单片机和mcgs智能厂房控制系统设计
摘 要本文设计一种基于单片机与组态环境下的智能厂房控制系统。该系统检测各个厂房环境数据，包括温度、湿度、火灾烟雾以及室外光照等参数。通过RS-232串行接口、脚本驱动通信协议与控制中心进行数据通讯，控制中心根据检测数据实时启动通风、加热、除湿等功能，实现对环境参数的实时调整，以满足不同厂房生产工作需要。该系统可通过触摸屏实时控制，方便查看实时数据，可选择手动、自动控制模式。它将有助于工厂变革，特别对于工厂值班室的集中智能控制。由于经济实用的特点,它将对社会做出巨大的贡献。本文介绍了硬件设计和软件设计方案，给出了详细的硬件电路、程序流程以及系统调试方法。
目 录
第1章 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 课题现状 3
第2章 系统方案设计 5
2.1 设计要求 5
2.2 方案论证 5
第3章 硬件方案设计 8
3.1 单片机选型 8
3.2 光照检测 9
3.3 温度检测 11
3.4 湿度检测 14
3.5 火焰检测 16
3.6 烟雾检测 17
3.7 报警电路 18
3.8 控制模块 19
第4章 单片机程序设计 21
4.1 程序流程图 21
4.2 各模块程序设计 22
4.2.1 系统初始化 22
4.2.2 室外光照检测 22
4.2.3 温度采集 23
4.2.4 湿度采集 24
4.2.5 火灾检测 25
4.2.6 采集数据发送 25
4.2.7 指令接收执行 26
第5章 MCGS脚本驱动设计 28
5.1 设计思路 28
5.2 驱动编写 30
5.3 驱动调试 34
第6章 MCGS组态工程设计 36
6.1 MCGS嵌入式版简介 36
6.2 新建工程与动态链接 37
6.3 组态工程设计与制作 39
6.4 组态工程下载 42
第7章 调
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试与总结 43
7.1 下位机调试问题及解决方法 43
7.2 上位机调试问题及解决方法 44
7.3 总结 45
致谢 46
参考文献 47
附录 49
附录1 电路原理图 49
附录2 毕设实物图 49
附录3 外文翻译 50
第1章 绪论
1.1 课题背景
随着信息技术的日益发展，智能设备发展迅速，其中以物联网技术为代表，智能工厂则是物联网在工业上的应用之一。智能工厂作为目前工厂发展的一个新方向，是在原有基础上，通过物联网技术和自动控制技术实现对工厂各类信息的采集、管理和控制，以达到精简人员、绿色环保、安全可靠、方便舒适的目标。
智能工厂是由实现不同功能的智能系统组成，例如智能生产能实现自动化生产，产品所有生产流程均由计算机进行控制，减少人工干预，能在保证产品质量的基础上优化原料配置，减少资源浪费，降低成本；智能物流能实现产品在存储、运输等环节上的智能管理，优化货源配置，降低运输成本；销售是产品的唯一出路，好的产品不仅需要有好的市场，更需要有相配套的营销方式。智能营销能通过广泛的客户信息获取潜在的客户资源，并可通过不同的通讯方式为客户提供售前和售后的服务，大大降低成本，提高销售量，提升企业形象。
图1.1 智能工厂
众所周知，基本上每一个工厂都会有许许多多的厂房， 每个厂房因功能不同需要配置不同环境参数。例如，工作人员较多的厂房，尤其需要对温度进行控制，夏天酷热冬天严寒等环境下将温度设置在适合人体工作的范围内，为工作人员提供舒适的作业环境。一部分厂房不仅为产品生产过程提供地点，而且存放了大量贵重设备以及部分原料和成品，为物资设备的质量和安全，需要对湿度等环境参数进行严格控制，防止过湿或过干影响质量；同时，还需注重安全监控，当发生火灾时能第一时间检测报警，通知值班人员，将灾害损失降至最低。
检测室外光照实现智能照明[1]。例如，在不需要照明的时候自动关闭照明设备，不仅实现了绿色工厂的理念，而且降低企业成本，提高效益，一举两得。
普通工厂对厂房环境调节能力非常有限，甚至完全不具备某些功能，但是厂房环境是十分重要的指标。因此，智能厂房对于智能工厂的建设也是不能忽视的,厂房的设备安全、绿色环保、环境舒适即是整个设计的宗旨。
一直以来，智能工厂都是很多企业追求的目标。如今，中美德三国都大力发展智能工厂，优势各不相同，美国有先进的信息化、德国有最强的制造业、中国有最大的制造业。各国的工业4.0国家战略也有各自侧重点。德国注重工业自动化和机械制造，美国注重IT技术，中国则提出了“互联网+”战略。然而，真正实现工厂智能化还有很长的一段路要走。因此，实现智能工厂是一个庞大且艰巨的目标，本文着重讨论智能厂房的环境检测和现场控制。
图1.2 智能厂房
1.2 课题现状
本论文在于设计一种将温度、湿度等环境因素的测量和控制集成在一起，实现实时检测和控制的智能厂房控制系统[2]。该系统设计过程包括单片机编程、MCGS脚本驱动编写以及MCGS组态界面的设计和脚本程序编写，单片机通过232串行接口和脚本驱动与MCGS进行数据通信。
下位机将采集到的环境数据发送给上位机，上位机通过编写的脚本程序反过来控制下位机相关I/O口，对系统进行检测、控制和科学管理，以实现舒适、安全、高效、节能的目的[3]。
1.2.1 选用单片机作为下位机原因
下位机是监控系统的核心部分[4]。由于在实际应用中，MCGS在工控场合较为常见，然而单片机却很少有应用，MCGS往往搭配各大厂家的PLC使用。因为工控领域要求系统具备较高的抗干扰能力，同时PLC具有编程简单、开发周期短、稳定可靠、I/O接口多等特点，因此受到了广泛地使用。
随着技术发展目前一些单片机也具备稳定且抗干扰的能力，单片机技术开发日趋成熟，已经渗透了大部分电子领域，单片机相比PLC可塑性更强，成本更低，可大大节省经费。众所周知，一直以来PLC都比单片机稳定，而如今单片机不仅能替换PLC，甚至完全取代PLC。例如在这之前的电梯是绝对禁止使用单片机的，然而如今已有某些电梯用高性能的单片机取代传统PLC。
目 录
第1章 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 课题现状 3
第2章 系统方案设计 5
2.1 设计要求 5
2.2 方案论证 5
第3章 硬件方案设计 8
3.1 单片机选型 8
3.2 光照检测 9
3.3 温度检测 11
3.4 湿度检测 14
3.5 火焰检测 16
3.6 烟雾检测 17
3.7 报警电路 18
3.8 控制模块 19
第4章 单片机程序设计 21
4.1 程序流程图 21
4.2 各模块程序设计 22
4.2.1 系统初始化 22
4.2.2 室外光照检测 22
4.2.3 温度采集 23
4.2.4 湿度采集 24
4.2.5 火灾检测 25
4.2.6 采集数据发送 25
4.2.7 指令接收执行 26
第5章 MCGS脚本驱动设计 28
5.1 设计思路 28
5.2 驱动编写 30
5.3 驱动调试 34
第6章 MCGS组态工程设计 36
6.1 MCGS嵌入式版简介 36
6.2 新建工程与动态链接 37
6.3 组态工程设计与制作 39
6.4 组态工程下载 42
第7章 调
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试与总结 43
7.1 下位机调试问题及解决方法 43
7.2 上位机调试问题及解决方法 44
7.3 总结 45
致谢 46
参考文献 47
附录 49
附录1 电路原理图 49
附录2 毕设实物图 49
附录3 外文翻译 50
第1章 绪论
1.1 课题背景
随着信息技术的日益发展，智能设备发展迅速，其中以物联网技术为代表，智能工厂则是物联网在工业上的应用之一。智能工厂作为目前工厂发展的一个新方向，是在原有基础上，通过物联网技术和自动控制技术实现对工厂各类信息的采集、管理和控制，以达到精简人员、绿色环保、安全可靠、方便舒适的目标。
智能工厂是由实现不同功能的智能系统组成，例如智能生产能实现自动化生产，产品所有生产流程均由计算机进行控制，减少人工干预，能在保证产品质量的基础上优化原料配置，减少资源浪费，降低成本；智能物流能实现产品在存储、运输等环节上的智能管理，优化货源配置，降低运输成本；销售是产品的唯一出路，好的产品不仅需要有好的市场，更需要有相配套的营销方式。智能营销能通过广泛的客户信息获取潜在的客户资源，并可通过不同的通讯方式为客户提供售前和售后的服务，大大降低成本，提高销售量，提升企业形象。
图1.1 智能工厂
众所周知，基本上每一个工厂都会有许许多多的厂房， 每个厂房因功能不同需要配置不同环境参数。例如，工作人员较多的厂房，尤其需要对温度进行控制，夏天酷热冬天严寒等环境下将温度设置在适合人体工作的范围内，为工作人员提供舒适的作业环境。一部分厂房不仅为产品生产过程提供地点，而且存放了大量贵重设备以及部分原料和成品，为物资设备的质量和安全，需要对湿度等环境参数进行严格控制，防止过湿或过干影响质量；同时，还需注重安全监控，当发生火灾时能第一时间检测报警，通知值班人员，将灾害损失降至最低。
检测室外光照实现智能照明[1]。例如，在不需要照明的时候自动关闭照明设备，不仅实现了绿色工厂的理念，而且降低企业成本，提高效益，一举两得。
普通工厂对厂房环境调节能力非常有限，甚至完全不具备某些功能，但是厂房环境是十分重要的指标。因此，智能厂房对于智能工厂的建设也是不能忽视的,厂房的设备安全、绿色环保、环境舒适即是整个设计的宗旨。
一直以来，智能工厂都是很多企业追求的目标。如今，中美德三国都大力发展智能工厂，优势各不相同，美国有先进的信息化、德国有最强的制造业、中国有最大的制造业。各国的工业4.0国家战略也有各自侧重点。德国注重工业自动化和机械制造，美国注重IT技术，中国则提出了“互联网+”战略。然而，真正实现工厂智能化还有很长的一段路要走。因此，实现智能工厂是一个庞大且艰巨的目标，本文着重讨论智能厂房的环境检测和现场控制。
图1.2 智能厂房
1.2 课题现状
本论文在于设计一种将温度、湿度等环境因素的测量和控制集成在一起，实现实时检测和控制的智能厂房控制系统[2]。该系统设计过程包括单片机编程、MCGS脚本驱动编写以及MCGS组态界面的设计和脚本程序编写，单片机通过232串行接口和脚本驱动与MCGS进行数据通信。
下位机将采集到的环境数据发送给上位机，上位机通过编写的脚本程序反过来控制下位机相关I/O口，对系统进行检测、控制和科学管理，以实现舒适、安全、高效、节能的目的[3]。
1.2.1 选用单片机作为下位机原因
下位机是监控系统的核心部分[4]。由于在实际应用中，MCGS在工控场合较为常见，然而单片机却很少有应用，MCGS往往搭配各大厂家的PLC使用。因为工控领域要求系统具备较高的抗干扰能力，同时PLC具有编程简单、开发周期短、稳定可靠、I/O接口多等特点，因此受到了广泛地使用。
随着技术发展目前一些单片机也具备稳定且抗干扰的能力，单片机技术开发日趋成熟，已经渗透了大部分电子领域，单片机相比PLC可塑性更强，成本更低，可大大节省经费。众所周知，一直以来PLC都比单片机稳定，而如今单片机不仅能替换PLC，甚至完全取代PLC。例如在这之前的电梯是绝对禁止使用单片机的，然而如今已有某些电梯用高性能的单片机取代传统PLC。
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