機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化糧倉測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

圖1系統(tǒng)總體方案2.2.1系統(tǒng)的構(gòu)成及功能本糧庫溫度檢控，簽到系統(tǒng)總體方案組成示意圖1所示，主要由測(cè)溫電纜，測(cè)量模塊，簽到電路，信號(hào)轉(zhuǎn)換器和上位機(jī)五大部分組成，其各部分功能如下：（1）測(cè)溫電纜上的熱敏電阻作為系統(tǒng)中最先感知糧食溫度的部分，其結(jié)構(gòu)的可靠性和感溫的靈敏性，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的作用是非常重要的。在眾多的傳感器中，熱敏電阻因其低廉的價(jià)格，較小的體積，較高的靈敏度熱管性小和壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用，非常適合于糧溫的多點(diǎn)測(cè)量。本系統(tǒng)采用的就是熱敏性測(cè)溫電纜，電纜上布置的熱敏電阻之間的距離在1.52米，電纜外用PVC材料套封，以防止磷化氫氣體同電纜內(nèi)部通導(dǎo)線發(fā)生反應(yīng)，加之包以能夠受40KN拉力的鋼纜，以承受糧食的荷重，確保線路無損。測(cè)溫電纜垂直方向，以直徑分別為4.6米和12.6米的銅芯圓柱體，分別均布3根測(cè)溫電纜和8根測(cè)溫電纜，其中外圈測(cè)溫電纜中最下層的溫度傳感器距倉底30-50厘米，最上層的距糧面30厘米，共七層，32個(gè)點(diǎn)；內(nèi)圈由于筒倉倉頂錐體堆糧近三米，因此設(shè)8層，24個(gè)溫度傳感器，確保系統(tǒng)可以測(cè)到糧倉頂層的糧食溫度參數(shù)，倉內(nèi)共80個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，總體代表了糧倉內(nèi)各層面的糧溫。（2）測(cè)量模塊的功能是完成對(duì)測(cè)溫電纜所測(cè)得的溫度信號(hào)的轉(zhuǎn)換，采用8031單片機(jī)作為控制核心，把不同測(cè)點(diǎn)的熱敏電阻分別自動(dòng)接入測(cè)量電路，所測(cè)信號(hào)通過單片機(jī)進(jìn)行處理，要求測(cè)量的點(diǎn)數(shù)也不相同，因此，系統(tǒng)為每個(gè)糧倉設(shè)置一個(gè)測(cè)量模塊，以保證足夠的測(cè)量能力。為防雨，放雷擊，將測(cè)量模塊固定在糧倉頂部（3）簽到部分的功能是完成對(duì)糧倉詢查人員對(duì)的糧倉的詢查情況，并且記錄此時(shí)的時(shí)間和溫度情況。采用IC卡技術(shù)，基于安全、穩(wěn)定、可靠等因素的考慮，設(shè)計(jì)并采用了SLE4442型IC卡與單片機(jī)的接口電路，該芯片使用簡(jiǎn)單，并且設(shè)計(jì)的軟件易于編制，可以很好對(duì)糧倉完成簽到。（4）信號(hào)轉(zhuǎn)換器的作用是將測(cè)量模塊輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成上位機(jī)可以接受的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與測(cè)量模塊之間的信息交換。因?yàn)榧Z庫的的糧倉距中心控制室較遠(yuǎn)，為保證溫度信號(hào)能夠進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸采用MAX1487作為信號(hào)接收器件，MAX489作為信號(hào)發(fā)送器件，兩器件之間設(shè)置快速光電耦合器，確保系統(tǒng)遭雷擊時(shí)，上位機(jī)不受損害，從而保證遠(yuǎn)距離通信的可靠性和計(jì)算機(jī)的兼容性。2.2.2系統(tǒng)的工作原理糧食溫度檢控系統(tǒng)采用熱敏電阻作為測(cè)溫電纜上的溫度傳感器，來感知糧食的溫度。糧倉內(nèi)各個(gè)測(cè)點(diǎn)的熱敏電阻是在測(cè)量模塊的單片機(jī)控制系統(tǒng)控制下被循環(huán)介入測(cè)量電路，所得的測(cè)量信號(hào)，經(jīng)過放大電路放大后傳給A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳出，并通過IC卡芯片和時(shí)鐘日歷芯片與單片機(jī)完成詢查人員的時(shí)間，糧溫的記錄。由于每個(gè)糧倉的測(cè)溫點(diǎn)較多，系統(tǒng)為每個(gè)糧倉設(shè)置了一個(gè)測(cè)量模塊，以確保其足夠的測(cè)量能力。測(cè)量模塊與主控制室較遠(yuǎn)，為增加信號(hào)的傳輸距離，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。信號(hào)轉(zhuǎn)換器通過MAX1487接收測(cè)量模塊輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)，經(jīng)過光耦光電隔離（TIL117光耦），74LS14數(shù)據(jù)整形（74LS14），再通過MAX232將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成能被計(jì)算機(jī)接收的-12-+12V數(shù)字信號(hào)，通過多串口卡上傳給上位機(jī)，上位機(jī)據(jù)此信號(hào)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，區(qū)縣瀏覽糧庫管理等功能。系統(tǒng)中有多個(gè)測(cè)量模塊，只有被上位機(jī)選中的測(cè)量模塊的信號(hào)才能上傳。盡管如此，由于系統(tǒng)的檢測(cè)速度很快，達(dá)到每秒30個(gè)點(diǎn)，對(duì)于大用的8個(gè)糧倉，全部測(cè)量點(diǎn)檢測(cè)一次的時(shí)間是22秒，信號(hào)近于同時(shí)上傳，從而保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1溫度傳感器的選擇3.1.1溫度傳感器的發(fā)展人們研究溫度測(cè)量的歷史已經(jīng)很久遠(yuǎn)，所使用的傳感器也種類繁多。近百年來，溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個(gè)階段：傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器(含敏感元件)：模擬集成溫度傳感器／控制器：智能溫度傳感器(即數(shù)字溫度傳感器)。（1）分立式溫度傳感器傳統(tǒng)的熱電偶、熱電阻、熱敏電阻及半導(dǎo)體溫度傳感器，均屬于分立式溫度傳感器，傳感器本身就是一個(gè)完整的、獨(dú)立的感溫元件，此類傳感器通常要配溫度變送器，以獲得標(biāo)難的模擬量(電壓或電流)輸出信號(hào)。使用時(shí)還需配上二次儀表，才能完成溫度測(cè)量及控制功能。需進(jìn)行溫度校準(zhǔn)(例如非線性校準(zhǔn)、溫度補(bǔ)償、傳感器標(biāo)定等)，使用方便，穩(wěn)定性強(qiáng)，價(jià)格合理。是如今應(yīng)用最廣泛的溫度傳感器。（2）模擬集成溫度傳感器集成傳感器是采用硅半導(dǎo)體集成工藝而制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成傳感器。模擬集成溫度傳感器是在20世紀(jì)80年代問世的，它是將溫度傳感器集成在一個(gè)芯片上、可完成溫度測(cè)量及模擬信號(hào)輸出功能的專用IC，它屬于最簡(jiǎn)單的一種集成溫度傳感器。模擬集成溫度傳感器的主要特點(diǎn)是功能單一(僅測(cè)量溫度)、測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、控溫，不需要進(jìn)行非線性校難。外圍電路簡(jiǎn)單，典型產(chǎn)品有AD590、AD592、TWl7、LMl35等。（3）模擬集成溫度控制器模擬集成溫度控制器主要包括溫控開關(guān)、可編程溫度控制器，典型產(chǎn)品有tM56、AD22105和bDLX6509。某些增強(qiáng)型集成溫度控制器(例如TC652／653)中還包含了A/D轉(zhuǎn)換器以及固化好的程序，這與智能溫度傳感器有某些相似之處，但它自成系統(tǒng)，工作時(shí)并不受微處理器的控制，這是二者的主要區(qū)別。（4）智能溫度傳感器智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是在20世紀(jì)90年代中期問世的。該傳感器是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)的結(jié)晶，它也是集成溫度傳感器領(lǐng)域中最具活力和發(fā)展前途的一種新產(chǎn)品。目前國(guó)際上許多著名的集成電路生產(chǎn)廠家己開發(fā)出上百種智能溫度傳感器產(chǎn)品。智能溫度傳感器具有以下三個(gè)顯著特點(diǎn)：第一，能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器(MCU)；第二，能以最簡(jiǎn)方式構(gòu)成高性價(jià)比、多功能的智能化溫度測(cè)控系統(tǒng)；第三，它是在硬件的基礎(chǔ)上通過軟件來實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能的，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、AD轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器(或寄存器)和接口電路。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器(CPU)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和只讀存儲(chǔ)器(ROM)。（5）智能溫度控制器智能溫度控制器是在智能溫度傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的。智能溫度控制器適配備種微控制器，構(gòu)成智能化溫控系統(tǒng)：它們還可以脫離微控制器單獨(dú)工作，自行構(gòu)成一個(gè)溫控儀，既可以工作在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，亦可選擇單次轉(zhuǎn)換模式。智能溫度傳感器／控制器可廣泛用于溫度測(cè)控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)及家用電器中。（6）內(nèi)含溫度傳感器的專用集成電路值得重視的是，目前配置有溫度傳感器的新型專用集成電路也己?jiǎn)柺懒?。例如，美?guó)MAXIM公司最新研制的hDLxl298和hbLxl299型5通道12位ADC芯片，片內(nèi)就集成了精密溫度傳感器，在-40—-85℃范圍內(nèi)的測(cè)溫精度可達(dá)±l℃。芯片中主要包括七部分：內(nèi)部溫度傳感器(用于測(cè)量本地溫度)，遠(yuǎn)程測(cè)溫通道(外接2N3940型NPN晶體管，利用其發(fā)射結(jié)來測(cè)量遠(yuǎn)程溫度)，多路轉(zhuǎn)換開關(guān)(即模擬輸入轉(zhuǎn)換器)，12位ADC，內(nèi)部基帶電壓源，時(shí)鐘電路和3線串行接口電路。該串行接口能與SPI總線、QSPI總線及MICROWIRE服總線兼容。3.1.2熱敏電阻的特性測(cè)溫電纜上的溫度傳感器作為系統(tǒng)中最初的感知部分，其測(cè)量的準(zhǔn)確性和靈敏性直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的性能。鑒于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及經(jīng)濟(jì)性原則，選用分立式溫度傳感器。分立式溫度傳感器的種類很多，熱敏電阻以其優(yōu)良的性能，成為首選。幾種溫度傳感器的性能如下，熱敏電阻以其優(yōu)良的性能，成為首選。（1）熱電偶式溫度傳感器熱電偶溫度測(cè)量的特點(diǎn)是測(cè)量精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量范圍廣，價(jià)格便宜，但熱電裝換靈敏性差，對(duì)放大電路要求高。（2）熱電阻溫度傳感器例如鉑電阻或銅電阻。它們的優(yōu)點(diǎn)是線性度好，測(cè)量準(zhǔn)確，有較大的測(cè)量范圍，但靈敏度低，價(jià)格較高。（3）熱敏電阻溫度傳感器熱敏電阻是一種對(duì)溫度及其敏感的元件。從特性上它可以分為三類：一類是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC），它阻值隨溫度的上升而減小，使用溫度范圍為-50-+300℃，主要應(yīng)用于溫度測(cè)量；另一類是正溫度系數(shù)的熱敏電阻（PTC），它的阻值隨溫度的上升而增大，具有開關(guān)特性，使用溫度范圍為-50-150℃，主要應(yīng)用于彩電消磁、電氣設(shè)備的過熱保護(hù)及用作溫度開關(guān)；還有一類是臨界溫度熱敏電阻（CTR），也具有開關(guān)特性，使用溫度范圍為0-+150℃，主要應(yīng)用于溫度報(bào)警。熱敏電阻有珠粒狀，圓柱狀及圓片狀。一般珠粒狀由玻璃封裝，圓柱狀由樹脂或玻璃封裝，而圓片狀一般由玻璃封裝。圓柱狀熱敏電阻，其外形與一般封裝二級(jí)管一樣。這種結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝成熟，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)量大而價(jià)格低，成為熱敏電阻的主流。珠粒狀熱敏電阻，由于體積小，熱時(shí)間常數(shù)小，適合制造點(diǎn)溫度計(jì)和表面溫度計(jì)。NTC熱敏電阻的電阻-溫度特性曲線可以用如下公式描述3-1式中R—溫度為T時(shí)的電阻值；A—與熱敏電阻材料和幾何尺寸有關(guān)的常數(shù)；B—熱敏電阻常數(shù)。若已知T1和T2時(shí)電阻為RT1和RT2，則可通過公式求取A和B的值。即3-2ln3-3熱敏電阻與熱電阻相比，其特點(diǎn)是：（1）電阻溫度系數(shù)絕對(duì)值大，因而靈敏度高，約為熱電阻的十倍，測(cè)量線路簡(jiǎn)單，甚至不用放大器便可輸出幾伏的電壓。（2）體積小，重量輕，熱慣量小，可以測(cè)量點(diǎn)溫度，適宜動(dòng)態(tài)測(cè)量。（3）本身電阻值大，不需要考慮引線長(zhǎng)度帶來的誤差，因此適宜遠(yuǎn)距離測(cè)量。（4）熱敏電阻產(chǎn)品已系列化，便于設(shè)計(jì)選用。（5）工作壽命長(zhǎng)，而且價(jià)格便宜。（6）非線性大，在電路上要進(jìn)行電路補(bǔ)償。（7）穩(wěn)定性稍差，并有老化現(xiàn)象。（8）同一型號(hào)有3%-5%的誤差。表1熱敏電阻的主要技術(shù)參數(shù)型號(hào)用途標(biāo)稱阻值額定功率時(shí)間常數(shù)材料常數(shù)散熱系數(shù)MF-11溫度補(bǔ)償0.01-150.5<=602200-3300>=5MF-13測(cè)溫控溫0.82-3000.25<=8.52200-3300>=4MF-16溫度補(bǔ)償10-10000.5<=1153900-56007-7.6RRC2測(cè)溫控溫6.8-10000.4<=203900-45007-7.6RRC7B測(cè)溫控溫3-1000.03<=0.53900-45007-7.6根據(jù)表1所示，選擇時(shí)間常數(shù)<=20,材料常數(shù)在3900-4500的RRC7B型號(hào)的熱敏電阻溫度傳感器。隨著溫度傳感器的不斷發(fā)展，新材料的熱敏電阻不斷產(chǎn)生。用硼鹵化物與氫還原研制的硼熱敏電阻在700℃的高溫時(shí)仍能滿足靈敏度﹑互換性﹑穩(wěn)定性的要求，CdO-Sb2O3-WO3和CdO-SnO2-WO3兩種熱敏電阻，解決了負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻存在的非線性問題。3.2測(cè)量模塊的設(shè)計(jì)3.2.1測(cè)量模塊的組成測(cè)量模塊包括電壓，電流輸入回路，數(shù)據(jù)采集回路，單片機(jī)控制系統(tǒng)，模擬基準(zhǔn)回路，單片機(jī)控制系統(tǒng)是測(cè)量模塊的核心。輸入回路主要由隔離器件，變換電路，放大電路，模擬選項(xiàng)開關(guān)電路組成。它將測(cè)量?jī)x表與被測(cè)電路進(jìn)行光電隔離，將輸入電阻網(wǎng)絡(luò)調(diào)整到適合于A/D轉(zhuǎn)換電壓所需的信號(hào)范圍。數(shù)據(jù)采集回路是對(duì)某一回路的測(cè)溫點(diǎn)同時(shí)采樣，測(cè)得溫度。單片機(jī)控制系統(tǒng)是對(duì)檢測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和對(duì)檢測(cè)程序進(jìn)行控制。模擬基準(zhǔn)回路是為A/D轉(zhuǎn)換器MAX197提供高精度，高溫定性的電壓基準(zhǔn)。串行通信電路主要是采用MAXIM公司生產(chǎn)的MAX1487串行通信收發(fā)器。測(cè)量模塊組成框如圖2所示。圖2測(cè)量模塊組成框3.2.2數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集回路是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行等間隔的A/D轉(zhuǎn)換，得到一個(gè)電壓，電流序列，以便單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算出相應(yīng)的電量參數(shù)求得溫度。其測(cè)溫控溫基本原理如圖3所示。圖3測(cè)溫控溫基本原理3.2.3模擬基準(zhǔn)回路設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)源是否穩(wěn)定對(duì)其轉(zhuǎn)換精度有較大影響。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果用如下公式計(jì)算:3-48031單片機(jī)的基準(zhǔn)源VREF可在4.5-5.5之間選擇，要求可提供5mA以上的電流。我們選用LM348/5V精密基準(zhǔn)二極管作基準(zhǔn)參考源。LM348為精密5.0V并聯(lián)調(diào)整式二極管，穩(wěn)定電壓輸出幅度為5V左右，非常適合于做低溫度系數(shù)的50V齊納基準(zhǔn)，其動(dòng)態(tài)阻抗僅為0.6Ω，0-70℃范圍僅變化6mV。LM348/5V有3個(gè)引入端，利用第三個(gè)引入端可進(jìn)行基準(zhǔn)電壓和溫度系數(shù)的修正。具有最小溫度系數(shù)的5V基準(zhǔn)電路原理圖。模擬地AGND也會(huì)對(duì)A/D轉(zhuǎn)換精度產(chǎn)生影響。AGND引腳應(yīng)該接到無干擾的地線上，并盡量靠近電源。在穩(wěn)壓管兩端加0.1μF的電解電容也可以有效的減少參考電壓VREF的波動(dòng)。如圖4所示。圖4LM256/5.0V溫度系數(shù)調(diào)節(jié)電路原理3.2.4信號(hào)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)測(cè)量模塊采用串行通信協(xié)議與上位機(jī)通信，由于其輸出的是6V信號(hào)，要轉(zhuǎn)換成12V上位機(jī)可以接受的信號(hào)，因此必須經(jīng)過一個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置-信號(hào)轉(zhuǎn)換器，即起到將測(cè)量模塊與上位機(jī)連接到一起的橋梁作用。信號(hào)轉(zhuǎn)換器采用MAXIM公司設(shè)計(jì)的MAX1487作為信號(hào)接收元件；采用TIL117光耦作信號(hào)轉(zhuǎn)換器及隔離元件，以避免信號(hào)輸出后產(chǎn)生干擾；采用74LS14對(duì)信號(hào)進(jìn)行整型處理；信號(hào)輸出選用的是MAX232，該器件具有長(zhǎng)距離傳輸和較強(qiáng)的抗干擾性能。信號(hào)轉(zhuǎn)換器組成框見圖5。上位機(jī)信號(hào)發(fā)出信號(hào)整形信號(hào)隔離信號(hào)接收收測(cè)量模塊輸入信號(hào)上位機(jī)信號(hào)發(fā)出信號(hào)整形信號(hào)隔離信號(hào)接收收測(cè)量模塊輸入信號(hào)日歷時(shí)鐘日歷時(shí)鐘圖5信號(hào)轉(zhuǎn)換器的組成框3.3動(dòng)態(tài)顯示,時(shí)鐘日歷的設(shè)計(jì)按照系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求,糧溫要求動(dòng)態(tài)顯示,時(shí)鐘日歷。單片機(jī)在控制過程中還需要擴(kuò)展芯片來完成這些功能。經(jīng)過比較,利用通用鍵盤/顯示器接口芯片8279來實(shí)現(xiàn)鍵盤/顯示器接口控制,時(shí)鐘日歷芯片采用PCF8563來實(shí)現(xiàn)的。3.3.1鍵盤/顯示器的接口的實(shí)現(xiàn)8279對(duì)鍵盤部分提供一種掃描工作方式,能對(duì)64個(gè)按鍵鍵盤陣列不斷掃描,自動(dòng)消抖,自動(dòng)識(shí)別出閉合的鍵并得到鍵號(hào),能對(duì)雙鍵或N鍵同時(shí)按下進(jìn)行處理。顯示部分為L(zhǎng)ED或其它顯示器提供了按掃描方式工作的顯示器接口,可顯示多達(dá)16位的字符或數(shù)字，如圖6所示。圖68279的引腳8279中與鍵盤/顯示器掃描有關(guān)的基本功能部件如下:(1)掃描計(jì)數(shù)器掃描計(jì)數(shù)器有2種輸出方式.按編碼方式工作時(shí),計(jì)數(shù)器作二進(jìn)制計(jì)數(shù).安譯碼方式工作時(shí),掃描計(jì)數(shù)器的最低2位在8279內(nèi)部被譯碼后輸出,為鍵盤和顯示器直接提供了4中取1的掃描線。(2)鍵盤去抖動(dòng)及回復(fù)緩沖器8根引腳RL0-RL7被接到鍵盤矩陣的行線.在逐列掃描時(shí),當(dāng)某一鍵閉合,消抖電路延時(shí)等待10ms之后,再檢驗(yàn)該鍵是否仍閉合。(3)鍵盤RAM及其狀態(tài)寄存器鍵盤RAM是1個(gè)雙重功能的8×8位RAM,它是先進(jìn)先出(FIFO)存儲(chǔ)器。內(nèi)部的FIFO狀態(tài)寄存器用來存放FIFO的工作狀態(tài),如FIFO是空還是滿,其中有多少字符,是否操作出錯(cuò)等等。(4)顯示RAM和顯示地址寄存器顯示RAM用來存放顯示數(shù)據(jù),共16B,最多可以存放16位的顯示信息。在顯示過程中,這些信息被輪流從顯示寄存器輸出。3.3.2時(shí)鐘日歷接口的實(shí)現(xiàn)PCF8563是PHILIPS公司推出的一款工業(yè)級(jí)內(nèi)含I2C總線接口功能的具有極低功耗的多功能時(shí)鐘/日歷芯片，PCF8563的多種報(bào)警功能定時(shí)器功能時(shí)鐘輸出功能以及中斷輸出功能能完成各種復(fù)雜的定時(shí)服務(wù)，甚至可為單片機(jī)提供看門狗功能內(nèi)部時(shí)鐘電路內(nèi)部振蕩電路內(nèi)部低電壓檢測(cè)電路1.0V以及兩線制I2C總線通訊方式，不但使外圍電路及其簡(jiǎn)潔而且也增加了芯片的可靠性同時(shí)每次讀寫數(shù)據(jù)后內(nèi)嵌的字地址寄存器會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生增量。如圖7、表2所示。(1)寬電壓范圍1.0-5.5V復(fù)位電壓標(biāo)準(zhǔn)值Vlow=0.9V。(2)超低功耗典型值為0.25AVDD=3.0V,Tamb=25。(3)可編程時(shí)鐘輸出頻率為32.768kHz，1024Hz，32Hz，1Hz。(4)四種報(bào)警功能和定時(shí)器功能。(5)內(nèi)含復(fù)位電路振蕩器電容和掉電檢測(cè)電路。(6)開漏中斷輸出。(7)400kHzI2C總線(VDD=1.8-5.5V)其從地址讀0A3H;寫0A2H。圖7PCF8563的管腳排列表2PCF8563的管腳排列描述符號(hào)管角號(hào)描述OSCI1震蕩器輸入OSCO2震蕩器輸出/INT3中斷輸出（開漏；低電平有效）Vss4地SDA5串行數(shù)據(jù)I/OSCL6串行時(shí)鐘輸入CLKOUT7時(shí)鐘輸出（開漏）Vdd8正電源PCF8563的基本原理:PCF8563有16個(gè)位寄存器，一個(gè)可自動(dòng)增量的地址寄存器，一個(gè)內(nèi)置32.768kHz的振蕩器（帶有一個(gè)內(nèi)部集成的電容），一個(gè)分頻器（用于給實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC提供源時(shí)鐘），一個(gè)可編程時(shí)鐘輸出，一個(gè)定時(shí)器，一個(gè)報(bào)警器，一個(gè)掉電檢測(cè)器和一個(gè)400kHzI2C總線接口所有16個(gè)寄存器設(shè)計(jì)成可尋址的8位并行寄存器，但不是所有位都有用，前兩個(gè)寄存器內(nèi)存地址00H、01H用于控制寄存器和狀態(tài)寄存器，內(nèi)存地址02H-08H用于時(shí)鐘計(jì)數(shù)器，秒~年計(jì)數(shù)器地址09H-0CH用于報(bào)警寄存器，定義報(bào)警條件地址0DH控制CLKOUT管腳的輸出頻率，地址0EH和0FH分別用于定時(shí)器控制寄存器和定時(shí)器寄存器秒分鐘小時(shí)日月年，分鐘報(bào)警小時(shí)報(bào)警日?qǐng)?bào)警寄存器編碼格式為BCD，星期和星期報(bào)警寄存器不以BCD格式編碼，當(dāng)一個(gè)RTC寄存器被讀時(shí)所有計(jì)數(shù)器的內(nèi)容被鎖存，因此在傳送條件下可以禁止對(duì)時(shí)鐘日歷芯片的錯(cuò)讀。PCF8563管腳描述如表2（1）報(bào)警功能模式一個(gè)或多個(gè)報(bào)警寄存器MSBAE=AlarmEnable，報(bào)警使能位清時(shí)相應(yīng)的報(bào)警條件有效這樣一個(gè)報(bào)警將在每分鐘至每星期范圍內(nèi)產(chǎn)生一次，設(shè)置報(bào)警標(biāo)志位AF控制狀態(tài)寄存器的位用于產(chǎn)生中斷AF，只可以用軟件清除。（2）定時(shí)器位的倒計(jì)數(shù)器地址0FH，由定時(shí)器控制寄存器地址0EH，控制定時(shí)器控制寄存器，用于設(shè)定定時(shí)器的頻率4096641或1/60Hz以及設(shè)定定時(shí)器有效或無效定時(shí)器從軟件設(shè)置的8位二進(jìn)制數(shù)倒計(jì)數(shù)，每次倒計(jì)數(shù)結(jié)束定時(shí)器設(shè)置標(biāo)志位TF，定時(shí)器標(biāo)志位TF只可以用軟件清除TF，用于產(chǎn)生一個(gè)中斷/INT，每個(gè)倒計(jì)數(shù)周期產(chǎn)生一個(gè)脈沖作為中斷信號(hào)TI/TP控制中斷產(chǎn)生的條件，當(dāng)讀定時(shí)器時(shí)返回當(dāng)前倒計(jì)數(shù)的數(shù)值。（3）CLKOUT輸出管腳CLKOUT可以輸出可編程的方波CLKOUT頻率寄存器地址0DH決定方波的頻率CLKOUT可以輸出32.768kHz(缺省值)，1024Hz、32Hz、1Hz的方波CLKOUT為開漏輸出管腳上電時(shí)輸出有效無效時(shí)輸出為高阻抗。（4）復(fù)位PCF8563包含一個(gè)片內(nèi)復(fù)位電路當(dāng)振蕩器停止工作時(shí)復(fù)位電路開始工作在復(fù)位狀態(tài)下I2C總線初始化寄存器TF、VL、TD1、TD0、TESTC、AE被置邏輯其它的寄存器和地址指針被清。（5）掉電檢測(cè)器和時(shí)鐘監(jiān)控PCF8563內(nèi)嵌掉電檢測(cè)器當(dāng)VDD低于Vlow時(shí),位VLVoltageLow,秒寄存器的位7被置用于指明可能產(chǎn)生不準(zhǔn)確的時(shí)鐘日歷信息VL標(biāo)志位只可以用軟件清除當(dāng)VDD慢速降低例如以電池供電達(dá)到Vlow時(shí)標(biāo)志位VL被設(shè)置,這時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生中斷掉電檢測(cè)。（6）PCF8563內(nèi)部寄存器PCF8563共有16個(gè)寄存器其中00H01H為控制方式寄存器，09H-0CH為報(bào)警功能寄存器，0DH為時(shí)鐘輸出寄存器，0EH和0FH為定時(shí)器功能寄存器，02H-08H為秒年時(shí)間寄存器。各寄存器的位描述：定時(shí)器倒計(jì)數(shù)數(shù)值寄存器，定時(shí)器倒計(jì)數(shù)數(shù)值(二進(jìn)制)。PCF8563與單片機(jī)的接口軟件及功能按I2C總線協(xié)議規(guī)約，PCF8563有唯一的器件地址0A2H如圖8所示PCF8563應(yīng)用電路原理。PCF8563應(yīng)用電路原理圖下面首先給出基本的接口軟件然后舉例說明各種功能應(yīng)用圖8PCF8563應(yīng)用電路原理時(shí)鐘的讀取和寫入(1)讀時(shí)鐘下面的程序?qū)⒚肽旯财邆€(gè)字節(jié)的時(shí)間信息讀出并放入MRD為首址的接收緩沖區(qū)中，注意時(shí)間讀出后需進(jìn)行整理屏蔽無效位方能得出正確的信息。RCF8563:MOVSLA,#0A2H;取器件地址MOVSUBA,#02H;取讀時(shí)間的首字節(jié)地址從秒開始讀MOVNUMBYTE,#07H;讀七個(gè)時(shí)間信息LCALLIRDNBYTE;讀取時(shí)間并放入接收緩沖區(qū)中MOVA,MRD;取秒字節(jié)ANLA,#7FH;屏蔽無效位MOVMRD,AMOVA,MRD+1;取分鐘字節(jié)ANLA,#7FH;屏蔽無效位MOVMRD+1,AMOVA,MRD+2.;取小時(shí)字節(jié)ANLA,#3FH;屏蔽無效位MOVMRD+2,AMOVA,MRD+3;取天字節(jié)ANLA,#3FH;屏蔽無效位MOVMRD+3,AMOVA,MRD+4;取星期字節(jié)ANLA,#07H;屏蔽無效位MOVMRD+4,AMOVA,MRD+5;取月字節(jié)ANLA,#1FH;屏蔽無效位MOVMRD+5,ARET(2)寫時(shí)鐘下面的程序?qū)?000年6月20日星期3下午3點(diǎn)(15點(diǎn))59分30秒的時(shí)間寫入PCF8563SEND8563:ACALLLOAD8563;將時(shí)間裝入發(fā)送緩沖區(qū)(MTD)中MOVSLA,#0A2H;取器件地址MOVSUBA,#00H;取寫入寄存器的首字節(jié)地址從00H開始寫MOVNUMBYTE,#09H;寫七個(gè)時(shí)間信息和2個(gè)控制命令LCALLIWRNBYTE;寫時(shí)間RETLOAD8563:MOVMTD,#00H;啟動(dòng)時(shí)鐘MOVMTD+1,#1FH;設(shè)置報(bào)警及定時(shí)器中斷,定時(shí)器中斷為脈沖形式MOVMTD+2,#30H;以下分別將秒至年的時(shí)間寫入發(fā)送緩沖區(qū)中MOVMTD+3,#59HMOVMTD+4,#15HMOVMTD+5,#20HMOVMTD+6,#02HMOVMTD+7,#06HMOVMTD+8,#00HRET主要功能的應(yīng)用：PCF8563是一多功能時(shí)鐘芯片，必須謹(jǐn)慎的使用這些功能，其中最主要的就是正確的設(shè)置功能參數(shù)，否則會(huì)產(chǎn)生意外的錯(cuò)誤，下面給出一些可能會(huì)用到的設(shè)置程序。(1)報(bào)警功能的設(shè)置PCF8563共有四種報(bào)警方式，分別為小時(shí)報(bào)警每小時(shí)的同一分鐘時(shí)刻報(bào)警，日?qǐng)?bào)警每天的同一小時(shí)時(shí)刻報(bào)警，月報(bào)警每月的同一天時(shí)刻報(bào)警和星期報(bào)警每星期的同一天時(shí)刻報(bào)警，發(fā)生報(bào)警時(shí)AF位變?yōu)?，設(shè)置報(bào)警有效的方法是將相應(yīng)報(bào)警寄存器的最高位AE置0，若同時(shí)置AIE=1則在AF置1的同時(shí)將在/INT引腳產(chǎn)生一個(gè)中斷低電平，有效清除中斷信號(hào)的方法是軟件清AF，由此看出AIE相當(dāng)于單片機(jī)中的中斷允許控制位而AF相當(dāng)于中斷申請(qǐng)標(biāo)志位。(2)定時(shí)器功能的設(shè)置PCF8563的定時(shí)器為倒計(jì)數(shù)定時(shí)器，當(dāng)TE=1時(shí)有效,倒計(jì)數(shù)值為0FH中的的二進(jìn)制數(shù)，當(dāng)?shù)褂?jì)數(shù)值計(jì)為0時(shí)TF位置1，若同時(shí)置TIE=1則在TF置1的同時(shí)將在/INT引腳產(chǎn)生一個(gè)中斷，低電平有效與報(bào)警中斷不同的是定時(shí)器中斷信號(hào)有兩種方式，由TI/TP位控制，設(shè)置TI/TP=0中斷信號(hào)和報(bào)警中斷信號(hào)相同均為低電平方式，置TF=0可清除中斷信號(hào)，設(shè)置TI/TP=1則中斷信號(hào)為脈沖方式，其脈沖低電平寬度約為15ms，此時(shí)可不考慮TF位的影響，由此看出TIE相當(dāng)于單片機(jī)中的定時(shí)中斷允許控制位，而TF相當(dāng)于定時(shí)中斷申請(qǐng)標(biāo)志位，注定時(shí)器功能可以和報(bào)警功能同時(shí)有效。3.4IC接口電路的設(shè)計(jì)為了確保糧倉詢查人員準(zhǔn)確，及時(shí)的到達(dá)糧庫，并且記錄下來當(dāng)時(shí)的糧情，讓糧倉管理人員更好的對(duì)糧情進(jìn)行監(jiān)控，我們?cè)谙到y(tǒng)中添加了簽到部分，這樣不僅可以準(zhǔn)確的記錄下來詢查時(shí)刻的糧情，還可以確定詢查人員是否負(fù)責(zé)，有沒有及時(shí)的對(duì)糧倉進(jìn)行詢查。簽到部分我們采用了IC卡技術(shù)，選擇了SLE4442芯片，SLE4442為加密存儲(chǔ)卡，容量為256byte?？偯艽a核對(duì)正確之后，才可以對(duì)卡讀寫操作。該卡前32字節(jié)可進(jìn)行寫保護(hù)位操作。總密碼錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器值為3，核對(duì)錯(cuò)誤一次，減1操作，若計(jì)數(shù)值為0，整卡數(shù)據(jù)鎖死。若3次內(nèi)有一次核對(duì)正確，則計(jì)數(shù)器恢復(fù)初值。

SLE4442特性與4442相似，但無密碼操作功能。3.4.1SLE4442芯片特點(diǎn)(1)采用多存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。(2)2線連接協(xié)議，串行接口滿足ISO一7816同步協(xié)議。(3)芯片采用NMOS工藝技術(shù)，每字節(jié)的擦除/寫人編程時(shí)間為2.5m/s。(4)存儲(chǔ)器具有至少104擦除/寫人周期，數(shù)據(jù)保持時(shí)間至少10年。SLE4442芯片內(nèi)部存儲(chǔ)器，邏輯加密存儲(chǔ)卡的邏輯加密功能和存儲(chǔ)功能是由其內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)決定的.SLE4442型芯片內(nèi)部存儲(chǔ)器。結(jié)構(gòu)如圖10所示，包含三個(gè)存儲(chǔ)器:256x8位EEPROM型主存儲(chǔ)器，32x1位PROM保護(hù)型存儲(chǔ)器，4x8位EEPROM型存儲(chǔ)器。圖7SLE4442型IC卡內(nèi)部存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)圖9SLE4442芯片SLE4442芯片的操作命令，每條命令包含三個(gè)字節(jié)，其排列順序如表3所示:MSB控制字LSBMSB地址字LSBMSB數(shù)據(jù)字LSB表3SLE4442芯片的操作命令B7B6B5B4B3B2B1B0A7A6A5A4A3A2A1A0D7D6D5D4D3D2D1D0命令的傳達(dá)總是從控制字節(jié)開始，首先傳送字節(jié)的最低位LSB（即B0位），控制字節(jié)傳送完畢之后，依次傳送地址字節(jié)和數(shù)據(jù)字節(jié)，傳送順序均為從各字節(jié)最低位（LSB）開始。3.4.2IC卡與單片機(jī)的接口電路在使用IC卡的過程中，基于安全、穩(wěn)定、可靠等因素的考慮，設(shè)計(jì)并采用了如所示的SLE4442型IC卡與8031單片機(jī)的接口電路，該電路的供電部分采用了帶輸出短路保護(hù)特性的三端穩(wěn)壓集成電路，規(guī)定的最大輸出電流可達(dá)100niA左右，短路保護(hù)電流起點(diǎn)在150mA-200mA左右，符合ISO/IEC，單片機(jī)所規(guī)定的范圍同步型IC卡的時(shí)鐘與讀寫過程相同步，無需提前加載，所以，該電路的CLK引腳直接與單片機(jī)的P1.2引腳相接，RST引腳和I/0引腳分別占用單片機(jī)一個(gè)I/0口.整個(gè)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易行、安全可靠，在整個(gè)試驗(yàn)過程中使用穩(wěn)定，而且，該設(shè)計(jì)的軟件易于編制，如圖10所示。SLE4442與8031的接口電路（圖2）圖3-14SLE4442與8031接口電路圖10IC卡與單片機(jī)的接口電路附錄程序ORG 0000HAJMP MAINORG 0003HLJMP INT0ORG 000BHLJMP TIMER0ORG 0013HLJMP INT1ORG 001BHLJMP TIMER1ORG 0100HMAIN:MOV SP, #60HLCALL CSH;調(diào)用初始化子程序FANHUI: LCALL XIANSHI LCALL CAIJI; 判斷 LCALL JIANCE; 調(diào)用溫度檢測(cè)子程序 LCALL JSUAN; 調(diào)用數(shù)值轉(zhuǎn)換子程序 LCALL ICK; 調(diào)用IC卡子程序 LCALL FANHUI;CSH: MOV TOMD,#11H MOV