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1、摘 要本论文设计了一个粮库数字测控系统，以系统对粮库的温度和湿度变化进行实时检测，且检测方式分为定时检测、选点检测和巡回检测三种。对检测到的数据进行自动存储和分析，当粮情参数出现异常，即温度、湿度实测值超过设定的范围时，系统进行语音报警，并自动控制风机和除湿机工作，进行粮库的降温和除湿。温度和湿度范围可人工设定。系统选用凌阳公司生产的SPCE061A单片机作为控制核心器件，前向通道采用单总线接口的数字温度传感器DS18B20来测量粮库温度；采用线性电压输出式集成湿度传感器HM1500来测量粮库湿度；将检测到的温度和湿度数据存储并通过LED模组显示。温度、湿度范围和检测方式通过44键盘来人工设定
2、。关键词：单片机、温度、湿度 Abstract The paper has designed a numeral observation and control system of the grain depot.This system carries on the real-time examination to the temperature and humidity changes of the grain depot.The examination way divides into three kinds:fix-time examination,the point sort exam
3、ination and the tour examination.The system memories and analyses the measured dates automatically.When the parameter of grain depot condition goes extraordinary,namely the temperature and the humidity actual value surpass the set scope,the systems carries on the pronunciation to the police and cont
4、rol the air blower and the dehumidifier automatically,to reduce the temperature and dehumidify the grain depot .The temperature and the humidity scope can be established artificially. The SPCE061A single chip microcomputer,produced by the Lingyang Company,is selected as the core component of the sys
5、tem.The forward channel uses single bus connective digital temperature sensor DS18B20 to measure the temperature of the grain depot.It also uses integrative humidity sensor HM1500 to measure the humidity.The output of HM1500 is linear voltage.It memories the measured temperature and humidity dates a
6、nd display them through LED mold group.The temperature,the humidity scope and the examination way are established through the 44 keyboard.Key words:Single Chip Microcomputer、temperature、humidity 目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪论1第一节 研究背景及其意义1第二节 单片机综述2一、单片机的硬件2二、单片机的软件2三、单片机的特点3四、单片机的分类及应用领域4五、单片机技术的发展5第三节 国内
7、粮情测控系统的现状及发展趋势5一、按温度传感器分类6二、按通信方式分类7第二章 凌阳SPCE061A单片机简介10第一节 凌阳16位单片机10第二节 SPCE061A简介11一、概 述11二、特 色11三、结构概览12四、芯片的引脚排列和说明12五、特 性15六、SPCE061A的最小系统16七、SPCE061A的开发方法17八、应用领域17第三节 SPCE061A 单片机的硬件结构18一、SPCE061A的输入/输出接口18二、时间基准信号21三、定时器/计数器21四、模/数转换器ADC24五、DAC方式音频输出27六、串行设备输入输出口(SIO)28七、通用异步串行接口UART30八、看门
8、狗计数器（WatchDog）32第三章 系统硬件电路的设计34第一节 电路方框图及其说明34一、键盘设定34二、语音报警34三、数据采样35四、数据显示35第二节 各部分电路设计35一、核心控制器件35二、传感器的选择37三、显示单元的设计45四、键盘扩展电路的设计48五、光电隔离49六、音频输出电路51七、设备控制电路51第四章 系统软件的设计53第一节 主程序的设计53第二节 子程序的设计54一、显示子程序54二、A/D转换子程序55三、44键盘扫描即处理子程序56第三节 程序清单57第五章 系统调试71第一节 61板的检测71一、主要测试部分71二、61板自检的具体操作步骤71第二节 测
9、试流程图72结束语73致 谢74参考文献75附录1 英文论文76附录2 中文翻译85第一章 绪论第一节 研究背景及其意义 民以食为天 ，粮食是人类生存的必需品 。我国是粮食生产大国，然而农业产业化程度较低，农副产品储藏、加工和流通技术与体系的落后，不仅对我国农副产品的国际贸易、国内产品加工产业造成不利影响。而且也阻碍了农业、农村经济本身的发展和农民生活水平的提高。据专家预测，从现在起到21世纪30年代，中国粮食和农业的发展，正进入一个重要的历史发展阶段，人口的继续增长将要达到高峰时期，耕地的继续减少下降到更低的低谷，非耕地资源开发需要投入巨大的资金，人民生活将要进入富裕阶段，这一时期中国的粮食
10、和农业状况如何，成为举世瞩目的重大问题。21世纪30年代，人口持续增长将要达到高峰的16亿人，耕地继续养活到人均0.83亩，耕地继续减少，到2030年减少到13.5亿亩。根据统计面积，在过去的15年里，中国耕地由1980年的14.9亿亩减少到1995年的14.25亿亩，平均每年减少耕地面积434万亩，人均耕地面积由1.51亩减少到1.18亩。到2010年，粮食总产量预计达到5.6亿吨左右。全国粮食单位面积产量将由1995年的283公斤增加到每亩340公斤。到2020年的粮食总产量将达到6.2亿吨。到2030年粮食生产总量达到6.9亿吨。因此科学储粮是保障人民粮食供应，促进社会安定的大事。随着国
11、家农业政策的不断完善，以及现代科学技术在农业生产中的应用和推广，国家粮食总产量不断突破历史新高。但国家的粮食储备状况自建国以来却没有得到明显改善，全国80左右的粮食仍采取极其原始的存储方式。每年由于粮食存储不善造成的损耗，几乎抵消了农业的增产。在这样一种大形势下，国家投资兴建了大型现代化粮库，最大粮库方圆几公里，仓库房数为数十个。由于大型粮库中粮仓的容量和粮库的规模都是前所未有的，这些因素对原有小粮库的正常运行带来了一些新问题。主要存在的问题有如何随时掌控每个仓内粮食的质量变化情况，保证入库的粮食在较长时间的保存期内不变质。在储藏过程中，粮食受温度、湿度及其他因素的影响，可能出现发热、霉变、虫
12、害等情况。为了减少粮食储藏过程中损失，保障粮食的品质和质量，首先应该及时准确地掌控粮食储藏过程中的各种物理因素的变化情况，找出其变化规律。粮情测控系统是利用现代电子技术来实现粮食储藏过程中对粮情变化的实时检测 、对实时检测数据进行分析与预测、对异常粮情提出处理意见和控制措施等，为科学及安全储粮提供技术保证和科学依据。谷物冷却、机械通风、环流熏蒸、粮情测控是四项储粮新技术，其中粮情测控是基础。粮情测控是其他三项储粮技术运行状态的观察者和运行结果的真实反应者。粮情测控系统的准确性、可靠性、直接关系到其他三项储粮技术运行和应用效果，是四项储粮技术应用的关键。由此可见，粮情测控系统在粮食储藏过程中的重
13、要地位和所起的决定作用。粮情测控系统包括：粮情检测、分析与通风控制。“粮情检测”在粮食储藏过程中所起的作用就像“人工”保管时期保管人员的“眼睛”和“鼻子”，对粮食储藏过程中各种粮情进行实时观察，并密切关注着粮情的实时变化；“粮情分析”就像保管人员的“大脑”,对通过“眼睛”和“鼻子”观察到各种粮情及其变化情况，并根据粮食储藏技术的特点和粮食储藏的各种环境条件进行综合分析与判断，给出响应的结论及处理建议；“通风控制”就像保管人员的“手”和“脚”，根据“大脑”的结论的处理建议来采取相应的处理措施，以确保粮食处在适宜的储藏状态，保证粮食储藏的安全。粮食检测、分析、控制三者之间的关系对于粮情检测分析控制
14、系统而言，首先，应满足安全储粮的具体技术要求。粮情检测是基础，粮情分析是依据，通风控制是手段。粮情检测是对粮食储藏过程中粮堆温、湿度，仓内温、湿度，大气温、湿度等基本检测参数变化的记录。粮情测控系统通过电源电缆、通讯电缆将计算机、检测主机、检测分机、分线器和传感器、风机连接起来构成的系统。粮情测控过程是把埋在粮堆内的温度传感器、湿度传感器所感应到的温湿度变化情况，通过分线器、检测主机、检测分机反映到主控机房的计算机上，使粮库保管人员可以随时观察粮堆内的温湿度变化情况，并采取相应的处理措施，以确保粮食储藏过程的安全。建立粮情检测产品技术应用新体系，应本着一切从国情出发，从实际需要出发，从目前国内
15、的技术水平出发，面向遍布全国各产区和销区粮库的不同仓房类型，优化不同类型和功能、性价比高的粮情检测成套系列化产品，经济、实用的来满足粮食储藏的不同需求。我国每年粮食总产量约4.5亿吨左右，全国进行流通的粮食大约1.5亿吨,全国现有粮库数量就有58000多个，仓房类型繁多，按大类划分诸如：平房仓、筒仓、楼房仓、圆仓、浅圆仓等，且仓容规模大小不等，遍布全国各地。利用先进的检测和计算机技术，在现有粮情测控系统的基础上，优化粮情测控系统产品种类。研究建立适应不同仓型的粮情测控系统成套技术和装置，使粮食储藏过程中测控技术日趋规范化、标准化和系列化，是国情及粮食储藏过程之所需。粮情测控系统技术规范化、标准
16、化、系列化问题的研究解决将有力地推动我国粮库粮情测控技术新体系的建立，为仓储业务管理工作提供强适应性测控手段，确保储粮的科学和安全。第二节 单片机综述一、单片机的硬件 单片微型计算机，简称单片机，是微型计算机的一个分支。它是在一块芯片上集成（嵌入）了CPU、RAM和ROM存储器、I/O接口等而构成的微型计算机。因主要用于工业测控领域，故又称为微控制器或嵌入式控制器。单片机的核心是中央处理器CPU。用超大规模集成技术把CPU集成在一块芯片上，称为微处理器。微处理器、微控制器和微型计算机三者的关系十分密切。目前，单片机在工业测控领域中已占重要地位。各电气厂商、机电行业和测控企业都把单片机作为本部门
17、产品更新换代、产品智能化的重要工具。全世界单片机的生产厂家有30多家，能生产60多个系列，1000多个型号的产品。二、单片机的软件 通常单片机开发中用的程序设计语言是汇编语言。编写程序后用PE、EDLI等软件在计算机上编辑，然后编译成机器码文件，再由通信软件将机器码文件送入单片机联机调试。随着单片机系统规模的扩大和功能的复杂，用汇编语言编制程序的方法有明显的缺点。主要是效率低，程序不易维护，不能移植，很不适应要求。有必要寻求一种高效率的结构化的高级程序设计语言。这些语言现在有C、PL/M、Forth 、Pascal、Modula2等。 C语言是一种介于高级语言和汇编语言之间的适于单片机开发用的
18、语言。它既有高级语言的特点，又易与汇编语言接口。原来用汇编语言写的程序现在可以用C语言编写。只是在体现速度的场合如信息的实时处理、实时控制，以及和硬件打交道的场合如接口驱动程序，才会插入汇编语言程序。一些开发系统都配有C语言调试程序、编译器等。 PL/M是Intel开发的一种结构化高级语言。如PLM96是其中一种。其编译生成的机器码就是MCS96系列单片机的机器码。其编译、连接、定位程序可以在80386及其兼容机上运行。 Forth语言原来是60年代美国人CharlesMore发明的一种中级计算机语言，用于控制天文望远镜，1986年移植到单片机中。它具有速度快、程序简单、结构精巧、扩充方便、空
19、间节省等特点。适宜向工控、设备管理、数据处理、智能机器人、仪表等领域推广应用。Forth语言别具一格，与其它高级语言不同，它以词典为核心，以堆栈为运算场所，把解释、编译、调度、设备管理等集于一体，能同时使用Forth高级语言、编语言、机器语言。因Forth的内核只占2k8k，很容易装入仪表内部。 因Modula2是基于Pascal开发系统移植来的，具有Pascal的特点，它们都比C差些。三、单片机的特点 单片机问世以来所走的路与微处理器是不同的。微处理器向着高速运算、数据分析与处理能力、大规模容量存储等方向发展，以提高通用计算机的性能。其接口界面也是为了满足外设和网络接口而设计的 。单片机则是
20、从工业测控对象、环境、接口特点出发，向着增强控制功能、提高工业环境下的可靠性、灵活方便的构成应用计算机系统的界面接口的方向发展。因此，单片机特点主要是： 品种多样，型号繁多。品种型号逐年扩充以适应各种需要。使系统开发者有很大的选择自由。CPU从4、8、16、32到64位，有些还采用RISC技术； 提高性能，扩大容量。集成度已达200万个晶体管以上。总线工作速度已达数十微秒。工作频率达到30MHz甚至40MHz。指令执行周期减少到数十微秒。存储器容量RAM发展到1K、2K，ROM发展到32K、64K； 增加控制功能，向外部接口延伸。把原属外围芯片的功能集成到本芯片内。现今的单片机已发展到在一块含
21、有CPU的芯片上，除嵌入RAM、ROM存储器和I/O接口外，还有A/D、PWM、UART、Timer/Counter、DMA、Watchdog、Serial Port、Sensor、driver、还有显示驱动、键盘控制、函数发生器、比较器等，构成一个完整的功能强的计算机应用系统； 低功耗。供电电压从5V降到3V、2V甚至1V左右。工作电流从mA级降到A级。在生产工艺上以CMOS代替NMOS，并向HCMOS过渡； 应用软件配套。提供了软件库，包括标准应用软件，示范设计方法。使用户开发单片机应用系统时更快速、方便。使有可能做到用一周时间开发一个新的应用产品； 系统扩展与配置。有供扩展外部电路用的三
22、总线结构DB、AB、CB，以方便构成各种应用系统。根据单片机网络系统、多机系统的特点专门开发出单片机串行总线。此外，还特别配置有传感器，人机对话 、网络多通道等接口，以便构成网络和多机系统。四、单片机的分类及应用领域单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等显著优点，在自动化装置、智能仪器仪表、过程控制、通信、家用电器等许多领域得到日益广泛的应用。 单片机分类及应用领域，目前据不完全统计，全世界嵌入式处理器的品种总量已经超过1000多种，流行体系结构有30几个系列，其中8051体系的占有多半。生产8051单片机的半导体厂家有20多个，共350多种衍生产品。通常按单片机数据总
23、线的位数将单片机分为4位、8位、16位、32位机。（一）4位单片机四位单片机适合用于各种规模较小的家电类消费产品。一般的单片机厂家均有自己的四位单片机产品，有OKI公司的MSM64164C、MSM64481，NEC公司的75006X系列、EPSON公司的SMC62系列等。典型应用领域有：PC机用的输入装置(鼠标、游戏杆)、电池充电器(Ni-Cd电池、锂电池)、运动器材、带液晶显示的音频、视频产品控制器、一般家用电器的控制及遥控器、玩具控制、记时器、时钟、表、计算器、多功能电话、LCD游戏机。（二）8位单片机 八位单片机是目前品种最为丰富、应用最为广泛的单片机，有着体积小、功耗低、功能强、性能价
24、格比高、易于推广应用等显著优点。目前主要分为MCS-51系列及其兼容机型和非MCS-51系列单片机。 MCS-51兼容产品因开发工具及软硬件资源齐全而占主导地位，ATMEL、PHILIPS、WINBOND是MCS-51单片机生产的老牌厂家，CYGNAL及ST也推出新的产品，其中ST的新推出的PSD系列片内有大容量FLASH（128/256KB）、8/32KB的SRAM、 集成A/D、看门狗、上电复位电路、两路UART、支持在系统编程ISP及在应用中编程IAP等诸多先进特性，迅速被广大51单片机用户接受。 非51系列单片机在中国应用较广的有MOTOROLA68HC05/08系列、 MICROCH
25、IP的PIC单片机以及ATMEL的AVR单片机。八位单片机在自动化装置、智能仪器仪表、过程控制、通信、家用电器等许多领域得到广泛应用。 （三）16位单片机 十六位单片机操作速度及数据吞吐能力在性能上比8位机有较大提高。目前以INTEL的MCS-96/196系列、TI的MSP430系列及MOTOROLA的68HC11系列为主。十六位单片机主要应用于工业控制、智能仪器仪表 、便携式设备等场合。其中TI的MSP430系列以其超低功耗的特性广泛应用于低功耗场合。（四）32位单片机 32位单片机是单片机的发展趋势，随着技术发展及开发成本和产品价格的下降将会与8位机并驾齐驱。生产32位单片机的厂家与8位机
26、的厂家一样多。MOTOROLA、TOSHIBA、HITACH、NEC、EPSON、MITSUBISHI、SAMSUNG群雄割据， 其中以32位ARM单片机及MOTOROLA的MC683、68K系列应用相对广泛。基于ARM核的单片机占据了2001年的32位单片机市场75%的份额。 对单片机选型的市场调查，8位单片机仍是市场主流产品，但32位单片机发展很迅速。基于INTERNET、无线数字传输的嵌入式应用将会是32位机最广泛的市场。在此领域，8位单片机先天不足。五、单片机技术的发展从20年来单片机发展历程可以看出，单片机技术的发展以微处理器(MPU)技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的
27、应用领域拉动，表现出以下技术特点。 （一）单片机寿命长:这里所说的长寿命，一方面指用单片机开发的产品可以稳定可靠地工作十年、二十年，另一方面是指与微处理器相比的长寿命。MPU更新换代的速度越来越快，以386、486、586为代表的MPU，几年内就被淘汰出局，而传统的单片机如 8051、68HC05等年龄已有近二十岁，产量仍是上升的。一些成功上市的相对年轻的CPU核心，也会随着I/O功能模块的不断丰富，有着相当长的生存周期。（二）8位、32位单片机共同发展:这是当前单片机技术发展的另一动向。长期以来，单片机技术的发展是以8位机为主的。随着移动通讯、网络技术、多媒体技术等高科技产品进入家庭，32位
28、单片机应用得到了长足、迅猛的发展。（三）单片机速度越来越快:为提高单片机抗干扰能力，降低噪声，降低时钟频率而不牺牲运算速度是单片机技术发展之追求。一些8051单片机兼容厂商改善了单片机的内部时序，在不提高时钟频率的条件下，使运算速度提高了很多，Motorola单片机则使用了锁相环技术或内部倍频技术使内部总线速度大大高于时钟产生器的频率。68HC08单片机使用4.9MHz外部振荡器而内部时钟达32MHz。三星电子新近推出了1.2GHz的ARM处理器内核Halla。 （四）低电压与低功耗:几乎所有的单片机都有Wait、Stop等省电运行方式。允许使用的电源电压范围也越来越宽。一般单片机都能在3到6
29、V范围内工作，对电池供电的单片机不再需要对电源采取稳压措施。低电压供电的单片机电源下限已由2.7V降至2.2V、1.8V、0.9V供电的单片机已经问世。 （五）低噪声与高可靠性技术:为提高单片机系统的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片机商家在单片机内部电路中采取了一些新的技术措施。如ST公司的PSD系列单片机片内增加了看门狗定时器，NS的COP8单片机内部增加了抗EMI电路，增强了“看门狗”的性能。 （六）ISP及IAP在片编程技术(In System Programming)及在应用中编程(In Application Programming
30、)通过单片机上引出的编程线、串行数据、时钟线等对单片机编程，编程线与I/O线共用，不增加单片机的额外引脚。ISP为开发调试提供了方便，并使单片机系统远程调试、升级成为现实。第三节 国内粮情测控系统的现状及发展趋势粮情测控技术是科学保粮的关键技术之一，目前国内已有数十家企业生产粮情测控系统产品，品种繁多，系统结构各异，但其基本功能无外乎粮仓内外温湿度检测、粮食内部温度检测及分析、通风机械的控制等几项，鉴于粮食储藏的特殊性，系统功能的重点放在了储粮内部温度的检测和分析上。粮情测控系统可以根据采用的温度传感器和通信方式的不同进行如下分类：一、按温度传感器分类 通常粮情测控系统主要选用热敏电阻、数字式
31、温度传感器作为温度传感器，也有选用其它温度传感器例如PN结型温度传感器的粮情测控系统。 （一）热敏电阻 以温度变化导致阻值的变化为工作原理的热敏电阻，因其具有成本低、体积小、简单、可靠、响应速度快、容易使用等特点，在多项温度测量应用中受到广泛欢迎，同样也是国内粮情测控系统采用最多的温度传感器。热敏电阻的电阻温度系数较高，室温电阻通常也较高，因此其自身发热较小，信号调节较为简单。热敏电阻的缺点是互换性差，温度与输出阻值之间呈非线性关系。热敏电阻分为正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻两种，但在温度测量应用中，正温度系数热敏电阻较少得到采用，更多采用的是负温度系数热敏电阻。以下提及的热敏电阻均指
32、负温度系数热敏电阻。 采用热敏电阻作为温度传感器的粮情测控系统的硬件由上位机、通信接口电路、智能分机、温度分线器、测温电缆、湿度分线器、测湿探头和通风控制器组成。在上位机上运行粮情测控系统软件，对检测到的温、湿度数据进行分析，根据粮仓内外温、湿度条件判断是否可以进行通风，手动或自动控制通风机械的启动和停止。 通信转换电路分为内置式和外挂式两种，主要完成两种通信协议之间的衔接转换功能。智能分机是由微处理器、A/D转换电路和通信电路等组成，主要功能包括接收上位机下达的指令、将现场采集上来的模拟信号数字化、向上位机传送数字化的温、湿度值、向通风控制器下达启动或停止指令等。温、湿度分线器主要完成接收智
33、能分机下达的指令、将模拟开关切换到指定的温、湿度测量点等功能。通风控制器主要功能是根据智能分机下达的指令控制通风机械的启动和停止。智能分机与温、湿度分线器和通风控制器之间均采用单根多芯电缆连接，具有结构简洁、维护方便、成本低等诸多优点。 采用热敏电阻作为温度传感器的测温电缆是粮情测控系统的重要组成部分，它是将多个热敏电阻置入一根测温电缆之中，电缆内加细钢丝绳提高抗拉强度、外加绝缘护套密封防腐。采用热敏电阻作为温度传感器的粮情测控系统的温度检测范围一般在4050之间，检测精度为1，完全满足粮情温度检测的需要。根据其系统结构的特点，一般在单根测温电缆上置入34个热敏电阻，特别适合房式仓储粮环境。
34、（二）数字式温度传感器 数字式温度传感器的种类也不少，但用于粮情测控系统的温度传感器主要是Dallas的DS18x20系列温度传感器，其温度检测范围为55125，检测精度为0.5。DS18x20采用1WireTM接口，封装形式有PR35和SSOP16两种，粮情测控系统中采用的是PR35封装。DS18x20采用9个位表示测温点的温度值，每个DS18x20内部都设置有一个单一的序列号，因此可以使多个DS18x20共存于同一根数据传输线上。DS18x20内部分为4个部分：1、64位序列号；2、保存临时数据的8字节片内RAM；3、保存永久数据的2字节EEPROM；4、温度传感器。 采用数字式温度传感器
35、粮情测控系统的结构与采用热敏电阻粮情测控系统的结构大致相同，只是用测控单元替代了智能分机、扩充接线器替代了温度分线器。测控单元与智能分机的区别在于没有用于将温度信号数字化的A/D转换电路，取而代之的是1WireTM总线与上层通信总线之间的通信转换电路，如果系统选用了数字式湿度传感器则测控单元将完全由数字电路组成，而智能分机是由数字电路和模拟电路两部分构成的，这将使测控单元的电路设计更为容易。 采用DS18x20温度传感器的粮情测控系统的测温电缆与热敏电阻测温电缆大不相同，该测温电缆最多只需3根导线即可连接多个DS18x20温度传感器。最为简洁的结构是利用DS18x20可以通过数据线供电的特点，
36、在测温电缆中只放置两根平行的细钢丝绳即可连接多个DS18x20温度传感器，这样不仅使测温电缆的制造简便、成本下降，而且提高了测温电缆的抗拉强度、便于温度传感器的更换。正是这些特点使得采用DS18x20温度传感器的粮情测控系统更适用于高大粮仓（诸如浅圆仓、立筒仓）的应用环境，可以解决高大粮仓在不需重新安装测温电缆的情况下更换测温电缆内部的温度传感器以及改变温度传感器相对位置。由于这种温度传感器的价格比热敏电阻高出许多，所以DS18x20温度传感器粮情测控系统在房式仓中应用时不如热敏电阻粮情测控系统更具有性能价格比的优势。二、按通信方式分类国内粮情测控系统的通信方式主要采用RS485总线技术和现场
37、总线技术两种。 （一）RS485总线技术 RS485是使用较为广泛的双向有补偿传输线标准，其最大每段总线长度为1200米，每段最多支持32个节点，采用单组双绞线双向主从通信。当总线加长或节点增多时需要使用中继器连接，全网络支持最多256个节点。 RS485通信技术应用时间较长，软硬件实现较为容易，因此是国内粮情测控系统采用较多的通信方式。由于RS485总线技术不支持多主结构，系统容量、通讯距离等方面具有很大的局限性，所以随着现代化大型粮食储备库的逐年增多，RS485通讯方式显得愈来愈力不从心。 （二）现场总线技术 现场总线技术是一个全新的总线技术，是一种互连现场自动化设备及其控制系统的双向数字
38、通讯协议，它的出现为自动化控制和仪器仪表工业带来了巨大的变革，它代表着未来发展的方向。目前国内粮情测控系统采用了两种现场总线：LONWORKS总线技术和CAN总线技术。 LONWORKS的技术特点是总线开放、互操作性强、可靠性高、通信速度最高可达1.25Mbit/s，最大通信距离可达2700米，最多节点数为32000个。由此可以看出它在性能上要比RS485总线好的多。 CAN总线技术在粮情测控系统中的应用比LONWORKS总线技术更为广泛。CAN总线技术具有先进的多主网络结构、通讯距离远、价位低、可靠性高、系统容量大等优点，CAN总线技术废除了传统的站地址编码，取而代之的是对通信数据块进行编码
39、，使得网络中的节点数在理论上不受限制，从而大大增加了系统的容量，使得大型现代化储备粮库的粮情检测控制在同一系统下得以实现。先进的多主结构不仅使得系统内可以有多台上位机存在，以适应不同操作人员和管理人员的多种需要，而且使得网络中智能分机摆脱了只能被动受控状况，整个系统高度智能化，从而大大提高了系统运行的可靠性。CAN总线最大通讯距离可达10公里，这对库区较大、粮仓分布较分散的大型储备粮库是非常适用的。现场总线技术的另一个优点是可以大大节约连接导线以及安装维护费用，使得整个系统在大大提高系统整体性能的同时具有很高的性能价格比。三、未来发展趋势随着大型国家粮食储备库的日益增多和更多新技术的不断涌现，
40、预计未来国内粮情测控系统将在以下几个方面得到进一步的发展： 首先，热敏电阻和数字温度传感器在同一粮情测控系统中使用。根据以上分析，热敏电阻和数字温度传感器在房式仓和高大仓房两个不同场合各自具有优势，随着大型国家粮食储备库的增多，在同一储备库中将存在不同的仓型，而现存的粮情测控系统中只能选择热敏电阻或数字温度传感器二者之一作为温度检测元件。为了更好地发挥热敏电阻和数字温度传感器各自的优势，在同一粮情测控系统中选用这两种传感器是未来市场发展的需求之一。 其次，现场总线技术的应用将更为广泛。现场总线技术是一个全新的通信技术，它代表着控制系统未来的发展方向，未来的粮情测控系统将不可避免地放弃RS485
41、通信方式转而采用新型的现场总线技术，这将使系统的可靠性、性能价格比大大提高。 再者，系统功能的进一步完善。目前粮情测控系统仅局限与温、湿度的检测和通风控制，诸如粮食储藏过程中倍受关注的水分检测和虫害检测均未得到解决，预计未来的粮情测控系统将会把更多种类的粮情检测综合数据采集上来，与粮情专家分析软件密切配合，共同保障粮食的储藏安全。综上所述，本系统采用凌阳公司生产的SPCE061A单片机来控制粮库的温、湿度，采用美国DALLAS公司的DS18B20数字式温度传感器、HUMIREL公司的HM1500精密湿度传感器分别检测粮库的温、湿度。（一）系统主要性能如下：1储粮物理量检测功能：具有自动检测温度
42、、湿度、水分、仓虫、氧气、二氧化碳等功能，可根据需要进行定时检测、选点检测、巡回检测。2智能分析功能系统：根据采集的数据进行自动分析处理，自动控制调节通风降温时间，自动将采集到的数据与测量到的粮情历史数据进行比较，自动判断粮食是否异常并根据需要做出预警提示。3数据存储与检测：自动记录检测到的粮情数据并进行存档、备份，以扩充现有的数据库或备查历史数据。4实时报警功能：根据温度等实测值与人工设定的超限值或相关数据模型进行对比分析，若实测值超过设定的范围，则语音报警。5机械通风控制功能：根据已设定的温度、湿度数学模型分析通风参数，自动计算和控制空调器、风机、除湿机等设备进行降温、除湿，也可以根据人工
43、设定的超限值定时控制通风或根据需要进行人工操作。（二）主要技术参数：1检测范围测温范围：-55+125 测湿范围：5%99%RH2检测误差温度误差：1.0湿度误差：3%RH第二章 凌阳SPCE061A单片机简介第一节 凌阳16位单片机随着单片机功能集成化的发展，其应用领域也逐渐地由传统的控制扩展为控制处理、数据处理以及数字信号处理（DSP，Digital Signal Processing）等领域。凌阳的16位单片机就是为适应这种发展而设计的。它的CPU内核采用凌阳最新推出的nSP（Microcontroller and Signal Processor）16位微处理器芯片（以下简称nSP）。
44、围绕nSP所形成的16位nSP系列单片机（以下简称nSP家族）采用的是模块式集成结构，它以nSP内核为中心,集成不同规格的ROM、RAM和各种功能丰富的外设与接口部件，如图2.1所示。 DAC & PWM RAM & ROM T/C WatchDog UART DTMF 并行I/OADCnSP内核 IRSIOLVD/LVRLCD控制/驱动 图2.1 nSP家族的模块式结构nSP内核是一个通用的核结构。除此之外的其它功能模块均为可选结构，亦即这种结构可大可小或可有可无。借助这种通用结构附加可选结构的积木式的构成，便可形成各种不同系列派生产品，以适合不同的应用场合。这样做无疑会使每一种派生产品具有
45、更强的功能和更低的成本。nSP家族有以下特点： 一、体积小、集成度高、可靠性好且易于扩展：nSP家族把各功能部件模块化地集成在一个芯片里，内部采用总线结构，因而减少了各功能部件之间的连线，提高了其可靠性和抗干扰能力。另外，模块化的结构易于系统扩展，以适应不同用户的需求。二、具有较强的中断处理能力：nSP家族的中断系统支持10个中断向量及10余个中断源，适合实时应用领域。三、高性能价格比：nSP家族片内带有高寻址能力的ROM、静态RAM和多功能的I/O口。另外，nSP的指令系统提供具有较高运算速度的16位16位的乘法运算指令和内积运算指令，为其应用增添了DSP功能，使得nSP家族运用在复杂的数字
46、信号处理方面既很便利，又比专用的DSP芯片廉价。四、功能强、效率高的指令系统：nSP指令系统的指令格式紧凑，执行迅速,并且其指令结构提供了对高级语言的支持,这可以大大缩短产品的开发时间。五、低功耗、低电压：nSP家族采用CMOS制造工艺，同时增加了软件控制的3种省电模式，即弱振模式、暂停模式和备用模式，极大地降低了其功耗。另外，nSP家族的工作电压范围大，能在低电压供电时正常工作，且能用电池供电。这对于其在便携式领域中的应用具有特殊的意义。第二节 SPCE061A简介一、概 述 SPCE061A是继nSP系列产品SPCE500A之后，凌阳公司推出的又一款16位结构的微控制器。与SPCE500A不同的是，在存储器资源方面考虑到用户的较少资源的需求以及便于程序调试等功能，SPCE061A里只内嵌32K字的闪存（FLASH）。较高的处理速度使nSP能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号。因此，与SPCE500A相比，以nSP为核心的SPCE061A微控制器是适用于数字语音识别应用领域产品的一种最经济的选择。二、特 色SPCE061A的主要性能特点是： （一）16位nSP微处理器； （二）CPU工作电压VDD为3.03.6V，I/O接口电压V
