計算機控制的糧倉通風系統(tǒng)設計

1、計算機控制技術課 程 設 計設計課題 ： 計算機控制的糧倉通風系統(tǒng)設計 指導教師意見：成績: 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 總體方案設計 PAGER

2、EF _Toc296612396 h 6 HYPERLINK l _Toc296612397 2.1 選定計算機 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 控制策略設計 PAGEREF _Toc296612399 h 7 HYPERLINK l _Toc296612400 3 硬件電路設計 PAGEREF _Toc296612400 h 8 HYPERLINK l _Toc296612401

3、 3.1 系統(tǒng)設備選型 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)硬件電路設計 PAGEREF _Toc296612409 h 12 HYPERLINK l _Toc296612410 3.2.1 溫差測量電路 PAGEREF _

5、Toc296612410 h 12 HYPERLINK l _Toc296612411 3.2.2 濕度測量電路 PAGEREF _Toc296612411 h 13 HYPERLINK l _Toc296612412 3.2.3 串并轉換 PAGEREF _Toc296612412 h 13 HYPERLINK l _Toc296612413 3.2.4 系統(tǒng)原理圖 PAGEREF _Toc296612413 h 14 HYPERLINK l _Toc296612414 4 軟件設計 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 PAGEREF _Toc296612417 h 16 HYPERLINK l _Toc296612418 參 考 文 獻 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，糧食的儲藏是關系到國家危亡、百姓生活的大事，糧食只有在一定的環(huán)境條件下才能長期存放，而保證不發(fā)芽不變質，保持糧

7、食的新鮮品質，延緩糧食品質的劣變，減少數(shù)量的損失，所以對于貯存糧食的糧倉，除了在構造形式上有許多要求外，在溫度和濕度上都有較高的要求。一般來說，對于不同的地區(qū)，不同的貯存物，糧倉分常溫倉、準低溫倉和低溫倉。準低溫倉的溫度要求為15t20，低溫倉的要求為t15。目前，在我國的北方地區(qū)，糧倉主要利用機械通風設備進展糧倉內、外空氣的交換來到達降低倉內溫度，實現(xiàn)糧食的低溫保存。以前通風設備的開啟和關停，均是由人手動控制的，即由倉管人員定時查看倉內外的溫度、濕度情況，按要求開關通風設備，這樣倉管人員的勞動強度大，可靠性差，而且管理人員多，管理本錢高。為此，需要有一種符合機械通風要求的低本錢的控制器，在溫

8、差和濕度超過用戶設定值范圍時，啟動通風設備，否那么自動關閉通風設備。鑒于目前大多中小型倉庫資金缺少的現(xiàn)狀，根據(jù)糧倉機械通風技術的要求，我設計了一款用AT89C51構成的經(jīng)濟實用型機械通風控制器。1.2 系統(tǒng)功能這局部主要表達系統(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AT89C51，它與87C51完全兼容，內部包含4KEPROM。它與溫度測量電路、濕度測量電路及LED顯示構成的通風系統(tǒng)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性好，可靠性高，本錢低，還能通過LED進展顯示，對系統(tǒng)起到實時控制作用。系統(tǒng)通過控制器P0口連接一個44鍵盤來實現(xiàn)人工對參數(shù)的自由設定。通過串口連接4位LED顯示器，其中2位顯示倉內外的溫

9、差，另外2位顯示濕度。系統(tǒng)定時啟動通過P1口相連的ADC0809來完成溫差測量電路送來的溫差及濕度測量電路送來的濕度的A/D轉換信號，并與設定值比擬。當滿足啟動條件時通過P26控制繼電器J閉合，進一步利用J的觸點啟動通風設備。2 總體方案設計計算機的選擇1PLC 早期處理順序邏輯和開關信息量問題時一般采用繼電器電路來實現(xiàn)。但當信號較多、邏輯復雜時，使用繼電器數(shù)量很大，造成線路設計和調試都相當困難，可靠性也差。隨著PLC的出現(xiàn)，他逐漸取代了繼電器電路，隨著計算機的開展和滲透，PLC技術也在不斷提高和完善，有以下優(yōu)點：實現(xiàn)本錢低，范圍廣，高速率，永遠在線，便捷。但是當前在國內PLC的價格比擬高，也

10、在一局部程度上阻礙了它的開展。2工業(yè)PC 對于一個任務不算小的系統(tǒng)設計來說，工業(yè)PC是首選。它是專門考慮了生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境條件差及各種干擾大而設計的，可以長期可靠運行，可靠性和可維護性都可到達要求。另外，除了有多種模塊的主機系統(tǒng)板外看，還配備有多種接口板，如多路模擬量輸入/輸出板、開關量輸入輸出板、圖形板，以及擴展用的RS-232C、RS-422、RS-485、總線接口板和EPROM編程板等。總之，可擴大性不成問題。此外，模擬量輸入輸出、開關量輸入輸出的接口很多，并有大量的軟件支持，如匯編、高級語言和中文等。3單片機 現(xiàn)今的單片機正向著提高工業(yè)環(huán)境下控制系統(tǒng)的可靠性和靈活方便地構成應用系統(tǒng)界面的方

11、向開展，并且控制功能越來越豐富。在CPU芯片上，除嵌入RAM、ROM、和IO外，還有A/D、D/A、PWM、DMA、看門狗、串行接口和定時器/計數(shù)器等，另外還有顯示驅動、鍵盤控制、比擬器和函數(shù)發(fā)生器等，能構成功能強大的應用系統(tǒng)。單片機比專用處理器最適合應用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應用。特別是它體積小，集成度高。性能穩(wěn)定，可靠性高。有較高的性價比。他越來越得到人們的信賴。 通過比擬論證，從經(jīng)濟因素等考慮，選用單片機AT89C51作為糧倉通風系統(tǒng)設計的控制器。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鍵盤用于設置參數(shù)，設置給定。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，對環(huán)境的溫差和濕度分別進展測量。3變換電路將傳感器檢測到的模擬信號轉換成標準模擬信號，并將其送到A/D轉換芯片；或者將單片機的輸出信號經(jīng)過變換控制繼電器的動作。4A/D轉換電路，將標準模擬信號轉換成數(shù)字信號，送入計算機。5計算機AT89C51對數(shù)據(jù)進展計算和處理，并讓其顯示。6串并轉換將串口輸出轉換成并口形式，便于與LED連接。7顯示對計算機處理的結果進展直觀的顯示，便于我們進展直觀的了解當前情況。8繼電器用于開啟和停頓通風設備，對結果直接產(chǎn)生影響。圖1 系統(tǒng)組成框圖工作原理：由鍵盤設置給定值，再由溫差傳感器和濕度傳感器測量實時參數(shù)，經(jīng)過轉換，通過控制器計算處理

13、，將參數(shù)和設定值比擬，進展顯示，看是否滿足條件，再通過繼電器的開關，對通風設備進展操作，保障糧倉環(huán)境溫度適宜。2.3 控制策略設計通過分析控制器和執(zhí)行器的關系，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 硬件電路設計這局部內容以系統(tǒng)硬件組成框圖為根據(jù)，每個框是一個實現(xiàn)某個功能的電路，逐個設計具體的實現(xiàn)電路。注意，不能只介紹芯片，主要要有自己設計的電路。電路用PROTEL畫，直接復制粘貼到WORD文檔中。3.1 系統(tǒng)設備選型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，按鍵設置在行、列構造的穿插點上，行列線分別

14、連在按鍵開關的兩端。行線通過上拉電阻接至正電源，以便無鍵按下時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、無需補償、熱容量小、抗干擾能力強、可遠距離測溫且使用方便等優(yōu)點?？蓮V泛應用于各種糧倉、冰庫、工業(yè)儀器配套和各種溫度的測量和控制等領域。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時間快、高可靠性和長期穩(wěn)定性特點，不需要校準的完全互換性。

15、HS1101濕度傳感器在電路中等效于一個電容器Cx，其電容隨所測空氣的濕度增大而增大，在相對濕度為0%-100%RH的范圍內，電容的容量由160pF變化到200pF，其誤差不大于2%RH，響應時間小于5s，溫度系數(shù)為0.04pF/。3.1.4 A/D轉換A/D轉換選用ADC0809芯片實現(xiàn)，ADC0809是帶有8位A/D轉換器、8路多路開關以及微處理機兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉換器，可以和單片機直接接口。管腳圖如圖2所示。此圖沒有意義，不需要畫引腳圖。關鍵是要畫出你設計的具體電路。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-：參考電壓負端。START：A/D轉換啟動信號輸入端。ALE：地址鎖存允許信號輸入端。以上兩種信號用于啟動A/D轉換 HYPERLINK t _blank .EOC：轉換完畢信號輸出引腳，開場轉換時為低電平，當轉換完畢時為高電平。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：時鐘信號輸入端一般為500KHz。A、B、C：地址輸入線。3.1.5 控制器選擇在此次設計中，選用高性能、低本錢的AT89C51單片機， 管腳及根本連接電路如圖3所示。和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內的

17、4K程序存儲器是FLASH工藝的，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫。寫入單片機內的程序還可以進展加密，這又很好地保護了你的勞動成果。再著，AT89C51目前的售價低，市場供給很充足。TkX7f$Wj q|0此圖沒有意義，不需要畫引腳圖。關鍵是要畫出你設計的具體電路。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8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TT

18、L門電流，當P2口被寫“1時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。復位電路如圖4所示。圖4 復位電路ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，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，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。PSEN：外部程序存儲器的選通信號。/EA/VPP：當/EA保持低電平時，那么在此期間外

19、部程序存儲器0000H-FFFFH，不管是否有內部程序存儲器。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部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來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對所處理的結果進展顯示。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計的繼電器，電流繼電器的輸入電流x從零連續(xù)增加到達銜鐵開場吸合時的動作值xx,繼電器的輸出信號立刻從y=0跳躍到y(tǒng)=ym,即常開觸點從斷到通。一旦觸點閉合，輸入量x繼續(xù)增大，輸出信號y將不再起變化。當輸入量x從某

20、一大于xx值下降到xf,繼電器開場釋放，常開觸點斷開。3.2 局部系統(tǒng)硬件電路設計3.2.1 溫差測量電路為了簡化測量電路，降低本錢，本次設計沒有采用傳統(tǒng)測量庫內外溫度再求其差的方法。測量電路如圖7所示。直接采用一對匹配性能較佳的AD590L，分別置于庫內外，利用圖7直接測量溫差。顯然VT正比T1T2，其中T1，T2分別為糧庫內、外的溫度。圖7 溫差測量電路3.2.2 濕度測量電路濕度測量電路由片7556構成。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)延時電路。V01，V02邏輯異或后濾波得到直流電壓Vd。 圖8 濕度測量電路3.2.3 串并轉換系統(tǒng)選用ZQL9

21、712S作為串并轉換芯片。ZQL9712S 是專門為LED 驅動應用設計的串并轉換芯片，采用了先進的CMOS 工藝，具有低功耗的優(yōu)點。ZQL9712S 具備通用串并轉換控制接口，本地3 位并行驅動輸出，特別適合于多離散點的級連應用。ZQL9712S 串移時鐘頻率可達15MHz，且提供最大30mA 的驅動電流。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，串移輸入信號轉換為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鐘信號控制，并且都是在時鐘信號的上升沿有效。ZQL9712S 將控制信號驅動后輸出，該輸出可作為后級電路的輸入信號。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。該控制器能夠自動測量糧倉內外的溫差及倉外的濕度。當倉內外的溫度差大于設定值且實測倉外濕度低于設定值時自動給出信號啟動通風設備，否那么自動停頓通風設備的工作。而溫差及濕度的設定值可由用戶根據(jù)季節(jié)氣候隨時修改，自由調整。圖9 系統(tǒng)原理圖4 軟件設計分主程序、中斷效勞程序、主要子程序的設計等。用流程圖表示。流程圖用Visio畫，直接復制粘貼到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.通過鍵盤我們設置給定，通過中斷處理對系統(tǒng)進展處理。圖10 主程序流程圖4.2 中斷程序流程圖中斷效勞程序，主要用于判定測量時間是否已到，時間沒到，繼續(xù)等待；時間到了，進展溫差及濕度測量、換算。進一步判定是否啟動通風設備，滿足啟動條件P2.6置位，啟動通風設備；不滿足啟動條件P2.6清零，關閉通風設備。程序流程圖如圖11所示。圖11 中斷程序流程圖5 總結作為一名自動化專業(yè)即將畢業(yè)的學生，我覺得做此次課程設計是十分必要的。一周的課程設計終于完畢了，雖然很忙碌、很疲勞，但是收獲很大。這次我用單片機AT89C51作為控制器，來設計一個糧倉通風系統(tǒng)。每天的努力，喚來了我對課程設計的重新的認識，對51單片機和控制系統(tǒng)的深刻理解，實現(xiàn)了真正實踐的目