【正文】 摘 要隨著數(shù)字技術(shù)的迅速發(fā)展，微控制器在社會的各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，由于數(shù)字系統(tǒng)有著模擬系統(tǒng)所沒有的優(yōu)勢，如抗干擾性強、便于和PC機相聯(lián)、系統(tǒng)易于升級維護。本畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容是根據(jù)倉庫的溫度調(diào)節(jié)排氣扇的轉(zhuǎn)速從而達到控制倉庫溫度的作用，同時本系統(tǒng)還要實現(xiàn)將倉庫的溫度和電機的轉(zhuǎn)速傳送到控制室的PC機上，方便工作人員對倉庫的溫度和情況進行遠程監(jiān)控。本設(shè)計利用數(shù)字測溫計DS18B20測溫、用市場上常見的AT89S52單片機作為控制器、采用易于和數(shù)字系統(tǒng)連接的PWM波調(diào)速、用MAX232實現(xiàn)TTL電平和RS232電平之間信號的轉(zhuǎn)換。整個系統(tǒng)采用的都是數(shù)字芯片，因此系統(tǒng)工作穩(wěn)定，升級維護方便。關(guān)鍵詞：數(shù)字系統(tǒng)；DS18B20；AT89S52；PWM調(diào)速； 目 錄摘 要 IAbstract II1 引言 1 研究背景 1 課題研究意義 22 系統(tǒng)概述 4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 4 系統(tǒng)原理簡介 5 5 顯示電路原理 63 各模塊的分析、計算與硬件電路設(shè)計 7 PWM發(fā)生器模塊 7 AT89S52單片機介紹 7 PWM發(fā)生器原理 9 PWM波程序設(shè)計 10 串行通信模塊 12 MAX232芯片簡介 12 下位機程序設(shè)計 13 上位機設(shè)計 14 測溫電路 15 DS18B20簡介 15 測溫電路設(shè)計 18 電機模塊設(shè)計 20 L298芯片驅(qū)動電路設(shè)計 20 測速電路設(shè)計 224 PROTEUS軟件仿真 235 總結(jié)與展望 27致 謝 28參考文獻 29附錄Ⅰ 程序流程圖 30附錄Ⅱ 源程序 32附錄Ⅲ 電路圖 431 引言 研究背景 隨著現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)的不斷改進發(fā)展，企業(yè)工廠的生產(chǎn)能力已遠遠大于市場的消費能力，另外許多商品在生產(chǎn)和消費之間都存在著時間間隔與地域差異，因此為了調(diào)整商品在生產(chǎn)和消費之間的時間、地域錯位，幾乎各個企業(yè)設(shè)置了自己的倉庫將商品儲存于其中，很好的解決了這一問題。倉庫還有一個重要的作用就是商品在入倉庫這一環(huán)節(jié)，工作人員可以對即將進入市場的商品在倉庫進行檢驗，防止質(zhì)量不合格或質(zhì)量低下的商品進入市場，從而可以最大限度的保護本企業(yè)的名譽。但設(shè)置倉庫也有其不利的一方面，最明顯的就是增加了商品的成本，最重要的是如果倉庫的管理不善，那么儲存的商品極易變質(zhì)，從而給企業(yè)帶來巨大的損失，由此可以看出倉庫對于一個現(xiàn)代企業(yè)來說是必不可少的。目前來說對于倉庫管理的研究主要集中在兩個方向：其一，如何盡最大限度的降低倉庫的運行成本從而降低商品的成本，增強企業(yè)的市場競爭力；其二，如何保證倉庫儲存商品處于相對靜止狀態(tài)時不發(fā)生物理、化學(xué)變化，保證儲存商品的質(zhì)量。本畢業(yè)設(shè)計主要就是從這兩點展開的。防潮、防霉、防腐、防爆是倉庫日常工作的重要內(nèi)容，是衡量倉庫管理質(zhì)量的重要指標。它直接影響到儲備物資的使用壽命和工作可靠性。為保證日常工作的順利進行，首要問題是加強倉庫內(nèi)溫度的控制工作。對于倉庫內(nèi)溫度的控制可以說有多種方法如通風、保溫、制冷等措施，但其中最為普遍、簡單的措施就是通風。所謂通風就是利用庫內(nèi)外空氣溫度不同而形成的氣壓差或借助于排氣扇，使庫內(nèi)外空氣形成對流，來達到調(diào)節(jié)庫內(nèi)溫濕度的目的。庫內(nèi)外溫度差距越大或排氣扇轉(zhuǎn)速越大，空氣流動就越快；若庫外有風，借風的壓力更能加速庫內(nèi)外空氣的對流。但風力也不能過大（風力超過5級，灰塵較多）。正確地進行通風，不僅可以調(diào)節(jié)與改善庫內(nèi)的溫濕度，還能及時散發(fā)商品及包裝物的多余水分。正如文中所說的那樣，通風一般有兩種措施：其一，利用自然地氣壓差就行通風，對于要求不高的倉庫這是可以的，但對于要就稍微高一點的倉庫靠自然通風是決對不行的；其二，就是靠排氣扇，即電動機帶動的風扇就行通風。這種方法可以人工控制電機的轉(zhuǎn)速從而控制通風的強度，且可以在任何需要通風的地方安裝排氣扇，效果明顯、與其它方法相比成本最低，此種方法在各種倉庫中得到廣泛應(yīng)用。而現(xiàn)在的大部分倉庫的排氣扇控制系統(tǒng)都是開環(huán)的，需要人工進行控制，反應(yīng)比較慢。造成了不必要的電能浪費。本設(shè)計就是根據(jù)此問題對倉庫的排氣扇控制系統(tǒng)進行了改進，通過測量倉庫的溫度來控制排氣扇的轉(zhuǎn)速，以控制倉庫的通風的強度。由于其可以根據(jù)實際需要控制電機轉(zhuǎn)速，因此避免了不必要的電能浪費，降低了倉庫的成本，具有非常強的實際應(yīng)用性。 課題研究意義隨著科學(xué)技術(shù)的進步,科技成果越來越迅速地應(yīng)用于社會生活中,為人類提供新的認識外部世界和自身的途徑,帶來巨大的利益和效益,深刻影響著人類的生存方式。特別是近四十年來電子計算機的發(fā)展經(jīng)歷了從電子管、晶體管、中小規(guī)模集成電路到大規(guī)模集成電路這樣四個階段，尤其是隨著半導(dǎo)體集成技術(shù)的飛躍發(fā)展，七十年代初誕生了新型的電子計算機—微型計算機，使得計算機應(yīng)用日益廣泛，而單片微型計算機的問世，則更進一步推動了這一發(fā)展趨勢，使計算機應(yīng)用滲透到各行各業(yè)，達到了前所未有的普及程度。在國內(nèi)由于單片機具有功能強、體積小、可靠性好、價格低廉等獨特優(yōu)點，因此，在智能儀器儀表、工業(yè)自動控制、計算機智能終端、家用電器、兒童玩具等許多方面，都已得到了很好的應(yīng)用，因而受到人們高度重視，取得了一系列科研成果，成為傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)改造和新產(chǎn)品更新?lián)Q代的理想機種，具有廣闊的發(fā)展前景。本文就是針對目前的倉庫排氣扇控制系統(tǒng)大多數(shù)是模擬系統(tǒng)，雖然其技術(shù)成熟，但其致命的弱點就是不利于和最新的數(shù)字控制器結(jié)合，從而給整個倉庫管理系統(tǒng)的升級帶來了很大的不便，且其也不便與和PC上位機進行通信，以實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程監(jiān)控，從而減少工作人員的工作量。另外在目前的電機調(diào)速系統(tǒng)中，盡管交流電機在調(diào)速控制領(lǐng)域取得了飛速的發(fā)展，在許多領(lǐng)域取代了直流電機，但直流電機的控制技術(shù)最為成熟，且和交流電機相比其調(diào)速系統(tǒng)更為方便，最重要的還是其調(diào)速系統(tǒng)成本遠遠低于交流電機，雖然直流電機在高速運轉(zhuǎn)時會出現(xiàn)一系列問題，但倉庫排氣扇的轉(zhuǎn)速和高速相比要低的多，故不必考慮這一問題，因此本設(shè)計中的排氣扇采用的就是直流電機。傳統(tǒng)的直流電機調(diào)速方法很多，如調(diào)壓調(diào)速、弱磁調(diào)速等，它們存在著調(diào)速響應(yīng)慢、精度差、調(diào)速裝置復(fù)雜的缺點。目前隨著電力開關(guān)半導(dǎo)體器件的發(fā)展，直流電機脈寬調(diào)制(PWM)直流調(diào)速技術(shù)得到了飛速發(fā)展，它具有的調(diào)速精度高、響應(yīng)速度快、調(diào)速范圍寬和耗損低等特點，使它成成為直流電機應(yīng)用的主要調(diào)速方式。本文所要講的就是基于市場上比較常見且價格便宜的AT89S52單片機所設(shè)計的。利用價格只有幾塊錢的單片機來產(chǎn)生PWM波，其整體設(shè)計是在單片機里完成的因此系統(tǒng)升級、修改更加方便。2 系統(tǒng)概述 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖本畢業(yè)設(shè)計采用模塊化設(shè)計思想，整個系統(tǒng)由五大模塊組成，分別是PWM波模塊、電機模塊、測溫模塊、顯示模塊、測速模塊。各個模塊之間的關(guān)系如結(jié)構(gòu)圖21所示。單片機AT89S52（速度的測量計算異步串行口通信及系統(tǒng)控制）LCD顯示測溫模塊上位機（即PC機）按鍵以及工作狀態(tài)指示燈單片機的T0定時器和T2定時器用來產(chǎn)生PWM波電機驅(qū)動電路L298直流電機速度采集電路 霍爾傳感器 圖21 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖本設(shè)計的工作原理是，首先由測溫電路每隔一秒測一次倉庫的實際溫度，再利用單片機將此溫度儲存起來：一方面?zhèn)鹘oLCD和上位機顯示；另一方面要對位讀數(shù)據(jù)進行判斷。電機的調(diào)速方式有三種：按鍵調(diào)速、上位機調(diào)速和根據(jù)溫度自動調(diào)速?，F(xiàn)假設(shè)系統(tǒng)工作在方式三，且不妨設(shè)將溫度數(shù)據(jù)儲存在名字為wendu的內(nèi)存中，當wendu0(攝氏度，后面的不作說明默認即為此)時，說明倉庫內(nèi)溫讀較低，不需要降溫，因此關(guān)閉電機，省電，當0wendu20時，電機低速運轉(zhuǎn)即可，當20wendu50時，中速運行即可，當wendu50時說明倉庫溫度過高，電機全速運行，最大限度的通風。電機的調(diào)速方式可以通過按鍵調(diào)節(jié)，默認的是調(diào)速方式三。另外系統(tǒng)還設(shè)了加速鍵、減速鍵，當然其只有系統(tǒng)工作在調(diào)速方式一時在起作用，系統(tǒng)中還有轉(zhuǎn)向、工作模式調(diào)節(jié)鍵，這寫功能也可以在上位機上直接實現(xiàn)。設(shè)計中為了使工作人員更好的操作系統(tǒng)，設(shè)置了四個工作狀態(tài)指示燈，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)向以及工作模式指示燈。系統(tǒng)中還把電機的轉(zhuǎn)速測了出來并且顯示出來，以監(jiān)視電機是否工作正常。 系統(tǒng)原理簡介下面將對結(jié)構(gòu)圖中的各個模塊作一簡單介紹以對本設(shè)計有一個大致的了解。如圖21系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中所示本設(shè)計主要利用了單片機AT89S52以下三個資源：其一，利用52單片機的定時器T0和T2來產(chǎn)生PWM波，這里沒有采用定時器T1的原因是定時器T1要用來作為單片機異步串行通信口的波特率發(fā)生器，且T2口的16位計時器可以利用RCAP2H、RCAP2L實現(xiàn)自動重裝，一方面是軟件設(shè)計變得簡單，另一方面使得定時器的定時誤差降低。具體怎樣利用T0和T2產(chǎn)生PWM波將會在后面的章節(jié)中詳細講解；其二，（TXD）和（）和上位機（PC）進行通信，在本系統(tǒng)中將串行口設(shè)置為工作方式1，波特率為9600，通過RS232串口座（9針）與上位機相連。經(jīng)過實際硬件檢驗，其通信效果非常好；其三，采用單片機的外部中斷0（）對霍爾傳感器傳過來的脈沖進行計數(shù)，并且通過內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理程序來計算出電機的轉(zhuǎn)速，然后將轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)送到LCD顯示器和上位機。當然了單片機在本系統(tǒng)中還起其它著重要作用，如對溫度傳感器的驅(qū)動控制、大量的數(shù)據(jù)處理以及做出一些邏輯判斷控制電機的轉(zhuǎn)速等功能。由于在后面的章節(jié)中還會詳細闡述在這里不再詳述。 顯示電路原理設(shè)計中的顯示部分采用兩種方案：LCD1602和上位機顯示。LCD1602主要是為了方便工作人員在現(xiàn)場查看以及現(xiàn)場維修調(diào)試系統(tǒng)時查看系統(tǒng)工作是否正常，這里使用的LCD1602用5V電壓驅(qū)動，帶背光，可顯示兩行，每行16個字符，不能顯示漢字，內(nèi)置含128個字符的ASCⅡ字符集字庫，只有并行接口，無串行接口，操作方便、簡捷，在實際應(yīng)用中其顯示的內(nèi)容清晰、美觀。上位機顯示主要是為了方便控制室的操作人員進行遠程檢測倉庫的溫度狀況和系統(tǒng)工作情況。本設(shè)計的單片機與PC機通信采用的是RS232協(xié)議，這是因為計算機的串口為RS232電平。RS232協(xié)議用的是負邏輯電平，其中高電平為12V，低電平為+12V。而單片機用的是TTL電平，其高電平時+5V，低電平為0V。因此二者不能直接通信，本設(shè)計用的是常用的TTL/COMS和RS232電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232，其操作簡單，性能穩(wěn)定，后面的章節(jié)中會給出其具體的用法，在這里不再詳述。系統(tǒng)中所用到的測溫裝置用的是集成數(shù)字測溫芯片DS18B20該芯片效率高，具有較強的穩(wěn)定性和靈活性，且其采用1—wire技術(shù)使其和單片機的接口大大簡化，節(jié)約了單片機的I/O口。系統(tǒng)中的電機驅(qū)動模塊才用L298芯片，其內(nèi)部實際上集成了兩個H橋電路，使用方便，性能穩(wěn)定，電機的測速電路采用的是霍爾傳感器，霍爾傳感器本身已帶有濾波電路，所以外部就不用再加了。系統(tǒng)中還設(shè)置了四個按鍵四個工作狀態(tài)指示，按鍵有加速鍵、減速鍵、換向鍵和工作模式轉(zhuǎn)換鍵，工作指示燈由LED發(fā)光二極管組成，分別為正轉(zhuǎn)指示燈、反轉(zhuǎn)指示燈、自動調(diào)速指示燈和手動調(diào)速指示燈。3 各模塊的分析、計算與硬件電路設(shè)計 PWM發(fā)生器模塊脈寬調(diào)制(PWM)調(diào)速是利用數(shù)字輸出對模擬電路進行控制的一種有效技術(shù)，目前它在數(shù)字系統(tǒng)中是應(yīng)用最多的調(diào)速方案，這是因為除了PWM技術(shù)容易與數(shù)字控制器相聯(lián)接這一優(yōu)點外，它在對電機的轉(zhuǎn)速控制方面，可大大節(jié)省能量，PWM 具有很強的抗噪性，且有節(jié)約空間、比較經(jīng)濟等特點，而模擬控制電路有以下缺陷:模擬電路容易隨時間漂移，會產(chǎn)生一些不必要的熱損耗，以及對噪聲敏感等。而在用了PWM技術(shù)后，避免了以上的缺陷，實現(xiàn)了用數(shù)字方式來控制模擬信號，可以大幅度降低成本和功耗。目前市場上有很多專用的PWM發(fā)生芯片，雖然其性能穩(wěn)定、操作方便，但是像這種芯片價格一般都比較貴，所以本設(shè)計采用價格便宜的單片機來作PWM發(fā)生器。用單片機來做PWM發(fā)生器的優(yōu)點是明顯的：其一，系統(tǒng)設(shè)計成本大大降低；其二，單片機也是本系統(tǒng)的中心控制芯片，將PWM發(fā)生器模塊設(shè)計在中心控制芯片內(nèi)，不僅簡化了系統(tǒng)的接口，而且使控制器更容易控制PWM波。由于本設(shè)計是利用單片機AT89S52的資源來產(chǎn)生PWM波，故在對PWM波產(chǎn)生的原理介紹之前，應(yīng)該先介紹一下AT89S52芯片。 AT89S52單片機介紹