2.4系统布局
粮仓立柱局部结构图
立柱设计为内外双层结构。外层固定一个直径略大于该立柱的网孔立柱，用于防止粮食进入立柱上的通风口以及避免粮食对立柱转动产生阻力。网孔立柱内侧设置通风槽和温湿度检测节点。该系统采用的立柱式鼓风通道可以精确控制通风立柱的转向，从而实现智能通风。当温度传感器节点检测到粮仓内部某处因粮食霉变或虫蛀等原因使温度异常而需要通风时，监控中心自动远程控制步进电机，从而带动内层立柱转动，使立柱上的通风槽对准温度异常方位进行精确通风。直至温度正常后，自动停止通风。 2.4.1温湿度等传感器布置
传感器节点的选择和布局目前，我国各大粮仓大多采用电缆内部安装热电偶和热电阻等测温元件，测温元件随电缆竖直插入粮食内部，传感器的安装费时费力，测量精度不高。本系统采用的传感器，接线简单，使用方便，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。其在与微处理器连接时，可实现微处理器与之的双向通讯，并支持多点组网功能，实现多点测温测湿。因此，可以有效实现本系统功能，方便、准确地读取数据信息。依据国家标准，粮温传感器的密度为仓内水平方向不大于５ｍ，垂直方向不大于１.２ｍ。CO2传感器，湿度传感器可均匀分布各点进行测量，为方便操作，温湿度传感器，CO2传感器均布置在一点。本系统在每个立柱的竖直方向均匀布置３层传感器，每层放置３个且各自相差120°的节点，与之连接的传感器引伸至立柱外，直接检测粮食温度参数。水浸传感器是基于液体导电原理，用电极探测是否有水存在，再用传感器转换成干接点输出，水浸传感器安装在水流向的地方，低水位地方。烟雾传感器根据检测的烟雾浓度来判断是否发生火灾，能做到及时监测火灾发生分布安装在房间的顶部。红外线传感器可以对侵入粮仓的老鼠等入侵物进行检测进行检测，分布安装在粮仓底部四周。
2.4.2粮仓压力传感器布置
由于粮食数量巨大，价格低，要求粮堆数量在线检测设备成本低、简单方便。因此，传感器的布置应满足：1)经济性原则，即传感器数量应尽可能少。2)可行性原则，满足通常进粮方式的要求，方便出进粮并避免损坏传感器。基于这些考虑，本项目提出的粮仓底面侧面压力传感器布置模型如图所示。
压力传感器布置模型图
对于如图所示的粮仓底面压力传感器布置，各传感器距侧面墙距离d应相等，以便于侧面摩擦力作用的补偿，扩大粮仓数量检测模型的适用范围；在保证不影响粮仓进粮等操作的情况下，传感器距侧面墙距离d应尽可能大，以尽可能降低其临近侧面摩擦力作用。由于粮仓宽度一般在7 m左右，因此d=2一3.5 m为妥。各个传感器间距应不小于2 m，以便于消除底面压强的随机性。传感器应尽可能远离进粮口，以避免进粮冲击造成传感器损坏，降低传感器输出值的波动。对于图示的粮仓侧面压力传感器布置，压力传感器按2列多行布置，应尽可能远离进粮口，列间距L应大于1.5 m，各行依装粮高度沿上下均匀分布，行间距h应大于1.5 m，以便于消除底面压强的随机性。底部压力传感器距地面为h/2，顶部压力传感器距粮堆顶部应大于1 m，以保证侧面压强检测的有效性。
2.5模拟量数字量的输入输出
各传感器经过检测模拟信号将其转化为电压信号从而传送给微处理器处理其输入输出如下表： AI 温度 湿度 CO2 气体烟雾 压力 红外线 DO 电压 电压 电压 电压 电压 电压 2.6系统模块
2.6.1转换器模块
为了把温度、湿度等量检测电路测出的模拟信号转换成数字量送CPU处理，本系统选用了双积分A/D转换器MC14433。它精度高，分辨率达1/1999。由于MC14433只有一路输入，而本系统检测的多路温度与湿度信号输入，故选用多路选择电子开关，可输入多路模拟量。MC14433 A/D 转换器由于双积分方法二次积分时间比较长，所以A/D转换速度慢，但精度可以做得比较高；对周期信号变化的干扰信号积分为零，抗干扰性能也比较好。
目前，国内外双积分A/D转换器集成电路芯片很多，大部分是用于数字测量仪器上。常用的有3.5位双积分A/D装换器MC14433和4.5位双积分A/D转换器ICL7135
MC14433是三位半双积分型的A/D转换器，具有精度高，抗干扰性能好的优点，其缺点 是转换速率低，约1—10次/秒。在不要求高速转换的场合，例如，在低速数据采集系统中，
被广泛采用。MC14433A/D转换器与国内产品5G14433完全相同，可以互换。MC14433A/D转换器的被转换电压量程为199.9mV或1.999V。转换完的数据以BCD码的形式分四次送出。是转换速率低，约1—10次/秒。在不要求高速转换的场合，例如，在低速数据采集系统中，被广泛采用。MC14433A/D转换器与国内产品5G14433完全相同，可以互换。MC14433A/D转换器的被转换电压量程为199.9mV或1.999V。转换完的数据以BCD码的形式分四次送出。
Q0---Q3： BCD码输出线。其中Q0为最低位，Q3 为最高位。当DS2、DS3和DS4选通期间，输出三位完整的BCD码数，但在DS1选通期间，输出端Q0-------Q3 除了表示个位的0或1外，还表示了转化值的正负极性和欠量程还是过量程。 Q3 表示1/2位，Q3=“0”对应1，反之对应0。 Q2 表示极性，Q2=“1”为正极性，反之为负极性。
Q0=“1”表示超量程：当Q3=“0”时，表示过量程；当Q3=“1”时，表示欠量程； 2.6.2控制器模块
MCP2515 是 Microchip 公司的一款独立 CAN 控制器，完全支持 CAN V2.0B 技术 规范。该器件能发送和接收标准和扩展数据帧以及远程帧。MCP2515 自带的两个验收 屏蔽寄存器和六个验收滤波寄存器可以过滤掉不想要的报文，因此减少了主单片机（MCU）的管理负担。MCP2515与MCU的连接是通过业界标准串行外设接口来实现的。MCP2515的操作简单，使用方便，可以简化需要与CAN 总线连接的应用。
MCP2515 的结构框图
MCP2515 该器件主要由三个部分组成：
(1)CAN模块，包括 CAN 协议引擎、验收滤波寄存器、验收屏蔽寄存器、发送 和接收缓冲器; (2)用于配置该器件及其运行的控制逻辑和寄存器; (3)SPI协议;
单片机通过MCP2515的SPI接口与CAN总线通信，将采集到的数据发送到 MCP2515，进而再发送到CAN总线。对于接收数据，则采用中断方式。一旦中断发生,即将接收的数据自动装载到相应的报文寄存器中。此时还可利用屏蔽滤波寄存器对接收报文的标识符和预先在接收缓冲器初始化时设定的标识符进行有选择的逐位比较，只有标识符匹配的报文才能进入接收缓冲器。从而使下位机以单片机为智能控制器，在粮仓温湿度控制系统中，通过温湿度传感器来采集粮仓内的温度、湿度，经过单片机处理后发出信号，控制风机、加湿器、去湿器的打开和关闭,以达到自动调节的功能。
TJA1050是CAN控制器和物理总线之间的接口。TJA1050可以为总线提供不同的发送性能,为CAN控制器提供不同的接收性能。TJA1050是PCA82C250高速CAN收发器的后继产品。所做的改进为：CANH和CANL理想配合，使电磁辐射减到更低；在有不上电节点时，性能有所改进。TJA1050内部功能框图如下图所示。
上位机管理采用普通 PC 机，通过 USB-CAN 转换模块与现场 CAN 总线相连，主要 负责参数设定，数据的处理、保存和显示，以及对下位监控机的管理等功能。USB-CAN 转换模块是系统中的重要部分，它的性能如何将直接影响着本系统的工作品质。
USB-CAN 转换模块带有 USB2.0 接口和 1 路 CAN 接口，USB2.0 接口的最高传输 速率可达 12MB/s，并且支持双向数据传输，完全满足 CAN 总线的传输波特率的范围及 传输方向要求。可进行收、发双向透传。主要特点：传输协议非常简洁、透明，支持进 行二次开发。USB 虚拟串口，可以在各种操作系统下，像使用普通串口一样方便地使用。USB-CAN 转换模块的内部结构框图和实物图分别如下图所示。
USB-CAN 结构图
系统中，单片机通过SPI接口控制 MCP2515，将要发送的数据转化成特定格式（标准和扩展数据帧或远程帧）发送到CAN总线上进而传给上位机，同时从CAN总线上读取上位机发来的数据，通过设置验收屏蔽寄存器和验收滤波寄存器，由选择性地接收上位机发给该智能节点的数据。使用时，只需要对MCP2515 某些寄存器进行设置，光电耦合和高速CAN 收发器对用户是透明的，操作简单。
2.7系统模块连接
2.7.1 MC14433与AT89S51单片机的接口设计
由于MC14433的A/D转换结果是动态分时输出的BCD码，Q0～Q3HE DS1～DS4都不是总线式的。因此，MCS-51单片机只能通过并行I/O接口或扩展I/O接口与其相连。对于8031单片机的应用系统来说，MC14433可以直接和其P1口或扩展I/O口8155/8255相连。下面是MC14433与AT89S51单片机P1口直接相连的硬件接口，接口电路如图3.13所示（J1为网络接口，接单片机P1口）。
MC14433与8031单片机P1口直接相连的硬件接口
现代检测技术大作业最终版
