智能倉庫的設計

李素敏

【摘要】倉庫日常工作的重要內(nèi)容是為物流與供應鏈系統(tǒng)服務，所以對倉庫管理的質(zhì)量有很高的要求，在現(xiàn)代發(fā)展的社會采用智能倉庫解決了很多問題。智能倉庫是自動化技術(shù)在物流管理上的一個很好的應用。自動化立體倉庫主要有貨物儲存、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行，是機械和電氣、強電控制和弱電控制相結(jié)合的產(chǎn)物，應用智能倉庫系統(tǒng)功能達到最好的效果。

【關鍵詞】智能倉庫；單片機；自動化；傳感器

1.系統(tǒng)總體設計

對倉庫的溫濕度進行實時的監(jiān)測與控制，為了適應對多個測控點的監(jiān)控與管理，經(jīng)分析采用了分布式系統(tǒng)的控制方式，即在每個測控點配置能獨立工作的從機，多個從機由1個上位機進行監(jiān)控管理，上下采用主從式監(jiān)控管理形式。

1.1 系統(tǒng)的各個部分的功能和關系

1）主機為管理機，完成參數(shù)設置、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理及管理功能。

2）從機為控制機，采用單片機8051，直接實現(xiàn)各個模塊的控制功能，并能在主機關機的條件下實現(xiàn)所有的控制功能。

3）通訊轉(zhuǎn)換機實現(xiàn)RS232信號和RS485信號的轉(zhuǎn)換，主機通過其向從機發(fā)送控制參數(shù)，從機將現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)通過其傳給主機。

4）數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)對傳感器及運行設備的檢測。

5）控制器及其設備根據(jù)系統(tǒng)輸出的信號對現(xiàn)場設備進行控制。

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轉(zhuǎn)換后輸入到從機，輸出模塊將系統(tǒng)的控制信號輸出到控制器及其設備。

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)和設備運行狀態(tài)由主機根據(jù)用戶要求定時向從機查詢，各控制模塊的設置參數(shù)修改時，將新的參數(shù)發(fā)送到從機。8051是控制平臺的核心，溫濕度數(shù)據(jù)的采集通過多路傳感器獲得，采集的信號經(jīng)ADS1286實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。為有效控制多路傳感器，在系統(tǒng)設計中使用4051實現(xiàn)擴展，使控制平臺可以控制多路傳感器，采集的數(shù)據(jù)存放于24LC04。在控制平臺的驅(qū)動上，使用CMOS管1120提高8051的驅(qū)動能力，使控制平臺每路可以控制多個傳感器（主要是提高控制平臺對18B20、溫濕度采集器的驅(qū)動能力）。在與主機通訊時，為達到電平一致，控制平臺通過RS485芯片實現(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。把主機通過通訊接口機送來的RS485標準電平轉(zhuǎn)換為TTL電平傳送給8051，把8051送出的TTL電平轉(zhuǎn)換成RS485標準電平通過通訊接口機傳送給主機。

1.3 信號采集通道的選擇

在本設計系統(tǒng)中，溫度輸入信號為8路的模擬信號，這就需要多通道結(jié)構(gòu)。

這種結(jié)構(gòu)的模擬量通道特點為：

（1）對ADC、S/H要求高。

（2）硬件簡單，成本低。其缺點是，軟件比較復雜，處理速度慢。

2.硬件的設計與論證

2.1 信號采集

2.1.1 溫度傳感器——DS18B20

DSl820數(shù)字溫度計提供9位（二進制）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為每一個DSl820在出廠時已經(jīng)給定了唯一的序號因此任意多個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 濕度測量電路

HS1100/HS1101電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。集成定時器555芯片外接電阻R4、R2與濕敏電容C，構(gòu)成了對C的充電回路。7端通過芯片內(nèi)部的晶體管對地短路又構(gòu)成了對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電阻，R1用于平衡溫度系數(shù)。

該振蕩電路兩個暫穩(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充電時間后，Uc達到芯片內(nèi)比較器的高觸發(fā)電平，約0.67Vs，此時輸出引腳3端由高電平突降為低電平，然后通過R2放電，經(jīng)t放電時間后，Uc下降到比較器的低觸發(fā)電平，約0.33Vs，此時輸出引腳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測量電路就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之呈反比的頻率信號。

2.2 系統(tǒng)時鐘的設計

時鐘電路是用來產(chǎn)生8051單片機工作時所必須的時鐘信號，8051本身就是一個復雜的同步時序電路，為保證工作方式的實現(xiàn)，8051在唯一的時鐘信號的控制下嚴格的按時序執(zhí)行指令進行工作，時鐘的頻率影響單片機的速度和穩(wěn)定性。通常時鐘由于兩種形式：內(nèi)部時鐘和外部時鐘。

我們系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘方式來為系統(tǒng)提供時鐘信號。8051內(nèi)部有一個用于構(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)成了一個自激勵振蕩器。

2.3 顯示電路

在單片機應用系統(tǒng)設計中，一般都是把鍵盤和顯示器放在一起考慮。本設計是利用8051的串行口實現(xiàn)鍵盤/顯示器接口。

2.4 報警電路

本設計采用峰鳴音報警電路。峰鳴音報警接口電路的設計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)動器驅(qū)動蜂鳴音發(fā)聲。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅(qū)動電流，可以使用TTL系列集成電路7406或7407低電平驅(qū)動，也可以用一個晶體三極管驅(qū)動。在圖中，P3.2接晶體管基極輸入端。當P3.2輸出高電平“1”時，晶體管導通，壓電蜂鳴器兩端獲得約+5V電壓而鳴叫；當P3.2輸出低電平“0”時，三極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。

3.軟件設計

溫度控制主程序的設計應考慮以下問題：

（1）鍵盤掃描、鍵碼識別和溫度顯示；

（2）溫濕度采樣，數(shù)字濾波；

（3）越限報警和處理；

（4）溫度標度轉(zhuǎn)換。

通常，符合上述功能的溫度控制程序由主程序和T0中斷服務程序兩部分組成。

參考文獻

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