计算机控制的粮仓通风系统设计

1、计算机控制技术课 程 设 计设计课题 ： 计算机控制的粮仓通风系统设计 指导教师意见：成绩: 签名： 2021年1月 日 目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc296612393 1 引言 PAGEREF _Toc296612393 h 5 HYPERLINK l _Toc296612394 1.1 课题背景 PAGEREF _Toc296612394 h 5 HYPERLINK l _Toc296612395 1.2 系统功能 PAGEREF _Toc296612395 h 5 HYPERLINK l _Toc296612396 2 总体方案设计 PAGER

2、EF _Toc296612396 h 6 HYPERLINK l _Toc296612397 2.1 选定计算机 PAGEREF _Toc296612397 h 6 HYPERLINK l _Toc296612398 2.2 系统组成框图及工作原理 PAGEREF _Toc296612398 h 7 HYPERLINK l _Toc296612399 2.3 控制策略设计 PAGEREF _Toc296612399 h 7 HYPERLINK l _Toc296612400 3 硬件电路设计 PAGEREF _Toc296612400 h 8 HYPERLINK l _Toc296612401

3、 3.1 系统设备选型 PAGEREF _Toc296612401 h 8 HYPERLINK l _Toc296612402 3.1.1 键盘 PAGEREF _Toc296612402 h 8 HYPERLINK l _Toc296612403 3.1.2 温度传感器 PAGEREF _Toc296612403 h 8 HYPERLINK l _Toc296612404 3.1.3 湿度传感器 PAGEREF _Toc296612404 h 8 HYPERLINK l _Toc296612405 3.1.4 A/D转换 PAGEREF _Toc296612405 h 9 HYPERLINK

4、 l _Toc296612406 3.1.5 控制器选择 PAGEREF _Toc296612406 h 10 HYPERLINK l _Toc296612407 3.1.6 LED显示 PAGEREF _Toc296612407 h 12 HYPERLINK l _Toc296612408 3.1.7 继电器 PAGEREF _Toc296612408 h 12 HYPERLINK l _Toc296612409 3.2 局部系统硬件电路设计 PAGEREF _Toc296612409 h 12 HYPERLINK l _Toc296612410 3.2.1 温差测量电路 PAGEREF _

5、Toc296612410 h 12 HYPERLINK l _Toc296612411 3.2.2 湿度测量电路 PAGEREF _Toc296612411 h 13 HYPERLINK l _Toc296612412 3.2.3 串并转换 PAGEREF _Toc296612412 h 13 HYPERLINK l _Toc296612413 3.2.4 系统原理图 PAGEREF _Toc296612413 h 14 HYPERLINK l _Toc296612414 4 软件设计 PAGEREF _Toc296612414 h 14 HYPERLINK l _Toc296612415 4

6、.1 主程序流程图 PAGEREF _Toc296612415 h 14 HYPERLINK l _Toc296612416 4.2 中断程序流程图 PAGEREF _Toc296612416 h 15 HYPERLINK l _Toc296612417 5 总结 PAGEREF _Toc296612417 h 16 HYPERLINK l _Toc296612418 参 考 文 献 PAGEREF _Toc296612418 h 17附录 系统原理图1 引言1.1 课题背景众所周知，粮食的储藏是关系到国家危亡、百姓生活的大事，粮食只有在一定的环境条件下才能长期存放，而保证不发芽不变质，保持粮

7、食的新鲜品质，延缓粮食品质的劣变，减少数量的损失，所以对于贮存粮食的粮仓，除了在构造形式上有许多要求外，在温度和湿度上都有较高的要求。一般来说，对于不同的地区，不同的贮存物，粮仓分常温仓、准低温仓和低温仓。准低温仓的温度要求为15t20，低温仓的要求为t15。目前，在我国的北方地区，粮仓主要利用机械通风设备进展粮仓内、外空气的交换来到达降低仓内温度，实现粮食的低温保存。以前通风设备的开启和关停，均是由人手动控制的，即由仓管人员定时查看仓内外的温度、湿度情况，按要求开关通风设备，这样仓管人员的劳动强度大，可靠性差，而且管理人员多，管理本钱高。为此，需要有一种符合机械通风要求的低本钱的控制器，在温

8、差和湿度超过用户设定值范围时，启动通风设备，否那么自动关闭通风设备。鉴于目前大多中小型仓库资金缺少的现状，根据粮仓机械通风技术的要求，我设计了一款用AT89C51构成的经济实用型机械通风控制器。1.2 系统功能这局部主要表达系统具有哪些控制功能该系统的核心为高性能、低本钱的单片机AT89C51，它与87C51完全兼容，内部包含4KEPROM。它与温度测量电路、湿度测量电路及LED显示构成的通风系统，系统的稳定性好，可靠性高，本钱低，还能通过LED进展显示，对系统起到实时控制作用。系统通过控制器P0口连接一个44键盘来实现人工对参数的自由设定。通过串口连接4位LED显示器，其中2位显示仓内外的温

9、差，另外2位显示湿度。系统定时启动通过P1口相连的ADC0809来完成温差测量电路送来的温差及湿度测量电路送来的湿度的A/D转换信号，并与设定值比拟。当满足启动条件时通过P26控制继电器J闭合，进一步利用J的触点启动通风设备。2 总体方案设计计算机的选择1PLC 早期处理顺序逻辑和开关信息量问题时一般采用继电器电路来实现。但当信号较多、逻辑复杂时，使用继电器数量很大，造成线路设计和调试都相当困难，可靠性也差。随着PLC的出现，他逐渐取代了继电器电路，随着计算机的开展和渗透，PLC技术也在不断提高和完善，有以下优点：实现本钱低，范围广，高速率，永远在线，便捷。但是当前在国内PLC的价格比拟高，也

10、在一局部程度上阻碍了它的开展。2工业PC 对于一个任务不算小的系统设计来说，工业PC是首选。它是专门考虑了生产现场环境条件差及各种干扰大而设计的，可以长期可靠运行，可靠性和可维护性都可到达要求。另外，除了有多种模块的主机系统板外看，还配备有多种接口板，如多路模拟量输入/输出板、开关量输入输出板、图形板，以及扩展用的RS-232C、RS-422、RS-485、总线接口板和EPROM编程板等。总之，可扩大性不成问题。此外，模拟量输入输出、开关量输入输出的接口很多，并有大量的软件支持，如汇编、高级语言和中文等。3单片机 现今的单片机正向着提高工业环境下控制系统的可靠性和灵活方便地构成应用系统界面的方

11、向开展，并且控制功能越来越丰富。在CPU芯片上，除嵌入RAM、ROM、和IO外，还有A/D、D/A、PWM、DMA、看门狗、串行接口和定时器/计数器等，另外还有显示驱动、键盘控制、比拟器和函数发生器等，能构成功能强大的应用系统。单片机比专用处理器最适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。特别是它体积小，集成度高。性能稳定，可靠性高。有较高的性价比。他越来越得到人们的信赖。 通过比拟论证，从经济因素等考虑，选用单片机AT89C51作为粮仓通风系统设计的控制器。2.2 系统组成框图及工作原理系统的组成框图如图1所示。它有以下几局部组成。1键盘用于设置参数，设置给定。2传感器有两种，温差传感器

12、和湿度传感器，分别放于环境现场，对环境的温差和湿度分别进展测量。3变换电路将传感器检测到的模拟信号转换成标准模拟信号，并将其送到A/D转换芯片；或者将单片机的输出信号经过变换控制继电器的动作。4A/D转换电路，将标准模拟信号转换成数字信号，送入计算机。5计算机AT89C51对数据进展计算和处理，并让其显示。6串并转换将串口输出转换成并口形式，便于与LED连接。7显示对计算机处理的结果进展直观的显示，便于我们进展直观的了解当前情况。8继电器用于开启和停顿通风设备，对结果直接产生影响。图1 系统组成框图工作原理：由键盘设置给定值，再由温差传感器和湿度传感器测量实时参数，经过转换，通过控制器计算处理

13、，将参数和设定值比拟，进展显示，看是否满足条件，再通过继电器的开关，对通风设备进展操作，保障粮仓环境温度适宜。2.3 控制策略设计通过分析控制器和执行器的关系，选用位置式PID控制作为控制系统的控制策略。控制算法如式2.1。 2.1式中：Ki：积分系数、 Kd：微分系数3 硬件电路设计这局部内容以系统硬件组成框图为根据，每个框是一个实现某个功能的电路，逐个设计具体的实现电路。注意，不能只介绍芯片，主要要有自己设计的电路。电路用PROTEL画，直接复制粘贴到WORD文档中。3.1 系统设备选型3.1.1 键盘 系统选用行列式键盘。该键盘由行线和列线组成，按键设置在行、列构造的穿插点上，行列线分别

14、连在按键开关的两端。行线通过上拉电阻接至正电源，以便无键按下时行线处于高电平状态。3.1.2 温度传感器系统选用A/D590L作为温差传感器。A/D590L具有线性优良、性能稳定、灵敏度高、无需补偿、热容量小、抗干扰能力强、可远距离测温且使用方便等优点。可广泛应用于各种粮仓、冰库、工业仪器配套和各种温度的测量和控制等领域。A/D590L的主特性参数如下：工作电压：430V工作温度：-55+150摄氏度正向电压：+44V反向电压：-20V灵敏度：1uA/K3.1.3 湿度传感器系统选用HS1101湿度传感器。HS1101湿度传感器具有响应时间快、高可靠性和长期稳定性特点，不需要校准的完全互换性。

15、HS1101湿度传感器在电路中等效于一个电容器Cx，其电容随所测空气的湿度增大而增大，在相对湿度为0%-100%RH的范围内，电容的容量由160pF变化到200pF，其误差不大于2%RH，响应时间小于5s，温度系数为0.04pF/。3.1.4 A/D转换A/D转换选用ADC0809芯片实现，ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。管脚图如图2所示。此图没有意义，不需要画引脚图。关键是要画出你设计的具体电路。图2 ADC0809管脚图ADC0809各脚功能如下：D0-D7：8位数字量输出引脚。I

16、N0-IN7：8位模拟量输入引脚。VCC：+5V工作电压。GND：地。REF+：参考电压正端。REF-：参考电压负端。START：A/D转换启动信号输入端。ALE：地址锁存允许信号输入端。以上两种信号用于启动A/D转换 HYPERLINK t _blank .EOC：转换完毕信号输出引脚，开场转换时为低电平，当转换完毕时为高电平。OE：输出允许控制端，用以翻开三态数据输出锁存器。CLK：时钟信号输入端一般为500KHz。A、B、C：地址输入线。3.1.5 控制器选择在此次设计中，选用高性能、低本钱的AT89C51单片机， 管脚及根本连接电路如图3所示。和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的

17、4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写。写入单片机内的程序还可以进展加密，这又很好地保护了你的劳动成果。再着，AT89C51目前的售价低，市场供给很充足。TkX7f$Wj q|0此图没有意义，不需要画引脚图。关键是要画出你设计的具体电路。图3 AT89C51管脚图参数如下：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TT

18、L门电流，当P2口被写“1时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。复位电路如图4所示。图4 复位电路ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。PSEN：外部程序存储器的选通信号。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，那么在此期间外

19、部程序存储器0000H-FFFFH，不管是否有内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源VPP。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。晶振电路如图5所示。图5 晶振电路3.1.6 LED显示系统选用LED对所处理的结果进展显示。其管脚图如图6所示。图6 LED管脚图3.1.7 继电器选用电流继电器作为此次设计的继电器，电流继电器的输入电流x从零连续增加到达衔铁开场吸合时的动作值xx,继电器的输出信号立刻从y=0跳跃到y=ym,即常开触点从断到通。一旦触点闭合，输入量x继续增大，输出信号y将不再起变化。当输入量x从某

20、一大于xx值下降到xf,继电器开场释放，常开触点断开。3.2 局部系统硬件电路设计3.2.1 温差测量电路为了简化测量电路，降低本钱，本次设计没有采用传统测量库内外温度再求其差的方法。测量电路如图7所示。直接采用一对匹配性能较佳的AD590L，分别置于库内外，利用图7直接测量温差。显然VT正比T1T2，其中T1，T2分别为粮库内、外的温度。图7 温差测量电路3.2.2 湿度测量电路湿度测量电路由片7556构成。如图8所示。左边127556组成自激多谐振荡器，右边127556组成单稳态延时电路。V01，V02逻辑异或后滤波得到直流电压Vd。 图8 湿度测量电路3.2.3 串并转换系统选用ZQL9

21、712S作为串并转换芯片。ZQL9712S 是专门为LED 驱动应用设计的串并转换芯片，采用了先进的CMOS 工艺，具有低功耗的优点。ZQL9712S 具备通用串并转换控制接口，本地3 位并行驱动输出，特别适合于多离散点的级连应用。ZQL9712S 串移时钟频率可达15MHz，且提供最大30mA 的驱动电流。ZQL9712S 包括串行移位存放器和输出锁存器。经串行移位存放器，串移输入信号转换为3 位并行输出，并把该输出作为输出存放器的输入。串移存放器和输出存放器由不同的时钟信号控制，并且都是在时钟信号的上升沿有效。ZQL9712S 将控制信号驱动后输出，该输出可作为后级电路的输入信号。3.2.

22、4 系统原理图系统的硬件组成原理如图9所示。该控制器能够自动测量粮仓内外的温差及仓外的湿度。当仓内外的温度差大于设定值且实测仓外湿度低于设定值时自动给出信号启动通风设备，否那么自动停顿通风设备的工作。而温差及湿度的设定值可由用户根据季节气候随时修改，自由调整。图9 系统原理图4 软件设计分主程序、中断效劳程序、主要子程序的设计等。用流程图表示。流程图用Visio画，直接复制粘贴到WORD文档。4.1 主程序流程图主程序用于完成系统初始化及键盘管理，程序流程图见图10.通过键盘我们设置给定，通过中断处理对系统进展处理。图10 主程序流程图4.2 中断程序流程图中断效劳程序，主要用于判定测量时间是否已到，时间没到，继续等待；时间到了，进展温差及湿度测量、换算。进一步判定是否启动通风设备，满足启动条件P2.6置位，启动通风设备；不满足启动条件P2.6清零，关闭通风设备。程序流程图如图11所示。图11 中断程序流程图5 总结作为一名自动化专业即将毕业的学生，我觉得做此次课程设计是十分必要的。一周的课程设计终于完毕了，虽然很忙碌、很疲劳，但是收获很大。这次我用单片机AT89C51作为控制器，来设计一个粮仓通风系统。每天的努力，唤来了我对课程设计的重新的认识，对51单片机和控制系统的深刻理解，实现了真正实践的目