【文章內(nèi)容簡介】 控制。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）釋放。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。方案2：選用變頻器。變頻器（Variablefrequency Drive，VFD）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內(nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，執(zhí)行器選用鑄剛支架及不銹鋼外殼，結(jié)構(gòu)堅固，外觀美觀。 由于本次設(shè)計需要控制加熱，風(fēng)機，水泵，通風(fēng)機，噴灑，遮陽簾電機。其中除了遮陽外，其余都需要一定的速度頻率控制，所以遮陽簾電機選用簡單的繼電器電路控制，其余選用PWM變頻器，應(yīng)用脈沖寬度調(diào)按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖寬度，以調(diào)節(jié)輸出量和波形的一種調(diào)制方式。為L700變頻器。 變頻器實物圖 D/A轉(zhuǎn)換器的選擇D/A轉(zhuǎn)換器是指將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的元件或裝置，它的模擬量輸出與參考電壓和二進制數(shù)成比例。方案1：MAX531是美信集成產(chǎn)品公司生產(chǎn)的12位串行數(shù)據(jù)接口數(shù)模轉(zhuǎn)換器，采用“反向”R－2R的梯形電阻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。內(nèi)置單電源CMOS運算放大器,其最大工作電流僅為260μA，具有很好的電壓偏移，增益和線性度。內(nèi)部運算放大器根據(jù)需要可配置成＋1或＋2的增益，也可作四象限乘法器。主要性能主要性能如下：單/雙工作電源；緩沖電壓輸出；；總不可調(diào)整誤差(INL):177。1/2LSB；靈活的輸出電壓范圍：VSS～VDD；電源上電復(fù)位功能；具有菊花鏈連接的串行數(shù)據(jù)輸出方案2：選用DAC0832；DAC0832是微處理器完全兼容的，具有8位分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。它由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及控制電路組成。DAC0832為20腳雙列直插式封裝結(jié)構(gòu)，為電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器，要獲得模擬電壓輸出時，需要外加轉(zhuǎn)換電路。DAC0832以其價廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。由于D/A轉(zhuǎn)換器要連接變頻器，所以必須考慮變頻器的分辨率問題；MAX531是具有內(nèi)部參考電壓輸出型12位的D/A轉(zhuǎn)換器，必須使變頻器達(dá)到千分之一的分辨率；然而變頻器不可能達(dá)到如此高的分辨率，即變頻器的靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到；DAC0832是微處理器完全兼容的，具有8位分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。雖然DAC0832要獲得模擬輸出電壓需要外接轉(zhuǎn)換電路，但是DAC0832的分辨率和變頻器分辨率匹配能很好的控制可控電磁閥，且價格遠(yuǎn)低于MAX508。所以選擇方案2。（1）DAC0832是微處理器兼容型D/A轉(zhuǎn)換器，可以充分利用微處理器的控制能力實現(xiàn)對D/A轉(zhuǎn)換的控制，可以和微處理器的控制線相連，接受微處理器的控制。（2）有兩集鎖存控制功能，能夠?qū)崿F(xiàn)多通道D/A的同步轉(zhuǎn)換輸出。（3）DAC0832內(nèi)部無參考電壓，須外接參考電壓。DAC0832引腳功能說明：l DI0~DI7：數(shù)據(jù)輸入線，TLL電平；l ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效； l CS：片選信號輸入線，低電平有效； l WR1：為輸入寄存器的寫選通信號； l XFER：數(shù)據(jù)傳送控制信號輸入線，低電平有效； l WR2：為DAC寄存器寫選通輸入線； l Iout1：電流輸出線，當(dāng)輸入全為1時Iout1最大； l Iout2: 電流輸出線，其值與Iout1之和為一常數(shù)； l Rfb：反饋信號輸入線,芯片內(nèi)部有反饋電阻；l Vcc：電源輸入線(+5v15v)； l Vref：基準(zhǔn)電壓輸入線(10v10v) ；l AGND：模擬地,摸擬信號和基準(zhǔn)電源的參考地； DAC0832實物圖 系統(tǒng)的組成和工作原理硬件系統(tǒng)主要有信號采集、信號分析、信號處理三個部分組成。（1） 信號采集 由濕度傳感器、溫度傳感器、光敏電阻組成。（2） 信號分析 由單片機基本系統(tǒng)組成。（3） 信號處理 由并行口LCD液晶顯示屏和繼電器控制電路組成。單片機通過濕度傳感器檢測空氣的濕度，若空氣的濕度過低，單片機就打開噴灑設(shè)備，對黑木耳進行噴灑作業(yè)，增加空氣濕度，經(jīng)過一段時間，單片機再次檢測空氣濕度，如果濕度過高，就關(guān)閉噴灑設(shè)備，停止噴灑作業(yè)并且進行通風(fēng)使空氣濕度達(dá)到適宜的范圍。如果開始檢測的空氣濕度在適宜的范圍，單片機則維持現(xiàn)有狀態(tài)不變。溫度和光照的檢測預(yù)控皆與其相同。A/D轉(zhuǎn)換器 硬件系統(tǒng)的原理圖LCD顯示屏鍵盤單片機控制電路A/D轉(zhuǎn)換器執(zhí)行部件溫度傳感器濕度傳感器光照度傳感器黑木耳溫室大棚熱風(fēng)設(shè)備排氣扇及噴霧遮陽簾 軟件設(shè)計方案論證方案一：采用PID控制算法，在過程控制中，按偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）進行控制的PID控制器（亦稱PID調(diào)節(jié)器）是應(yīng)用最為廣泛的一種自動控制器。它具有原理簡單，易于實現(xiàn)，適用面廣，控制參數(shù)相互獨立，參數(shù)的選定比較簡單等優(yōu)點；而且在理論上可以證明，對于過程控制的典型對象──“一階滯后＋純滯后”與“二階滯后＋純滯后”的控制對象，PID控制器是一種最優(yōu)控制。PID調(diào)節(jié)規(guī)律是連續(xù)系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)校正的一種有效方法，它的參數(shù)整定方式簡便，結(jié)構(gòu)改變靈活。方案二：采用模糊控制算法，傳統(tǒng)的控制理論對于明確系統(tǒng)有強而有力的控制能力，但對于過于復(fù)雜或難以精確描述的系統(tǒng)，則顯得無能為力了。模糊控制以其在非線性、復(fù)雜、不確定系統(tǒng)的成功應(yīng)用而著稱。模糊控制器是基于經(jīng)驗和語言定義，它不需要事先知道對象的數(shù)學(xué)模型，具有系統(tǒng)響應(yīng)快、超調(diào)小、過渡時間短等優(yōu)點。對于該溫度濕度以及光照控制系統(tǒng)分析可知，由于三者都具有大慣性、大滯后、數(shù)學(xué)模型不易確定等特點，要求達(dá)到比較高的精度，則需要程序不斷修改調(diào)節(jié)器參數(shù)，以適應(yīng)對象模型的變化，這樣會使控制算法以及程序?qū)崿F(xiàn)都比較困難。雖說模糊算法相比PID算法精度更高，但較難應(yīng)用，同時設(shè)計要務(wù)實并且結(jié)合書本，所以本次設(shè)計選用PID算法。3232第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 單片機模塊設(shè)計本設(shè)計采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52單片機，AT89S52是一種低功耗，高性能CMOS 8位單片機，性價比非常高，采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MOS51指令集和輸出管腳相兼容，且片內(nèi)含有8k的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲器，256字節(jié)的內(nèi)部RAM，32個I/O口線，三個十六位定時計數(shù)器等。單片機主體電路是單片機運行工作起來所必需的最基本電路組成。它包括電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路。電源電路：向單片機供電。其中VCC接+5V，GND接地。AT89S52單片機的工作電壓范圍為4V~，所以通常外接5V直流電源。時鐘電路：又稱為振蕩電路，是單片機工作的時間基準(zhǔn)，決定單片機工作速度。單片機AT89S52的XTALZ、XTALI引腳接外部晶振，采用的是12M的晶振，電容C1和C2通常選擇30uf左右，可穩(wěn)定頻率并對振蕩頻率有微調(diào)的作用，輸出震蕩范圍是0～24MHZ。復(fù)位電路：確定單片機工作的初始狀態(tài)，完成單片機的啟動過程。復(fù)位操作可以使單片機初始化，也可以使死機狀態(tài)下的單片機從新啟動，因此非常重要。 單片機外圍電路 8253拓展電路設(shè)計 8253拓展芯片電路，8253芯片具有3個計數(shù)端口，可供3個頻率輸出的濕度傳感器所使用。A1和A0接到鎖存器74LS373的QQ7口。當(dāng)任一通道被定義為工作方式0時， OUTi輸出為低電平；若門控信號GATE為高電平，當(dāng)CPU利用輸出指令向該通道寫入計數(shù)值WR有效時，OUTi仍保持低電平，然后計數(shù)器開始減“1”計數(shù)， 直到計數(shù)值為“0”，此刻OUTi將輸出由低電平向高電平跳變，可用它向CPU發(fā)出中斷請求，OUTi端輸出的高電平一直維持到下次再寫入計數(shù)值為止。在工作方式0情況下，門控信號GATE用來控制減“1”計數(shù)操作是否進行。當(dāng)GATE=1時，允許減“1”計數(shù)；GATE=0時，禁止減“1”計數(shù)； 計數(shù)值將保持GATE有效時的數(shù)值不變， 待GATE重新有效后，減“1”計數(shù)繼續(xù)進行。顯然，利用工作方式0既可完成計數(shù)功能， 也可完成定時功能。當(dāng)用作計數(shù)器時，應(yīng)將要求計數(shù)的次數(shù)預(yù)置到計數(shù)器中，將要求計數(shù)的事件以脈沖方式從CLKi端輸入， 由它對計數(shù)器進行減“1”計數(shù)，直到計數(shù)值為0，此刻OUTi輸出正跳變， 表示計數(shù)次數(shù)到。當(dāng)用作定時器時，應(yīng)把根據(jù)要求定時的時間和CLKi的周期計算出定時系數(shù)，預(yù)置到計數(shù)器中。從CLKi，輸入的應(yīng)是一定頻率的時鐘脈沖，由它對計數(shù)器進行減“1”計數(shù)， 定時時間從寫入計數(shù)值開始，到計數(shù)值計到“0”為止，這時OUTi輸出正跳變，表示定時時間到。 溫度傳感器信號調(diào)理電路設(shè)計考慮到AD590溫度傳感器的輸出電流源特性。該電路的溫度測量范圍為10～+500℃。AD590采用15V電壓供電；電阻R1用于調(diào)整零點；電阻R3為精密電阻，用來調(diào)整增益。，該電壓由TL431提供。IN端輸入AD590的電流，OUT端輸出為相應(yīng)轉(zhuǎn)換所得到的電壓。根據(jù)AD590的特性，在10℃時，設(shè)計使這部分電流全部流過RR2，而其后增加的電流均流過R3，OUT端的輸出電壓為： （31）當(dāng)溫度在10～+50℃之間變化時，～0V之間反向線性變化，調(diào)節(jié)R1的阻值大小可以消除不同傳感器的零點誤差。 AD590信號調(diào)理電路 濕度傳感器電路HS1101濕度傳感器，在電路中等效于一個電容器件，其電容量隨著所測的土壤濕度增大而增大，如何將電容的變化量準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)換成單片機易于接受的信號，常有兩種方法：一是將該濕敏傳感器置于運放與阻容組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號經(jīng)整流、直流放大、再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號；另一種是將該濕敏傳感器置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)化為與之成反比的電壓頻率信號，可直接被單片機所采集。由于本系統(tǒng)需要3個計數(shù)端口，所以采用上面的8253進行拓展。 濕度測量電路圖本系統(tǒng)采用的是測量555輸出的振蕩的方法。此電路為典型的555雙穩(wěn)態(tài)電路。HS1101/HS1100作為電容變量接在555的TRIG與THRES兩引腳上，引腳7用作電阻R9的短路。等量電容HS1101/HS1100通過R8與R9充電到門限電壓（），通過R8放電到觸發(fā)電平（），然后R9通過引腳7短路到地。傳感器由不同的電阻R8與R9充放電。 光照傳感器信號調(diào)理電路系統(tǒng)采用價格低廉的光敏電阻GL3516測量光照度，因其沒有良好的線性度，所以只能大致的測量。根據(jù)光敏電阻在不同的光照下有不同的阻值。5V電源可直接供電。通過滑動變阻器來控制信號大小，送到AD轉(zhuǎn)換器中。 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計A/D轉(zhuǎn)換器的種類繁多、特性各異。在設(shè)計數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、測控系統(tǒng)和智能儀器儀表時，應(yīng)選擇性能合適、性能價格比高的A/D轉(zhuǎn)換器芯片。本設(shè)計選擇的A/D轉(zhuǎn)換器芯片為ADC0809。ADC0809是8路8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換CMOS器件，在過程控制和機床控制等應(yīng)用中，能對多路模擬信號進行分時采集和A/D轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字信號通過三態(tài)緩沖器，可直接與微處理器的數(shù)據(jù)總線相連接。ADC0809與單片機AT89S52的硬件接口方式有：查詢方式、中斷方式和等待延時方式。采用中斷方式不浪費CPU的等待時間，但是如果A/D轉(zhuǎn)換時間較短，也可以用程序查詢方式和等待查詢延時方式。下面介紹兩種最常用的方式：查詢方式和中斷方式。1） 查詢方式： ADC0809與單片機AT89S52的硬件接口電路由于ADC0809具有三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器，其8位數(shù)據(jù)輸出端可以與數(shù)據(jù)總線相連。地址選通端ADDA、ADDB、ADDC分別與AT89C51地址總線的低三位、相連，用于選通~中的某一個通道。由于ALE和START連在一起，ALE=START=，ADC0809在鎖存通道地址的同時啟動A/D轉(zhuǎn)換。在讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果時。OE=產(chǎn)生的正脈沖信號用于打開三態(tài)輸出鎖存器。，作為A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束的狀態(tài)信號供T89C51查詢。采用查詢方式分別對8路模擬信號順序采樣，并依次把A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)存儲區(qū)， 2） 中斷方式ADC0809作為AT89C51單片機的一個外部擴展并行口I/O口，口地址取決于所連接的中斷口，選通通道取決于地址地位，中斷方式的主要特點是將轉(zhuǎn)換完成信號接在單片機的中斷口上，轉(zhuǎn)換完成A/D轉(zhuǎn)換器發(fā)出信號單片機把它當(dāng)作一個中斷來處理。所以本設(shè)計中A/D轉(zhuǎn)換器連接成查詢方式。 D/A轉(zhuǎn)換電路設(shè)計DAC0832和AT89S51有兩種基本的接口方式：即單緩沖方式和雙緩沖方式同步方法。若應(yīng)用系統(tǒng)中只要一種D/A轉(zhuǎn)換或雖然是多路轉(zhuǎn)換，但并不要求同步輸出時，則采用單緩沖方式接口。對于多路D/A轉(zhuǎn)換接口，要求同步進行D/A轉(zhuǎn)換輸出時，必須采用雙緩沖同步方式接口；本系統(tǒng)選用雙緩沖方式D/A轉(zhuǎn)換雙緩沖方式。雙緩沖方式是先使輸入寄存器接收資料，再控制輸入寄存器的輸出資料到DAC寄存器，即分兩次鎖存輸入資料。此方式適用于多個D/A轉(zhuǎn)換同步輸出的情節(jié)。,本圖只列出了兩個DAC與單片機的連接，剩余3個與其相同。 D/A轉(zhuǎn)換電路。ILE接VCC即高電平數(shù)據(jù)鎖存