計(jì)算機(jī)控制的糧倉(cāng)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課 程 設(shè) 計(jì)設(shè)計(jì)課題 ： 計(jì)算機(jī)控制的糧倉(cāng)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師意見：成績(jī): 簽名： 2021年1月 日 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc296612393 1 引言 PAGEREF _Toc296612393 h 5 HYPERLINK l _Toc296612394 1.1 課題背景 PAGEREF _Toc296612394 h 5 HYPERLINK l _Toc296612395 1.2 系統(tǒng)功能 PAGEREF _Toc296612395 h 5 HYPERLINK l _Toc296612396 2 總體方案設(shè)計(jì) PAGER

2、EF _Toc296612396 h 6 HYPERLINK l _Toc296612397 2.1 選定計(jì)算機(jī) PAGEREF _Toc296612397 h 6 HYPERLINK l _Toc296612398 2.2 系統(tǒng)組成框圖及工作原理 PAGEREF _Toc296612398 h 7 HYPERLINK l _Toc296612399 2.3 控制策略設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc296612399 h 7 HYPERLINK l _Toc296612400 3 硬件電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc296612400 h 8 HYPERLINK l _Toc296612401

3、 3.1 系統(tǒng)設(shè)備選型 PAGEREF _Toc296612401 h 8 HYPERLINK l _Toc296612402 3.1.1 鍵盤 PAGEREF _Toc296612402 h 8 HYPERLINK l _Toc296612403 3.1.2 溫度傳感器 PAGEREF _Toc296612403 h 8 HYPERLINK l _Toc296612404 3.1.3 濕度傳感器 PAGEREF _Toc296612404 h 8 HYPERLINK l _Toc296612405 3.1.4 A/D轉(zhuǎn)換 PAGEREF _Toc296612405 h 9 HYPERLINK

4、 l _Toc296612406 3.1.5 控制器選擇 PAGEREF _Toc296612406 h 10 HYPERLINK l _Toc296612407 3.1.6 LED顯示 PAGEREF _Toc296612407 h 12 HYPERLINK l _Toc296612408 3.1.7 繼電器 PAGEREF _Toc296612408 h 12 HYPERLINK l _Toc296612409 3.2 局部系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc296612409 h 12 HYPERLINK l _Toc296612410 3.2.1 溫差測(cè)量電路 PAGEREF _

5、Toc296612410 h 12 HYPERLINK l _Toc296612411 3.2.2 濕度測(cè)量電路 PAGEREF _Toc296612411 h 13 HYPERLINK l _Toc296612412 3.2.3 串并轉(zhuǎn)換 PAGEREF _Toc296612412 h 13 HYPERLINK l _Toc296612413 3.2.4 系統(tǒng)原理圖 PAGEREF _Toc296612413 h 14 HYPERLINK l _Toc296612414 4 軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc296612414 h 14 HYPERLINK l _Toc296612415 4

6、.1 主程序流程圖 PAGEREF _Toc296612415 h 14 HYPERLINK l _Toc296612416 4.2 中斷程序流程圖 PAGEREF _Toc296612416 h 15 HYPERLINK l _Toc296612417 5 總結(jié) PAGEREF _Toc296612417 h 16 HYPERLINK l _Toc296612418 參 考 文 獻(xiàn) PAGEREF _Toc296612418 h 17附錄 系統(tǒng)原理圖1 引言1.1 課題背景眾所周知，糧食的儲(chǔ)藏是關(guān)系到國(guó)家危亡、百姓生活的大事，糧食只有在一定的環(huán)境條件下才能長(zhǎng)期存放，而保證不發(fā)芽不變質(zhì)，保持糧

7、食的新鮮品質(zhì)，延緩糧食品質(zhì)的劣變，減少數(shù)量的損失，所以對(duì)于貯存糧食的糧倉(cāng)，除了在構(gòu)造形式上有許多要求外，在溫度和濕度上都有較高的要求。一般來(lái)說，對(duì)于不同的地區(qū)，不同的貯存物，糧倉(cāng)分常溫倉(cāng)、準(zhǔn)低溫倉(cāng)和低溫倉(cāng)。準(zhǔn)低溫倉(cāng)的溫度要求為15t20，低溫倉(cāng)的要求為t15。目前，在我國(guó)的北方地區(qū)，糧倉(cāng)主要利用機(jī)械通風(fēng)設(shè)備進(jìn)展糧倉(cāng)內(nèi)、外空氣的交換來(lái)到達(dá)降低倉(cāng)內(nèi)溫度，實(shí)現(xiàn)糧食的低溫保存。以前通風(fēng)設(shè)備的開啟和關(guān)停，均是由人手動(dòng)控制的，即由倉(cāng)管人員定時(shí)查看倉(cāng)內(nèi)外的溫度、濕度情況，按要求開關(guān)通風(fēng)設(shè)備，這樣倉(cāng)管人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大，可靠性差，而且管理人員多，管理本錢高。為此，需要有一種符合機(jī)械通風(fēng)要求的低本錢的控制器，在溫

8、差和濕度超過用戶設(shè)定值范圍時(shí)，啟動(dòng)通風(fēng)設(shè)備，否那么自動(dòng)關(guān)閉通風(fēng)設(shè)備。鑒于目前大多中小型倉(cāng)庫(kù)資金缺少的現(xiàn)狀，根據(jù)糧倉(cāng)機(jī)械通風(fēng)技術(shù)的要求，我設(shè)計(jì)了一款用AT89C51構(gòu)成的經(jīng)濟(jì)實(shí)用型機(jī)械通風(fēng)控制器。1.2 系統(tǒng)功能這局部主要表達(dá)系統(tǒng)具有哪些控制功能該系統(tǒng)的核心為高性能、低本錢的單片機(jī)AT89C51，它與87C51完全兼容，內(nèi)部包含4KEPROM。它與溫度測(cè)量電路、濕度測(cè)量電路及LED顯示構(gòu)成的通風(fēng)系統(tǒng)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性好，可靠性高，本錢低，還能通過LED進(jìn)展顯示，對(duì)系統(tǒng)起到實(shí)時(shí)控制作用。系統(tǒng)通過控制器P0口連接一個(gè)44鍵盤來(lái)實(shí)現(xiàn)人工對(duì)參數(shù)的自由設(shè)定。通過串口連接4位LED顯示器，其中2位顯示倉(cāng)內(nèi)外的溫

9、差，另外2位顯示濕度。系統(tǒng)定時(shí)啟動(dòng)通過P1口相連的ADC0809來(lái)完成溫差測(cè)量電路送來(lái)的溫差及濕度測(cè)量電路送來(lái)的濕度的A/D轉(zhuǎn)換信號(hào)，并與設(shè)定值比擬。當(dāng)滿足啟動(dòng)條件時(shí)通過P26控制繼電器J閉合，進(jìn)一步利用J的觸點(diǎn)啟動(dòng)通風(fēng)設(shè)備。2 總體方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)的選擇1PLC 早期處理順序邏輯和開關(guān)信息量問題時(shí)一般采用繼電器電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。但當(dāng)信號(hào)較多、邏輯復(fù)雜時(shí)，使用繼電器數(shù)量很大，造成線路設(shè)計(jì)和調(diào)試都相當(dāng)困難，可靠性也差。隨著PLC的出現(xiàn)，他逐漸取代了繼電器電路，隨著計(jì)算機(jī)的開展和滲透，PLC技術(shù)也在不斷提高和完善，有以下優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)本錢低，范圍廣，高速率，永遠(yuǎn)在線，便捷。但是當(dāng)前在國(guó)內(nèi)PLC的價(jià)格比擬高，也

10、在一局部程度上阻礙了它的開展。2工業(yè)PC 對(duì)于一個(gè)任務(wù)不算小的系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)說，工業(yè)PC是首選。它是專門考慮了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件差及各種干擾大而設(shè)計(jì)的，可以長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，可靠性和可維護(hù)性都可到達(dá)要求。另外，除了有多種模塊的主機(jī)系統(tǒng)板外看，還配備有多種接口板，如多路模擬量輸入/輸出板、開關(guān)量輸入輸出板、圖形板，以及擴(kuò)展用的RS-232C、RS-422、RS-485、總線接口板和EPROM編程板等?？傊蓴U(kuò)大性不成問題。此外，模擬量輸入輸出、開關(guān)量輸入輸出的接口很多，并有大量的軟件支持，如匯編、高級(jí)語(yǔ)言和中文等。3單片機(jī) 現(xiàn)今的單片機(jī)正向著提高工業(yè)環(huán)境下控制系統(tǒng)的可靠性和靈活方便地構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng)界面的方

11、向開展，并且控制功能越來(lái)越豐富。在CPU芯片上，除嵌入RAM、ROM、和IO外，還有A/D、D/A、PWM、DMA、看門狗、串行接口和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等，另外還有顯示驅(qū)動(dòng)、鍵盤控制、比擬器和函數(shù)發(fā)生器等，能構(gòu)成功能強(qiáng)大的應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)比專用處理器最適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。特別是它體積小，集成度高。性能穩(wěn)定，可靠性高。有較高的性價(jià)比。他越來(lái)越得到人們的信賴。 通過比擬論證，從經(jīng)濟(jì)因素等考慮，選用單片機(jī)AT89C51作為糧倉(cāng)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制器。2.2 系統(tǒng)組成框圖及工作原理系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示。它有以下幾局部組成。1鍵盤用于設(shè)置參數(shù)，設(shè)置給定。2傳感器有兩種，溫差傳感器

12、和濕度傳感器，分別放于環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)環(huán)境的溫差和濕度分別進(jìn)展測(cè)量。3變換電路將傳感器檢測(cè)到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)，并將其送到A/D轉(zhuǎn)換芯片；或者將單片機(jī)的輸出信號(hào)經(jīng)過變換控制繼電器的動(dòng)作。4A/D轉(zhuǎn)換電路，將標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，送入計(jì)算機(jī)。5計(jì)算機(jī)AT89C51對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)展計(jì)算和處理，并讓其顯示。6串并轉(zhuǎn)換將串口輸出轉(zhuǎn)換成并口形式，便于與LED連接。7顯示對(duì)計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果進(jìn)展直觀的顯示，便于我們進(jìn)展直觀的了解當(dāng)前情況。8繼電器用于開啟和停頓通風(fēng)設(shè)備，對(duì)結(jié)果直接產(chǎn)生影響。圖1 系統(tǒng)組成框圖工作原理：由鍵盤設(shè)置給定值，再由溫差傳感器和濕度傳感器測(cè)量實(shí)時(shí)參數(shù)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換，通過控制器計(jì)算處理

13、，將參數(shù)和設(shè)定值比擬，進(jìn)展顯示，看是否滿足條件，再通過繼電器的開關(guān)，對(duì)通風(fēng)設(shè)備進(jìn)展操作，保障糧倉(cāng)環(huán)境溫度適宜。2.3 控制策略設(shè)計(jì)通過分析控制器和執(zhí)行器的關(guān)系，選用位置式PID控制作為控制系統(tǒng)的控制策略?？刂扑惴ㄈ缡?.1。 2.1式中：Ki：積分系數(shù)、 Kd：微分系數(shù)3 硬件電路設(shè)計(jì)這局部?jī)?nèi)容以系統(tǒng)硬件組成框圖為根據(jù)，每個(gè)框是一個(gè)實(shí)現(xiàn)某個(gè)功能的電路，逐個(gè)設(shè)計(jì)具體的實(shí)現(xiàn)電路。注意，不能只介紹芯片，主要要有自己設(shè)計(jì)的電路。電路用PROTEL畫，直接復(fù)制粘貼到WORD文檔中。3.1 系統(tǒng)設(shè)備選型3.1.1 鍵盤 系統(tǒng)選用行列式鍵盤。該鍵盤由行線和列線組成，按鍵設(shè)置在行、列構(gòu)造的穿插點(diǎn)上，行列線分別

14、連在按鍵開關(guān)的兩端。行線通過上拉電阻接至正電源，以便無(wú)鍵按下時(shí)行線處于高電平狀態(tài)。3.1.2 溫度傳感器系統(tǒng)選用A/D590L作為溫差傳感器。A/D590L具有線性優(yōu)良、性能穩(wěn)定、靈敏度高、無(wú)需補(bǔ)償、熱容量小、抗干擾能力強(qiáng)、可遠(yuǎn)距離測(cè)溫且使用方便等優(yōu)點(diǎn)。可廣泛應(yīng)用于各種糧倉(cāng)、冰庫(kù)、工業(yè)儀器配套和各種溫度的測(cè)量和控制等領(lǐng)域。A/D590L的主特性參數(shù)如下：工作電壓：430V工作溫度：-55+150攝氏度正向電壓：+44V反向電壓：-20V靈敏度：1uA/K3.1.3 濕度傳感器系統(tǒng)選用HS1101濕度傳感器。HS1101濕度傳感器具有響應(yīng)時(shí)間快、高可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性特點(diǎn)，不需要校準(zhǔn)的完全互換性。

15、HS1101濕度傳感器在電路中等效于一個(gè)電容器Cx，其電容隨所測(cè)空氣的濕度增大而增大，在相對(duì)濕度為0%-100%RH的范圍內(nèi)，電容的容量由160pF變化到200pF，其誤差不大于2%RH，響應(yīng)時(shí)間小于5s，溫度系數(shù)為0.04pF/。3.1.4 A/D轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換選用ADC0809芯片實(shí)現(xiàn)，ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。管腳圖如圖2所示。此圖沒有意義，不需要畫引腳圖。關(guān)鍵是要畫出你設(shè)計(jì)的具體電路。圖2 ADC0809管腳圖ADC0809各腳功能如下：D0-D7：8位數(shù)字量輸出引腳。I

16、N0-IN7：8位模擬量輸入引腳。VCC：+5V工作電壓。GND：地。REF+：參考電壓正端。REF-：參考電壓負(fù)端。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端。ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸入端。以上兩種信號(hào)用于啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 HYPERLINK t _blank .EOC：轉(zhuǎn)換完畢信號(hào)輸出引腳，開場(chǎng)轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換完畢時(shí)為高電平。OE：輸出允許控制端，用以翻開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端一般為500KHz。A、B、C：地址輸入線。3.1.5 控制器選擇在此次設(shè)計(jì)中，選用高性能、低本錢的AT89C51單片機(jī)， 管腳及根本連接電路如圖3所示。和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的

17、4K程序存儲(chǔ)器是FLASH工藝的，這種工藝的存儲(chǔ)器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫。寫入單片機(jī)內(nèi)的程序還可以進(jìn)展加密，這又很好地保護(hù)了你的勞動(dòng)成果。再著，AT89C51目前的售價(jià)低，市場(chǎng)供給很充足。TkX7f$Wj q|0此圖沒有意義，不需要畫引腳圖。關(guān)鍵是要畫出你設(shè)計(jì)的具體電路。圖3 AT89C51管腳圖參數(shù)如下：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TT

18、L門電流，當(dāng)P2口被寫“1時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。復(fù)位電路如圖4所示。圖4 復(fù)位電路ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，那么在此期間外

19、部程序存儲(chǔ)器0000H-FFFFH，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源VPP。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。晶振電路如圖5所示。圖5 晶振電路3.1.6 LED顯示系統(tǒng)選用LED對(duì)所處理的結(jié)果進(jìn)展顯示。其管腳圖如圖6所示。圖6 LED管腳圖3.1.7 繼電器選用電流繼電器作為此次設(shè)計(jì)的繼電器，電流繼電器的輸入電流x從零連續(xù)增加到達(dá)銜鐵開場(chǎng)吸合時(shí)的動(dòng)作值xx,繼電器的輸出信號(hào)立刻從y=0跳躍到y(tǒng)=ym,即常開觸點(diǎn)從斷到通。一旦觸點(diǎn)閉合，輸入量x繼續(xù)增大，輸出信號(hào)y將不再起變化。當(dāng)輸入量x從某

20、一大于xx值下降到xf,繼電器開場(chǎng)釋放，常開觸點(diǎn)斷開。3.2 局部系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.2.1 溫差測(cè)量電路為了簡(jiǎn)化測(cè)量電路，降低本錢，本次設(shè)計(jì)沒有采用傳統(tǒng)測(cè)量庫(kù)內(nèi)外溫度再求其差的方法。測(cè)量電路如圖7所示。直接采用一對(duì)匹配性能較佳的AD590L，分別置于庫(kù)內(nèi)外，利用圖7直接測(cè)量溫差。顯然VT正比T1T2，其中T1，T2分別為糧庫(kù)內(nèi)、外的溫度。圖7 溫差測(cè)量電路3.2.2 濕度測(cè)量電路濕度測(cè)量電路由片7556構(gòu)成。如圖8所示。左邊127556組成自激多諧振蕩器，右邊127556組成單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路。V01，V02邏輯異或后濾波得到直流電壓Vd。 圖8 濕度測(cè)量電路3.2.3 串并轉(zhuǎn)換系統(tǒng)選用ZQL9

21、712S作為串并轉(zhuǎn)換芯片。ZQL9712S 是專門為L(zhǎng)ED 驅(qū)動(dòng)應(yīng)用設(shè)計(jì)的串并轉(zhuǎn)換芯片，采用了先進(jìn)的CMOS 工藝，具有低功耗的優(yōu)點(diǎn)。ZQL9712S 具備通用串并轉(zhuǎn)換控制接口，本地3 位并行驅(qū)動(dòng)輸出，特別適合于多離散點(diǎn)的級(jí)連應(yīng)用。ZQL9712S 串移時(shí)鐘頻率可達(dá)15MHz，且提供最大30mA 的驅(qū)動(dòng)電流。ZQL9712S 包括串行移位存放器和輸出鎖存器。經(jīng)串行移位存放器，串移輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為3 位并行輸出，并把該輸出作為輸出存放器的輸入。串移存放器和輸出存放器由不同的時(shí)鐘信號(hào)控制，并且都是在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿有效。ZQL9712S 將控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)后輸出，該輸出可作為后級(jí)電路的輸入信號(hào)。3.2.

22、4 系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)的硬件組成原理如圖9所示。該控制器能夠自動(dòng)測(cè)量糧倉(cāng)內(nèi)外的溫差及倉(cāng)外的濕度。當(dāng)倉(cāng)內(nèi)外的溫度差大于設(shè)定值且實(shí)測(cè)倉(cāng)外濕度低于設(shè)定值時(shí)自動(dòng)給出信號(hào)啟動(dòng)通風(fēng)設(shè)備，否那么自動(dòng)停頓通風(fēng)設(shè)備的工作。而溫差及濕度的設(shè)定值可由用戶根據(jù)季節(jié)氣候隨時(shí)修改，自由調(diào)整。圖9 系統(tǒng)原理圖4 軟件設(shè)計(jì)分主程序、中斷效勞程序、主要子程序的設(shè)計(jì)等。用流程圖表示。流程圖用Visio畫，直接復(fù)制粘貼到WORD文檔。4.1 主程序流程圖主程序用于完成系統(tǒng)初始化及鍵盤管理，程序流程圖見圖10.通過鍵盤我們?cè)O(shè)置給定，通過中斷處理對(duì)系統(tǒng)進(jìn)展處理。圖10 主程序流程圖4.2 中斷程序流程圖中斷效勞程序，主要用于判定測(cè)量時(shí)間是否已到，時(shí)間沒到，繼續(xù)等待；時(shí)間到了，進(jìn)展溫差及濕度測(cè)量、換算。進(jìn)一步判定是否啟動(dòng)通風(fēng)設(shè)備，滿足啟動(dòng)條件P2.6置位，啟動(dòng)通風(fēng)設(shè)備；不滿足啟動(dòng)條件P2.6清零，關(guān)閉通風(fēng)設(shè)備。程序流程圖如圖11所示。圖11 中斷程序流程圖5 總結(jié)作為一名自動(dòng)化專業(yè)即將畢業(yè)的學(xué)生，我覺得做此次課程設(shè)計(jì)是十分必要的。一周的課程設(shè)計(jì)終于完畢了，雖然很忙碌、很疲勞，但是收獲很大。這次我用單片機(jī)AT89C51作為控制器，來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)糧倉(cāng)通風(fēng)系統(tǒng)。每天的努力，喚來(lái)了我對(duì)課程設(shè)計(jì)的重新的認(rèn)識(shí)，對(duì)51單片機(jī)和控制系統(tǒng)的深刻理解，實(shí)現(xiàn)了真正實(shí)踐的目