温室大棚卷帘机控制系统总体方案设计本科毕业论文Word文档下载推荐.docx
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2.1结构设计
(图2-1总体框架结构图)
其中AT89S52单片机作为本系统的主控制模块。
按键设置模块可设置最低报警温度和管理人员手机号码。
GSM模块中的短信内容由单片机进行判别,如读到升起的指令,卷帘机往上卷,若为降指令,则往下卷。
同时18B20温度传感器将检测到的温度传输到LCD显示,温度一旦低于设置的值,单片机发短信给GSM,提示管理人员降下帘子。
2.2本设计主要功能流程图
(图2-2功能流程图)
小节:
本章对该设计的总体框架结构体系设计进行了论述,并对该设计的功能通过流程图的形式进行了介绍,硬件及软件模块的设计分别在第三章、第四章给以介绍。
第三章硬件设计模块
温室大棚卷帘机控制系统硬件模块主要由单片机主控制模块、GSM短信收发模块、温度显示模块、按键模块、步进电机仿卷帘机五大模块组成。
下面分别对五大模块进行分析。
3.1单片机主控制模块
本模块主要由单片机最小系统搭建而成,主要包括复位电路与时钟电路两大部分,这里单片机主要进行计算,判断,进制转换等一系列工作,也是整个系统中最关键的部分,下面具体介绍一下单片机主控制模块的各个组成。
3.1.1AT89S52功能简介
AT89S52和AT89S51(如图)基本是一样的,S52比S51多一个定时器,由于S52的定时器2不常用,故在此我们讨论S51,它是一个低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元,功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
AT89S51具有如下特点:
40个引脚,4kBytesFlash片内程序存储器,128bytes的随机存取数据存储器(RAM),32个外部双向输入/输出(I/O)口,5个中断优先级2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器。
(图3-1-1AT89S51引脚图)
3.1.2复位电路
为确保单片机系统中电路稳定可靠工作,复位电路是必不可少的部分,复位电路有上电自动复位和按键复位两种,这里采用按键复位。
其工作电路图(3.1.2)。
3.1.3时钟电路
时钟电路是单片机工作的心脏,它控制着单片机的工作节奏,单片机就是通过复杂的时序电路完成不同指令功能的。
时钟的工作电路图如(3.1.3)。
(图3-1-2复位电路)(图3-1-3时钟电路)
3.2GSM短信收发模块
GSM短信收发的主要功能是收发短信,当温度低于设定的值时自动给管理人员发送短信,给以报警提示,同时接受管理人员回复的短信,通过单片机判断短信内容,控制卷帘机的升降。
3.2.1TC35模块简介
TC35是Siemens公司推出的新一代无线通信GSM模块,可以快速安全可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务(ShortMessageService)和传真。
模块的工作电压为3.3-5.5V,可以工作在900MHz和
1800MHz两个频段,所在频段功耗分别为2W(900M)和1W(1800M)。
模块有AT命令集接口,支持文本和PDU模式的短消息、第三组的二类传真、以及2.4k,4.8k,9.6k的非透明模式。
此外,该模块还具有电话簿功能、多方通话,漫游检测功能,常用工作模式有省电模式、IDLE、TALK等模式。
通过独特的40引脚的ZIF连接器,实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。
通过ZIF连接器及50Ω天线连接器,可分别连接SIM卡支架和天线。
3.2.2TC35引脚极其用法简介
TC35有40个引脚,1~14引脚为电源部分,其中l~5引脚为电源电压输入端VBATT+6~10引脚为电源地GND,ll~12引脚为充电端,13引脚为对外输出电压(供外部电路使用),24~29引脚为SIM卡连接端;
33~40引脚为语音接口用来接电话手柄。
15、30、31和32引脚为控制部分,15引脚为启动线IGT(Ignition)。
当TC35通电后必须给IGT一个大于100mV的低电平,模块才能启动。
30引脚为RTCBACKup;
31引脚为掉电控制;
32引脚为SYNC,16~23引脚为数据输入/输出端。
启动电路由漏极开路三极管控制。
在这里,着重介绍下SYNC引脚,因为该引脚可以很好的反映TC35的工作状态。
SYNC引脚可以用来输出一个同步信号(synchronization
signal),也可以在应用时来控制一个LED灯的输出状态。
SYNC端通过一个三极管或门电路来控制LED。
一个简单的电路接法是:
SYNC端通过一电阻接到NPN三极管(如9013)的基极,射极直接接地,集电极通过一个接限流电阻接到LED的负端,LED的正端接VCC。
LED的工作模式完全类同于同步信号,显示的是TC35的工作状态:
【1】LED灯灭,表示TC35电源关闭,处于休眠、报警或单纯的充电模式
【2】600
ms
亮
/
600ms
灭,表示未插入SIM卡,或者个人身份未登记/已注销,或者网络正在搜寻中,或者正在进行管理人员身份鉴定,或者网络注册正在进行中
【3】75ms
3s
灭,表示网络注册成功(控制通道和管理人员交换信息完成),无来电
【4】LED灯亮,依据不同的呼叫类型:
声音呼叫,数据呼叫,在建立或者完毕时的状态。
3.3温度显示模块
本模块主要通过DS18B20温度传感器采集室内温度,将实时温度显示在LCD液晶上,并且当温度低于设定温度时,将温度值发送给管理人员,让管理人员知道温室内温度变化。
3.3.1DS18B20温度传感器
(1)DS18B20温度传感器简介
DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器,与传统的热敏电阻等测温元件相比,它能直接读出被测温度,并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式
独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信;
多个
DS18B20可以并联在惟一的三线上,实现多点组网功能;
无须外部器件;
可通过数据线供电,电压范围为3.0~5.5V;
零待机功耗。
零待机功耗;
温度以9或12位数字;
管理人员可定义报警设置;
报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度(温度报警条件)的器件;
负电压特性,电源极性接反时,温度计不会因发热而烧毁,但不能正常工作。
(2)温度检测电路
温度检测采用数字温度计DS18B20。
如图(3.3.1)
(图3-3-1)
3.3.21602字符型LCD液晶屏
(1)LCD简介
字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD,目前常用16*1,16*2,20*2和40*2行等的模块。
本次设计选用的是长沙太阳人电子有限公司的1602字符型液晶显示器,下面介绍其用法。
一般1602字符型液晶显示器实物如图3-3-2-1:
(图3-3-2-1)
引脚功能说明
1602LCD采用标准的14脚(无背光)或16脚(带背光)接口,各引脚接口说明如下:
第1脚:
VSS为地电源。
第2脚:
VDD接5V正电源。
第3脚:
VL为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地时对比度最高,对比度过高时会产生“鬼影”,使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。
第4脚:
RS为寄存器选择,高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。
第5脚:
R/W为读写信号线,高电平时进行读操作,低电平时进行写操作。
当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址,当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号,当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。
第6脚:
E端为使能端,当E端由高电平跳变成低电平时,液晶模块执行命令。
第7~14脚:
D0~D7为8位双向数据线。
第15脚:
背光源正极。
第16脚:
背光源负极。
(2)LCD显示电路
本设计液晶显示模块的设计如下图(3-3-2-2)所示,该电路实现的功能是:
通过AT89S52的P00~P07八个口输出控制信号,控制液晶的8位双向数据线,通过单片机的P2.0、P2.1、P2.2向液晶模块发送命令,控制液晶执行各种命令,其中P2.2控制液晶的使能端,当E端由高电平跳变成低电平时,液晶模块执行命令,P2.1控制液晶模块的读写,高电平时进行读操作,低电平时进行写操作。
当P2.0和P2.1共同为低电平时可以写入指令或者显示地址,当P2.0为低电平P2.1为高电平时可以读忙信号,当P2.0为高电平P2.1为低电平时可以写入数据,P2.0控制寄存器的选择,高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。
(图3-3-2-2)
3.4矩阵键盘模块
矩阵键盘主要用来对最低温度和管理人员手机号码的设置,可以随时改变数值,更符合实际生产的要求。
3.4.14×
4矩阵键盘的工作原理
矩阵键盘又称为行列式键盘,它是用4条I/O线作为行线,4条I/O线作为列线组成的键盘。
在行线和列线的每一个交叉点上,设置一个按键。
这样键盘中按键的个数是4×
4个。
这种行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。
3.4.2键盘电路设计
矩阵键盘引脚接法及其电路图3-4-2:
(图3-4-2)
3.5步进电机仿卷帘机模块
现实生活中本模块是卷帘机控制,卷帘机主要由直流电机和减速器组成。
本设计用二相四线步进电机模拟卷帘机的升降。
3.5.1步进电机的工作原理
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”),它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。
可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的,同时可以通过控制脉冲频率来控制电机