基于RS-485网计算机监控系统下位智能测控模块软件设计
摘要
本系统研制的是基于RS-485网的计算机监控系统下位智能测控模块，具有测温、测湿、显示及报警等功能。系统采用技术成熟的SHT11芯片作为测量温湿度的传感器并结合其特点和现代化仓储粮温湿度测量系统的具体需要进行了详细的讨论，提出了一种基于AT89C51单片机的仓储粮温湿度检测系统的设计方案，软硬件均采用模块化设计思路。采用数字式温湿度传感器SHT11采集温湿度信号，同时增加了LED显示模块、与上位机连接的串行通讯模块、上下限报警模块。智能测控模块和上位机之间通过串行通讯总线实现远程数据通信，模块本身对粮仓环境温湿度进行实时监测，出现异常情况报警并自动控制风机，除湿机等相关设备，对粮食的防潮、防霉起到重要作用。系统方案实用性强，成本低，适用于中小型粮库。
关键字：多点温湿度采集，RS-485，串口异步通信，SHT11
Hardware Design of Intelligent Measuring and Controlling System
Based on RS-485 Network
Abstract
The system developed is based on the RS-485 network computer monitoring system of intelligent monitoring and control module，measuring humidity, display and alarm functions.System uses the technology as mature SHT11 chip sensors measuring temperature and humidity，combined with the characteristics of the SHT11 and the modernization of the grain storage temperature and humidity measurement system of the specific needs are discussed in detail.AT89C51 MCU-based grain storage temperature system design,both hardware and software is modular in design ideas.The use of digital temperature and humidity sensors collecting temperature and humidity signal, while increasing the LED display module, with the host computer connected to the serial communication module, alarm module upper and lower limits.Micro-controllers and PC via the serial communication between the bus can achieve long-distance data communications.module itself barn temperature and humidity environment for real-time monitoring, abnormal situation and automatic alarm ,automatic control dehumidifiers and other related equipment.System practical, low cost, applicable to small and medium-sized grain.
Key Words：multi-point temperature and humidity measurement，
microcontroller，RS-485，SHT11
目录
第一章绪论 (1)
1.1 粮库课题背景及目的 (1)
1.2 国内外粮情监测系统研究状况 (2)
1.2.1硬件技术 (2)
1.2.2软件技术 (3)
1.2.3软件产品 (3)
1.3 粮库课题研究方法及要解决的问题 (3)
1.4 论文构成及研究内容 (4)
第二章系统分析设计及器件选择 (6)
2.1 系统总体设计 (6)
2.1.1 系统总体结构设计图 (6)
2.2.2 微控制器的选型 (7)
2.2.3 温湿度传感器的选型 (8)
2.2.4 时钟芯片的选型 (11)
2.2.5 显示芯片的选型 (12)
第三章下位机硬件电路设计 (13)
3.1 下位机硬件总体构成 (13)
3.2 电路绘制软件 (14)
3.3 硬件各模块电路的分析 (15)
3.3.1 数据采集模块 (15)
3.3.2 数据显示模块 (17)
3.3.3 按键，发光二极管及光耦输出模块 (18)
3.3.4 实时时钟模块 (19)
3.3.5 通讯模块 (19)
3.3.6 监控电路 (20)
3.3.7 电源电路 (21)
3.3.8 晶振电路 (21)
3.3.9 超限报警电路 (22)
3.3.10 其他电路 (22)
第四章下位机软件设计 (24)
4.1 程序设计介绍 (24)
4.1.1程序流程图 (24)
4.1.2 串口中断处理流程图 (25)
4.1.3 温湿度采集流程图 (26)
4.1.4 LED驱动流程图 (26)
第五章主从机通讯方式 (28)
5.1 RS485总线技术 (28)
5.2现场总线技术 (30)
第六章系统可靠性及抗干扰设计 (32)
6.1系统可靠性设计 (32)
6.2干扰因素 (33)
6.3硬件抗干扰措施 (33)
6.4电源干扰的抑制 (34)
6.5软件抗干扰措施 (34)
第七章结论及展望 (36)
7.1系统具有的特色
7.2 系统进一步的改进 (36)
致谢 (38)
参考文献 (39)
附录A 粮库下位机智能测控模块硬件原理图 (40)
附录B 粮库下位机智能测控模块PCB板图 (41)
附录C 粮库下位机智能测控模块实物图 (42)
第一章绪论
1.1粮库课题背景及目的
粮食是关系国际民生的重要战略物资，吃饭始终是人类赖以生存和社会稳定的头等大事，1990年以来，粮食仓储和流通设施建设取得了很大成绩，但由于受技术和经济条件的限制，我国粮食储藏的环境一直较差，而且管理普遍落后。很多粮库依旧是靠人工检测管理，当温度，湿度超标时不能及时发现险情并进行相应处理，从而造成经济损失。
粮库管理的重点之一就是要合理安排测温点，经常检查温度变化，以便及时发现粮食的发热点，减少粮食的损失。然而，粮堆的热传递又是那样的缓慢，使人感知极差，需要管理人员经常进入闷热、呛人的仓房内观察温、湿度，不断进行翻仓、通风，这种繁重的体力劳动，不仅对人体有极大地伤害，而且不科学、不及时。所以，粮食虫蛀、霉变的情况时有发生。本文的目标是进行中小粮库粮情智能测控模块的研究与开发。在本文的基础上实现的中小粮库粮情测控和管理系统可以用来完成对中小粮库温度、湿度的集中测控，可自动报警和开启通风设施进行降温降湿，从而有力地保障了粮库的安全。该系统要求能准确、实时地对粮库的温湿度及风机等设备的运行状态进行检测，并通过上位机进行处理，对满足通风条件的仓库，要能自动启动风机等设备，对该仓进行温湿度的调节，对高湿和高温要有报警，以便操作人员采取必要的措施，来保障粮食的安全储存。
近年来，国家加大了企事业单位信息化进程，粮食系统也不例外，例如，国家粮食储备局下发的《粮情电子监测分析控制系统技术规程》、《中央直属粮食储备库粮情监控技术质量要求》、《粮食储藏技术规范》等对粮情监测信息化进行了规划，并划拨一定经费予以支持。资料表明，投入一套粮食监测系统的价格为每吨粮食15.24元，按粮食平均价格1200元/吨计算，这仅相当于粮价的1.2796而一般情况下，每年由霉变、虫蛀等造成的损失都在5%以上。可见，建立粮情监测系统的经济效益和社会效益都十分明显。但是，从总体来看，由于经济和技术方面的原因（硬件较贵，通用、可靠性、使用方便的配套软件贫乏）计算机控制系统发展较慢，应用还不广，尤其是在中小粮库更是如此。在国外，计算机监控系统的应用已显示出其节能，节省人力和控制效果好等巨大优越性。因此本课题的研究对推动粮库管理的现代化，促进科技进步，提高生产效率，具有现实的经济意义。
1.2 国内外粮情监测系统研究状况
粮情检测属监控系统范畴，近年来，由于计算机技术、超大规模集成电路技术和网络通信技术的发展，使监控系统广泛应用于工农业生产等领域，因此，粮情检测技术的研究在软、硬件等方面都有了一定的进展。
1.2.1硬件技术
早期粮情监测主要采用温度计测量法，它是将温度计放入特制的插杆中，根据经验插入粮堆的多个测温点，管理人员定期拔出读数，确定粮温的高、低，决定是否倒粮。这种方法对储粮有一定的作用，但由于温度计精度、人工读数的人为因素等原因，温度检测不仅速度慢，而且精度低，抽样不彻底，局部粮温过高不易被及时发现，导致因局部粮食发霉变质引起大面积坏粮的情况时有发生。
随着科技的发展，从1978年开始，采用电阻式温度传感器、采样器、模数转换器、报警器等组成的储粮监测系统出现，它可对各粮库的各个测温点进行巡回检测，检测速度、精度大大提高，降低了劳动强度，但由于电阻传感器的灵敏度低，致使检测精度、系统可靠性还不够理想。至1990年，粮情检测系统有了很大的改善和提高，系统在布线上采用矩阵式布线技术，简化了数据采集部分的线路，在传感器方面应用了半导体、热电偶等器件;在线路传输上采用了串行传输方式，从而减少了传输线根数;采用单板机进行数据处理，并采用各种手段提高数据传输及检测速度，通过软硬件技术的结合，检测精度和可靠性较前有很大提高。但温度传感器的线性度差，系统的检测精度仍不理想，无法大面积推广.
近年来，随着单片机功能的日益强大和计算机的广泛应用，粮情检测的准确性、稳定性要求越来越高。寻找最佳配置和最好的性价比成为粮情监测研究的热点。
国外在粮情监控技术上已达到了很成熟的地步，高科技数字式传感器广泛应用于粮情检测系统。这种传感器采用了半导体集成电路与微控制器最新技术，在一个管芯上集成了半导体温度检测芯片、数据信号转换芯片、计算机接口芯片，存储芯片等，除完成温度检测功能外，还可完成预置范围温度、报警、多路A/D转换、温度补偿等功能。由于数字温度传感器直接传出数字量，从而解决了温度信号长距离传输问题及传输过程中因干扰和衰减而导致的精度降低等问题。
目前，国内出现了丰富的数字传感器配套产品，如远程控制模块、中继器、接插器、
分线器等，技术也比较成熟。数字传感技术、通信技术、计算机成为当今信息技术的的三大基础，计算机监控技术己成人们关注的热点。
1.2.2软件技术
近年来，各种计算机软件开发平台有了很大的发展，特别是基于Windows环境下的Visual C++, Visual Basic, Power Builder, delphi的不断升级，数据库功能增强，能够使用ODBC驱动程序访问各种数据系统，并可使用ADO, DAO等各种应用程序开发接口，操纵数据库中数据，管理数据库、数据库对象与结构，方便地对监测数据进行显示、打印、查询、自动控制等操作，为高性能的测控软件设计提供了基础。
1.2.3软件产品
美国、加拿大等代表的产粮大国在粮情监控技术上已达到了很成熟的高科技数字式传感器广泛应用于粮情检测系统，并有一定数量的检测系统软件产品推出，监测的速度、精度都达到了较高的水平。
国内粮情检测系统的研究主要采用电阻式温度传感器、采样器、模数转换器等作为基本硬件，线路复杂，不维护，软件设计较简单。国外的产品价格昂贵，粮库难以承受，国内的产品目的性强，仅适应特定环境，一致性差。最近几年，国内设计者把的目光投向国外硬件也采用数字传感器，但多传感器测温电缆的设计与检测精度和速度的互调目前还是个难题，检测精度与国家粮食储备局的有关文件要求还有一定差距数据采集速度不够理想，由于人员少、路程远等方面的原因，后期维护质量较低。
总之，粮情监测技术在软、硬件方面的研究，国外有成熟先进的研究经验，国内既有经验又有不足，这些为本项目提供了一定的研究基础和研究空间。
1.3 粮库课题研究方法及要解决的问题
本系统采用计算机采集、监控库内各种数据。过去，粮库内监测系统各种“接口’，传感器、电源、数据采集都用多芯电缆连接，连线较多，这些连线埋在粮食里，库管人员走动、翻粮，平整粮面、打药、检查维修时，经常会弄坏线路。另外，库内充有磷化氢等防腐气体，对接插件、印制电路板等有腐蚀性，易造成电路故障。本系统硬件上采用新的技术及工艺结构，解决这一系列的问题，软件上研究使用先进的新技术，进一步提高系统的运行速度、功能和更简便的操作界面，实现粮库的现代化管理。具体如下:
第一、设计粮情监控系统的整体方案，确定该系统应该完成的任务。
第二、硬件上，选择性能良好的数字温湿度传感器，使数字采集从传统的模拟式向数字式转化并得到可靠的应用，在保证数字采集精度的前提下，应有尽可能高的采集速度，以满足适时采集、适时处理、适时控制的要求。同时，还要研究采集模块、通讯接口、上位机等的合理配置，以保证实现采集精度和速度的提高。
第三、为了提高系统整体的可靠性和安全性，研究当前粮情监控系统中的防干扰等问题。
基于以上的分析，本课题主要针对“粮情自动监控系统”，尝试解决以下三个问题：首先，解决数据采集从传统的模拟式向现在需要的数字式的转化并得到可靠的应用，来保证数据采集的精度和速度要求。
数据采集是指将温度、湿度、流量等模拟量转换成数字量后，再由计算机存储、处理的过程。数据采集系统性能的好坏，主要取决于它的精度和速度。在保证精度的条件下，应有尽可能高的采样速度，以满足实时采集，实时处理和实时控制的要求。
目前，国内“粮情智能测控系统”的采集信号有两种：模拟和数字。模拟信号便于传送，但它对干扰信号很敏感，容易使传送中信号的幅值或相位发生畸变，导致精度不高。这种方式比较成熟，市场份额占80%以上。而数字信号只代表某个瞬时的量值，是不连续的信号，采样速度不受采样周期的限制，它对干扰信号不敏感，代表了该行业信号采集的方向，能较好地满足精度和速度的要求。
其次，解决对采集的数据加以分析，实现对粮情的动态监控，通风状态的自动控制，以达到粮情的自动调节，实现粮食的安全储存。
随着计算机的发展，智能控制理论逐步得到发展，开始是简单的控制，在下位机可实现，然后是较复杂的各种数据模型，综合处理实现智能控制。
1.4 论文构成及研究内容
为了更符合实际情况，我们在研究过程中严格遵循了系统的需求分析、总体设计、详细设计与实现、系统调试等开发步骤，分阶段地完成各设计任务。本文分六章，阐明了粮库粮情监测系统的研发过程、硬件电路组成等。
第一章介绍粮库项目的总体情况、研究背景、研究动态以及要解决的问题。
第二章对系统方案的分析设计及器件的选择。
第三章下位机硬件电路设计，详细设计了下位机的总体硬件构成图和各模块电路
分析。
第四章介绍下位机软件部分的设计。
第五章介绍RS485通讯总线的相关原理。
第六章系统可靠性及抗干扰设计。
第七章对项目研究加以总结，提出进一步改进设想。
本文的研究重点将放在硬件各模块芯片的选型，各模块电路的设计，数据的采集和处理这几个方面。总之，本设计以期研制出一套简洁实用，精确稳定，使用方便的具有对粮库温湿度检测和自动控制的智能下位机系统。
第二章系统分析设计及器件选择
2.1 系统总体设计
储粮的主要物理参数是粮食的温度以及粮库内、外的温度、湿度，这些参数的快速、准确、自动监测对于减少粮食损耗具有重要意义.粮情检测系统是能够对粮食自动进行测温、测湿检测，实现粮情的自动监测:完成粮食状态的分析与估计的智能系统。该系统利用计算机构成整个粮食仓储区管理系统，系统设计成主从工作方式，主机应具备通讯、数据显示、数据存储、数据分析等主要管理功能，下位机系统应该具备通讯、控制及参数输入等基本功能。
2.1.1系统总体结构设计图
该系统充分利用多点分布式控制系统的优点，为一个多变量的输入输出测控系统，PC机和转换模块放在粮仓附近微机房内，测控分机和传感器安装在粮仓内部。粮情测控系统主机结构图如下所示。
图2-1 粮情测控系统主机结构图
上位机选用PC 机作为主机，与多台下位机通过转换模块实现主从通讯，对多个粮仓进行网络化的检测、管理和控制。由于PC机的串口是RS232标准.传输距离短，容易受外界干扰，所以采用 RS485 总线与智能测控模块连接，构成上位主机和若干分机的串行通信。它支持多点通信，传输距离长，可根据情况随时进行系统的调整和扩展。为避免通讯中可能出现的信息冲突与竞争，首先是对各从机进行编址，通讯时，主机先发
送地址帧，各从机收到地址帧后，与自身地址相比较，如果相同则发送数据，不同则继续等待主机访问，主机收到数据后发确认信号给从机，从机收到确认信号后一次通讯即告结束;若主机未收到数据，则从机重复发送，直到收到确认信号为止。
2.2.2 微控制器的选型
微控制器（MCU）控制单元是硬件电路的核心，控制整个硬件系统的工作并和上位机进行串行通信，传输数据。
a. 单片机内带A/D转换，如下表所示：
型号内核封装A/D 价格
AT89C5111 51系列SO24,DIL24 10位，8通道较贵
80C51GB 51系列PLCC 8位较贵
P87LPC767FN 51系列DIP 4通道，8位15元
表2-1 几种单片机型号的比较
其特点：精度较高、干扰小、价格适中
b. 单片机外带A/D转换：
51系列＋AD571（10位）：AD571价格：22元左右
51系列＋ADC0809CCN（8位）ADC0809CCN价格：10元左右
51系列＋TLC0838(8位) TLC0838价格：10元左右
特点：精度高、干扰一般、价格适中。
c. 单片机51系列内置比较器实现A/D转换：
AT89C51：51系列，PDIP或PLCC封装,价格：9元
特点：精度一般、干扰偏大、价格低
另外还考虑过MSP430F系列的单片机，此为一种新型的16位单片机，主要特点就是功耗小，速度快，其功能强大，自带A/D转换，看门狗等基本外围元件，但由于其需要相应调试仿真工具且芯片价格较高故作放弃。经最终考虑，选用ATMEL公司的89C51芯片，它有4K FLASH的程序存储器和128字节的数据存储器，工作频率在33MHZ，自带2个计数器/定时器，工作电压为4~6V，完全满足工作需要。
单片机:AT89C51
AT89C51单片机是ATMEL公司推出的一款单片机,该单片机具有以下特性:
·4KB的flash存储器,擦写次数达1000次；
·128字节RAM；
·32根可编程I/O口；
·2个16位可编程定时器；
·6个中断源,5个中断矢量,2级优先权；
·1个全双工可编程串行通讯接口；
·1个数据指针DPTR；
·两种低功耗工作模式:空闲模式和掉电模式；
·可编程的3及程序锁定位；
·工作电源电压:5(1+-0.2)V；
·最高工作频率为24MHz。
因此该单片机完全满足系统的需求。
2.2.3 温湿度传感器的选型
传感器是实现测量与控制的首要环节，是测控系统的关键部件，如果没有传感器对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和转换，一切准确的测量和控制都将无法实现。在粮仓自动化管理系统中应用的传感器主要有温度传感器，湿度传感器等。
1 温湿测量相关概念原理
温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。
热电偶应用很广泛，因为它们非常坚固而且不太贵。热电偶有多种类型，它们覆盖非常宽的温度范围。它们的特点是：低灵敏度、低稳定性、中等精度、响应速度慢、高温下容易老化和有漂移，以及非线性。另外，热电偶需要外部参考端。
RTD精度极高且具有中等线性度。它们特别稳定，并有许多种配置。但它们的最高工作温度只能达到400℃左右。它们也有很大的TC，且价格昂贵(是热电偶的4～10倍)，并且需要一个外部参考源。
模拟输出IC温度传感器具有很高的线性度(如果配合一个模数转换器或ADC可产生数字输出)、低成本、高精度(大约1%)、小尺寸和高分辨率。它们的不足之处在于温度范围有限(?C55℃～＋150℃)，并且需要一个外部参考源。
数字输出IC温度传感器带有一个内置参考源，它们的响应速度也相当慢(100 ms数量级)。虽然它们固有地会自身发热，但可以采用自动关闭和单次转换模式使其在需要测量之前将IC设置为低功耗状态，从而将自身发热降到最低。
表2-2 温度测量传感器比较
湿度传感器，主要分为电阻式和电容式两种，产品的基本形式都为在基片涂覆感湿材料形成感湿膜。空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后，元件的阻抗、介质常数发生很大的变化，从而制成湿敏元件。
2 温湿度传感器的选择
在了解和比较了目前各种温湿度传感器之后，我们还需要对系统测温功能进行分析，才能选出合适的温度传感器。
我们测量的是粮仓内各测控点的温湿度，范围上下变化不大。其次，系统要求能够进行多点测量，应尽可能选择连线简单，处理方便，传输可靠性高的温度传感器。
在对系统功能进行分析之后，我们发现传统的温湿度检测以热敏电阻为温度敏感元件，再辅以湿度传感器，虽然成本低，但需要后续信号处理电路，而且热敏电阻的可靠性较差，测量温度的准确度低，检测系统的精度差。如果采用模拟温度传感器，模拟信号在传输过程中遇到的干扰问题往往不能得到彻底解决，且模拟传感器特征参数的不一致性和放大器的零点漂移问题使系统调试变得十分困难。从温度传感器信号传输方式考虑，多点检测时多线制用线量大，施工困难，成本高，系统的整体可靠性差。瑞士SENSIRION公司高度集成温湿度采集芯片SHT11，芯片内部集成了：温度传感器，湿度传感器，运算放大器，A/D转换器及IIC接口，功能比较全备，无需外部扩展，硬件设计简单。
3 温湿度采集芯片：SHT11
SHT11是瑞士SENSIRION公司生产的一款高度集成的数字温湿度传感器芯片，提供全量程标定的数字输出。它采用专利的CMOSens技术，确保产品具有极高的可靠性与卓
越的稳定性，传感器包括一个电容性聚合体温湿度敏感元件与一个14位的A/D转换器以及一个串行接口电路设计在同一个芯片上面。其主要特性如下：
·相对温度和湿度测量；
·全标定输出，无需标定即可互换使用；
·采用IIC两线即可与单片机通讯，内部具有IIC协议接口；
·表面贴片；
·自动休眠；
·测量温度范围：-40—125C（精度+-0.5C）；
·测量精度为14bit（温度）和12bit（湿度），通过状态寄存器可降至12bit和8bit；
·超快响应时间。
由于SHT11集成了温湿度采集，并内带A/D转换器，两线的数据接口，因此很适合用于该控制器的数据采集。
2.2.4 时钟芯片的选型
实时时钟芯片:DS1302
DS1302是DALLAS公司推出的串行实时时钟芯片,它既提供实时时钟,又把关键数据位存储于RAM。其主要特性如下：
·简单的三线串行I/O接口；
·2.5V-5.5V电压范围工作；
·与TTL兼容；
·实时时钟包括秒、分、时、日、月、星期、年等；
·31*8静态RAM供用户使用；
·可选的涓流充电方式；
·工作电源和备份电源双脚输入；
·备份电源可由大容量电容来代替。
由于该芯片的以上功能，完全满足系统实时记录的要求。
2.2.5 显示芯片的选型
串行LED显示驱动器芯片：MAX7219
MAX7219是MAXIM公司生产的串行接口8位LED数码管驱动器，采用CMOS工艺，内部集成了数据保持、BCD译码器、多路扫描器、段驱动器和位驱动器。每片MAX7219最可同时驱动8个LED数码管、条形图显示器或64只发光管。主要特性如下：·三线串行传送数据，仅用3个引脚与微处理器相应端相连即可，串行数据传送速率高达10MHz，可级联使用；
·具有8Byte显示静态RAM和6个控制器，可单独寻址及更新内容；
·具有译码和不译码显示模式；
·上电时所有LED熄灭，正常工作时通过外接电阻或编程方式调节LED亮度；
·最大功耗0.87W，具有150uA电流的低功耗关闭模式。
因为其具有的数据保持（不需要动态刷新）及集成驱动的功能，因此完全满足温湿度及时间的实时显示要求。
另由于与单片机的I/O口不够用，因此需要扩展I/O口（8155）；MAX813L看门狗芯片用于对51单片机的监控；MAX485芯片用于与上位机的通讯。
第三章 下位机硬件电路设计
智能测控模块为各个传感器提供连接和通道选择。由于每个粮库的测温点比较多，所以在每个粮库都设置了若干个测控模块，以确保其有足够的测量能力。
3.1 下位机硬件总体构成
下位机主要以AT89C51单片机为核心，配以温湿度采集电路，LED 及发光二极管显
示电路，键盘输入电路，晶闸管输出电路，通信接口、看门狗电路,时钟电路，以及电源电路等组成。
图3.1 总结构框图
其中CPU 主体引脚接法如下：
(a)P0脚
P0.0~P0.4:可控硅输出；P0.5~P0.7：接时钟芯片
(b)P1脚
P1.0~P1.2: 接显示驱动MAX7219
P1.3:接看门狗MAX813L
4个8位LED MAX7219 CPU AT89C51 4个按键输入 5路光藕MOC3020 MAX813 DS1302 MAX485 8155 传感器接口 7407 发光 二极管
可控硅输出 74LS244 拨码开关 温湿度采集芯片报警电路
P1.4:与上位机MAX485通信
P1.5~P1.7:接SHT11
(c)P2脚 P2.0~P2.4:5个按键输入
3.2 电路绘制软件
在粮库网络整个测控系统中，需要对下位机测控模块，上位机的通讯模块进行原理图的设计和PCB板的绘制。本系统采用Protel Dxp电路绘制软件。
Altium公司作为EDA领域里的一个领先公司，在原来Protel 99SE的基础上，应用最先进的软件设计方法，率先推出了一款EDA设计软件Protel DXP。Protel DXP在前版本的基础上增加了许多新的功能，布线功能更加强大，并且集成更加完善的元器件库。Protel DXP是第一个将所有设计工具集于一身的板级设计系统，电子设计者从最初的项目模块规划到最终形成生产数据都可以按照自己的设计方式实现。能够处理各种复杂的PCB设计过程。通过设计输入仿真、PCB绘制编辑、拓扑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术融合，Protel DXP提供了全面的设计解决方案。
Protel Dxp的界面外观如下图所示：
图3.2 Protel Dxp的界面外观图
3.3 硬件各模块电路的分析
根据硬件整体结构的框架,同时考虑软件设计的模块划分,将整块控制板主要分成5个部分:数据采集模块；数据显示模块；按键、发光二极管及光藕输出模块；实时时钟模块；通讯模块。下面将分别对以上模块和其他电路做具体分析。
3.3.1 数据采集模块
瑞士SENSIRION公司的高度集成温湿度采集芯片SHT11，该芯片内部集成了：温度传感器，湿度传感器，运算放大器，A/D转换器及IIC接口，功能比较全备，无需外部扩展，硬件设计简单。该芯片为表面贴片式，电路焊接还比较方便。具体的与单片机接口电路图如下：
图3.3 SHT11与单片机接口电路
该芯片的输出为串行2线制，输出接口具有IIC接口协议，因此仅占用单片机的2个I/O口，节约了系统资源。IIC总线接口内部为双向传输电路，DATA总线端口为漏极开路，故总线上需要上拉电阻，电源引脚（VCC，GND）之间的0.1uF的电容起滤波作用。
1 传感器SHT11的内部结构和工作原理：
温湿度传感器SHT11将温度感测、湿度感测、信号变换、A／D转换和加热器等功能集成到一个芯片上，其内部结构如图2所示。该芯片包括一个电容性聚合体湿度敏感元件和一个用能隙材料制成的温度敏感元件。这两个敏感元件分别将湿度和温度转换成电信号，该电信号首先进入微弱信号放大器进行放大；然后进入一个14位的A／D转换器；最后经过二线串行数字接口输出数字信号。SHT11在出厂前，都会在恒湿或恒温环境巾进行校准，校准系数存储在校准寄存器中；在测量过程中，校准系数会自动校准来自传感器的信号。此外，SHT11内部还集成了一个加热元件，加热元件接通后可以将SHT11
的温度升高5℃左右，同时功耗也会有所增加。此功能主要为了比较加热前后的温度和湿度值，可以综合验证两个传感器元件的性能。在高湿(>95％RH)环境中，加热传感器可预防传感器结露，同时缩短响应时间，提高精度。加热后SHT11温度升高、相对湿度降低，较加热前，测量值会略有差异。
图3.4 SHT11内部结构图
微处理器是通过二线串行数字接口与SHT11进行通信的。通信协议与通用的I2C总线协议是不兼容的，因此需要用通用微处理器I／O口模拟该通信时序。微处理器对SHT11的控制是通过5个5位命令代码来实现的，命令代码的含义如下表所列。
表3.1 SHT11控制命令代码
温湿度传感器SHT11集温度传感器和湿度传感器于一体，因此采用SHT11进行温湿度实时监测的系统具有精度高、成本低、体积小、接口简单等优点；另外SHT11芯片内部集成了14位A／D转换器，且采用数字信号输出，因此抗干扰能力也比同类芯片高。该芯片在温湿度监测、自动控制等领域均已得到广泛应用。
2 系统测温布点原则
为了及时检测到粮堆中各部位的温度变化，并考虑经济、有效，温度测点的布置密度应不低于以下要求：