【正文】 。在對(duì)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(guò)程 中不能盲目地追求性價(jià)比 ,它應(yīng)該建立在對(duì)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(yǔ)言形象直觀 ,難度較低 ,因此開(kāi)發(fā)周期短 ,便于擴(kuò)展。 圖 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(guò) 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(jiǎn)單 ,而且抗干擾能力強(qiáng)。單片機(jī)用 C 語(yǔ)言編程 ,相對(duì) 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(hào) ,單片機(jī)在時(shí)鐘信號(hào)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(hào)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(shì)為 5V。過(guò)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(kāi)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(guò)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(chǔ)器 ,它們是 CGROM、 CGRAM 和 DDRAM。CGRAM用來(lái)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(yǔ)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(chǔ)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(hào) :SHT SHT1 SHT15,他們都是 SMD 貼片封裝的 ,他們依次性能越來(lái)越好 ,其中 SHT10 屬于 經(jīng)濟(jì)型的溫濕度傳感器。 圖 SHT1X 系列各型號(hào)傳感器的濕度、溫度最大誤差 從曲線中可以看出 ,無(wú)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 : 圖 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(guò)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(wú)源蜂鳴器。無(wú)源蜂鳴器內(nèi)部沒(méi)有振蕩源 ,因此一般使用 2K~5K 方波來(lái)驅(qū)動(dòng)。 報(bào)警電路設(shè)計(jì)如下圖 : 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)。當(dāng) 高電平時(shí) ,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(lái)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?gòu)?qiáng)電設(shè)備對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)的干擾 ,需要在前一級(jí)加光耦進(jìn)行隔離。 原理如圖 所示 : 圖 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(cè)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) Icβ Ib,可計(jì)算得三極管基極電流 Ib1mA,而 ,又由于光耦中的光電三極管的集電極、發(fā)射極飽和壓降 ,所以基極的限流電阻上的壓降為(5VcesVbe4V,4V/ ,由于沒(méi)有標(biāo)稱值為 4KΩ的電阻 ,所以選擇 Ω的。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 ,光耦輸入端陽(yáng)極上的限流電阻為 ,這里選擇標(biāo)稱值為 470Ω的電阻。通過(guò)對(duì)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(wú)觸電、動(dòng)作速度快、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn) ,但是本設(shè)計(jì)中的繼電器只在溫濕度超過(guò)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(guò)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(lái)濾波 ,但是作用是不一樣的。而 C2 是小電容 ,所以對(duì)于高頻信號(hào)容抗很小 ,相當(dāng)于短路 ,從而濾掉高頻信號(hào)。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(hào) ,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(duì)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(guò)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(guò) 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(duì)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)。 圖 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 : 表 所需元件列表 元件 型號(hào) 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 1 USB 母座 1 晶振 12MHz 1 自鎖開(kāi)關(guān) 6*6*5 1 按鍵開(kāi)關(guān) 6*6*5 6 蜂鳴器 1 繼電器 SRD 一 05VDC 一 SLC 4 關(guān)鍵器件的介紹 STC89C52RC STC89C52RC 單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速 /低功耗 /超 強(qiáng)抗干擾的單片機(jī) ,指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機(jī) 12 時(shí)鐘 /機(jī)器周期和 6 時(shí)鐘 /機(jī)