【正文】 靠性是在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該優(yōu)先考慮的一個(gè)因素,一個(gè)控制系統(tǒng)必須要能穩(wěn)定、可靠地工作,才能投入到生產(chǎn)實(shí)踐中去。這種損失不僅包括經(jīng)濟(jì)上和信譽(yù)上的損失,而且可能會對人身安全產(chǎn)生威脅。由于供電電源很容易產(chǎn)生干擾,所以應(yīng)該對其采用抗干擾措施。在對電路板的設(shè)計(jì)時(shí),要合理的布線和接地。系統(tǒng)要有自己診斷功能等。性價(jià)比高的產(chǎn)品更容易被消費(fèi)者接收,但是設(shè)計(jì)過程中不能盲目地追求性價(jià)比,它應(yīng)該建立在對產(chǎn)品性能要求的基礎(chǔ)上,首先要滿足性能要求,然后再設(shè)法降低產(chǎn)品成本。使用PLC的最大優(yōu)點(diǎn)在于PLC使用梯形圖進(jìn)行編程,編程語言形象直觀,難度較低,因此開發(fā)周期短,便于擴(kuò)展。 用PLC作為主控制器的控制系統(tǒng) 方案二使用單片機(jī)進(jìn)行控制。溫濕度傳感器SHT10通過I2C總線與單片機(jī)連接。PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域用得比較多,編程簡單,而且抗干擾能力強(qiáng)。單片機(jī)用C語言編程,相對PLC的梯形圖要復(fù)雜得多,但是編程更為靈活,可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能。一個(gè)單片機(jī)只要幾塊錢,而一個(gè)很一般的PLC一般也要幾百上千元。而基于PLC的控制系統(tǒng)受制于PLC的高昂價(jià)格,價(jià)格難以降低。綜上所述,本次設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為主控制器。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作時(shí)候所必須的時(shí)鐘信號,單片機(jī)在時(shí)鐘信號的節(jié)拍下逐條地執(zhí)行指令。外部時(shí)鐘方式是把已有的時(shí)鐘信號從XTAL1或XTAL2送入單片,一般用于有多個(gè)單片機(jī)的情況,所以本設(shè)計(jì)中時(shí)鐘電路采用內(nèi)部時(shí)鐘方式,選用12M的晶振和兩個(gè)30pF的電容與片內(nèi)的高增益反相放大器構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。下面著重論述一下復(fù)位電路。因此上電的時(shí)候就要讓單片機(jī)復(fù)位一次。本設(shè)計(jì)中的復(fù)位電路就是上電+手動(dòng)復(fù)位電路,復(fù)位時(shí)要讓STC89C52RC的RST引腳得到2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平。剛上電時(shí),有較大的電流從Vcc經(jīng)電容、電阻流向GND,由于電容兩端的電壓不可突變,因此仍然為0V,于是電阻的兩端分得5V的電壓,即RST引腳此時(shí)的電勢為5V。過了一定時(shí)間,RST引腳兩端的電壓下降到不再是高電平,只要這個(gè)充電的時(shí)間大于單片機(jī)兩個(gè)機(jī)器周期,就能使單片機(jī)復(fù)位。手動(dòng)復(fù)位就是在上電復(fù)位電路的電容兩邊并聯(lián)一個(gè)微動(dòng)開關(guān),需要手動(dòng)復(fù)位時(shí)將其按下,使之接通,RST獲得高電平,而且人按動(dòng)按鈕的時(shí)間肯定是超過兩個(gè)機(jī)器周期的,于是單片機(jī)復(fù)位。LCD1602共有三個(gè)存儲器,它們是CGROM、CGRAM和DDRAM。CGRAM用來保存用戶自己取的字模,比如,如果要顯示漢字,就必須自己去漢字字模,在這里我們都用英語字母,故不用CGRAM。在這里需要注意的是,在向LCD1602寫入顯示數(shù)據(jù)存儲器地址時(shí),根據(jù)控制指令的格式,最高位D7為1,所以寫入的數(shù)據(jù)為,第一行80H到8FH,第二行C0H到CFH。SHT1X系列共有三個(gè)型號:SHTSHT1SHT15,他們都是SMD貼片封裝的,他們依次性能越來越好,其中SHT10屬于經(jīng)濟(jì)型的溫濕度傳感器。 SHT1X系列各型號傳感器的濕度、溫度最大誤差從曲線中可以看出,無論是濕度還是溫度,SHT10的誤差都是最大的,SHT15誤差最小,但是它們的價(jià)格也相差很大,SHT10多為二三十元一個(gè),而SHT15價(jià)格上百。SHT10與單片機(jī)的接口電路如下所示: SHT10與單片機(jī)的接口電路SHT10采用類似于I2C的兩線制串行總線,一根是時(shí)鐘線,一根是數(shù)據(jù)線。 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)當(dāng)大棚內(nèi)的溫濕度超過上下限時(shí),除了需要啟動(dòng)溫濕度調(diào)節(jié)器之外,還需要進(jìn)行報(bào)警,這里用到的是蜂鳴器。蜂鳴器分為有源蜂鳴器和無源蜂鳴器。無源蜂鳴器內(nèi)部沒有振蕩源,因此一般使用2K~5K方波來驅(qū)動(dòng)。報(bào)警電路設(shè)計(jì)如下圖: 報(bào)警電路圖蜂鳴器工作電流一般為10mA,而單片機(jī)的I/O口只能承受幾毫安的電流,因此需要加三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。,三極管截至,蜂鳴器不鳴叫。弱電控制強(qiáng)電,首先要用到繼電器來控制這些大功率的設(shè)備,而且為了進(jìn)一步加強(qiáng)弱電和強(qiáng)電的電氣隔離,減少強(qiáng)電設(shè)備對單片機(jī)控制系統(tǒng)的干擾,需要在前一級加光耦進(jìn)行隔離。: 控制電路輸出電路有四組,每一組由一個(gè)光耦、一個(gè)三極管、一個(gè)繼電器組成。光耦選用TLP5214,它是Toshiba公司生產(chǎn)的四路光耦,由單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。輸出系統(tǒng)中的繼電器最多同時(shí)有兩個(gè)工作,控制溫度的一個(gè),控制濕度的一個(gè)。所以把P0口的引腳接到光耦TLP5214輸入測的發(fā)光二極管陰極。三極管選用直流放大系數(shù)為100的9013,根據(jù)IcβIb,可計(jì)算得三極管基極電流Ib1mA,又由于光耦中的光電三極管的集電極、,所以基極的限流電阻上的壓降為(5VcesVbe4V,4V/,由于沒有標(biāo)稱值為4KΩ的電阻,。如果輸入端的電流為20mA,電流傳輸比為50%的話,那么輸入端電流Io最大只能為10mA。于是,這里選擇標(biāo)稱值為470Ω的電阻。通過對電磁繼電器和固態(tài)繼電器進(jìn)行比較,雖然固態(tài)繼電器具有無觸電、動(dòng)作速度快、使用壽命長等特點(diǎn),但是本設(shè)計(jì)中的繼電器只在溫濕度超過限定值時(shí)才動(dòng)作,動(dòng)作頻率低,而且固態(tài)繼電器的價(jià)格比電磁繼電器高得多,所以綜合考慮選擇電磁繼電器SRD一05VDC一SLC。要得到5V的直流電源,要經(jīng)過降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)。然后用橋式整流電路把交流電整流為直流電,此時(shí)的直流電只是方向不變,但仍按正弦方式變化,是脈動(dòng)的直流電。C8和C2都用來濾波,但是作用是不一樣的。而C2是小電容,所以對于高頻信號容抗很小,相當(dāng)于短路,從而濾掉高頻信號。在頻率較低時(shí),電感Ljwl較小,可以忽略不計(jì),但是當(dāng)頻率很高時(shí),感抗就很大,相當(dāng)于斷路,所以此時(shí)這個(gè)470uF的大電容不能濾掉高頻信號,必須單獨(dú)加一個(gè)小電容。濾波完以后,電壓的脈動(dòng)成分已經(jīng)下降了很多,但是仍有起伏,所以最后還需加上一個(gè)三端集成穩(wěn)壓器,這里選用LM7805,它能將電壓穩(wěn)定在5V。三端集成穩(wěn)壓器后面又接了一大一小兩個(gè)電容,再次進(jìn)行濾波,使電壓更穩(wěn)定。其中,非編碼式鍵盤又包括矩陣式鍵盤和獨(dú)立式鍵盤。本控制系統(tǒng)中只需要用到5個(gè)按鍵,數(shù)目較少,并且可用的I/O口充足,故采用獨(dú)立式鍵盤,一個(gè)按鍵對應(yīng)一個(gè)單片機(jī)的I/O口管腳。從S0到S4,分別控制進(jìn)入溫度上下限設(shè)置、進(jìn)入濕度上下限設(shè)置、數(shù)值加、數(shù)值減、確認(rèn)并退出。未按鍵時(shí),上拉電阻保證了單片機(jī)的I/O口是確定的高電平。 串口通信電路串口通信可分為同步通信和異步通信,在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中,主要是采用異步串行通信。其中,RS一232是PC機(jī)與通信工業(yè)中使用最早的一種串行接口標(biāo)準(zhǔn)。要讓單片機(jī)和PC機(jī)通過串口進(jìn)行通信,需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換,因?yàn)楸M管單片機(jī)有串行通信的功能,但單片機(jī)提供的TTL電平和RS232的電平不一樣。而RS232電平是負(fù)邏輯電平,電壓在3V~15V時(shí)為高電平,電壓在3V~15V時(shí)為低電平,因此要通過232這種電平轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)換。適用于終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通信設(shè)備間的接口,對于雙向通信,只需要使用串行輸入RXD(引腳2),串行輸出TXD(引腳3)和地線GND(引腳5)。 串口通信電路232芯片內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器,能夠把輸入的+5V電壓變換為RS232輸出電平所需的+10V 電壓,采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)值需要接+5V電壓即可。打頭的字母“T”表示TTL電平,“R”表示RS232電平。T1IN和T2IN表示輸入TTL電平,因此與單片機(jī)相連。232芯片專門為電腦的RS232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的接口電路,使用+5v單電源供電?？梢苑謩e接單片機(jī)的串行通信口。 元件清單本次設(shè)計(jì)需要用到的元器件如下表所示: 所需元件列表元件 型號 個(gè)數(shù)單片機(jī) STC89C52RC 1顯示屏 LCD1602 1溫濕度傳感器 SHT10 1芯片底座 DIP40 1光耦 TLP5214 1排針 10針 10杜邦線20二極管 1N4007 4三極管 9012 1三極管 9013 4電阻 10K 2電阻 9電阻 1K 1電阻 470 4電位器 15K 1瓷片電容 1uF 5瓷片電容 1點(diǎn)解電容 10uF 1瓷片電容 30pF 2電平轉(zhuǎn)換芯片 232 1串口母頭 DB9 1電平轉(zhuǎn)換芯片 232 1USB母座1晶振 12MHz 1自鎖開關(guān) 6*6*5 1按鍵開關(guān) 6*6*5 6蜂鳴器1繼電器 SRD一0