(shù)字溫度傳感器兩類。
熱電阻溫度傳感器利用電阻作為測量溫元件，具有精度高溫量范圍大的特點，不過價格較高且容易被污染;數(shù)字溫度傳感器利用單片集成，具有成本低、精度高、無需線性化電路的特點。
文章擬選用ANALOGDEVICES公司生產(chǎn)的AD590作為溫度傳感器，該傳感器非線形誤差為±0.
3℃，測溫范圍在-55℃~+150℃之間，具有高精度、傳輸距離遠、不易損壞的優(yōu)點，能很好的滿足本方案的要求。
1.
2溫度傳感器的選擇濕度傳感器有開關(guān)傳感器和電容傳感器可供選擇。
如HOS-201濕敏傳感器即為開關(guān)傳感器，其監(jiān)測范圍為0RH~100%RH，工作溫度在0~50℃之間，不過這類傳感器無法在寬頻帶范圍內(nèi)檢測濕度。
電容傳感器如HS1101，這類傳感器利用電容器件電容量大小的變化進行濕度檢測，具有響應(yīng)迅速、可靠性高等優(yōu)點，但其誤差有可能大于1%RH。
雖然在檢測精度上，HOS-201更能滿足本方案需要，但HOS-201在工作溫度處于0~50℃之間才有較好的效果，充分考慮本方案的檢測精度要求和工作環(huán)境溫度范圍，小于±2%RH的檢測精度通過控制檢測范圍能滿足本方案的需要，為此本方案采用HS1101濕度傳感器。
1.
3信號通道結(jié)構(gòu)選擇本方案需要對點溫度、濕度信號進行采集傳輸，在信號通道結(jié)構(gòu)方面，有多路并行模擬輸入和多路分時模擬輸入兩大類。
多路并行模擬輸入可以根據(jù)不同的測量要求構(gòu)建信號模擬量輸入通道，并根據(jù)各通道的特點獨立編程，每一路信號采用單獨的采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器，通過專用接口與單片機連接。
多路分時模擬輸入利用多路切換器進行不同采集單元信號輸入之間的切換，各路信號共用一個采集保持器、一個A/D轉(zhuǎn)換器，通過同一接口與單片機連接。
多路并行模擬輸入硬件結(jié)構(gòu)復雜，硬件成本較高，但處理速度較快，軟件實現(xiàn)容易;多路分時模擬輸入硬件結(jié)構(gòu)簡單，硬件成本較低，不過處理速度稍慢且軟件實現(xiàn)復雜。
考慮本方案實際需要，采用多路分時信號模擬傳輸系統(tǒng)能滿足處理速度的要求，其硬件結(jié)構(gòu)更為簡單成本較低，因此選用多路分時信號模擬輸入結(jié)構(gòu)。
2系統(tǒng)設(shè)計
本方案基本設(shè)計思想是利用溫度、濕度傳感器對倉庫多點溫度、濕度進行采集，利用單片機的高敏感性和可控性進行溫度、濕度數(shù)據(jù)的分析，做出相應(yīng)的反應(yīng)和動作。
其基本硬件結(jié)構(gòu)如下：2.
1信號采集系統(tǒng)信號采集系統(tǒng)包括溫度采集系統(tǒng)和濕度采集系統(tǒng)。
溫度采集系統(tǒng)采用AD590做為溫度傳感器，該傳感器使用5V直流電源供電，本系統(tǒng)共設(shè)24路溫度信號采集，利用CD4051多路開關(guān)進行多路分時模擬切換。
濕度傳感器采用HS1101，本系統(tǒng)共設(shè)24路濕度信號采集，利用CD4051多路開關(guān)進行多路分時模擬切換。
2.
2多路開關(guān)本系統(tǒng)采用CD4051作為多路開關(guān)，起到將多個模擬量輸入信道通過一個公共模擬輸入端分時切換輸入單片機的作用。
由于本系統(tǒng)分為溫度和濕度采集兩類信號的采集，因此需要分別采用CD4051，對溫度和濕度兩個信號模擬量進行提取。
考慮CD4051只有8個通道，因此需要分別為溫度采集和濕度采集各設(shè)置3個CD4051進行擴展，分別擴展為24路通道，以滿足本系統(tǒng)的需要。
2.
3A/D轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換主要將溫度、溫度檢測電路所檢測到的溫度、濕度模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，傳輸至單片機處理的作用。
本系統(tǒng)采用MC14433作為A/D轉(zhuǎn)換器，采用5V電源供電，采用動態(tài)分時輸出的方法，通過單片機P1口直接與單片機相連。
2.
4單片機及其它電路單片機是本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和控制核心，本系統(tǒng)采用AT89C51單片機，該單片機具有32個I/O接口，2個16位定時計數(shù)器，并內(nèi)置4k字節(jié)FLASH閃存器和時鐘電路，能滿足本系統(tǒng)的需要。
其它電路包括鍵盤電路、LED顯示電路和報警電路，其中鍵盤電路負責溫度、濕度設(shè)定值的輸入和修改，LED顯示電路負責溫度、濕度設(shè)定值和檢測值的顯示，報警電路負責溫度、濕度超限時的報警，采用蜂鳴器和閃光報警兩種方式協(xié)同進行。
2.
5軟件設(shè)計本系統(tǒng)軟件包括鍵盤掃描、鍵碼識別、溫濕度顯示、溫濕度采樣、超限報警幾個部分。
考慮溫度和濕度的變化具有連續(xù)性和平穩(wěn)性，軟件系統(tǒng)采用分段定值濾波算法來所檢測到的溫度值和濕度值，以避免突發(fā)性干擾造成檢測值波動過大導致誤報警現(xiàn)象，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。
整個軟件系統(tǒng)工作流程按溫濕度檢測———溫濕度數(shù)據(jù)處理———鍵盤查詢———數(shù)據(jù)顯示進行。
系統(tǒng)工作時，首先讀取傳感器檢測的溫濕度數(shù)據(jù)，與溫濕度預設(shè)置進行對比，當超出設(shè)定范圍時利用聲光報警器發(fā)出報警動作。
3結(jié)束語
利用單片機構(gòu)建倉儲自動監(jiān)控系統(tǒng)，能有效提高監(jiān)控效率和準確度，降低人工投入。
由于篇幅原因，本系統(tǒng)僅針對溫度、濕度信號的采集和超限報警進行了構(gòu)建。
在實際應(yīng)用中，還可以進一步加入通風系統(tǒng)、排濕系統(tǒng)、降溫系統(tǒng)等，利用單片機進行溫度、濕度的控制，當溫度、濕度超限時自動啟動相應(yīng)系統(tǒng)進行處理，能進一步提高倉儲質(zhì)量。
作者：伍立坤 單位：湖北工程學院
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