李素敏

【摘要】倉庫日常工作的重要內(nèi)容是為物流與供應(yīng)鏈系統(tǒng)服務(wù)，所以對(duì)倉庫管理的質(zhì)量有很高的要求，在現(xiàn)代發(fā)展的社會(huì)采用智能倉庫解決了很多問題。智能倉庫是自動(dòng)化技術(shù)在物流管理上的一個(gè)很好的應(yīng)用。自動(dòng)化立體倉庫主要有貨物儲(chǔ)存、貨物存取和傳遞、控制和管理三大系統(tǒng)組成，為保證日常工作的順利進(jìn)行，是機(jī)械和電氣、強(qiáng)電控制和弱電控制相結(jié)合的產(chǎn)物，應(yīng)用智能倉庫系統(tǒng)功能達(dá)到最好的效果。

【關(guān)鍵詞】智能倉庫；單片機(jī)；自動(dòng)化；傳感器

1.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

對(duì)倉庫的溫濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)與控制，為了適應(yīng)對(duì)多個(gè)測(cè)控點(diǎn)的監(jiān)控與管理，經(jīng)分析采用了分布式系統(tǒng)的控制方式，即在每個(gè)測(cè)控點(diǎn)配置能獨(dú)立工作的從機(jī)，多個(gè)從機(jī)由1個(gè)上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控管理，上下采用主從式監(jiān)控管理形式。

1.1 系統(tǒng)的各個(gè)部分的功能和關(guān)系

1）主機(jī)為管理機(jī)，完成參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理及管理功能。

2）從機(jī)為控制機(jī)，采用單片機(jī)8051，直接實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的控制功能，并能在主機(jī)關(guān)機(jī)的條件下實(shí)現(xiàn)所有的控制功能。

3）通訊轉(zhuǎn)換機(jī)實(shí)現(xiàn)RS232信號(hào)和RS485信號(hào)的轉(zhuǎn)換，主機(jī)通過其向從機(jī)發(fā)送控制參數(shù)，從機(jī)將現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)通過其傳給主機(jī)。

4）數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器及運(yùn)行設(shè)備的檢測(cè)。

5）控制器及其設(shè)備根據(jù)系統(tǒng)輸出的信號(hào)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。

6）輸入輸出部分包括輸入模塊和輸出模塊，輸入模塊將采集的信號(hào)轉(zhuǎn)換后輸入到從機(jī)，輸出模塊將系統(tǒng)的控制信號(hào)輸出到控制器及其設(shè)備。

1.2 系統(tǒng)的工作方式

系統(tǒng)以溫濕度監(jiān)控為核心，溫濕度參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)由主機(jī)根據(jù)用戶要求定時(shí)向從機(jī)查詢，各控制模塊的設(shè)置參數(shù)修改時(shí)，將新的參數(shù)發(fā)送到從機(jī)。8051是控制平臺(tái)的核心，溫濕度數(shù)據(jù)的采集通過多路傳感器獲得，采集的信號(hào)經(jīng)ADS1286實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。為有效控制多路傳感器，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用4051實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展，使控制平臺(tái)可以控制多路傳感器，采集的數(shù)據(jù)存放于24LC04。在控制平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)上，使用CMOS管1120提高8051的驅(qū)動(dòng)能力，使控制平臺(tái)每路可以控制多個(gè)傳感器（主要是提高控制平臺(tái)對(duì)18B20、溫濕度采集器的驅(qū)動(dòng)能力）。在與主機(jī)通訊時(shí)，為達(dá)到電平一致，控制平臺(tái)通過RS485芯片實(shí)現(xiàn)8051的引腳RXD、TXD的TTL電平與RS485的引腳A、B的485電平之間的轉(zhuǎn)換。把主機(jī)通過通訊接口機(jī)送來的RS485標(biāo)準(zhǔn)電平轉(zhuǎn)換為TTL電平傳送給8051，把8051送出的TTL電平轉(zhuǎn)換成RS485標(biāo)準(zhǔn)電平通過通訊接口機(jī)傳送給主機(jī)。

1.3 信號(hào)采集通道的選擇

在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，溫度輸入信號(hào)為8路的模擬信號(hào)，這就需要多通道結(jié)構(gòu)。

這種結(jié)構(gòu)的模擬量通道特點(diǎn)為：

（1）對(duì)ADC、S/H要求高。

（2）硬件簡(jiǎn)單，成本低。其缺點(diǎn)是，軟件比較復(fù)雜，處理速度慢。

2.硬件的設(shè)計(jì)與論證

2.1 信號(hào)采集

2.1.1 溫度傳感器——DS18B20

DSl820數(shù)字溫度計(jì)提供9位（二進(jìn)制）溫度讀數(shù)指示器件的溫度信息經(jīng)過單線接口送入DSl820或從DSl820送出因此從主機(jī)CPU到DSl820僅需一條線（和地線）DSl820的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供而不需要外部電源因?yàn)槊恳粋€(gè)DSl820在出廠時(shí)已經(jīng)給定了唯一的序號(hào)因此任意多個(gè)DSl820可以存放在同一條單線總線上這允許在許多不同的地方放置溫度敏感器件DSl820的測(cè)量范圍從-55到+125增量值為0.5可在ls（典型值）內(nèi)把溫度變換成數(shù)字。

2.1.2 濕度測(cè)量電路

HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容量隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大。集成定時(shí)器555芯片外接電阻R4、R2與濕敏電容C，構(gòu)成了對(duì)C的充電回路。7端通過芯片內(nèi)部的晶體管對(duì)地短路又構(gòu)成了對(duì)C的放電回路，并將引腳2、6端相連引入到片內(nèi)比較器，便成為一個(gè)典型的多諧振蕩器，即方波發(fā)生器。另外，R3是防止輸出短路的保護(hù)電阻，R1用于平衡溫度系數(shù)。

該振蕩電路兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的交替過程如下：首先電源Vs通過R4、R2向C充電，經(jīng)t充電時(shí)間后，Uc達(dá)到芯片內(nèi)比較器的高觸發(fā)電平，約0.67Vs，此時(shí)輸出引腳3端由高電平突降為低電平，然后通過R2放電，經(jīng)t放電時(shí)間后，Uc下降到比較器的低觸發(fā)電平，約0.33Vs，此時(shí)輸出引腳3端又由低電平突降為高電平，如此翻來覆去，形成方波輸出。其中，充放電時(shí)間為：t充電=C（R4+R2）Ln2，t放電=CR2 Ln2因而，輸出的方波頻率為：f=1/（t放電+t充電）=1/[C（R4+R2）Ln2]可見，空氣濕度通過555測(cè)量電路就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之呈反比的頻率信號(hào)。

2.2 系統(tǒng)時(shí)鐘的設(shè)計(jì)

時(shí)鐘電路是用來產(chǎn)生8051單片機(jī)工作時(shí)所必須的時(shí)鐘信號(hào)，8051本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為保證工作方式的實(shí)現(xiàn)，8051在唯一的時(shí)鐘信號(hào)的控制下嚴(yán)格的按時(shí)序執(zhí)行指令進(jìn)行工作，時(shí)鐘的頻率影響單片機(jī)的速度和穩(wěn)定性。通常時(shí)鐘由于兩種形式：內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘。

我們系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式來為系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)。8051內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，該放大器的輸入輸出引腳為XTAL1和XTAL2，它們跨接在晶體振蕩器和用于微調(diào)的電容，便構(gòu)成了一個(gè)自激勵(lì)振蕩器。

2.3 顯示電路

在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一般都是把鍵盤和顯示器放在一起考慮。本設(shè)計(jì)是利用8051的串行口實(shí)現(xiàn)鍵盤/顯示器接口。

2.4 報(bào)警電路

本設(shè)計(jì)采用峰鳴音報(bào)警電路。峰鳴音報(bào)警接口電路的設(shè)計(jì)只需購買市售的壓電式蜂鳴器，然后通過MCS-51的1根口線經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)蜂鳴音發(fā)聲。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅(qū)動(dòng)電流，可以使用TTL系列集成電路7406或7407低電平驅(qū)動(dòng)，也可以用一個(gè)晶體三極管驅(qū)動(dòng)。在圖中，P3.2接晶體管基極輸入端。當(dāng)P3.2輸出高電平“1”時(shí)，晶體管導(dǎo)通，壓電蜂鳴器兩端獲得約+5V電壓而鳴叫；當(dāng)P3.2輸出低電平“0”時(shí)，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。

3.軟件設(shè)計(jì)

溫度控制主程序的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下問題：

（1）鍵盤掃描、鍵碼識(shí)別和溫度顯示；

（2）溫濕度采樣，數(shù)字濾波；

（3）越限報(bào)警和處理；

（4）溫度標(biāo)度轉(zhuǎn)換。

通常，符合上述功能的溫度控制程序由主程序和T0中斷服務(wù)程序兩部分組成。

參考文獻(xiàn)

[1]張琳娜，劉武發(fā).傳感檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用[M].中國(guó)計(jì)量出版社，1999.

[2]胡漢才.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].清華大學(xué)出版社，1996.

[3]李志全.智能儀表設(shè)計(jì)原理及應(yīng)用[M].國(guó)防工業(yè)出版社，1998.

[4]何立民.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，1990.