基于AT89S51的糧倉溫度測控系統設計

劉 健，龐興龍

LIU Jian1, PANG Xing-long2

（1.北華航天工業學院 機械工程系，廊坊 065000 2.廊坊市環境保護局，廊坊 065000）

0 引言

糧食儲備直接影響著國家的經濟。檢測糧倉溫度，及時發現溫度變化進行調整，以減少糧食損失是糧倉管理的重點。傳統的通過人工使用溫度計測量后再用設備加熱、降溫等來控制溫度的方法，速度慢、準確度低，不易及時發現溫度變化而會導致糧食大面積的變質，損失很大。隨著計算機的普及和單片機功能的不斷強大，由于操作簡單、測量準確、價格低廉等優點而備受關注，被帶入到控制檢測行業中，推動了這一行業的改造、更新替換。本文就是利用單片機和PC機實現自動控制糧倉溫度，大大提高了溫度技術指標，具有廣闊的發展前景。

1 系統方案

本設計的下位機采用單片機AT89S51八位機作為微處理單元控制，采集糧倉溫度。溫度通過轉換保存到P1口。上位機選擇PC機最合適，上下位機通過串口進行聯絡，下位機傳送采集數據給上位機，上位機接收后，分析、處理并發送命令給下位機，實現人機交互。其中上位機選用VB6.0為開發軟件，利用MSComm控件實現和下位機的通信，充分發揮兩者的優點。又因為單片機和PC的串口電平不同，需要通過MAX232芯片轉換單片機電平，整個設計的系統結構圖如圖1所示。

圖1 系統結構圖

2 下位機

2.1 單片機

單片機是溫度檢測系統的核心部分，因此選擇單片機至關重要。目前國內MCS-51系列單片機是主流，它性價比高、技術成熟，迅速占領了市場。

單片機是把主要零件都集成到一塊芯片，縮短了數據的傳送距離，加快速度，可靠性更高，抗干擾能力強。在測控系統中，AT89S51低價，I/O口又多，程序空間大，是最理想的選擇。AT89S51是高性能、低功耗，CMOS8位的單片機，含有4Kbytes可編程的Flash只讀程序存儲器，它兼容標準8051指令系統及引腳。它既可以在線編程也通用8位微處理器在芯片中，被靈活地用在各種控制領域里。圖2為AT89S51引腳圖。

各引腳功能說明：

VCC：電源+5V輸入。

VSS：電源地端。

XTAL1：系統時鐘的反相放大器輸入端。

XTAL2：時鐘的反相放大器輸出端。

RESET：復位。重置引腳，對引腳電平提升到高電平并保持兩個機器周期以上。

圖2 AT89S51引腳圖

EA/Vpp：外部訪問。引腳接低電平后，系統用外部程序代碼執行。

ALE/PROG：地址鎖存器啟用信號。觸發外部8位鎖存器，將地址總線（A0～A7）鎖入。輸出時鐘或定時。：啟用程序儲存，利用PSEN及RD引腳分別啟用存在外部的RAM與EPROM。

PORT0（P0.0～P0.7）：端口0是一個8位雙向I/O口， P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此類推。其他三個I/O口（P1、P2、P3）內部有一提升電路，P0在做I/O時推動8個LS的TTL負載。編程時，p0口接收指令，校驗時輸出指令字節，外接上拉電阻。

PORT1（P1.0～P1.7）：和端口0一樣，輸出緩沖器推動4個TTL負載。

PORT2（P2.0～P2.7）：P2除了當一般I/O口外，如果AT89S51擴充外接程序存儲器或數據存儲器時，也提供地址總線的高字節A8～A15，這時P2不能當I/O口用。

PORT3（P3.0～P3.7）：P3除了具有一般雙向I/O端口外，還多工具有特殊功能，如串行口通信、外部中斷控制、外部數據的讀取或寫入控制等。

P3.0：RXD，串行輸入。

P3.1：TXD，串行輸出。

P3.2：INT0，外部中斷0輸入。

P3.3：INT1，外部中斷1輸入。

P3.4：T0，計時計數器0輸入。

P3.5：T1，計時計數器1輸入。

P3.6：WR：寫入外部數據存儲器。

P3.7：RD，讀取信號。

2.2 Max232芯片

Max232是一種把電腦的串行口rs232信號電平（-10，+10v）轉換為單片機所用到的TTL信號點平（0，+5）的芯片。由于單片機和PC機串口的工作電平不一致，就需要MAX232芯片把下位機的電平轉換成PC機的RS 232電平。圖3為max232引腳圖。

Max232芯片的內部結構分三部分：

第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構成。功能是產生+12v和-12v兩個電源，供給串口RS-232電平。

第二部分是數據轉換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構成兩個數據通道。

其中第一數據通道是13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）。第二數據通道是8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）。

TTL/CMOS數據從T1IN、T2IN輸入轉換成RS-232數據從T1OUT、T2OUT口送到電腦； RS-232數據從R1IN、R2IN輸入轉換成TTL/CMOS數據后從R1OUT、R2OUT輸出。

第三部分是供電。15腳DNG、16腳VCC（+5v）。

圖3 max232引腳圖

2.3 硬件連接線路

通過前兩部分介紹，可以得到如圖4的單片機和串口連通圖。圖中通過MAX232芯片轉換電平實現PC機和AT89S51串行通信，采用PC機和標準插座連通。MAX232電平轉換，將單片機TXD端輸出的TTL電平轉換成PC機的RS-232C標準電平，由MAX232的14引腳通過9針接口送到PC機； PC機輸出的標準電平，從 MAX232的13引腳輸入轉換成TTL電平，由單片機的RXD端負責接收。

圖4 單片機和串口連通

3 上位機

Visual Basic 是由微軟公司開發的事件驅動編程語言。VB源于BASIC編程語言。它擁有圖形界面和快速應用開發系統，連接數據庫方便，它提供串口通信控件，開發串行通信程序很方便。本文選擇VB為上位機軟件開發平臺，選擇MSComm控件完成上下位機通信。上位機的圖形顯示、處理等優點和下位機的實時數據采集都能充分體現。MSComm控件只要用戶編寫很少量的代碼就能實現通信軟件的開發。

MSComm控件是串行ActiveX控件，通過串口發送和接收數據，提供串行功能給應用程序。MSComm控件的具備如下特性：

1）CommPort屬性設置通信端口。CommPort屬性值設成1～16任意數(默認1)。

2）Settings屬性設置初始化參數。字符串形式返回4個參數。格式：“BBBB，P，D，S”。

3）Portopen屬性設置通信串口的開關狀態，True時打開串口； False時關閉串口，并清空接收和發送緩沖區。

4）Input屬性讀取數據從緩沖區。

5）Output屬性寫入數據向緩沖區。

6）InputMode屬性讀取或設置讀取數據格式， InputMode=O表示格式為文字；InputMode=1為二進制。

上位機主要任務是數據的接收和處理、發送控制命令、計算和顯示等功能。其程序分為：設計界面、初始化、數據通信和數據處理。

上位機通信程序分為數據的發送和接收，分別寫在兩個Click事件下。上位機發送命令程序代碼：

Private Sub cmdstart_Click()

Dim outdata(1)As Byte

Outdata(1)=&AA

Buf = “ ”

Buf=MSComm1.input

MSComm1.output=outdata

End sub

上位機接收命令程序代碼：

Private sub cmdreceive_click()

Dim inbuf() as byte

Inbuf=MSComm1.input

Num=Ubound(inbuf)

Redim indata(0 To num) As Integer

For i=0 to num

Indata(i)=inbuf(i)

Next i

Fot j=0 To num

MSFlexGrid1.Col=0

MSFlexGrid1.row=j+1

M S F l e x G r i d 1 .Text=FormatMYM(indata(j).”0.0”)

Next j

End sub

4 結論

本文從硬件和軟件兩方面闡述了糧倉溫度的測控系統。該系統以單片機AT89S51芯片為核心部件，配合了Max232電平轉換實現和上位機PC機的連接和傳輸數據。選擇了Visual Basic的MSComm控件來實現軟件方面上下位機的通信。該系統成本低、操作簡單、性能穩定，非常適合需要隨時對溫度監測的糧倉使用。

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