仓库温湿度控制系统设计文档格式.docx
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4.2SHT10子程序流程图10
4.3LCD1602子程序流程图10
4.4输出控制子程序流程图11
4.5键盘扫描子程序流程图11
5仿真与调试12
5.1调试环境12
5.2不足与优化13
6总结13
7参考文献13
附件1系统仿真图14
摘要
防潮、防霉、防腐、防爆是仓库日常工作的重要内容,是衡量仓库管理质量的重要
指标。
它直接影响到储备物资的使用寿命和工作可靠性。
为保证日常工作的顺利进行,
首要问题是加强仓库内温度与湿度的监测工作。
传统的方法是用湿度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材,通过人工进行检测,对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。
为解决这种传统温湿度检测主要以人为基础、依靠人工轮流值班,人工巡回查看等方式来测量和记录环境状况信息的模式,避免许多由人为因素造成的重大事故,解决效率低下不利于人才充分利用的问题,让测量更具有科学性,本设计提供了一套更方便和精确度更高的测控系统。
本设计是基于AT89C52单片机的仓库温湿度自动控制系统,采用SHT10乍为温湿度传感器,LCD1602液晶屏进行显示。
SHT10使用类似于12C总线的时序与单片机进行通信,因为它高度集成,已经包括A/D转换电路,所以使用方便,而且准确、耐用。
LCD1602能够
分两行显示数据,第一行显示温度,第二行显示湿度。
这个控制系统能够测量仓库中的温度和湿度,并将其显示在液晶屏LCD1602上,同时将其与设定值进行对比,如果超出上下限,将进行报警并通过串口向PC端发送信息以及启动温湿度调节设备。
此外,还可以通过独立式键盘对设定的温湿度的上下限数值进行修改。
经过整机调试,实现了仓库温湿度控制的模拟。
1仓库控制系统设计任务和性能指标
1.1设计任务
为了保护仓库储存的物品的质量,创造适宜储存的环境,当库内温湿度适宜物品储存时,控制设备不用采取措施,温湿度传感器只是对库内进行检测。
当库内温湿度不适宜物品储存时,报警装置进行报警,控制设备采取相应的措施对仓库温湿度进行调节,只至温湿度在限定的范围内。
1.2性能指标
本文要设计的仓库温湿度自动控制系统,要能够及时、准确地对仓库的温度、湿度进行采集,将其显示在LCD1602液晶显示器上,然后与设定的上下限值进行比较,如果超出限制则启动温度、湿度控制设备,并通过蜂鸣器报警,直到温湿度回到规定的范围。
另外,还要能够通过按键修改设定的温湿度上下限,来满足不同物品的储存条件。
为了满足仓库储存的需要,此次设计要达到一下指标:
(1)工作环境:
仓库;
(2)温度测量误差:
土1C;
(3)测温范围:
-10~+55C;
(4)湿度测量误差:
土5%RH
(5)测湿范围:
0〜100%RH
(6)能否通过键盘电路修改上下限:
能;
(6)有无温湿度报警:
有;
2系统总体设计
本设计核心部件为AT89C51信号采集及处理部分由SHT10勾成,进入单片机后经处理后通过LCD160显示温湿度,信号显示采用的液晶屏为5X7点阵,一行可显示16字,两行,第一行显示温度,第二行显示湿度。
通过上位机部分对测量的温湿度进行上下值的设定,应用RS-485通信方式完成测控电路与上位P(机的数据交换。
当测量超过限定值,通过超限报警处理电路对其进行处理分别显示不同的二极管灯亮,蜂鸣器产生长鸣,串口向PC端发
送具体的报警信息,控制设备采取相应的措施使温湿度到达设定的范围内。
硬件中包括五个按键,对温湿度上下限进行修改。
开机后,所有器件初始化,温湿度
传感器SHT11开始进行温湿度测量和计算,最后通过LCD液晶显示器显示结果。
在测量结果中有超过设定的温湿度上下限的,通过温湿度控制部分作出反应。
整体电路框图如图1所示:
图1整体电路框图
3硬件设计
3.1单片机最小系统
CKTO
图2单片机最小系统
单片机最小系统包括单片机、电源电路、时钟电路和复位电路。
时钟电路用于产生单片机工作时候所必须的时钟信号,单片机在时钟信号的节拍下逐
条地执行指令。
单片机有两种时钟信号产生方式,一种是内部时钟方式,另一种是外部时
钟方式。
外部时钟方式是把已有的时钟信号从XTAL1或XTAL2送入单片,一般用于有多个单片机的情况,所以本设计中时钟电路采用内部时钟方式,选用12M的晶振和两个30pF
的电容与片内的高增益反相放大器构成一个自激振荡器。
电源电路后面的模块中会单独提到,用5V的直流电源。
下面着重论述一下复位电路。
单片机的复位主要有上电复位和手动复位,之所以要进行复位,目的就是为了让单片机进入初始状态,比如让PC指向0000H,这样单片机才能从头运行程序。
因此上电的时候就要让单片机复位一次;
在运行过程中,如果程序出错,也需要进行手动复位。
本设计中的复位电路就是上电+手动复位电路,复位时要让STC89C52R的RST引脚得
到2个机器周期以上的高电平。
先说说上电复位的工作原理,当单片机上电时,电源+5V
的Vcc通过10K的电阻对10uF的电容进行充电。
刚上电时,有较大的电流从Vcc经电容、电阻流向GND由于电容两端的电压不可突变,因此仍然为0V,于是电阻的两端分得5V
的电压,即RST引脚此时的电势为5V。
随着充电的继续进行,电流会逐渐减小,电阻两端的电压UR=IR也逐渐减小,即RST引脚的电势逐渐减小。
过了一定时间,RST引脚两端的
电压下降到不再是高电平,只要这个充电的时间大于单片机两个机器周期,就能使单片机复位。
程序运行过程中如果跑飞了、程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时,就需要用到手动复位。
手动复位就是在上电复位电路的电容两边并联一个微动开关,需要手动复位时将其按下,使之接通,RST获得高电平,而且人按动按钮的时间肯定是超过两个机器周期的,于是单片机复位。
3.2LCD1602显示模块
测量到的温湿度值将显示到液晶屏LCD1602上,它可以显示2行,每行16个字符LCD1602共有三个存储器,它们是CGROMCGRA和DDRAMCGRO用来保存LCD1602内部固化的一些字符的字模,比如英文的26个字母的大小写;
CGRAI用来保存用户自己取的字模,比如,如果要显示汉字,就必须自己去汉字字模,在这里我们都用英语字母,故不用
CGRAMDDRA用来存储要显示的字符的字模,它和屏幕上的位置是对应的,第一行为00H
到0FH,第二行为40H到4FH在这里需要注意的是,在向LCD1602写入显示数据存储器地址时,根据控制指令的格式,最高位D7为1,所以写入的数据为,第一行80H到8FH,第二行C0H到CFH
它与单片机的接口电路如下图所示:
图4LCD1602与单片机的接口电路
3.3温湿度传感器模块3.3.1SHT10温湿度传感器的介绍
SHT1是瑞士Scnsirion公司推出的一款数字温湿度传感器芯片。
该传感器内1个奄容
式聚合体溺瀑元件和1个能隙式测温元件组成,并嗣1个14位A/D转换器以及1个2-wire数字接口在单芯片中无缝结合,使得该产品具有功耗低、反应快、抗干扰能力强等优点
(1)SHT10勺主要特点
♦相对湿度和温度的测量兼有露点输出;
♦全部校准,数字输出;
♦接口简单(2-wire),响应速度快;
♦越低功耗,自动休眠;
♦出色的长期稳定性;
♦超小体积(表面贴装);
♦测湿精度土4.5%RH测温精度土0・5C(25C)
♦测温范围-40~123C,测湿范围0~100%RH
(2)SHT1的命令与时序
1)SHTI0命令
命令
代画
OOOOx
OOOl1
OOlOl
OOJ11
OOI1O
僚留
OlOlx—11IOje
牧St位*Sf位接n.iw降狀誉奇存黠为败认假•下一■十命令前毋待至少11
11no
2;
命令时序发送一组“传输启动”序列进行数据传输初始化,如图5所示。
其时序为:
当SC为高电平
时DAT翻转保持低电乎,紧接着SC产生1个发脉冲,随后在SC为高电平时DAT翻转保持
高电平。
紧接着的命令包括3个地址位(仅支持“000”)和5个命令位。
SHTI0指示正确接收
命令的时序为:
在第8个SCK寸钟的下降沿之后将DAT拉为低电平(ACK位),在第9
个SCK寸钟的下降沿之后释放DATA此时为高电平)
图5命令时序
3复位时序
如果与SHTI0的通信发生中断,可以通过随后的信号序列来复位串口,如图6所示。
保
持DAT为高电平,触发SCK寸钟9次或更多,接着在执行下次命令之前必须发送一组“传输启动”序列。
这些序列仅仅复位串口,状态寄存器的内容仍然保留
DATA
图6复位时序
4状态寄存器读写时序
SHTIO通过状态寄存器实现初始状态设定
图8写时序
3.3.2SHT10与单片机的接口电路
VCC
jR2
=1DK
T
VDO
图9SHT10与单片机的接口电路
SHT10采用类似于I2C的两线制串行总线,一根是时钟线,一根是数据线。
为避免信号冲突,微处理器应驱动DATA在低电平。
需要一个外部的上拉电阻(例如:
10kQ)将
信号提拉至高电平。
上拉电阻通常已包含在微处理器的I/O电路中。
3.4报警模块
当仓库的温湿度超过上下限时,除了需要启动温湿度调节器之外,还需要进行报警,
这里用到的是蜂鸣器、LED和串口。
蜂鸣器为一种采用一体化结构的电子器件,采用了直流电压来供电。
蜂鸣器分为有
源蜂鸣器和无源蜂鸣器。
本设计中使用的是有源蜂鸣器,在它两端加载5V的直流电压就
可以使之鸣叫。
LED在这个模块中主要是显示温湿度不在限定范围内,不同的LED亮,显示对应的物
理量超限。
串口主要是当温室度超限,单片机不停地向PC端发出具体超限的物理量。
报警电路图10所示
图10报警电路图
蜂鸣器工作电流一般为10mA而单片机的I/O口只能承受几毫安的电流,因此需要加
三极管进行驱动。
如上图所示,单片机的I/O口中的P3.5接PNF型三极管的基极,当P3.5为低电平时,三极管导通,5V的电压加载到蜂鸣器两端,于是蜂鸣器鸣叫;
当P3.5高电平时,三极管截至,蜂鸣器不鸣叫。
串口的2、3号脚分别接单片机的P3.0和P3.1,便于与PC机进行通信。
四个LED正极直接与VCC相连,当负极出现低电平时,对应的LED亮。
3.5按键模块
按键电路图如下图所示
图11按键电路图
键盘分为编码式和非编码式键盘。
其中,非编码式键盘又包括矩阵式键盘和独立式键
盘。
矩阵式键盘较为复杂,一般用于按键数目较多,而单片机可用的I/O口又比较有限时。
本控制系统中只需要用到5个按键,数目较少,并且可用的I/O口充足,故采用独立式键盘,一个按键对应一个单片机的I/O口管脚。
本设计中总共用到5个按键式开关,它们用来改变设定的温湿度上下限数值。
从K1
到K5,分别控制进入温度上下限设置、进入湿
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- 仓库 温湿度 控制系统 设计
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