南 京 理 工 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)作 者 : 準(zhǔn)考證號教 學(xué) 點(diǎn) : 南通農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院專 業(yè) : 機(jī)電一體化題 目 : 基于 PLC 的物料拾取裝置的設(shè)計指導(dǎo)者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))評閱者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))年 月陳季云 講師基于 PLC物料拾取裝置的設(shè)計摘 要本文基于機(jī)械設(shè)計、機(jī)械原理和 Solidworks 三維繪圖軟件等相關(guān)知識與理論，通過搜集基于 PLC 物料拾取裝置的相關(guān)資料、閱讀相關(guān)的文獻(xiàn)與書籍以及參考市面上的基于 PLC 物料拾取裝置實(shí)體，首先對基于 PLC 物料拾取裝置的主要機(jī)構(gòu)零部件模型進(jìn)行設(shè)計，其次利用 Solidworks 三維繪圖軟件將設(shè)計好的零部件模型進(jìn)行零件建模，然后將建好的所有零部件模型進(jìn)行裝配設(shè)計，得到相應(yīng)的裝配體模最后對裝配體模型進(jìn)行運(yùn)動仿真。關(guān)鍵詞 基于 PLC 物料拾取裝置 Solidworks 零件建模 裝配設(shè)計 運(yùn)動仿真Design of PLC based on the material pick-up deviceAbstractThis paper is based on the machinery design and machinery principle and the 3d drawing software and related knowledge and theory, by collecting relevant data of sewing machine and reading the related literature books and referring to the sewing machine in the tailor shop, first of all, design the main parts institutional model of the sewing machine, secondly use the Solidworks 3D drawing software to conduct the part modeling which was designed well, and then conduct assembly design which the parts was built, get the corresponding assembly model, finally conduct movement simulation to the corresponding assembly model. Keywords sewingmachine Solidworks part modeling assembly design movement simulation南京理工大學(xué)學(xué)生畢業(yè)論文 范文燦：基于 PLC 物料拾取裝置的設(shè)計 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁 目 錄1 概述1.1 拾取物料拾取裝置的發(fā)展歷史1.2 拾取物料拾取裝置的發(fā)展意義1.3 拾取物料拾取裝置在機(jī)械中的應(yīng)用1.3.1 國內(nèi)的應(yīng)用1.3.2 國外的應(yīng)用1.4 拾取物料拾取裝置的發(fā)展趨勢1.5 SolidWorks 軟件在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用1.6 本 課 題 的 目 的 和 意 義2 基于 PLC 物料拾取裝置的概述 .152.1 基于 PLC 物料拾取裝置的組成部件3 機(jī) 械 結(jié) 構(gòu) 的 設(shè) 計 .163.1 步進(jìn)電機(jī)的選用 .183.2 梯形絲桿螺母副設(shè)計 .203.2.1 材料選用原則 .203.2.2 絲杠螺母的工作條件、失效形式和技術(shù)要求 .213.2.3 螺旋傳動的類型、特點(diǎn)與應(yīng)用 .213.2.4 滾珠絲桿螺母的設(shè)計計算 .213.2.5 滾珠絲桿螺母的支承方式的選擇 .233.2.6 滾珠絲桿螺母的潤滑和防塵隔離 .253.2.7 導(dǎo)向光桿和直線軸承的設(shè)計 .273.2.8 聯(lián)軸器的選擇 .283.2.9 軸承強(qiáng)度的校核.304 結(jié)論參考文獻(xiàn)致謝南京理工大學(xué)學(xué)生畢業(yè)論文范文燦：智能大棚控制電路設(shè)計與制作 第 0 頁 共 48 頁1 緒論在人類的生活環(huán)境中，溫濕度扮演著極其重要的角色。無論你生活在哪里，從事什么工作，無時無刻不在與溫度和濕度打著交道。自 18 世紀(jì)工業(yè)革命以來，是否能掌握溫濕度與工業(yè)發(fā)展有著密切的聯(lián)系。在醫(yī)藥、水泥、石化、鋼鐵、玻璃、冶金等行業(yè)，幾乎 85%的工業(yè)部門都要考慮著溫濕度的因素。溫濕度不僅對于工業(yè)如此重要，而且溫度的監(jiān)測與控制在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也有著十分重要的意義。我國人口多土地少，人均占有耕地面積更少。想要改變這種局面，只靠在耕地面積增加是不可能實(shí)現(xiàn)的。因此，我們需要另辟蹊徑，想方設(shè)法來提高畝產(chǎn)量。利用溫室大棚技術(shù)是其中一個很好的方法。溫室大棚就是模擬一個適合生物生長的理想氣候條件，創(chuàng)建一個人工氣象環(huán)境，用來消除溫濕度對生物生長的約束。能使農(nóng)作物在不適合生長的季節(jié)產(chǎn)出，使季節(jié)性對農(nóng)作物的生長不再產(chǎn)生影響，擺脫了農(nóng)作物對自然條件的依賴。由于溫室大棚能給農(nóng)民帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，所以溫室大棚技術(shù)現(xiàn)在越來越普及，已經(jīng)成為增收的主要手段。隨著大棚技術(shù)的普及，溫室大棚數(shù)量不斷增多，溫室大棚的溫濕度控制便成為一個十分重要的課題。傳統(tǒng)的溫濕度控制是在溫室大棚內(nèi)部懸掛溫度計和濕度計，通過讀取溫度值和濕度值了解實(shí)際溫濕度，然后根據(jù)現(xiàn)有溫濕度與植物適合生長的溫濕度進(jìn)行比較，看溫濕度是否過高或過低，然后進(jìn)行相應(yīng)的通風(fēng)或者灑水。這些操作都是用人工進(jìn)行的，浪費(fèi)了大量的勞動力物力?，F(xiàn)在，隨著科技的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，農(nóng)產(chǎn)品在大棚中種植的品種越來越多，對于數(shù)量較多的大棚，傳統(tǒng)的溫度控制措施就顯現(xiàn)出很大的局限性。溫室大棚的建設(shè)對溫濕度測量與控制技術(shù)也提出了越高的要求。今天，單片機(jī)在通信設(shè)備、家用電器、工業(yè)控制、信息處理、尖端武器等各測控領(lǐng)域的應(yīng)用中獨(dú)占鰲頭。采用單片機(jī)進(jìn)行控制，不僅具有靈活性大、組態(tài)簡單和控制方便等優(yōu)點(diǎn)，可以大幅的度提高被控溫濕度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量。單片機(jī)以其造價低、體積小、可靠性高、功能強(qiáng)和開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，成為目前自動化和各個測控領(lǐng)域中必不可少的器件，尤其在日常的生活中也發(fā)揮著越來越大的作用。因此，單片機(jī)對溫濕度的控制問題是經(jīng)常會遇到的。因此，本課題圍繞基于單片機(jī)的溫室大棚控制系統(tǒng)展開了應(yīng)用設(shè)計工作。南京理工大學(xué)學(xué)生畢業(yè)論文范文燦：智能大棚控制電路設(shè)計與制作 第 1 頁 共 48 頁本文介紹的溫濕度測控系統(tǒng)是基于單總線技術(shù)及其器件組建的。該系統(tǒng)能夠?qū)Υ笈飪?nèi)的溫濕度進(jìn)行采集，利用溫濕度傳感器將溫室大棚內(nèi)溫濕度的變化，變換成數(shù)字量，其值由單片機(jī)處理，最后由單片機(jī)去控制液晶顯示器，顯示溫室大棚內(nèi)的實(shí)際溫濕度，同時通過與預(yù)設(shè)量比較，對大棚內(nèi)的溫度進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，如果超過我們預(yù)先設(shè)定的濕度限制，濕度報警模塊將進(jìn)行報警。這種方案實(shí)現(xiàn)了溫濕度的實(shí)時測量、控制和顯示。該系統(tǒng)抗干擾能力比較強(qiáng)，具有很高的測量精度，不需要固定網(wǎng)絡(luò)的支持，可維護(hù)性好，安裝簡單方便，性價比高。這種溫濕度測量控制系統(tǒng)可應(yīng)用于當(dāng)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的溫室大棚，實(shí)現(xiàn)對溫濕度的實(shí)時控制，是一種比較經(jīng)濟(jì)、智能的方案，適于農(nóng)業(yè)大力推廣，促進(jìn)農(nóng)作物的生長，提高溫室大棚的產(chǎn)量，以帶來很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。要實(shí)現(xiàn)此設(shè)計功能，傳感器是必不可少的現(xiàn)代化技術(shù)，隨著監(jiān)控系統(tǒng)的自動化、智能化的發(fā)展，要求傳感器準(zhǔn)確度高、可靠性高、穩(wěn)定性好，并具備一定的數(shù)據(jù)處理能力。傳感器本身是一種物理裝置，能夠探測外界的信號、物理條件（如光、熱、濕度等）并將彈指的信息傳給其他裝置。隨著繼承化技術(shù)的發(fā)展，各類混合集成和單片機(jī)繼承式壓力傳感器的相繼出現(xiàn)，傳感器得到快速的發(fā)展和推廣，并逐步邁向集成化、多功能化、智能化。其中溫濕度傳感器也是發(fā)展中的重要一員，溫濕度傳感器從一開始的板子變成至今的集成塊，歷經(jīng)很多跨越式的進(jìn)步，并能夠做到對當(dāng)前所測數(shù)據(jù)的檢測。已經(jīng)具備了一定的智能化。隨著科技的進(jìn)步，溫濕度傳感器同樣也要進(jìn)一步發(fā)展，如何能使得其在穩(wěn)定性、精確性等方面有更大的方面發(fā)展顯的尤為重要。2 智能大棚控制電路設(shè)計方案2.1 設(shè)計要求智能大棚控制系統(tǒng)是一個涉及到溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度以及蔬菜品種等多種因素的復(fù)雜系統(tǒng)。因此，該系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)具備以下功能①能長時間連續(xù)、穩(wěn)定、可靠的工作；②能對溫室內(nèi)的溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度等參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的測量；③能根據(jù)蔬菜品種的不同，可以人工/自動設(shè)定溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照南京理工大學(xué)學(xué)生畢業(yè)論文范文燦：智能大棚控制電路設(shè)計與制作 第 2 頁 共 48 頁強(qiáng)度等參數(shù)的報警范圍；④操作簡單，維護(hù)方便；⑤運(yùn)行經(jīng)濟(jì)節(jié)能，維護(hù)費(fèi)用低；⑥性能價格比高。2.2 總體結(jié)構(gòu)本設(shè)計總體思路為：信息采集→信息處理→信息顯示→信息控制報警。它的主要模塊為單片機(jī)模塊，溫濕度采集模塊，光照采集模塊，顯示模塊，鍵盤模塊，LED 報警模塊，電機(jī)驅(qū)動模塊，電源模塊，智能大棚控制系統(tǒng)設(shè)計方框如圖 2.1圖 2.1 智能大棚控制系統(tǒng)方框圖3 硬件電路設(shè)計3.1 STC89C52單片機(jī)系統(tǒng)簡介 STC89C52 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能 COMOS8 的微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 搞密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電 源單片機(jī)報 警 并 自 動 調(diào) 節(jié) LCD顯 示 電 路光 照 測 量鍵 盤 電 路時 鐘 顯 示 電 路晶 振復(fù) 位 電 路溫 濕 度 傳 感南京理工大學(xué)學(xué)生畢業(yè)論文范文燦：智能大棚控制電路設(shè)計與制作 第 3 頁 共 48 頁的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。3.1.1 STC89C52的特點(diǎn)①增強(qiáng)型 8051 單片機(jī)，6 時鐘/機(jī)器周期和 12 時鐘/機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051. ②工作電壓：5.5V～3.3V（5V 單片機(jī)）/3.8V～2.0V（3V 單片機(jī)） ③工作頻率范圍：0～40MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá) 48MHz ④用戶應(yīng)用程序空間為 8K 字節(jié) ⑤片上集成 512 字節(jié) RAM ⑥通用 I/O 口（32 個） 復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口/弱上拉，P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時，需加上拉電阻 ⑦ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程） ，無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片⑧具有 EEPROM 功能 ⑨具有看門狗功能 ⑩共 3 個 16 位定時器/計數(shù)器。即定時器 T0、T1、T2?外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒 ?通用異步串行口（ UART） ，還可用定時器軟件實(shí)現(xiàn)多個 UART ?工作溫度范圍： -40～+85℃（工業(yè)級）/0～75℃ （商業(yè)級） ?PDIP 封裝3.1.2 STC89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng)STC89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 3.1 所示。南京理工大學(xué)學(xué)生畢業(yè)論文范文燦：智能大棚控制電路設(shè)計與制作 第 4 頁 共 48 頁圖 3.1 STC89C52 單片機(jī)最小系統(tǒng)（1）復(fù)位電路設(shè)計STC89C52 已經(jīng)內(nèi)置了上電復(fù)位設(shè)計，并且可以通過編程熔絲位控制復(fù)位的額外時間，因此我們只要在 AVR 外部的復(fù)位線路上電時，直接接電阻到 VCC 上就可以了，當(dāng)AVR 開始工作時，其復(fù)位引腳變?yōu)榈碗娖剑|發(fā)芯片復(fù)位。（2）晶振電路設(shè)計從電路圖可以看到，石英晶體和電容組成了諧振回路，該諧振回路接在 STC89C52的引腳 XTAL1 和 XTAL2 上，并配合片內(nèi)的 OSC 振蕩電路構(gòu)成的振蕩源作為系統(tǒng)的時鐘源。在實(shí)際應(yīng)用中，如果對頻率精度要求不高，可以使用內(nèi)部的 RC 振蕩電路，該振蕩電路可以產(chǎn)生 1/2/4/8MHz 的振蕩頻率。3.2 DHT11溫度傳感器3.2.1 DHT11產(chǎn)品概述DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器是一款校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用的溫濕度傳感技術(shù)和數(shù)字模塊采集技術(shù)，保證產(chǎn)品有極高的穩(wěn)定性與可靠性。DHT11 傳感器包括一個 NTC 測溫元件和一個電阻式感濕元件，并與單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、品質(zhì)卓越、性價比極高等優(yōu)點(diǎn)。DHT11 傳感器都在極為精確的溫濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)的系數(shù)以程序的形式儲存在 OTP 內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成南京理工大學(xué)學(xué)生畢業(yè)論文范文燦：智能大棚控制電路設(shè)計與制作 第 5 頁 共 48 頁變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達(dá) 20 米以上，使其成為各類應(yīng)用場合的最佳選則。3.2.2 引腳排列DHT11 溫濕度傳感器采用直插式封裝形式，接口非常簡單，如圖 3.2 所示引腳名稱及排列順序和實(shí)物圖。圖 3.2 DHT11 實(shí)物圖、引腳圖各引腳的功能如下：腳 1：VDD，其工作電壓范圍是 3～5.5 V；腳 2: DATA，串行數(shù)據(jù)，單總線；腳 3：空腳，懸空；腳 4：GND，電源負(fù)極。3.2.3 性能說明DHT11 的電氣參數(shù)見表 3.1。表 3.1 DHT11 的電氣參數(shù)參數(shù) 條件 Min Typ Max 單位分辨率 8 ± Bit1 1 1 %RH精度 25℃ ±4 %RH重復(fù)性 ±1 %RH溫度 0-50℃ ±5 %RH溫度量程范圍 0℃ 30 90 %RH50℃ 20 80 %RH25℃ 20 90 %RH南京理工大學(xué)學(xué)生畢業(yè)論文范文燦：智能大棚控制電路設(shè)計與制作 第 6 頁 共 48 頁長期穩(wěn)定性典型值 ±1 %RH/yr遲滯 ±1 ℃互換性 可完全互換分辨率 8 8 8 Bit1 1 1 ℃重復(fù)性 ±1 ℃響應(yīng)時間 1/e(63%) 6 30 S量程范圍 0 50 ℃精度 ±1 ±2 ℃總線空閑狀態(tài)為高電平的時候主機(jī)把總線拉低等待 DHT11 響應(yīng), DHT11 能檢測到起始信號，主機(jī)必須把總線拉低，至少大于 18ms。DHT11 一旦接收到主機(jī)的開始信號，接著就等待開始信號的結(jié)束,然后發(fā)送 80us 的低電平響應(yīng)信號，要讀取 DHT11 的響應(yīng)信號,必須等待開始信號的結(jié)束，并延時等待 20-40us 后才能夠接受，主機(jī)發(fā)送開始信號后,這時候就可輸出高電平或切換到輸入模式,接著總線由上拉電阻拉高。DHT11 發(fā)送響應(yīng)信號的時候總線為低電平 ,DHT11 把總線拉高 80us 之前,必須等到響應(yīng)信號發(fā)送，準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)時,每一 bit 數(shù)據(jù)都以 50us 低電平時隙開始,數(shù)據(jù)位是 0或 1 是由高電平的長或短來決定。假如響應(yīng)信號的讀取為高電平,但是 DHT11 無響應(yīng)響應(yīng),這時候說明路線可能連接不正常，當(dāng)最后一 bit 數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后，DHT11 把總線拉低 50us,接著總線由上拉電阻拉高進(jìn)入空閑狀態(tài)。3.2.4 與單片機(jī)的接口設(shè)計DHT11 通過一線數(shù)字串行接口來訪問，所以硬件接口電路非常簡單。需要注意的地方是：DATA 數(shù)據(jù)線需要外接上拉電阻，時鐘線 SCK 用于微處理器和 DHT11 之間通信同步，由于接口包含了完全靜態(tài)邏輯，所以對 SCK 最低頻率沒有要求；當(dāng)工作電壓高于4.5V 時，SCK 頻率最高為 10 MHz，而當(dāng)工作電壓低于 4.5 V 時，SCK 最高頻率則為 1 MHz。硬件連接如圖 3.3 所示。南京理工大學(xué)學(xué)生畢業(yè)論文范文燦：智能大棚控制電路設(shè)計與制作 第 7 頁 共 48 頁圖 3.3 微處理器和 DHT11 的硬件連接圖微處理器和溫濕度傳感器通信采用串行二線接口 SCK 和 DATA，其中 SCK 為時鐘線，DATA 為數(shù)據(jù)線。該二線串行通信協(xié)議和 I2C 協(xié)議是不兼容的。在程序開始，微處理器需要用一組“啟動傳輸“時序表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯樱鐖D 3.2.4 所示。當(dāng) SCK 時鐘為高電平時，DATA 翻轉(zhuǎn)為低電平；緊接著 SCK 變?yōu)榈碗娖?，隨后又變?yōu)楦唠娖剑辉?SCK 時鐘為高電平時，DATA 再次翻轉(zhuǎn)為高電平。3.3 光照采集模塊光照采集電路采用光敏二極管和 ADC0832 等元器件組合而成。光敏提供光照強(qiáng)度的采集，把光信號轉(zhuǎn)換成電信號。ADC0832 是把光敏二極管轉(zhuǎn)換來的電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，提供給單片機(jī)。ADC0832 的特點(diǎn)：· 8 位分辨率；· 雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換；· 輸入、輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容；· 5V 電源供電時，輸入電壓在 0~5V 之間；· 工作的頻率為 250KHZ，轉(zhuǎn)換的時間為 32μS； 南京理工大學(xué)學(xué)生畢業(yè)論文范文燦：智能大棚控制電路設(shè)計與制作 第 8 頁 共 48 頁· 一般情況功耗為 15mW；· 8P、14P—DIP（雙列直插）、PICC 多種的封裝； · 商業(yè)用的芯片溫寬為 0°C ~ +70°C，工業(yè)級芯片溫寬為 ?40°C ~ +85°C。 芯片接口說明： · CS_ 片選使能，低電平有效；· CH0 模擬輸入通道 0，也作為 IN+/-使用；· CH1 模擬輸入通道 1，也作為 IN+/-使用；· GND 芯片的參考 0 電位（地）；· DI 為數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道的控制；· DO 為數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的輸出；· CLK 芯片的時鐘輸入；· Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。ADC0832 為 8 位的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，最高分辨可達(dá) 256 級，適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。內(nèi)部電源輸入與參考的電壓復(fù)用，使芯片的模擬電壓輸入在 0~5V 之間。其轉(zhuǎn)換時間為 32μS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過 DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。 正常情況下 ADC0832 與單片機(jī)的接口應(yīng)為 4 條數(shù)據(jù)線，如圖 3.3 所示，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于 DO 端與 DI 端在通信時并未同時有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時可以將 DO 和 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng) ADC0832 未工作時其 CS 輸入端應(yīng)為高電平，此時芯片禁用，CLK 和 DO/DI 的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換時，須先將 CS 使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。南京理工大學(xué)學(xué)生畢業(yè)論文范文燦：智能大棚控制電路設(shè)計與制作 第 9 頁 共 48 頁圖 3. 4 ADC0832 連接圖3.4 按鍵模塊按鍵是用來設(shè)定溫濕度上下限報警值，查看溫度、濕度上下限報警值。主要有 3個按鍵分別是功能選擇鍵、上鍵、下鍵。key_set 是功能鍵，按一次進(jìn)入溫度上限設(shè)置界面，按兩次進(jìn)入溫度下限設(shè)置界面，按三次進(jìn)入濕度上限設(shè)置界面，按四次進(jìn)入濕度下限設(shè)置界面，按五次返回主界面。key_up 是增加鍵，按一次加一。key_down 是減小鍵，按一次減一。圖 3.5 按鍵鍵盤電路3.5 DS1302時鐘顯示電路DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實(shí)時時鐘芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和RAM數(shù)據(jù)。實(shí)時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小與31天時可以自動調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能。工作電壓寬達(dá)2.5～5.5V。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設(shè)置備用電源充電方式，提供了對后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。DS1302的外部引腳分配如圖3.6所示。DS1302用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點(diǎn)的記錄上，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時間同時記錄，南京理工大學(xué)學(xué)生畢業(yè)論文范文燦：智能大棚控制電路設(shè)計與制作 第 10 頁 共 48 頁因此廣泛應(yīng)用于測量系統(tǒng)中。圖 3.6 DS1302 的外部引腳分配各引腳的功能為：Vcc1：主電源；Vcc2：備份電源。當(dāng)Vcc2Vcc1+0.2V 時，由Vcc2 DS1302供電，當(dāng) Vcc2低 I/O 緩沖——DR 配合/W 進(jìn)行寫數(shù)據(jù)或指令高 DR——I/O 緩沖 配合 R 進(jìn)行讀數(shù)據(jù)或指令低/低——高 無動作指令說明如表3.6所示。模塊控制芯片提供兩套控制命令，基本指令和擴(kuò)充指令如下。表3.6 指令說明指令表1 （RE=0：基本指令）指 令 碼 功 能指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 清除顯示0 0 0 0 0 0 0 0 0 1將 DDRAM 填滿“20H“,并且設(shè)定 DDRAM 的地址計數(shù)器(AC)到“00H“地址歸位0 0 0 0 0 0 0 0 1 X設(shè)定 DDRAM 的地址計數(shù)器(AC)到“00H“,并且將游標(biāo)移到開頭原點(diǎn)位置;這個指令不改變 DDRAM 的內(nèi)容顯示狀態(tài)開/關(guān)0 0 0 0 0 0 1 D C BD=1: 整體顯示 ONC=1: 游標(biāo) ON B=1:游標(biāo)位置反白允許進(jìn)入點(diǎn)設(shè)定0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S指定在數(shù)據(jù)的讀取與寫入時,設(shè)定游標(biāo)的移動方向及指定顯示的移位游標(biāo)或顯示移位控0 0 0 0 0 1 S/CR/L X X設(shè)定游標(biāo)的移動與顯示的移位控制位;這個指令不改變 DDRAM 的內(nèi)容南京理工大學(xué)學(xué)生畢業(yè)論文范文燦：智能大棚控制電路設(shè)計與制作 第 15 頁 共 48 頁制功能設(shè)定0 0 0 0 1 DL X RE X XDL=0/1：4/8 位數(shù)據(jù)RE=1: 擴(kuò)充指令操作RE=0: 基本指令操作設(shè)定CGRAM地址0 0 0 1 AC5 AC4AC3AC2AC1AC0設(shè)定 CGRAM 地址設(shè)定DDRAM地址0 0 1 0 AC5 AC4AC3AC2AC1AC0設(shè)定 DDRAM 地址（顯示位址）第一行：80H－87H第二行：90H－97H讀取忙標(biāo)志和地址0 1 BF AC6 AC5 AC4AC3AC2AC1AC0讀取忙標(biāo)志(BF)可以確認(rèn)內(nèi)部動作是否完成,同時可以讀出地址計數(shù)器(AC)的值寫數(shù)據(jù)到RAM1 0 數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù) D7——D0 寫入到內(nèi)部的 RAM (DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM)讀出RAM的值1 1 數(shù)據(jù)從內(nèi)部 RAM 讀取數(shù)據(jù) D7——D0(DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM)指令表 2 （RE=1：擴(kuò)充指令）指 令 碼 功 能指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 待命模式0 0 0 0 0 0 0 0 0 1進(jìn)入待命模式,執(zhí)行其他指令都棵終止待命模式卷動地址開關(guān)開啟0 0 0 0 0 0 0 0 1 SRSR=1：允許輸入垂直卷動地址SR=0：允許輸入 IRAM 和 CGRAM 地址南京理工大學(xué)學(xué)生畢業(yè)論文范文燦：智能大棚控制電路設(shè)計與制作 第 16 頁 共 48 頁反白選擇0 0 0 0 0 0 0 1 R1 R0選擇 2 行中的任一行作反白顯示，并可決定反白與否。初始值 R1R0＝00，第一次設(shè)定為反白顯示，再次設(shè)定變回正常睡眠模式0 0 0 0 0 0 1 SL X XSL=0：進(jìn)入睡眠模式SL=1：脫離睡眠模式擴(kuò)充功能設(shè)定0 0 0 0 1 CL X RE G 0CL=0/1：4/8 位數(shù)據(jù)RE=1: 擴(kuò)充指令操作RE=0: 基本指令操作G=1/0：繪圖開關(guān)設(shè)定繪圖RAM地址0 0 10AC60AC50AC4AC3AC3AC2AC2AC1AC1AC0AC0設(shè)定繪圖 RAM先設(shè)定垂直(列)地址 AC6AC5…AC0再設(shè)定水平(行)地址 AC3AC2AC1AC0將以上 16 位地址連續(xù)寫入即可3.6.3 單片機(jī)與液晶屏的接口圖智能大棚控制系統(tǒng)單片機(jī)與液晶屏接口圖如圖 3.9 所示。南京理工大學(xué)學(xué)生畢業(yè)論文范文燦：智能大棚控制電路設(shè)計與制作 第 17 頁 共 48 頁圖 3.9 單片機(jī)與液晶屏的接口圖3.7 繼電器模塊3.7.1 光電隔離器的原理光電隔離器（optical coupler，英文縮寫為 OC） ，簡稱光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信號。它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管（LED） ，使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電到光再到電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。在發(fā)光二極管上提供一個偏置電流，再把信號電壓通過電阻耦合到發(fā)光二極管上，這樣光電晶體管接收到的是在偏置電流上增、減變化的光信號，其輸出電流將隨輸入的信號電壓作線性變化。光電耦合器也可工作于開關(guān)狀態(tài)，傳輸脈沖信號。在傳輸脈南京理工大學(xué)學(xué)生畢業(yè)論文范文燦：智能大棚控制電路設(shè)計與制作 第 18 頁 共 48 頁沖信號時，輸入信號和輸出信號之間存在一定的延遲時間，不同結(jié)構(gòu)的光電耦合器輸入、輸出延遲時間相差很大。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端是電流型工作的低阻元件，因而具有很強(qiáng)的共模抑制能力。所以，它在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計算機(jī)數(shù)字通信及實(shí)時控制中作為信號隔離的接口器件，可以大大增加計算機(jī)工作的可靠性。光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是：信號單向傳輸，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，輸出信號對輸入端無影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，無觸點(diǎn)，使用壽命長，傳輸效率高。電耦合器之所以在傳輸信號的同時能有效地抑制尖脈沖和各種干擾，使通道上的信號穩(wěn)定性大為提高，主要有以下幾方面的原因：a.光電耦合器的輸入阻抗很小，只有幾百歐姆，而干擾源的阻抗較大，通常為105～106Ω。據(jù)分壓原理可知，即使干擾電壓的幅度較大，但饋送到光電耦合器輸入端的干擾電壓會很小，只能形成很微弱的電流，由于沒有足夠的能量而不能使二極體發(fā)光，從而被抑制掉了。b.光電耦合器的輸入回路與輸出回路之間沒有電氣聯(lián)系，也沒有共地；之間的分布電容極小，而絕緣電阻又很大，因此回路一邊的各種干擾都很難通過光電耦合器饋送到另一邊去，避免了共阻抗耦合的干擾信號的產(chǎn)生。c.光電耦合器可起到很好的安全保障作用，即使當(dāng)外部設(shè)備出現(xiàn)故障，甚至輸入信號線短接時，也不會損壞儀表。因?yàn)楣怦詈掀骷妮斎牖芈泛洼敵龌芈分g可以承受幾千伏的高壓。3.7.2 電磁繼電器的原理繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路） ，通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)” 。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。電磁繼電器的工作原理并不復(fù)雜，它主要是利用電磁感應(yīng)原理而工作的。當(dāng)線圈通以電流時，線圈便產(chǎn)生磁場，線圈中間的鐵心被磁化產(chǎn)生磁力。從而使銜鐵在電磁吸力的作用下吸向鐵心，南京理工大學(xué)學(xué)生畢業(yè)論文范文燦：智能大棚控制電路設(shè)計與制作 第 19 頁 共 48 頁此時銜鐵帶動支桿將板簧推開，使兩個常閉的觸點(diǎn)斷開。當(dāng)斷開繼電器線圈的電流時，鐵心便失去磁性，銜鐵在板簧的作用下恢復(fù)初始狀態(tài)，觸點(diǎn)則又閉合。觸點(diǎn)的形式一般分為三種:一種是繼電器線圈未通電時處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，為常閉觸點(diǎn)。二種是處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為常開觸點(diǎn)，還有一種是一個動觸點(diǎn)與一個靜觸點(diǎn)常閉，而同時與一個靜觸點(diǎn)常開，形成一開一閉的轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)形式。常閉觸點(diǎn)在線圈通電時由閉合狀態(tài)斷開，所以又稱為動斷觸點(diǎn)，而把常開觸點(diǎn)稱為動合觸點(diǎn)轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)有兩種情況，即先合后斷的轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)和先斷后合的轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)。先了解必要的條件：a.控制電路的電源電壓，能提供的最大電流；b.被控制電路中的電壓和電流；c.被控電路需要幾組、什么形式的觸點(diǎn)。選用繼電器時，一般控制電路的電源電壓可作為選用的依據(jù)?？刂齐娐窇?yīng)能給繼電器提供足夠的工作電流，否則繼電器吸合是不穩(wěn)定的。3.7.3 繼電器模塊工作原理繼電器采用的是歐姆龍公司生產(chǎn)的 SRD-12VDC，此繼電器工作穩(wěn)定可靠，因?yàn)槔^電器是感性負(fù)載，容易影響其它器件，所以用一個 IN4007 二極管保護(hù)。繼電器的工作電壓是 12V，所以給繼電器加壓也是 12V。因?yàn)槔^電器工作需要較大的電流，直接入控制芯片引腳上，無法驅(qū)動繼電器工作，所以加了一個光電隔離器，于是采用 TIL113 隔離放大，好處在于防止繼電器工作時影響 CPU 工作， 同時 TIL113 也有放大電流的作用。單片機(jī)根據(jù)處理的結(jié)果，從控制端口 P0.0,P0.1,P0.2,P0.3 輸出低電平控制信號，此時 TIL113 的 I-端接收到低電平信號，使得內(nèi)部光電隔離前端的發(fā)光二極管發(fā)光，電路接通，后續(xù)電路工作，輸出電壓經(jīng)分壓，內(nèi)部三極管導(dǎo)通，繼電器吸合，電路開始工作。繼電器模塊如圖 3.10 所示。南京理工大學(xué)學(xué)生畢業(yè)論文范文燦：智能大棚控制電路設(shè)計與制作 第 20 頁 共 48 頁圖 3.10 繼電器模塊3.8 電源管理模塊因系統(tǒng)供電為 12V，而實(shí)際使用為 5V 和 12V，所以需要電源管理。CW7805 系列的穩(wěn)壓器是單片集成電路，能提供降壓開關(guān)穩(wěn)壓器的各種功能。主要特點(diǎn)：LM7805 集成穩(wěn)壓三極管輸出電流可達(dá) 1A,輸出電壓 5V,過熱保護(hù)，過流保護(hù)，輸出晶體管 SOL 保護(hù)。見表 3.7。VI——輸入電壓(VO=5~18V)??????????? 35VRθJC——熱阻（結(jié)到殼）???????????? 5℃/W RθJA——熱阻（結(jié)到空氣）?????????? 65℃/W TOPR——工作結(jié)溫范圍??????????? 0~125℃ TSTG——貯存溫度范圍?????????? -65~150℃南京理工大學(xué)學(xué)生畢業(yè)論文范文燦：智能大棚控制電路設(shè)計與制作 第 21 頁 共 48 頁表 3.7 LM7805 的主要參數(shù)表電源管理模塊如圖 3.11 所示。圖 3.11 電源管理模塊3.9 制作與實(shí)物3.9.1 實(shí)物及接口定義智能大棚控制電路 PCB 板實(shí)物如圖 3.12 示。圖 3.12 智能大棚控制電路 PCB 板實(shí)物電壓調(diào)整率電流調(diào)整率工作溫度靜態(tài)電流耗散功率最大輸出電流輸出電壓偏差輸出電壓360mV 360mV 0~125 8MA 1．2W 1A 0.692～0.748V17.3~18.7V(T(j)↓=25℃)南京理工大學(xué)學(xué)生畢業(yè)論文范文燦：智能大棚控制電路設(shè)計與制作 第 22 頁 共 48 頁4 軟件實(shí)現(xiàn)方法4.1 主程序流程圖硬件電路是設(shè)計的基礎(chǔ)，在其基礎(chǔ)上軟件設(shè)計是關(guān)鍵的部分，它是單片機(jī)工作的重點(diǎn)，就是讓各部分協(xié)調(diào)工作的命令，軟件程序的重要性是毋庸置疑的，是整個控制系統(tǒng)的命脈，根據(jù)各部分編寫相應(yīng)的驅(qū)動程序，才能使得相應(yīng)的芯片有其功能，所以程序設(shè)計是非常重要的。軟件的作用就是完成對硬件的控制，主程序設(shè)計思路：軟件設(shè)計采用各個模塊功能分開獨(dú)立設(shè)施的設(shè)計方式，將各個功能分成獨(dú)立模塊，有系統(tǒng)和監(jiān)控程序一起管理執(zhí)行。本設(shè)計的軟件包括主程序，鍵盤掃描子程序，顯示子程序等。主程序完成功能：系統(tǒng)對溫濕傳感器以及 12864 顯示器進(jìn)行初始化，隨之讀取溫濕度信號，然后處理。用戶通過執(zhí)行按鍵來設(shè)置溫濕度的上下限。本設(shè)計的系統(tǒng)整體流程圖如圖 4.1 所示。 開 始初 始 化 串 口初 始 化 液 晶相 應(yīng) 字 符 顯 示溫 濕 度 、 光 照 、 時 鐘 信號 采 集12864液 晶 顯 示按 鍵 掃 描讀 取 報 警 值溫 濕 度 發(fā) 送 串 口南京理工大學(xué)學(xué)生畢業(yè)論文范文燦：智能大棚控制電路設(shè)計與制作 第 23 頁 共 48 頁圖 4.1 主流程圖4.2 DS1302時鐘顯示子程序流程圖本設(shè)計采用 DS1302 時鐘顯示芯片。其流程圖如圖 4.2 所示。開始端口初始化D S 1 3 0 2 初始化讀取 D S 1 3 0 2 時間顯示返回圖 4.2 DS1302 時鐘顯示子程序流程圖4.3 LCD12864液晶顯示子程序流程圖液晶顯示儀器為 LCD12864 液晶，由 STC89C52 向 LCD 發(fā)出命令進(jìn)行寫數(shù)據(jù)然后顯示數(shù)據(jù)。LCD12864 液晶顯示程序如圖 4.3 所示。南京理工大學(xué)學(xué)生畢業(yè)論文范文燦：智能大棚控制電路設(shè)計與制作 第 24 頁 共 48 頁開始初始化清顯示 R A M 區(qū)處理單片機(jī)命令送數(shù)據(jù)預(yù)設(shè)內(nèi)容在指定區(qū)域顯示返回圖 4.3 顯示子程序流程圖4.4 光照采集子程序流程圖本設(shè)計采用 ADC0832 串口式模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。其流程圖如圖 4.4 所示。 開始端口初始化A D 初始化讀取 A D 值顯示返回圖 4.4 光照子程序流程圖4.5 溫濕度采集子程序流程圖本設(shè)計采用 DHT11 串口式芯片。其流程圖如圖 4.5 所示。 南京理工大學(xué)學(xué)生畢業(yè)論文范文燦：智能大棚控制電路設(shè)計與制作 第 25 頁 共 48 頁開始端口初始化溫度數(shù)據(jù)初始化讀取溫濕度數(shù)據(jù)值顯示返回圖 4.5 溫濕度子程序流程圖4.6 按鍵掃描子程序左起第一個鍵是功能選擇鍵，按一次進(jìn)入報警溫度上限設(shè)置，此時顯示上一次設(shè)置溫度報警上限值（TH35），進(jìn)行上限溫度設(shè)置。按第二次，進(jìn)行下限溫度報警設(shè)置，此時顯示上一次設(shè)置溫度報警下限值（TL20）。按第三次，進(jìn)行上限濕度報警設(shè)置，此時顯示上一次設(shè)置濕度報警上限限值（HH85）。再按一次即第四次，進(jìn)行下限濕度報警設(shè)置，此時顯示上一次設(shè)置濕度報警下限限值（HH35）。第二個按鍵是增加鍵，可以對上限溫度或下限溫度進(jìn)行增大調(diào)整第三個按鍵是減小鍵，可以對下限溫度或下限溫度進(jìn)行減小調(diào)整。圖 4.6 所示按鍵掃描子程序流程圖。