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1、目 录 摘 要1课题研究目的意义及现状31.1研究目的和意义31.2国内外研究现状和发展趋势31.3本章小结4第二章 设计要求及模块方案42.1 设计要求42.2 设计思路42.2.1 微控制器模块52.2.2 液晶显示模块52.3本章小结5第三章 系统硬件设计53.1 主控板模块简介53.2 DS18B20温度传感器93.3 交流电机驱动模块简介113.4 本章小结12第四章 系统研究及实现124.1 该系统的工作原理124.2 该系统的相关流程124.3 主要代码分析13第五章 系统算法软件测试145.1软件调试145.2 proteus简介145.3软件调试实现结果145.4 本章小结1
2、5第六章 测试及结论156.1 测试结果156.2 测试结论156.3 本章小结15总结15参考文献16致谢16基于单片机的机械通风控制系统的设计与仿真 摘 要本系统是以Atmel公司的AT89C52单片机为控制核心，用DS18B20温度传感器采集温度，然后经过微控制器处理后通过液晶显示出来，并且可以自由设置上限警戒值温度和上限危险值温度，当到达上限警戒值温度或者上限危险值温度时，通过实时控制主副风机进行不同状态工作，可进行实时报警，从而进行调节巷道内通风保持空气流通。本系统详细研究了智能控制系统的算法，在一定程度上有效解决井内温度以及通风的问题。 关键词：单片机；智能控制；机械通风Abstr
3、actThe system is based on Atmels AT89C52 microcontroller core, with a temperature sensor DS18B20 collecting temperature, and then processed after the microcontroller through the LCD display, and can be freely set the warning limit and upper limit value of the temperature values of the temperature da
4、nger, when it reaches the upper limit alert When the upper limit value of the temperature or the temperature danger value through real-time control of the main and auxiliary fan work carried out in different states, can be real-time alarm, thereby adjusting the tunnel ventilation to keep the air cir
5、culating. This system is a detailed study of the algorithm intelligent control system, to a certain extent, an effective solution to the well temperature and ventilation problems.Keywords:MCU; intelligent control; mechanical ventilation第一章 前 言课题研究目的意义及现状1.1研究目的和意义 煤炭资源为我国的经济建设带来了巨大的帮助，不仅提供了大量的能源补给，也
6、给人们的生活带来诸多益处。但在煤矿生产中，存在一些安全隐患，为了解决这些安全隐患，保障生产过程的有序安全进行，我们设计了通风机，煤矿通风机是保障安全生产的主要通风设备。一般在矿道中采用抽出式通风方式，通风机将矿井巷道里的空气抽出，排放到大气中，同时将温度等有害温度排放出来，来保障巷道内空气的安全。本课题充分利用单片机的强大功能，对温度进行实时采集、数据处理，对温度超过标准值进行及时的报警，对提高温度检测的可靠性和系统的性价比具有十分重要的意义。1.2国内外研究现状和发展趋势目前对基于单片机的机械通风控制系统的研究以及进一步对通风机算法的研究还处于研发阶段，可以参考和借鉴的相关文献较少。在对通风
7、机智能控制上以实现智能自主控制，可以根据生产应用的需要，自由的设计通风机的算法流程，使其安全合理方便地工作。随着近代超大规模集成电路的出现，微处理器及其外围芯片有了迅速的发展。集成技术的最新进展之一是将CPU和外围芯片，如程序存储器、数据存储器、并行、串行、I/时计数器、中断控制器及其他控制部件集成在一个芯片之中，制成单片计算机。而近年来推出的一些高档单片机还包含有许多特殊功能单元，如AD转换器、调制解调器、通信控制器、锁相环、DMA、浮点运算单元等。因此，只要外加一些扩展电路及必要的通道接口就可以构成各种计算机应用系统，如工业控制系统、数据采集系统、自动测试系统、智能仪表、智能接口、功能模块
8、等3。8位单片机，特别是高档8位单片机出现是计算机工程应用史上的一个里程碑，这是因为：(1)开始结束了计算机专业人员垄断计算机工程应用的时代。计算机在工程中的应用技术开始为非计算机专业的广大工程技术人员敞开大门。计算机软、硬件技术的发展使技术人员掌握计算机应用系统设计、组装、调试等变得十分容易。计算机应用系统有可能成为非计算机专业人员用来实现一些控制功能的常规性工具。(2)单片机系统的开发、应用会成为计算机工程应用的一个重要领域，特别是工业测控系统不再是通用计算机系统和通用微处理器系统的一统天下。单片机的结构，外围器件的配套以及如何更好地满足工程领域、高技术领域形形色色的功能要求，会逐渐形成计
9、算机芯片技术发展的一个重要方面。随着单片机结构的发展与完整，单片机应用系统会向更高层次和更大规模发展。(3)单片机已成为高科技领域中的有力工具。目前中、高档单片机，兆位、32位单片机，以及一些专用单片机（如数字信息处理、通信控制等）已开始在工业测控系统，机器视觉系统，行走系统，分布式测控系统，快速多机实时处理系统和图像信息系统中成为不可缺少的重要组成部分。单片机的出现，并在各个技术领域中得到如此迅猛的发展，与单片机构成计算机应用系统所形成的下述特点有关4：(1)单片机构成的应用系统有较大的可靠性。这些可靠性的获得除了依靠单片机芯片本身的高可靠性以及应用系统有最少的联接外，还可以方便地采用软、硬
10、件冗余技术。(2)系统扩展、系统配置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统，应用系统有较高的软、硬件利用系数。(3)由于构成的应用系统是一个计算机系统，相当多的测、控功能由软件实现，故具有柔性特征，不须改变硬件系统就能适当地改变系统功能。(4)有优异的性能、价格比。本文主要以单片机为控制核心，通过实时采集巷道内温度，并实时控制通风机使巷道内温度保持在安全值以下，保障正常的生产活动。通过检测温度和标准值进行比较，当温度气体浓度高过一定浓度值时候，由单片机控制进行相应的声音报警。本设计其中涉及系统结构设计、元器件的选取和控制算法的选择、程序的调试和系统参数的设定。在系统构建时选取了ATMEL公司
11、提供的AT89C52芯片作为该控制系统的核心。1.3本章小结 本章主要研究了在矿井巷道内检测温度的目的和意义，详细说明了通风机算法的研究在国内外的发展趋势，并提出了基于单片机的机械通风控制系统的研究。第二章 设计要求及模块方案2.1 设计要求(1)实现测量温度。(2)实时通过液晶显示温度。(3)设置温度范围，并进行实时比较。(4)实时根据温度，对主副风机进行控制。(5)实时采集温度，超过范围实时进行报警提示。2.2 设计思路根据功能和指标要求，本系统可以从元件级开始设计，选用51单片机为主控机。通过扩展必要的外围接口电路，实现对温度进行测量和实时报警以及进行实时控制通风机通风。该系统以AT89
12、C52单片机为核心，由温度采集传感器,显示模块LCD,按键检测模块，报警指示模块，控制模块，电源模块，电机驱动模块等共同组成。在系统中，温度大小显示、控制参数的设置、运行及复位等功能由键盘及显示电路完成。2.2.1 微控制器模块方案一：采用FPGA作为系统的控制器。FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高。FPGA的优势得不到充分体现，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同时其芯片引脚较多，实物硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。方案二：应用单片机作为控制器。我们使用了ATMEL公司的AT89C52单片机，它也同样具有很强的信息处理功能，易于操作使用，具有8k的程序存储
13、器，频率最大支持33MHZ，体积小，需要电压小，功耗低，价格便宜等优点，更适于本系统的要求。经过比较后选择方案二。2.2.2 液晶显示模块方案一 用数码管进行显示。由于数码管显示速度快，编程简单，显示效果简洁，但体积较大，显示大量字符时不实用，并且其特殊符号或图案也往往难以显示。方案二 采用LCD液晶显示。LCD液晶显示模块虽然占用I/O口多，控制复杂，但其功能强大，显示内容丰富、清晰，显示信息量大。并且能够提示操作语句，这大大提高了系统的人性化设计。经过比较分析选择方案二。2.3本章小结 本章主要讲述了通风机系统的算法研究的设计要求和硬件设计方案模块的选择比较，最终综合选择了以AT89C52
14、单片机为控制核心，采用温度传感器读取温度变化，并实时传给单片机，采用液晶进行实时显示。第三章 系统硬件设计在此系统中，通过采集温度将温度大小通过AD转换为数字信号送至单片机，单片机也会进行将数据转换为对应的温度显示在LCD上，通过比较采集值与设置的正确值、警戒值、危险值。控制系统主要由单片机AT89C52，LCD显示电路，电机驱动电路，温度采集电路，蜂鸣器报警系统以及键盘组成。3.1 主控板模块简介1、微控制器模块简介（1）AT89C52简介 AT89C52单片机是现在最常用的单片机之一。它采用静态CMOS工艺制造，最高工作频率为24MHz，其PDIP/DIP封装如图所示。除了PDIP封装之外
15、，还有PQFP/TQFP和PLCC/LCC等2种不同的封装，用户可以根据不同的场合进行选择。AT89C52是一种带4K字节闪烁，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C52是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。单片机的主要特性有4K字节可编程闪烁存储器、128*8位内部RAM、32可编程I/O线、两个16位定时器/计数器、5个中断源、可编程串行通道、低功耗的闲置和掉电模式、片内振荡器和时钟电路。单片机的主要特性有4K字节可编程闪烁存储器、128*8位内部RAM、32可编程I/O线、两个16位定时器/计数器、5个中断源、可编程串行通道、低功耗的闲置和掉电模式、片内振荡器和时钟电路引脚说明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。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器
