粮仓湿度检测系统设计论文范文

粮仓湿度检测系统设计论文范文第1篇

目前对无人值守的变配电站的设备的运行状况没有统一的监控, 只能通过定期的巡检来确定设备的运行状况, 运行环境也无法得到监控, 这就造成一些小故障无法及时发现和排除, 很可能造成更大的损失;从而对无人值守的变配电站的设备能否可靠运行的要求越来越高, 特别是在一些智能化程度高, 运行环境要求高, 无人值守的变配电站。其中运行环境的温度、湿度就是其中的一项要求, 其时主要监控系统中重要的一个环节, 但是其在电力系统中应用还不够广泛, 还没有引起足够的重视, 本设计就是针对该要求进行的, 其目的是设计出相应监测平台, 对变配电站内运行设备的运行环境的温度、湿度进行监测, 并推广到对重要节点的监控, 例如线闸开关设备, 接线端子等环节。当其运行环境的温度和湿度超过设定阀值时, 启动相关控制电路, 对温度和适度进行控制, 使其保持在允许的范围值内, 满足设备高可靠运行的条件, 达到对温度和湿度自动监控和自动控制功能。本系统可以作为主电路, 提供相关接口, 从而可以拓展到对其他设备的监控。

2 系统硬件设计

2.1 工作原理

μPSD3234A是8051内核的单片机, 每条指令12个标准时钟周期的8032MCU在工业工作温度范围内其时钟频率在5.0V时可以达到40MHz而在3.3V时为24MHz。本系统工作于5.0V, 40MHz。

μPSD3234A有两个标准异步通讯口U A R T, 四个8位A D C通道, 低电压或看门狗时钟输出产生复位去掉外部监控芯片, 在端口13和4上的所有外围设备用8032特殊功能寄存器SFRs控制在端口ABC和D上的I/O信号。

2.2 本系统中的各硬件部分功能分析

2.2.1 系统各模块功能及电路原理介绍

(1) 单片机系统。

μPSD3234A包含一个带8032微控制器。带128K的Flash存储器, 8K的SRAM, 带两个标准异步通讯口三个16位定时/计数器和一个外部中断, 可以通过JTAG接口进行下载、调试。

标准8032核心的高速时钟12个时钟周期, 本系统使用40MHz的晶振, 具有6个I/O口提供50多个I/O引脚, 由4.5至5.5V单电源供电。

该系统使用P3.2, P3.3, P3.4三个IO口和三根DS18B20温度测量器件的DQ (数据输入、输出口) 连接。使用ADC0 (38脚) 和一根HM1500湿度测量器件的W3管脚连接。

(2) 通信系统。

使用第一个串口R X (23脚) 、T X (24脚) , 再经过MAX202, 将TTL电平转换为R S 2 3 2电平, 连接标准的R S 2 3 2串口, 和P C, 或者经过通信设备, 如M O D E M等和远程计算机通信。使用示波器可以看到, 信号电平转换, 而波形不变。串口收发指示灯接在RS232电平处, 驱动电流较大且电压差大。

如果有多组温湿度数据需要同时输出, 可以使用MAX485芯片, 使用485总线通信, CPU需要增加一个IO口控制收发切换。

(3) 告警及输出控制系统。

另外使用PB组IO口, 当温度、湿度越限时, 经过大驱动达林顿管驱动灯光、声音告警。现在各种设备, 如加热器除湿, 抽风机降温、电铃等设备的控制电压一般有直流24V、交流220V等, 使用继电器可以控制。

2.2.2 功能分析

(1) 中断。

μPSD3234A有10个中断源的中断请求如下:

INT0外部中断

第二异步串口中断

定时器0中断

I2C中断

IN T1外部中断

DDC中断

定时器1中断

USB中断

异步串口中断

定时器2中断

本系统用到的中断有定时器0中断和异步串口中断。

设置IE寄存器:IE=0x12 0001, 0010

使能定时器0中断和异步串口中断。关闭其他中断。

设置EA=1;开启相应的中断。

定时器0的中断:

控制寄存器TCON

定时器0中断被TF0产生TF0各自的定时计数寄存器溢出时TF0被设置。

当中断响应时这些标志被内部硬件清零

异步串口中断:

异步串行中断由RI接收中断或TI发送中断产生。

当USART中断产生时, 相应的请求标志必须被软件清零, 中断服务程序将不得不检测

各种USART寄存器来确定数据源, 和清除相应的标志。

(2) 定时器/计数器定时器0定时器1。

μPSD3234A有三个16位定时计数寄存器Timer0 Timer1和Timer2它们都可以配置成定时器或计数器使用功能同标准8032结构一致。

Timer0和Timer1有四种操作模式可选定时或计数功能的选择靠特殊功能寄存器TMOD的C/T位来控制这些定时, 计数器有四种操作模式它们通过TMOD的两位M1和M0来选择模式012。

本系统根据需要设定TMOD=0x21即定时器1工作于模式2, 模式2将定时器寄存器配置成一个自动重载的8位计数器, TL1溢出时不仅设置TF1同时将软件预先置好的T H1的内容重新载入T L1重载不会改变THL的值, 作为串口的波特率发生器。

定时器0设定为工作模式1。使它像一个8048定时器是一个带有可被32除的预标定器的8位计数器图, 这个模式定时器寄存器作为一个16位寄存器来配置当, 计数从全1变成全0时将设置定时器中断标志TF1当TR 1=1, GA TE=0或TR=1/IN T1=1时被计数的输入对定时器才有效设置。

(3) 标准串口USAR T。

μPSD3234A提供了两个标准8032异步通讯串口。第一个口连接到引脚P3.0RX和P3.1TX。第二个口连接到引脚P1.2R X和P1.3TX。两个串口的操作相同, 都是被寄存器SCON和SCON2控制串口是全双工的就是说它可以同时发送和接收。

串口接收和发送寄存器都是通过特殊功能寄存器SBUF来访问。写SBUF就是载入发送寄存器, 读SBUF就是访问物理上分开的接收寄存器。

串口可操作在4种模式下。

本系统设置PCON=0x80;SCON=0x50;0101。

串口工作于模式01, 模式1时波特率由定时器1的溢出率决定。当使用定时器1作波特率发生器时, 波特率被定时器1的溢出率和SMOD的值所决定如下:

模式1波特率 (2SMOD/32) (Timer1溢出率) 。

配置最典型的应用是在自动重载模式下TMOD寄存器的高四位=0010B按定时器操作来配置在那种情况下波特率公式为:

波特率=2SMOD/32fosc/12[256 (TH1) ]。

(4) 模数转换AD C。

模数转换器将一个模拟输入转换成相应的8位数字值A/D模块有四路模拟输入四路模拟输入是多路复用进入同一采样和保持电路采样保持电路的值输入一个转换器通过连续近似产生结果模拟供电电压连接到A/D模块的梯形电阻网络引脚AVREFA/D模块有两个寄存器控制寄存器AC ON和A/D结果寄存器A DA T。

详细工作原理见后面HM1500代码说明部分。

(5) 可编程I/O端口。

PSD模块有4个可编程I/O端口A B C D除了端口D是3位以外其他端口都是8位每个端口引脚都可以单独配置因此每个端口都允许多个功能。

当设置为1时, IO方向为输出。当设置为0时, IO方向为输入。

本系统根据需要用到端口B, 并设为输出。

当设置为1时, IO输出高电平。当设置为0时, IO输出低电平。

本系统根据需要设置端口B的8个IO, 相应设成高低电平。

3 各功能模块程序设计及实现功能

本系统程序主要由:系统主程序、湿度采集系统程序、温度采集系统程序、数据接收和处理程序等子程序组成。 (源程序略)

3.1系统主程序

系统主程序主要初始化看门狗、I/O口配置、定时器、串口、中断。

3.2 湿度采集系统程序

HM1500是将湿度转换为电压的器件, 其输出电压由upsd3234A处理器进行AD转换, 获得湿度值, 相关的代码是:在系统初始化时, 设置:ASCL=2。

一个8位预分频ASCL将主系统时钟分割为近似6MHz时钟提供给ADC逻辑需要载入基于主MCU时钟频率的恰当值, 为了提供近似6MHz时钟频率ASCL为必需载入的一个8位分频数值数值的计算公式如下。

AD C时钟输入=Fosc/2/分频寄存器的值+1。

这里Fosc是MCU时钟输入频率, 本系统为33MHZ。

ADC转换时间可以如下计算。

AD C转换时间=8时钟8位A DC时钟约等于10.67us (在6MHz) 。

在系统初始化时, 设置:

A C O N=0 x 2 2;1=1开始A D转换;.3-2=00选择通道0, .5=0使能AD转换;当转换完成结果载入ADAT, 存入串口发送数组tx_buf[0]=AD AT。

3.3 温度采集系统程序

本系统用到的DS18B20温度采集模块是一种单总线数字温度计, 每个模块的DQ脚和upsd3234A处理器的一个IO口连接, 并使用5K电阻上拉电阻。

DS18B20温度采集模块在每次通信前需复位, 复位命令也是通过单总线的通信。

3.4 数据接收和处理程序

采集数据发送采用定时发送, 分别定时发送温度测量值和湿度测量度。

PC的串口和温湿度监控的串口相连如远程可以采用MODEM拨号方式建立连接。

PC接收到数据后, 由VC语言处理形成ACCESS数据库。

4 结语

通过对本温湿度系统的研究和系统的设计, 实现了对变配电站温湿度的监控和启动相关控制电路, 从而达到了对变配电站环境的温湿度控制, 根据本设计可以看出, 本系统能经过相应修改, 推广到电力系统的其他领域, 对电力系统中的主要设备实现自动监控和控制, 实现了电网智能化建设的部分功能, 其应用前景非常广泛。

摘要：随着国网公司建设智能电网的不断推进, 大量无人值守的智能化高的变配电站需要各种具备通信功能的各种监控系统, 当前对变配电站的温湿度监控还是较为空白, 可能引起设备的过热和锈蚀。本文应用运行于40MHz晶振具有8051内核的μPSD3234A单片机利用IO口通信和AD转换读取DS18B20温度测量器件和HM1500湿度测量器件, 并把测量结果通过单片机的RS232串口通信将数据送到计算机主站, 并通过IO口经过达林顿管输出24V直流电压, 直接或者再经过DC/AC继电器控制排风扇、除湿机、空调结点、告警信号等实现变配电站温湿度的自动测控。该系统的应用, 有助于改善变配电站的运行环境, 促进电网设备的稳定可靠运行。

关键词：变配电站的温湿度监控,μPSD3234A,DS18B20,HM1500

参考文献

[1] 李洪伟, 魏鹏飞, 凌绪强, 等.可编程单片机外围芯片PSD的原理及应用[M].电子工业出版社, 2003, 1.

[2] 郑学坚, 周斌, 等.微型计算机原理及应用[M].清华大学出版社, 2001, 6.

[3] 谢宜仁, 谢炜, 谢东辰, 等.单片机实用技术问答[M].人民邮电出版社, 2003, 2.