何建新

基于AT89C52單片機(jī)的糧倉多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

何建新

（黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息學(xué)院，湖北 黃岡 438002）

提出一種基于AT89C52單片機(jī)的糧倉多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)，旨在實(shí)時監(jiān)測糧倉內(nèi)多個點(diǎn)位的溫度信息，為糧食儲存安全提供保障。系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)作為核心控制器，結(jié)合4路DS18B20溫度檢測模塊進(jìn)行溫度采集。軟件設(shè)計(jì)中主程序負(fù)責(zé)系統(tǒng)的初始化、各子程序的調(diào)用和執(zhí)行順序控制。讀出溫度子程序負(fù)責(zé)從DS18B20中讀取溫度數(shù)據(jù)，而計(jì)算溫度子程序負(fù)責(zé)對讀取到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到實(shí)際溫度值。為確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，對系統(tǒng)進(jìn)行了功能測試、穩(wěn)定性測試和準(zhǔn)確性測試。測試結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠順利讀取DS18B20溫度檢測模塊采集到的溫度數(shù)據(jù)，具有良好的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。同時，通過對系統(tǒng)延時進(jìn)行優(yōu)化，確保系統(tǒng)能夠?qū)崟r更新溫度數(shù)據(jù)，滿足實(shí)際監(jiān)控需求。

AT89C52單片機(jī)；糧食；溫度監(jiān)控；系統(tǒng)

糧食在糧倉存放過程中溫度的變化對于糧食的質(zhì)量影響較大。在傳統(tǒng)方法中對糧倉的溫度監(jiān)測通常是選擇一個統(tǒng)計(jì)溫度，但對于空間較大的糧倉來說，這種方法并不能準(zhǔn)確反映各點(diǎn)溫度的變化情況。如果不能及時發(fā)現(xiàn)糧倉內(nèi)的溫度變化，會在保管過程中出現(xiàn)各種糧食質(zhì)量問題[1]。

因此，設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)的糧倉多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)測糧倉內(nèi)各點(diǎn)溫度變化并自動報(bào)警，能夠自動調(diào)節(jié)糧食的保鮮環(huán)境，可以提高糧食的質(zhì)量及維持糧倉內(nèi)穩(wěn)定的環(huán)境溫度，從而有助于減少糧食的損失和改善人們的生活質(zhì)量。

1 基于AT89C52 單片機(jī)的糧倉多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

圖1 糧倉多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)的總體框圖

構(gòu)建一個多路溫度檢測的智能化監(jiān)測與控制系統(tǒng)，如圖1所示，主要由以下幾個部分組成。

AT89C52單片機(jī)：作為整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和控制主單元，負(fù)責(zé)接收 DS18B20 溫度傳感器的數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)并通過 NI-VISA 與其他設(shè)備進(jìn)行通信。同時，根據(jù)設(shè)定的溫度閾值，控制 LED 報(bào)警燈和蜂鳴器發(fā)出警報(bào)[2]。

DS18B20 溫度傳感器：多個 DS18B20 作為溫度采集設(shè)備，通過單片機(jī)與整個系統(tǒng)相連。每個傳感器可以進(jìn)行獨(dú)立的溫度采集，提高整個系統(tǒng)的監(jiān)測精度和實(shí)時性。

人機(jī)互動設(shè)置按鍵：通過設(shè)置按鍵，用戶可以根據(jù)需要對系統(tǒng)進(jìn)行配置，例如設(shè)定溫度閾值、選擇特定溫度傳感器等。這些設(shè)置將通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制。

LED 和蜂鳴器報(bào)警裝置：若干個 LED 和 1 個蜂鳴器作為報(bào)警裝置，當(dāng)某個 DS18B20 溫度傳感器檢測到的溫度超過設(shè)定閾值時，相應(yīng)的 LED 會亮起，蜂鳴器會發(fā)出警報(bào)。這樣可以及時提醒用戶注意潛在的溫度問題，防止事故的發(fā)生。

NI-VISA：作為硬件系統(tǒng)與其他設(shè)備的橋梁，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與上位機(jī)之間的通信，方便數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程控制。

Labview 上位機(jī)編程：通過 Labview 軟件對上位機(jī)進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。用戶可以通過上位機(jī)查看實(shí)時溫度數(shù)據(jù)、設(shè)定溫度閾值、選擇特定溫度傳感器等。同時，上位機(jī)還可以對溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，生成報(bào)表以供用戶查看。

通過以上各個模塊的相互配合，可以實(shí)現(xiàn)對多路溫度檢測的智能化監(jiān)測與控制，實(shí)現(xiàn)了全面、實(shí)時、便捷的糧倉多點(diǎn)溫度監(jiān)控，為生產(chǎn)管理和決策提供了可靠的數(shù)據(jù)支持，保障了糧食的質(zhì)量和安全。同時，該系統(tǒng)具有簡單、易于維護(hù)和成本低等優(yōu)點(diǎn)，使得它在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域有很高的實(shí)用價值。在未來的發(fā)展中，可以結(jié)合新技術(shù)和新理念，進(jìn)一步提升系統(tǒng)的性能和功能，以更好地服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食儲存管理。

2 硬件設(shè)計(jì)

圖2 糧倉多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)電路原理圖

2.1 人機(jī)互動按鍵模塊

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)，在圖2右下角，采用四個人機(jī)互動設(shè)置按鍵[3]。這四個按鍵分別具有不同的功能，包括溫度點(diǎn)切換、頁面切換、加、減，以方便用戶對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置和操作。

溫度點(diǎn)切換按鍵：通過此按鍵，用戶可以在不同的溫度采集點(diǎn)之間切換。這有助于用戶了解糧倉內(nèi)各個區(qū)域的溫度狀況，及時發(fā)現(xiàn)異常溫度變化。通過切換溫度點(diǎn)，用戶能夠監(jiān)控糧倉內(nèi)每個采集點(diǎn)的實(shí)時溫度數(shù)據(jù)。

頁面切換按鍵：此按鍵用于在系統(tǒng)的不同頁面之間進(jìn)行切換，如實(shí)時溫度監(jiān)測頁面、歷史數(shù)據(jù)查詢頁面、系統(tǒng)設(shè)置頁面等。用戶可以根據(jù)需要輕松訪問和操作各個功能頁面，使得系統(tǒng)操作更加直觀和便捷。

加按鍵：用戶可以通過加按鍵對系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)設(shè)置的增加操作，例如在設(shè)定溫度閾值時，按下加按鍵可逐步增加閾值，或在選擇溫度采集點(diǎn)時，按下加按鍵可逐個向后切換。

減按鍵：與加按鍵相對應(yīng)，減按鍵用于進(jìn)行相關(guān)設(shè)置的減少操作。如在設(shè)定溫度閾值時，按下減按鍵可逐步降低閾值；在選擇溫度采集點(diǎn)時，按下減按鍵可逐個向前切換。

通過這四個人機(jī)互動設(shè)置按鍵，用戶可以輕松地在溫度采集點(diǎn)之間切換，在功能頁面之間切換，以及對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行加減操作。這使單片機(jī)糧倉多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)更加易用、高效，有助于管理員對糧倉內(nèi)的溫度狀況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和管理，確保糧食安全儲存。

2.2 DS18B20傳感器測溫模塊

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)，在圖2中，采用四路 DS18B20 溫度檢測模組，主要由U2、U3、U4、U5，四個DS18B20測溫器件構(gòu)成。這些測溫器件將糧倉內(nèi)不同位置的溫度信息實(shí)時傳輸給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理[4]。

DS18B20 傳感器特點(diǎn)：DS18B20 是一款數(shù)字式溫度傳感器，具有較高的測溫精度和穩(wěn)定性。它可以在 -55℃ 至 +125℃ 的范圍內(nèi)測量溫度，分辨率可配置為 9 位至 12 位。其數(shù)字式輸出信號具有較強(qiáng)的抗干擾能力，適用于各種環(huán)境條件下的溫度檢測。

四路 DS18B20 溫度檢測模組：四個 DS18B20 傳感器分別位于糧倉的不同位置，用于實(shí)時監(jiān)測糧倉內(nèi)多個區(qū)域的溫度變化。通過這種多點(diǎn)溫度監(jiān)測方式，能夠更全面地了解糧倉內(nèi)的溫度狀況，為糧食安全儲存提供保障。

數(shù)據(jù)傳輸與處理：每個 DS18B20 傳感器通過與單片機(jī)相連，傳輸測量到的溫度信息。單片機(jī)接收到各個傳感器的溫度數(shù)據(jù)后，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，如計(jì)算平均溫度、檢測溫度異常等。處理后的數(shù)據(jù)可以用于實(shí)時監(jiān)控、報(bào)警或進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)分析。

系統(tǒng)擴(kuò)展性：采用 DS18B20 傳感器的多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)具有較好的擴(kuò)展性。當(dāng)需要增加更多的溫度檢測點(diǎn)時，只需增加相應(yīng)數(shù)量的 DS18B20 傳感器并連接至單片機(jī)即可。這種靈活的擴(kuò)展方式使系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同規(guī)模和需求的糧倉溫度監(jiān)測場景。

通過采用四路 DS18B20 溫度檢測模組，單片機(jī)糧倉多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了糧倉內(nèi)多個區(qū)域的實(shí)時溫度監(jiān)測，有助于及時發(fā)現(xiàn)異常溫度變化，確保糧食的安全儲存。同時，系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性，能夠滿足不同規(guī)模糧倉的溫度監(jiān)控需求。

2.3 AT89C52單片機(jī)、LCD1602 液晶顯示模塊、聲光報(bào)警模塊等

采用 AT89C52單片機(jī)作為核心處理器，搭配 LCD1602 液晶顯示模塊、聲光報(bào)警模塊等構(gòu)成一個高效、穩(wěn)定的糧倉溫度監(jiān)控系統(tǒng)[5]。

AT89C52 單片機(jī)：AT89C52 是一款8位單片機(jī)，具有較高的性能和穩(wěn)定性，適合應(yīng)用于溫度監(jiān)控系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中，單片機(jī)負(fù)責(zé)接收溫度傳感器采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，并通過液晶顯示模塊實(shí)時顯示溫度信息。同時，單片機(jī)還負(fù)責(zé)根據(jù)設(shè)定的溫度閾值控制聲光報(bào)警模塊發(fā)出警報(bào)。

LCD1602 液晶顯示模塊：LCD1602 是一款16×2字符液晶顯示模塊，具有較高的顯示清晰度和穩(wěn)定性。在本系統(tǒng)中，LCD1602 用于實(shí)時顯示糧倉內(nèi)各個溫度檢測點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)，方便用戶直觀地了解糧倉內(nèi)的溫度狀況。此外，LCD1602 還可以顯示系統(tǒng)設(shè)置菜單，便于用戶進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和功能操作。

聲光報(bào)警模塊：聲光報(bào)警模塊主要由蜂鳴器和 LED 燈組成，用于向用戶發(fā)出溫度異常警報(bào)。當(dāng)某個溫度檢測點(diǎn)的溫度超過設(shè)定閾值時，單片機(jī)控制蜂鳴器發(fā)出聲音警報(bào)，同時 LED 燈閃爍，以提醒用戶注意糧倉內(nèi)的溫度異常。聲光報(bào)警模塊的設(shè)置可根據(jù)用戶需求進(jìn)行自定義調(diào)整。

通信接口：本系統(tǒng)可以通過串口、USB 或者無線通信模塊與上位機(jī)或其他外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。通過通信接口，用戶可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制，以及數(shù)據(jù)的導(dǎo)出和備份等功能。這大大提高了系統(tǒng)的實(shí)用性和靈活性。

基于AT89C52 單片機(jī)的糧倉多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)具有實(shí)時監(jiān)測、高精度測溫、聲光報(bào)警、人機(jī)交互等功能，能夠有效地預(yù)防因溫度異常導(dǎo)致的糧食安全問題。同時，系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性和靈活性，可以根據(jù)不同規(guī)模和需求的糧倉進(jìn)行定制?？梢詽M足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食儲存的需求，具有廣泛的應(yīng)用前景。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 主程序設(shè)計(jì)

主程序主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的初始化、各子程序的調(diào)用和執(zhí)行順序控制。見圖3，具體流程如下。

系統(tǒng)初始化：配置單片機(jī)的工作模式，包括定時器、中斷、串口通信等相關(guān)參數(shù)；初始化液晶顯示屏（LCD）；配置DS18B20的工作模式。程序進(jìn)行各個傳感器的初始化，包括DS18B20溫度傳感器的精度設(shè)置、開始溫度轉(zhuǎn)換等。然后進(jìn)入一個循環(huán)中，每1秒鐘進(jìn)行一次溫度測量。在循環(huán)中，程序通過多路復(fù)用器來選擇每個傳感器，并進(jìn)行溫度讀取和處理。

在循環(huán)中，程序首先選擇一個傳感器，通過延時等待完成溫度轉(zhuǎn)換，并讀取傳感器ROM碼，進(jìn)行CRC校驗(yàn)，確保讀取的數(shù)據(jù)正確。然后，程序讀取傳感器測量的原始溫度值，并進(jìn)行一定的計(jì)算和處理，得到最終的溫度值。完成對該傳感器的溫度測量后，程序?qū)囟戎祪Υ嬖趦?nèi)存中，接著進(jìn)行下一個傳感器的溫度測量，以此類推，直至所有傳感器的溫度都測量完畢。

最后，程序?qū)⒏鱾€傳感器的溫度值實(shí)時顯示在液晶顯示屏上，包括當(dāng)前時間、溫度值以及一些其他的狀態(tài)信息。同時，程序會對超過設(shè)定閾值的溫度進(jìn)行報(bào)警，以提醒用戶及時采取措施。

圖3 主程序流程圖

圖4 讀出溫度子程序流程圖

3.2 讀出溫度子程序

讀出溫度子程序主要負(fù)責(zé)從DS18B20中讀取溫度數(shù)據(jù)。見圖4，具體流程如下。

子程序?qū)S18B20進(jìn)行初始化，包括設(shè)置傳感器的精度和開始溫度轉(zhuǎn)換。初始化完成后，子程序通過單總線協(xié)議與DS18B20通信，并向其發(fā)送讀溫度命令，等待傳感器返回溫度值。

接下來，子程序讀取傳感器ROM碼，以獲取傳感器的唯一標(biāo)識符，并進(jìn)行CRC校驗(yàn)，確保讀取的數(shù)據(jù)正確。然后，子程序讀取傳感器測量的原始溫度值，并進(jìn)行一定的計(jì)算和處理，得到最終的溫度值。

最后，子程序?qū)囟戎捣祷亟o主程序，以便實(shí)時顯示和報(bào)警處理。在返回溫度值之前，子程序還可以進(jìn)行一些額外的處理，例如對超過設(shè)定閾值的溫度進(jìn)行報(bào)警等。

3.3 計(jì)算溫度子程序

計(jì)算溫度子程序主要負(fù)責(zé)對從DS18B20讀取到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到實(shí)際的溫度值。見圖5，具體流程如下：將溫度高字節(jié)和低字節(jié)組合成一個16位數(shù)據(jù)。判斷溫度數(shù)據(jù)的正負(fù)號，如果是負(fù)數(shù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)碼處理。對16位數(shù)據(jù)進(jìn)行右移1位，得到12位有效數(shù)據(jù)，表示溫度的整數(shù)部分和小數(shù)部分。計(jì)算溫度值：將12位有效數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為實(shí)際溫度值。溫度值的整數(shù)部分可以通過將12位數(shù)據(jù)右移4位得到，而小數(shù)部分可以通過將整數(shù)部分移出后的8位數(shù)據(jù)乘以0.0625（即2的-4次方）得到。將計(jì)算得到的實(shí)際溫度值返回給主程序。

圖5 計(jì)算溫度子程序流程圖

3.4 Labview上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)對下位機(jī)采集到的溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時顯示和監(jiān)控，使用Labview軟件對上位機(jī)進(jìn)行編程。具體流程：(1) 創(chuàng)建新的Labview項(xiàng)目，設(shè)置串口通信參數(shù)，包括波特率、數(shù)據(jù)位、停止位等。(2) 設(shè)計(jì)用戶界面，包括溫度數(shù)據(jù)顯示、實(shí)時曲線繪制等模塊。(3) 編寫接收數(shù)據(jù)子程序：從串口接收來自下位機(jī)的溫度數(shù)據(jù)，并進(jìn)行解析。(4) 編寫數(shù)據(jù)處理子程序：根據(jù)接收到的溫度數(shù)據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，包括實(shí)時曲線繪制、數(shù)據(jù)存儲等。(5) 編寫控制程序：實(shí)現(xiàn)對下位機(jī)的啟動、停止等控制操作。

4 系統(tǒng)測試與優(yōu)化

為確保糧倉多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，對系統(tǒng)進(jìn)行了測試與優(yōu)化。

4.1 功能測試

功能測試主要對系統(tǒng)的多點(diǎn)溫度采集、數(shù)據(jù)處理和上位機(jī)顯示功能進(jìn)行驗(yàn)證。系統(tǒng)能夠順利讀取DS18B20溫度檢測模塊采集到的溫度數(shù)據(jù)，并通過計(jì)算子程序得到實(shí)際溫度值。同時，上位機(jī)能夠接收到下位機(jī)發(fā)送的溫度數(shù)據(jù)，并在Labview編程的界面上實(shí)時顯示和繪制溫度曲線。

4.2 穩(wěn)定性測試

穩(wěn)定性測試主要評估系統(tǒng)在長時間連續(xù)運(yùn)行的條件下的性能。通過長時間運(yùn)行測試，驗(yàn)證了系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性，能夠在實(shí)際應(yīng)用場景中正常工作。

4.3 準(zhǔn)確性測試

準(zhǔn)確性測試主要通過對比實(shí)際溫度與系統(tǒng)顯示的溫度值，評估系統(tǒng)的精確度。經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)顯示的溫度值與實(shí)際溫度值的誤差較小，證明了DS18B20溫度檢測模塊具有較高的采集精度，滿足糧倉多點(diǎn)溫度監(jiān)控的需求。

4.4 延時優(yōu)化

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場景，對系統(tǒng)的采集與顯示延時進(jìn)行優(yōu)化。通過調(diào)整延時參數(shù)，使系統(tǒng)能夠?qū)崟r更新溫度數(shù)據(jù)，滿足實(shí)際監(jiān)控需求。

4.5 性能分析

綜合以上測試，基于AT89C52單片機(jī)的糧倉多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和實(shí)時性。在糧食儲存環(huán)境中，能夠有效地監(jiān)測多個點(diǎn)位的溫度變化，為糧食安全提供有力保障。

基于AT89C52單片機(jī)的糧倉多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過嚴(yán)格的測試及性能分析，證明了其在實(shí)際應(yīng)用中具有較高的可靠性和實(shí)用性。未來可以進(jìn)一步完善系統(tǒng)功能，如增加數(shù)據(jù)存儲、遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能，為糧倉溫度監(jiān)控帶來更多便捷。

5 結(jié)語

基于AT89C52單片機(jī)的糧倉多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，包括主程序、讀出溫度子程序和計(jì)算溫度子程序。系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)作為核心控制器，結(jié)合四路DS18B20溫度檢測模塊進(jìn)行溫度采集。通過對系統(tǒng)的測試與優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了對糧倉內(nèi)多個點(diǎn)位的溫度信息的實(shí)時監(jiān)控和顯示，為糧食儲存的安全提供了有力保障。

[1]劉康靈,劉丹娟.基于單片機(jī)的糧倉多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].新余學(xué)院學(xué)報(bào),2017,22(5):148-151.

[2]楊智霞.基于單片機(jī)的無線多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].無線互聯(lián)科技,2022,19(16):86-88.

[3]劉鵬娟,楊斌.基于單片機(jī)的多路溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子制作,2022,30(20):39-41+82.

[4]朱高中.基于單片機(jī)的糧倉溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,52(3):677-681.

[5]馮鵬飛.ZigBee在糧倉溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].河北工程大學(xué),2015.

[6]王文成.基于單片機(jī)的糧倉多點(diǎn)溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究,2010,32(7):90-92+96.

TH811

A

1672-1047（2023）05-0136-04

10.3969/j.issn.1672-1047.2023.05.35

2023-09-18

何建新，男，湖北英山人，副教授。研究方向：電子技術(shù)應(yīng)用研究。

[責(zé)任編輯：劉良瑞]