【正文】 所以在本設計中采用了第二種方案。 廣西大學畢業(yè)論文 基于單片機的動物居室溫濕度監(jiān)控系統(tǒng) 32 IN/CLK1IN/OE11IN3IO/Q13IN4IO/Q14IN5IO/Q15IN6IO/Q16IN7IO/Q17IN8IO/Q18IN9IO/Q19IN2IO/Q12VCC20GND10U6GAL16A8From ATmega165VCLKDIR1RST15GND5GNDA11Y12A23Y34A35Y26A47Y4899101074LS07 +5V12345678910ULN20xx1 23 45 67 89 1011 1213 1415 16TLP521+5V +24VPNPPNPPNPPNP+24V24GND+24V24GND+24V步進電機接口123456 1K1K1K1K1K1K1K1K1K1K1K1K1K 圖 49 一路步進電機驅(qū)動控制電路 傳感器模塊的設計與實現(xiàn) 溫濕度傳感器的選擇 溫度濕度傳感器的選擇比較重要，因為其關(guān)系到整個系統(tǒng)的性能。 IN/CLK1IN/OE11IN3IO/Q13IN4IO/Q14IN5IO/Q15IN6IO/Q16IN7IO/Q17IN8IO/Q18IN9IO/Q19IN2IO/Q12VCC20GND10U6GAL16A8From ATmega161A1B1C1D2A2C2D2B5VCLKDIR1RST1DIR25GND5GNDRST2 圖 48 脈沖分配器的連接 步進電機的選型 選用常州寶來電器有限公司生產(chǎn)的精密減速步進電機，型號為42BY48HJ120。但硬件方法結(jié)構(gòu)復雜，成本也較高。改善矩角特性一般通過增加步進電機的運行拍數(shù)來實現(xiàn)。 步進電動機只 能通過脈沖電源供電才能運行，它不能直接使用交流電源和直流電源。 單 片 機 脈 沖 分 配 器 脈 沖 放 大步 進 電 機 功 率 驅(qū) 動 光 電 耦 合 圖 46 步進電機驅(qū)動控制電路結(jié)構(gòu) 廣西大學畢業(yè)論文 基于單片機的動物居室溫濕度監(jiān)控系統(tǒng) 28 步進電機控制原理 步進電機是數(shù)字控制電機，它將脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個脈沖信號，步進電機就轉(zhuǎn)動一個角度，因此非常適合于單片機控制。 KEY1KEY2KEY3KEY4KEY5IN1IN2IN3IN12IN13GND7VCC14ROUT5U274260KEY1...KEY5VCCVCCINT0KEY1KEY2KEY3KEY4KEY5R1R2R3R4R5 圖 44 鍵盤電路原理圖 顯示電路設計 MAX7219 是美國 MAXIM(美信 )公司推出的多位 LED 顯示驅(qū)動器，采用 3 線串行接口傳送數(shù)據(jù)，可直接與單片機接口，用戶能方便修改其內(nèi)部參數(shù)，以實現(xiàn)多位 LED 顯示。工作于空閑模式時 CPU 停止工作，而 USART、兩線接口、 A/D 轉(zhuǎn)換器、 SRAM、 T/C、 SPI 端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時 晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時器繼續(xù)運行，允許用戶保持一個時間基準，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)； ADC 噪聲抑制模式時終止 CPU 和除了異步定時器與 ADC 以外所有 I/O 模塊的工作，以降低 ADC轉(zhuǎn)換時的開關(guān)噪聲； Standby 模式下只有晶體或諧振振蕩器運行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時具有快速啟動能力；擴展 Standby 模式下則允許振蕩器和異步定時器繼續(xù)工作。本系統(tǒng)控制量的模糊劃分采用單點，分為 7 個模糊子集，分別為 PB（正大）， PM（正中）， PS（正?。?， Z（零）， NS（負?。?， NM（負 中）， NB（負大）。兩輸入指溫度偏差 E 和溫度偏差變化率 EC，輸出指不同的 溫濕度 調(diào) 節(jié)機構(gòu) 的運行狀況。這個方法是在輸出模糊集合中選取隸屬度最大的論域元素值作為輸出結(jié)果，再利用最大隸屬度法得到隸屬度最大的那個元素作為相應輸入的輸出。從理論上看，模糊解 耦 器能有效的解除溫濕度之間的 耦 合。 表 33 隸屬度賦值 cT/cH 變量 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 NB 1 0 0 0 0 0 0 0 NM 1 0 0 0 0 0 0 NS 0 0 1 0 0 0 0 0 Z 0 0 0 0 1 0 0 0 0 PS 0 0 0 0 0 1 0 0 PM 0 0 0 0 0 0 1 PB 0 0 0 0 0 0 0 1 表 34 溫度補償 cT 模糊規(guī)則表 ET EH NB NM NS Z PS PM PB NB PS PS Z NS NB NB NB NM PM PS PS Z NM NM NM NS PB PM PS Z NS NM NM Z Z Z PM Z PM M PB PS NS Z Z Z PS PM PB PM NM NS Z Z PS PS PM PB NB NM NS Z Z PS PS 在這里對溫度回路補償量、濕度回路補償量所分七檔：負大 (NB)，負中(NM)，負小 (NS)，零 (Z)，正小 (PS)，正中 (PM)，正大 (PB)作以說明。 廣西大學畢業(yè)論文 基于單片機的動物居室溫濕度監(jiān)控系統(tǒng) 14 圖 34 對應 eT、 eH隸屬函數(shù) 由此可確定溫度偏差 eT、濕度偏差 eH各語言變量的隸屬度賦值如表 31所示。在模糊控制算法中，把溫度偏差和濕度偏差的實際變化范圍叫做輸入變量的基本論域，基本論域常用區(qū)間表示，通用公式為 [x， x]。 本溫室溫濕度模糊解 耦 控制算法的實現(xiàn) 溫濕度模糊解 耦 器設計 采用模糊解 耦 控制實際上就是加進 一個合適的補償器，以消除 耦 合回路對主回路的影響，使各主回路能分別獨立控制，達到解 耦 控制的目的。模糊控制器的控制規(guī)則是基于專家知識或手動操作熟練人員長期積累的經(jīng)驗，它是按人的直覺推理的一種語言表示形式。得到了精確的數(shù)字控制量后，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換，變?yōu)榫_的模擬量后送給執(zhí)行機構(gòu)，對被控對象精確控制，然后，進行下一次信號采樣，如此循環(huán)，從而實現(xiàn)了被控對象的模糊控制。 模糊控制系統(tǒng)的魯棒性強，干擾和參數(shù)變化對控制效果的影響被大大減弱，尤其適合于非線性、時變及純滯后系統(tǒng)的控制。RH 代替 RH 參與控制運算，可實現(xiàn)溫度對濕度的 解耦 ，我們稱 39。 系統(tǒng)硬件總體設計以及說明 本溫濕度 監(jiān)控系統(tǒng) 設計以 Atmega16 單片機作為核心 ， 通過溫濕度傳感器芯片 (SHT11)對環(huán)境內(nèi)的溫度、濕度參數(shù)實時檢測 ， 經(jīng)溫濕度傳感器芯片內(nèi) A/ D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成對應的二進制值存儲于芯片的 RAM 中 ， 單片機通過發(fā)送讀取溫濕度傳感器溫度 /濕度命令碼則溫濕度傳感器返回對應的參數(shù)值 ，系統(tǒng)實時地測量顯示環(huán)境的溫濕度值 ， 實現(xiàn)溫濕度自動控制 ， 使其在較寬的溫度范圍內(nèi)具有較高的測試精度 ， 同時還可以根據(jù)用戶設定報警閾值報警 ，一旦發(fā)現(xiàn)環(huán)境溫濕度超限 ， 立即報警。一個單片機系統(tǒng)能否被廣泛應用，性價比是其中一個關(guān)鍵因數(shù)。通過單片機與智能傳感器相連 ， 采集并存儲智能傳感器的測量數(shù)據(jù)。 其 意義： 基于 Atmega16 單片機的 溫濕度監(jiān)控系統(tǒng) 可以為一 些對溫度、濕度比較敏感的場合提供準確的溫度、濕度信息， 還可以用于 糧庫、機房 等場所。廣西大學畢業(yè)論文 基于單片機的動物居室溫濕度監(jiān)控系統(tǒng) 1 摘 要 居室 溫濕度控制系統(tǒng)是以 居室 內(nèi)的溫濕度為輸入量，以 居室 的調(diào)溫和排濕裝置 (風機、步進電機、排氣扇等 )為控制對象，在單片機控制系統(tǒng)上用模糊控制的方法使 居室 中溫濕度的變化滿足 居住需求 ，達到提高 動物居室生活要求 目的。能夠創(chuàng)造一定的社會經(jīng)濟效益。另一方面通過 RS232 總線與監(jiān)控計算機通信 ，將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控計算機。因此，在設計時，除了保持高性能外，盡可能降低成本，如簡化外圍硬件電路，在系統(tǒng)性能和速度的允許的情況下盡可能用軟件功能代替硬件功能。 系統(tǒng)功能框圖如圖 21 所示 。RH為預估相對濕度值。 因此，模糊控制被廣泛的應用于工業(yè)鍋爐、煤炭生產(chǎn)過程、金屬冶煉 、石油化工等方面，并取得了較為理想的效果。 計算機控制變量模糊量化處理模糊化控制規(guī)則模糊化推理決策非模糊化處理D/A轉(zhuǎn)換A / D 轉(zhuǎn) 換 檢 測 放 大 被 控 對 象 執(zhí) 行 器給 定 值模 糊 控 制 器 圖 31 模糊系統(tǒng)原理圖 模糊控制系統(tǒng)的組成 模糊控制系統(tǒng)和常見的負反饋控制系統(tǒng)很相似，唯一不同之處是模糊控制裝置是由模糊控制器來實現(xiàn)，模糊控制器通常由下列幾個部分組成。模糊規(guī)則通常由一系列的關(guān)系詞連接而成，如 ifthen、 or、 also、 and 等，關(guān)系詞必須經(jīng)過“翻譯”，才能將模糊控制規(guī)則數(shù)值化。在溫濕度 耦 合中，主回路是溫度控制回路，副回路是濕度控制回路。根據(jù)實際情況和實踐經(jīng)驗，在本課題中，溫度偏差的量化范圍 ： 最大值 5℃，最小值 5℃，濕度偏差的量化范圍為 ： 最大值 20%，最小值 20%。 量化因子 K 反映了輸入變量的基本論域元素值與模糊集的論域元素值之間的比例關(guān)系可用公式 K=n/x 表示，因此此處溫度偏差量化因子Kl=5/5=1，濕度偏差量化因子 K2=5/20=。正小 (PS)，正中 (PM)，正大 (PB)表示補，就是加大控制量；零 (Z)表示不補；負大 (NB)，廣西大學畢業(yè)論文 基于單片機的動物居室溫濕度監(jiān)控系統(tǒng) 17 負中 (NM)，負小 (NS)表示減，就是減小控制量。 清晰化處理 由模糊控制規(guī)則表求取模糊控制查詢表步驟如下 (以溫度為例 ) 以第一條模糊控制規(guī)則為例， 可表示 ： If eT = NB and eH=NB then eT=PS 第一步，從 eT 的隸屬函數(shù)賦值表中取“ NB”對應的向量，并定義為 A。制成如表 36所示的模糊控制決策表。 將溫度誤差的基本論域定為 [5℃， 5℃ ]，溫度誤差變化的基本論域定為[1℃， +l℃ ]為提高控制精度和響應速度，將溫度的控制范圍分為模糊控制區(qū)和確定控制區(qū)，以溫度 誤差范圍 為界 ， 溫度 誤差在規(guī)定范圍 以內(nèi)為模糊控制區(qū)，以外為確定控制區(qū)。選取語言變量 U 的論域為 ： {3， 2， 1， 0， 1， 2， 3}。 圖 42 引腳配置 廣西大學畢業(yè)論文 基于單片機的動物居室溫濕度監(jiān)控系統(tǒng) 25 電源轉(zhuǎn)換電路的設計 電源是系統(tǒng)的重要組 成部分， 電源模塊 提供開發(fā)板的工作電源，同時通過擴展口為擴展系統(tǒng)提供電源。它內(nèi)含硬件動態(tài)掃描顯示控制，每枚芯片可驅(qū)動 8 個 LED 數(shù)碼管。近 30 年來，數(shù)字技術(shù)、計算機技術(shù)和永磁材料的迅速發(fā)展，推動了步進電動機的發(fā)展，為步進電動機的應用開辟了廣闊的前景。 步進電動機存在振蕩和失步現(xiàn)象，必須對控制系統(tǒng)和機械負載采取相應的措施。因此在很多情況下，四相步進電機采用四相八拍工作方式。 步進電機控制 (包括控制脈沖的產(chǎn)生和分配 )也可以使用軟件方法，即用單片機實現(xiàn)，這樣既簡化了電路，也降低了成本。它的參數(shù)如表 41。下面對幾種方案進行一下比較： 方案一 ： 采用分立的溫度和濕度傳感器，其中溫度傳感器可以采用溫敏電阻，濕度傳感器可以采用濕敏電容，這樣傳感器部分的價格比較低，但是外圍電路比較復雜，并且包含小信號的處理為設計增加了難度，同時溫度和濕度的測量精度不高。 SHT11(溫濕度傳感器 )傳感器 描述 溫濕度傳感器 SHT11 將溫度感測、濕度感測、信號變換、 A/ D 轉(zhuǎn)換和加熱器等功能集成到一個芯片上 ， 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 410 所示。微小的體積、極低的功耗，使其成為應用的首選。圖 49 為一路步進電機驅(qū)動