【正文】 片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取 ,選定車(chē)位號(hào) ,然后控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) ,在控制系統(tǒng)控制下將待取車(chē)輛按最短路徑運(yùn)至出口 ,司機(jī)進(jìn)入存車(chē)托架將車(chē)開(kāi)出 ,完成取車(chē) ? 第三章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 本章根據(jù)立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ,并對(duì)硬件的每一部分做詳細(xì)的介紹 ,以便為軟件設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ) ?本章內(nèi)容主要包括 :單片機(jī)的選擇 ?IC 卡接口電路設(shè)計(jì) ?車(chē)庫(kù)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì) ?系統(tǒng)檢測(cè)部分設(shè)計(jì)和顯示部分設(shè)計(jì)等 ? 單片機(jī)控制電路 單片機(jī)的選擇 本系統(tǒng)的控制核心為單片機(jī) ,選擇一個(gè)合適 的單片機(jī)作為控制器對(duì)于立體車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)十分重要 ?本設(shè)計(jì)采用的設(shè)計(jì)方案是小型的垂直循環(huán)式立體車(chē)庫(kù) ,設(shè)備的體積比較小 ?本車(chē)庫(kù)系統(tǒng)屬于單體控制系統(tǒng) ,設(shè)備集中 ,使用一塊單片機(jī)就能完成控制任務(wù) ?所以選擇目前常用的 AT89S51 單片機(jī) ? AT89S51 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89 系列單片機(jī)中的一種 8 位機(jī) ,是一個(gè)低功耗 ,高性能 CMOS 8 位單片機(jī) ,片內(nèi)含 4k Bytes ISP 的可反復(fù)擦寫(xiě) 1000 次的 Flash只讀程序存儲(chǔ)器 ?器件采用 ATMEL 公司的高密度 ?非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造 ,兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu) ,芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元 ,功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89S51 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案 ? E A /V P P31X T A L 119X T A L 218R S T /V P D9P 3. 7/ R D17P 3. 6/ W R16P 3. 2/ I N T 012P 3. 3/ I N T 113P 3. 4/ T 014P 3. 5/ T 115P 1. 0/ T1P 1. 1/ T2P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78P 0. 039P 0. 138P 0. 237P 0. 336P 0. 435P 0. 534P 0. 633P 0. 732P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728P S E N29A L E /P R O G30P 3. 1/ T X D11P 3. 0/ R X D10V c c40G n d20A T 8 9 S 5 1 圖 單片機(jī)引腳圖 AT89S51 具有如下特點(diǎn) :40 個(gè)引腳 ,4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 ,128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM),32個(gè)外部雙向輸入 /輸出 (I/O)口 ,5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 2層中斷嵌套中斷 ,2個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行通信口 ,看門(mén)狗 (WDT)電路 ,片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器 ? 此外 ,AT89S51 設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式 ?空閑模式下 ,CPU暫停工作 ,而 RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,串行口 ,外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作 ,掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù) ,停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位 ?同時(shí)該芯片還具有 PDIP?TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式 ,以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求 ? 本課題之所以選用 ATMEL89 系列單片機(jī)是因?yàn)樵撓盗袉纹瑱C(jī)的最大特點(diǎn)就是在片內(nèi)含有 Flash存儲(chǔ)器 ,因此在系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中可以十分容易地進(jìn)行程序的修改 ,同時(shí)在系統(tǒng)工作的過(guò)程中 ,能有效的保存一些數(shù)據(jù)信息 ,即使 外界電源損壞也不影響信息的保存 ?AT89S51 具有 4KB 的 Flash 存儲(chǔ)器 ,在車(chē)庫(kù)中 ,處理器負(fù)責(zé)車(chē)庫(kù)調(diào)度 ?信號(hào)處理并把該車(chē)庫(kù)的狀態(tài)信息傳送給上位機(jī)中 ,程序體積不超過(guò) 4Kb,可以把程序都存放在其中 ,省略了外部程序寄存器 ,節(jié)省了費(fèi)用 ,簡(jiǎn)化了程序 ? 單片機(jī)振蕩電路 單片機(jī)雖然與內(nèi)部振蕩電路 ,但要形成時(shí)鐘 ,必須外接附加電路 ?AT89S51 單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有兩種 :內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式 ? 當(dāng)使用片內(nèi)振蕩電路時(shí) ,XTAL1?XTAL2 與晶體振蕩器及電容 C1?C2按圖 所示方式連接 ?晶振 ?電容 C1?C2 及片內(nèi) 與非門(mén)構(gòu)成了電容三點(diǎn)式振蕩器 ,振蕩信號(hào)頻率與晶振頻率及電容 C1?C2 的容量有關(guān) ,但主要由晶振頻率決定 ,范圍在 0~33MHz 之間 ,電容 C1?C2 取值范圍在 5~30pF 之間 ? 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t leN u m be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 15 J un 2 00 9 S he e t o f F i l e : C : \ D o c um e nt s a n d S e tt i ng s \ A d m i ni s t r a t or \桌面 \ 5 稀土 .D D BD r a w n B y :Y112 M H zC130 p FC230 p FX T A L 2X T A L 1 圖 振蕩電路 本系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式 ,C1和 C2采用 ,C1和 C2用來(lái)穩(wěn)定時(shí)鐘頻率 ,振蕩晶體 頻率 為 12MHz? 單片機(jī)復(fù)位電路 當(dāng) AT89S51 系列單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST 出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí) ,單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作 ? R5 k ΩR427 0 ΩC3S3V C CD3D I O D ER S T10 u F 圖 單片機(jī)復(fù)位電路 由圖 可知 ,復(fù)位電路采用的是上電和手動(dòng)復(fù)位組合方式 ?按下復(fù)位按鈕 時(shí) ,電容通過(guò) R4 放電 ,當(dāng)電容 C 放電結(jié)束后 ,RST 引腳由 R4 和 R5 的分壓比決定 ?由于 R5R4,因此RST 引腳為高電平 ,CPU 進(jìn)入復(fù)位狀態(tài) ?松開(kāi)復(fù)位按鈕后 ,電容充電 ,RST 引腳電位下降 ,使 CPU 脫離復(fù)位狀態(tài) ?R4 的作用在于限制復(fù)位按鈕按下瞬間電容的放電電流 ,避免產(chǎn)生火花 ,以保護(hù)按鈕的觸點(diǎn) ? 單片機(jī)控制電路的連接 控制系統(tǒng)各部分都與單片機(jī)直接相連 ,從而完成對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)控制 ,單片機(jī)的連接電路見(jiàn)附錄 A?8個(gè)光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)到的開(kāi)關(guān)量發(fā)送到單片機(jī)的 P0口 ,單片機(jī)通過(guò) 和 發(fā)送給 LED 顯示電路 ,以顯示當(dāng)前的空 位數(shù) ?IC 卡的 SCL 和 SDA 通過(guò)卡座與單片機(jī)的 和 相接 ,用來(lái)存取數(shù)據(jù) ,而 IC 卡的電源選通信號(hào)接單片機(jī)的 口 ?單片機(jī)的 和 和動(dòng)力控制電路相接 ,用來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn) ?而到位檢測(cè)的光電開(kāi)關(guān)接入單片機(jī)的外中斷 ,用來(lái) 經(jīng)過(guò)內(nèi)部計(jì)算 ,記錄車(chē)位移動(dòng)的數(shù)目 ? 系統(tǒng)檢測(cè)部分設(shè)計(jì) 作為一個(gè)大型的系統(tǒng) ,檢測(cè)裝置是不能或缺的 ?在立體車(chē)庫(kù)中 ,車(chē)位的檢測(cè)都是通過(guò)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的 ,本設(shè)計(jì)也不例外 ? 空車(chē)位檢測(cè) 在系統(tǒng)的車(chē)位檢測(cè)設(shè)計(jì)中 ,應(yīng)用的是 8 個(gè)光電開(kāi)關(guān) ,通過(guò)光電開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)車(chē)位是否為空 ?光電開(kāi)關(guān)分為反射式 ?對(duì)射式和鏡面反射式三種類(lèi)型 ?對(duì)射式檢測(cè)距離遠(yuǎn) ,可檢測(cè)半透明物體的密度 (透光度 )?反射式的工作距離被限定在光束的交點(diǎn)附近 ,以避免背景影響 ?鏡面反射式的反射距離較遠(yuǎn) ,適宜作遠(yuǎn)距離檢測(cè) ,也可檢測(cè)透明或半透明物體 ? 由于在車(chē)位的檢測(cè)中 ,由于車(chē)位的長(zhǎng)度達(dá)到 3— 5 米 ,所以采用對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行檢測(cè) ?同時(shí)不需要測(cè)量物體的密度或其他性質(zhì) ,只需要檢測(cè)停車(chē)位上是否有車(chē) ,所以功能最簡(jiǎn)單的光電開(kāi)關(guān)就可以實(shí)現(xiàn) ,在費(fèi)用上降到最低 ? U5O P T O I S O 1R 1 12 2 0 ΩR 1 21 k ΩP 0 . 0V C CV C C 圖 光電開(kāi)關(guān)連接電路 功能簡(jiǎn)單 的光電開(kāi)關(guān)傳輸?shù)氖情_(kāi)關(guān)量 ,向單片機(jī)傳輸?shù)男盘?hào)為高電平或低電平 ,由圖 可知 ,當(dāng)車(chē)位上有車(chē)存放時(shí) ,光電開(kāi)關(guān)的接收端不能接受來(lái)自發(fā)射端的信號(hào) ,三極管不能導(dǎo)通 ,所以單片機(jī)接收到的是高電平 ?同理 ,當(dāng)車(chē)位為空時(shí) ,三極管導(dǎo)通 ,單片機(jī)的端口置低電平 ?由此可以檢測(cè)出車(chē)位上是否有車(chē) ?由于車(chē)庫(kù)有 8個(gè)車(chē)位 ,所以需要 8個(gè)光電開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行檢測(cè) ? 到位檢測(cè) 所謂到位檢測(cè)就是判斷車(chē)位是不是到達(dá)了預(yù)定位置 ?因?yàn)橄到y(tǒng)只能控制電機(jī)的啟動(dòng) ?停止與轉(zhuǎn)向 ,而不能設(shè)定其轉(zhuǎn)過(guò)多少角度 ,所以要加一個(gè)檢測(cè)裝置 ,當(dāng)車(chē)位到達(dá)目的位置后 ,把檢測(cè)信息傳給單片機(jī) ,然 后單片機(jī)使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng) ? 到位檢測(cè)的裝置和空車(chē)位檢測(cè)裝置一樣 ,只需要一個(gè)光電開(kāi)關(guān)就可以實(shí)現(xiàn) ?將光電開(kāi)關(guān)的發(fā)射端固定在最后一個(gè)傳動(dòng)輪的圓盤(pán)上 ,選擇合適的傳動(dòng)裝置 ,使最后一個(gè)傳動(dòng)輪與鏈條保持這樣的關(guān)系 :傳動(dòng)輪每轉(zhuǎn)過(guò)一圈 ,對(duì)應(yīng)的車(chē)位就移動(dòng)一個(gè)位置 ?光電開(kāi)關(guān)每變化一次 ,單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)單元加 1,根據(jù)累加值就可以檢測(cè)出旋轉(zhuǎn)了幾個(gè)車(chē)位 ,當(dāng)達(dá)到所要旋轉(zhuǎn)的車(chē)位數(shù)時(shí) ,單片機(jī)控制電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng) ? IC 卡接口電路設(shè)計(jì) 在立體車(chē)庫(kù)平時(shí)的應(yīng)用中 ,在車(chē)主存儲(chǔ)過(guò)程中需要存儲(chǔ)用戶的一些信息 ,在取車(chē)時(shí)候需要出示個(gè)人憑證 ,這是立體車(chē)庫(kù)正常使用的基 本要求 ?因此要存儲(chǔ)這些信息 ,這就需要 EEPROM?與 EPROM 不同 ,EEPROM 在工作電壓下就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀和寫(xiě) ,這樣 ,就可以在把一些必要信息存放到里面 ? 在設(shè)計(jì)中 ,選擇了 24C02 卡 (如圖 所示 ),非常適合于各類(lèi)儀器儀表和控制裝置的參數(shù)保存 ,其芯片 24C02 的管腳圖如圖 所示 ? A01A12A23GN D4Vc c 8WP 7S C L 6S D A 5 圖 24C02 空卡 圖 24C02 管腳圖 24C02 各引腳的功能如下 : A0,A1,A2 引腳 ,是芯片地址引腳 ? SCL 引腳 ,串行時(shí)鐘輸入端 ?在時(shí)鐘的正跳沿即上升沿時(shí)把 數(shù)據(jù)寫(xiě)入 EEPROM。所有接到 I2C 總線上的設(shè)備的串行數(shù)據(jù)都接到總線的 SDA 線 ,各設(shè)備的時(shí)鐘線 SCL 接到總線的 SCL? 目前 ,51 系列的單片機(jī)應(yīng)用很廣 ,但是它們都沒(méi)有 I2C 總線接口 ,限制了在這些系統(tǒng)中使用具有 I2C 總線接口的器件 ?但通過(guò)對(duì) I2C 總線時(shí)序的分析知道可以用 51 單片機(jī)的兩根 I/O 線來(lái)實(shí)現(xiàn) I2C 總線的功能 ?不使用單片機(jī)的 I2C 接口 ,直接通過(guò) I/O 線編程來(lái)實(shí)現(xiàn) I2C 總線的功能 ,即為 I2C 總線的虛擬技術(shù) ?I2C 總線規(guī)定 SCL 線和 SDA 線是各設(shè)備對(duì)應(yīng)輸出狀態(tài)相“與”的結(jié)果 ,任 何 設(shè)備都可以用輸出低電平的方法延長(zhǎng) SCL 低電平時(shí)間 ,迫使高速設(shè)備進(jìn)入等待狀態(tài) ,實(shí)現(xiàn)不同速度設(shè)備間的時(shí)鐘同步 ?因此 ,即使時(shí)鐘脈沖的高 ?低電平時(shí)間長(zhǎng)短不一 ,也能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳送 ,可以用軟件控制 I/O 口做 I2C 接口 ? 動(dòng)力控制電路設(shè)計(jì) 在系統(tǒng)中 ,電機(jī)的作用是帶動(dòng)傳動(dòng)裝置 ,然后使車(chē)庫(kù)進(jìn)行移動(dòng) ?電機(jī)是系統(tǒng)中重要執(zhí)行部件 ,所有控制的目的都是為了車(chē)庫(kù)的自動(dòng)運(yùn)行 ,因此動(dòng)力控制電路的設(shè)計(jì)也是很重要的 ? CPU 的控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過(guò)兩個(gè) NPN 三極管 Q1 和 Q2 實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向 ?當(dāng) 為高時(shí) ,Q1 導(dǎo)通 ,繼電器 K1 接通電流 ,并吸合其開(kāi)關(guān) ,電機(jī)正向接通電路 ,使電機(jī)正轉(zhuǎn) 。當(dāng)把 WP 接到 Vcc 時(shí) ,則對(duì)芯片實(shí)施保護(hù) ? AT24Cxx 系列存儲(chǔ)器卡芯片特點(diǎn) : (1) 低電壓 /標(biāo)準(zhǔn)電壓操作 :~5 V? (2) 內(nèi)部組成 :2568(AT24C02),的串行 EEPROM? (3) 2 線串行接口 ? (4) 雙向數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議 ? (5) 支持 ISO/IEC 781610 同步協(xié)議 ? (6) 8 B 頁(yè)面 (AT24C01/02)寫(xiě)入方式 ? (7) 自定時(shí)寫(xiě)入周期 (最大 10 ms)? (8) 高可靠性 :使用壽命為 100 000 次寫(xiě) /擦除 ,數(shù)據(jù)保留期為 100 年 ? (9) 多種封裝形式 :提供芯片 ?模塊及標(biāo)準(zhǔn)封裝形式 ? 24C02 卡通過(guò)卡座與單片機(jī)進(jìn)行連接 ,如圖 為 SMARTADP(接觸式 IC 卡卡座 ), 圖 接觸式 IC卡卡座 卡座上與 IC 卡的觸點(diǎn)為 8個(gè) ,對(duì)應(yīng)為 24C02 的 8各引腳 ?卡座上還有 2 個(gè)觸電是用來(lái)識(shí)別卡座內(nèi)是否有卡插入 ? 接觸式存儲(chǔ)器卡接口電路如圖 所示 ?單 片機(jī)的 ? 分別通過(guò)卡座與 24C02的串行時(shí)鐘端 SCL 和串行數(shù)據(jù)端 SDA 相接 , 接卡插入測(cè)試端 SW2, 接 PNP 三極管的基級(jí) ,為上電控制端 ?SCL?SDA 及 SW2 均通過(guò) 10kΩ的上拉電阻接 +5V? A01A19A210G N D4S W 15V C C8WP6S C L7S D A5S W 23U2S M A R T A D PQ3N P NP 1. 3R210 kΩ*3V C CP 1. 0P 1. 1P 1