【正文】 束 圖33 PWM波流程圖 串行通信模塊本設(shè)計(jì)中用到的單片機(jī)串口其工作方式為1，由于單片機(jī)輸出的是TTL電平而PC機(jī)口為RS232電平，因此二者不能夠直接通信。這樣當(dāng)T2開始計(jì)數(shù)后，一旦計(jì)時(shí)到0xffff，RCAP2H RCAP2L的值會(huì)自動(dòng)重裝到TH2 TL2，并且會(huì)在其中斷程序中，將脈沖輸出口clkz（若反轉(zhuǎn)為clkf）清零，且啟動(dòng)定時(shí)器T0。本設(shè)計(jì)定時(shí)器并沒有被占用，因此采用方案一。對(duì)于實(shí)現(xiàn)方式則有兩種方案。從上面的介紹中我們很容易得出產(chǎn)生PWM波的兩個(gè)重要參數(shù)：方波周期T和高電平時(shí)間，顯然。中斷的控制分別由中斷請(qǐng)求標(biāo)志寄存器TCON、SCON，中斷允許寄存器IE，中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP。本設(shè)計(jì)中串行口工作在UART方式，即工作在方式1。T2定時(shí)器和T0、T1的用法有所不同，并且具有除了定時(shí)、計(jì)數(shù)的功能外還有捕捉、時(shí)鐘輸出這些額外功能。其中TMOD為模式控制寄存器，主要用來值定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作模式；TCON為控制寄存器，主要用來控制定時(shí)器的啟動(dòng)和停止。圖31 AT89S52引腳圖AT89S52內(nèi)部集成了很多資源，鑒于網(wǎng)上有很多這方面的資料，在這里不再一一詳述，本文只對(duì)設(shè)計(jì)中用到的資源展開敘述。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。目前市場(chǎng)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(jià)格一般都比較貴，所以本設(shè)計(jì)采用價(jià)格便宜的單片機(jī)來作PWM發(fā)生器。系統(tǒng)中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊才用L298芯片，其內(nèi)部實(shí)際上集成了兩個(gè)H橋電路，使用方便，性能穩(wěn)定，電機(jī)的測(cè)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。RS232協(xié)議用的是負(fù)邏輯電平，其中高電平為12V，低電平為+12V。 顯示電路原理設(shè)計(jì)中的顯示部分采用兩種方案：LCD1602和上位機(jī)顯示。具體怎樣利用T0和T2產(chǎn)生PWM波將會(huì)在后面的章節(jié)中詳細(xì)講解；其二，（TXD）和（）和上位機(jī)（PC）進(jìn)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(jī)相連。設(shè)計(jì)中為了使工作人員更好的操作系統(tǒng)，設(shè)置了四個(gè)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。電機(jī)的調(diào)速方式有三種：按鍵調(diào)速、上位機(jī)調(diào)速和根據(jù)溫度自動(dòng)調(diào)速。利用價(jià)格只有幾塊錢的單片機(jī)來產(chǎn)生PWM波，其整體設(shè)計(jì)是在單片機(jī)里完成的因此系統(tǒng)升級(jí)、修改更加方便。另外在目前的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，盡管交流電機(jī)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(jī)，但直流電機(jī)的控制技術(shù)最為成熟，且和交流電機(jī)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(yuǎn)遠(yuǎn)低于交流電機(jī)，雖然直流電機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)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(jì)中的排氣扇采用的就是直流電機(jī)。 課題研究意義隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,科技成果越來越迅速地應(yīng)用于社會(huì)生活中,為人類提供新的認(rèn)識(shí)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。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(jìn)行控制，反應(yīng)比較慢。但風(fēng)力也不能過大（風(fēng)力超過5級(jí)，灰塵較多）。為保證日常工作的順利進(jìn)行，首要問題是加強(qiáng)倉庫內(nèi)溫度的控制工作。目前來說對(duì)于倉庫管理的研究主要集中在兩個(gè)方向：其一，如何盡最大限度的降低倉庫的運(yùn)行成本從而降低商品的成本，增強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；其二，如何保證倉庫儲(chǔ)存商品處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)不發(fā)生物理、化學(xué)變化，保證儲(chǔ)存商品的質(zhì)量。整個(gè)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(jí)維護(hù)方便。摘 要隨著數(shù)字技術(shù)的迅速發(fā)展，微控制器在社會(huì)的各個(gè)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(shì)，如抗干擾性強(qiáng)、便于和PC機(jī)相聯(lián)、系統(tǒng)易于升級(jí)維護(hù)。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(jiǎn)介 5 5 顯示電路原理 63 各模塊的分析、計(jì)算與硬件電路設(shè)計(jì) 7 PWM發(fā)生器模塊 7 AT89S52單片機(jī)介紹 7 PWM發(fā)生器原理 9 PWM波程序設(shè)計(jì) 10 串行通信模塊 12 MAX232芯片簡(jiǎn)介 12 下位機(jī)程序設(shè)計(jì) 13 上位機(jī)設(shè)計(jì) 14 測(cè)溫電路 15 DS18B20簡(jiǎn)介 15 測(cè)溫電路設(shè)計(jì) 18 電機(jī)模塊設(shè)計(jì) 20 L298芯片驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 20 測(cè)速電路設(shè)計(jì) 224 PROTEUS軟件仿真 235 總結(jié)與展望 27致 謝 28參考文獻(xiàn) 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(jìn)發(fā)展，企業(yè)工廠的生產(chǎn)能力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于市場(chǎng)的消費(fèi)能力，另外許多商品在生產(chǎn)和消費(fèi)之間都存在著時(shí)間間隔與地域差異，因此為了調(diào)整商品在生產(chǎn)和消費(fèi)之間的時(shí)間、地域錯(cuò)位，幾乎各個(gè)企業(yè)設(shè)置了自己的倉庫將商品儲(chǔ)存于其中，很好的解決了這一問題。本畢業(yè)設(shè)計(jì)主要就是從這兩點(diǎn)展開的。對(duì)于倉庫內(nèi)溫度的控制可以說有多種方法如通風(fēng)、保溫、制冷等措施，但其中最為普遍、簡(jiǎn)單的措施就是通風(fēng)。正確地進(jìn)行通風(fēng)，不僅可以調(diào)節(jié)與改善庫內(nèi)的溫濕度，還能及時(shí)散發(fā)商品及包裝物的多余水分。造成了不必要的電能浪費(fèi)。特別是近四十年來電子計(jì)算機(jī)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(gè)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(jì)算機(jī)—微型計(jì)算機(jī)，使得計(jì)算機(jī)應(yīng)用日益廣泛，而單片微型計(jì)算機(jī)的問世，則更進(jìn)一步推動(dòng)了這一發(fā)展趨勢(shì)，使計(jì)算機(jī)應(yīng)用滲透到各行各業(yè)，達(dá)到了前所未有的普及程度。傳統(tǒng)的直流電機(jī)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(diǎn)。2 系統(tǒng)概述 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖本畢業(yè)設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，整個(gè)系統(tǒng)由五大模塊組成，分別是PWM波模塊、電機(jī)模塊、測(cè)溫模塊、顯示模塊、測(cè)速模塊?，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(chǔ)存在名字為wendu的內(nèi)存中，當(dāng)wendu0(攝氏度，后面的不作說明默認(rèn)即為此)時(shí)，說明倉庫內(nèi)溫讀較低，不需要降溫，因此關(guān)閉電機(jī)，省電，當(dāng)0wendu20時(shí)，電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)即可，當(dāng)20wendu50時(shí)，中速運(yùn)行即可，當(dāng)wendu50時(shí)說明倉庫溫度過高，電機(jī)全速運(yùn)行，最大限度的通風(fēng)。系統(tǒng)中還把電機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)了出來并且顯示出來，以監(jiān)視電機(jī)是否工作正常。經(jīng)過實(shí)際硬件檢驗(yàn)，其通信效果非常好；其三，采用單片機(jī)的外部中斷0（）對(duì)霍爾傳感器傳過來的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，并且通過內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理程序來計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速，然后將轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)送到LCD顯示器和上位機(jī)。LCD1602主要是為了方便工作人員在現(xiàn)場(chǎng)查看以及現(xiàn)場(chǎng)維修調(diào)試系統(tǒng)時(shí)查看系統(tǒng)工作是否正常，這里使用的LCD1602用5V電壓驅(qū)動(dòng)，帶背光，可顯示兩行，每行16個(gè)字符，不能顯示漢字，內(nèi)置含128個(gè)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(jiǎn)捷，在實(shí)際應(yīng)用中其顯示的內(nèi)容清晰、美觀。而單片機(jī)用的是TTL電平，其高電平時(shí)+5V，低電平為0V。系統(tǒng)中還設(shè)置了四個(gè)按鍵四個(gè)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(dòng)調(diào)速指示燈和手動(dòng)調(diào)速指示燈。用單片機(jī)來做PWM發(fā)生器的優(yōu)點(diǎn)是明顯的：其一，系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本大大降低；其二，單片機(jī)也是本系統(tǒng)的中心控制芯片，將PWM發(fā)生器模塊設(shè)計(jì)在中心控制芯片內(nèi)，不僅簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的接口，而且使控制器更容易控制PWM波。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在線可編程，亦適于常規(guī)編程器。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。① AT89S52內(nèi)部設(shè)有三個(gè)16位可編程的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，簡(jiǎn)稱定時(shí)器0、2，分別用T0、T1和T2來表示。兩個(gè)16位的工作寄存器T0、T1是定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的核心，它們均可分成2個(gè)獨(dú)立的8位計(jì)數(shù)器即TH0、TL0、TH1和TL1，均是加1的計(jì)數(shù)器。本設(shè)計(jì)中只用到了其定時(shí)器功能，它的主要控制寄存器是T2CON。方式1為10位數(shù)據(jù)，一個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位和一個(gè)停止位，波特率可以改變（由定時(shí)器T1的溢出頻率決定，并可由SMOD加倍）。 PWM發(fā)生器原理在介紹如何用52單片機(jī)產(chǎn)生PWM之前，先向大家簡(jiǎn)單介紹一下PWM調(diào)速原理。我們只要利用單片機(jī)來控制這兩個(gè)參數(shù)就可以產(chǎn)生想要的PWM波。方案一：采用定時(shí)器做為脈寬控制的定時(shí)方式，這一方式產(chǎn)生的脈沖寬度極其精確，誤差只在幾個(gè)us。 PWM波程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中用到的定時(shí)器為T0、T2，T1用來控制串口的波特率。T0用來控制何時(shí)將clkz置為高電平，當(dāng)T0口溢出時(shí)進(jìn)入中斷，關(guān)閉clkz=關(guān)閉T0，也就是說T0的計(jì)數(shù)初值越大，其進(jìn)入中斷的時(shí)間就越早，從而clkz高電平的時(shí)間就越長(zhǎng)即占空比越大。設(shè)計(jì)中采用了點(diǎn)品轉(zhuǎn)換芯片MAX232，其工作性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)，最重要的是對(duì)芯片的操作簡(jiǎn)單，不需要單片機(jī)對(duì)芯片進(jìn)行控制操作，只需將引腳連接正確即可工作。該器件符合TIA/EIA232F標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將TIA/EIA232F電平轉(zhuǎn)換成5V TTL/CMOS電平。 圖 34 MAX232引腳圖表31 MAX232引腳功能引腳引腳功能說明3，4引腳16(VCC)15(GND)2，6（V+，V）11(T1in) 10（T2in）14（T1out）7（T2out）12（R1out）9（R2out）13（R1in）8（R2in）電源變換電路一部分，115引腳分別接+5v電源和地，實(shí)際應(yīng)用中器件對(duì)電源噪聲很敏感，是電源變換電路的一部分，110引腳的功能一樣，均是TTL/CMOS輸入端，直接與單片機(jī)的TXD引腳相連即可RS232電平輸出，直接和DB9插座相連即可TTL/COMOS輸出，直接和單片機(jī)的RXD引腳相接RS232輸入，上位機(jī)PC通過該引腳相單片機(jī)發(fā)指令 下位機(jī)程序設(shè)計(jì)下位機(jī)的程序設(shè)計(jì)主要集中在單片機(jī)程序串口的初始化，由于PC上位機(jī)的波特率為9600，所以下位機(jī)單片機(jī)的程序也必須設(shè)置為9600，工作方式為1，單片機(jī)規(guī)定在工作方式為1時(shí)，其波特率由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1的溢出率與SMOD位共同控制。在程序中不斷查詢RI標(biāo)志位，若RI=1則說明接收到了上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，然后判斷此數(shù)據(jù)的大?。孩?若為0，就將溫度值、速度值傳送給PC機(jī)。⑤ 若為4，電機(jī)調(diào)速進(jìn)入根據(jù)溫度自動(dòng)調(diào)速模式。本畢業(yè)設(shè)計(jì)中上位機(jī)軟件的詳細(xì)參數(shù)設(shè)置如圖36所示。本設(shè)計(jì)應(yīng)用到的DS18B20的性能特點(diǎn)如下：● 獨(dú)特的單線接口僅需要一個(gè)端口引腳進(jìn)行通信；● 無須外部器件；● 可通過數(shù)據(jù)線供電，～；● 零待機(jī)功耗；● 溫度以9或12位數(shù)字存儲(chǔ)；● 負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。當(dāng)符號(hào)位S＝0時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號(hào)位S＝1時(shí)，表示測(cè)得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值。通過參閱DS18B20中文資料，得到初始化時(shí)序如圖37所示。①初始化 單總線的所有處理均從初始化開始。如表33所示。 測(cè)溫電路設(shè)計(jì)傳感器數(shù)據(jù)采集電路主要指DS18B20溫度傳感器與單片機(jī)的接口電路。在設(shè)計(jì)中遇到的最難得問題，是對(duì)DS18B20轉(zhuǎn)換后的溫度數(shù)據(jù)的處理。方案二：采用繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制，通過開關(guān)的切換對(duì)電機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)整。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高；H型電路保證了可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極佳，是一種廣泛采用的PWM調(diào)速技術(shù)。其內(nèi)部原