單片機(jī)原理與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)第10章(已修改)
2025-01-28 18:01 本頁面
【正文】 第 10章 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)選題 基于單片機(jī)的溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)控制的智能充電器設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的紅外通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 主從式多機(jī)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) CAN總線站點(diǎn)設(shè)計(jì)與通信實(shí)驗(yàn) 利用單片機(jī)和 GSM模塊實(shí)現(xiàn)短消息通信 基于單片機(jī)的安全計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn) 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的無刷直流電機(jī)調(diào)速器設(shè)計(jì) 簡易 MP3播放器設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 溫度檢測通常可利用溫度傳感器和單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。常用的溫度傳感器有熱電偶、熱敏電阻以及集成溫度傳感器等。熱電偶通常用于工業(yè)爐等高溫環(huán)境；熱敏電阻的阻值隨溫度變化而變化，測量其電阻值即可得到環(huán)境溫度；集成溫度傳感器內(nèi)部集成有感溫元件、補(bǔ)償和放大電路等，具有誤差小、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，如 AD590、 DS18B20等。本例使用 PIC單片機(jī)、測溫型熱敏電阻或集成溫度傳感器 DS18B20設(shè)計(jì)一個溫度檢測系統(tǒng)，以掌握溫度傳感器在單片機(jī)系統(tǒng)中的使用方法。 溫度檢測：系統(tǒng)組成 溫度檢測系統(tǒng)由溫度敏感電路、 PIC單片機(jī)及顯示和報(bào)警電路組成，本例采用兩種溫度敏感電路來實(shí)現(xiàn)溫度測量。一種是使用熱敏電阻，利用它和 555芯片組成振蕩電路，其振蕩頻率隨著熱敏電阻的阻值的變化而變化，利用單片機(jī)測量出振蕩器輸出信號的頻率，再通過查表或計(jì)算即可得到溫度。另一種是采用單總線集成數(shù)字溫度傳感器 DS18B20直接測得溫度，利用單片機(jī)構(gòu)造適當(dāng)?shù)臅r序，以從 DS18B20中取得數(shù)據(jù)。溫度的測量值用數(shù)碼管顯示，并在超過限定溫度時用蜂鳴器報(bào)警。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)見下圖。 溫度檢測：系統(tǒng)組成 P I C 單 片 機(jī)熱 敏 電 阻5 5 5B S 1 8 2 0蜂 鳴 器數(shù) 碼 管溫度檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 溫度檢測：設(shè)計(jì)要求 ① 選用 PIC16C54型單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在調(diào)試過程中采用可重復(fù)編程的PIC16F54型單片機(jī)，程序定型后采用 PIC16C54型單片機(jī)。 ② 方法一 ：自行設(shè)計(jì)溫度敏感電路，該電路主要由負(fù)溫度系數(shù)的測溫型熱敏電阻和 555器件組成。建議選用標(biāo)稱阻值為 5～ 10K、 B值為3470的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。 ③ 方法二 ：選用單總線器件 DS18B20設(shè)計(jì)溫度敏感電路。 ④ 溫度的測量范圍為 10～ +120℃ ，測量精度為 ℃ 。 ⑤ 溫度用四位數(shù)碼管實(shí)時顯示。 ⑥ 在溫度超過 100℃ 時利用蜂鳴器發(fā)出警報(bào)。 溫度檢測：設(shè)計(jì)提示 ① 負(fù)溫度系數(shù)的測溫型熱敏電阻的電阻 溫度特性為： 其中， T0是熱敏電阻在絕對溫度下的阻值； RT0是熱敏電阻在絕對溫度下的阻值，即標(biāo)稱阻值； B稱為熱敏電阻的熱敏指數(shù)。在購買熱敏電阻時，必須要明確標(biāo)稱阻值和 B值這兩個指標(biāo)。 ② 檢測溫度有直接法和間接法。直接法通過采樣熱敏電阻上的電壓和電流，計(jì)算其電阻，查表得到溫度。這種方法需要 A/D轉(zhuǎn)換電路。間接法是指將熱敏電阻作為振蕩電路的一個元件，振蕩輸出隨阻值變化而變化， CPU檢測到這種變化，據(jù)此可檢測出溫度。比如，將熱敏電阻和 555器件組成多諧振蕩器，其輸出頻率就與熱敏電阻的阻值對應(yīng)，由此可檢測出溫度值。 ③ 使用頻率法測量溫度時，為了防止電源電壓波動引起的干擾，可采用測量波形的占空比來代替測量波形的頻率。 0 011e xp ( )TTR R B TT?? 溫度檢測：設(shè)計(jì)提示 ④ 采用 DS18B20設(shè)計(jì)時，應(yīng)參考其數(shù)據(jù)手冊，了解單總線器件的使用方法。 DS18B20內(nèi)部集成有補(bǔ)償電路和 A/D轉(zhuǎn)換器等，它輸出的溫度數(shù)據(jù)直接就是數(shù)字量，因此具有模塊化、精度高等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是成本較高，同時利用單總線讀取數(shù)據(jù)需要較長的時間。在對成本和實(shí)時性要求不高的場合，可優(yōu)先采用 DS18B20進(jìn)行設(shè)計(jì)。 ⑤ 單總線器件與單片機(jī)接口時只占用單片機(jī)的一位 I/O口，而且具有信號傳輸距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，但單片機(jī)對它的讀寫要占用較長的時間。在集總式設(shè)計(jì)場合，中央處理器要采集大量數(shù)據(jù)，因此不能在每路信號的讀寫上都花費(fèi)大量時間，此時，可以用 FPGA或 CPLD等器件專門進(jìn)行多路信號的串并轉(zhuǎn)換工作，并通過中斷方式與 CPU交換數(shù)據(jù)。 基于單片機(jī)控制的智能充電器設(shè)計(jì) 充電電池廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，其充放電過程對電池 的安全使用、壽命等具有重要影響。傳統(tǒng)的模擬電路充電器一般以恒流或恒壓方式對電池充電，難以滿足電池對充電過程的特殊要求，容易造成電池因過充、過熱、記憶效應(yīng)等而縮短壽命，甚至引起安全事故。本例設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的智能充電器，通過對充電過程進(jìn)行精確的檢測和控制，最大限度地發(fā)揮充電電池的作用。 智能充電器：系統(tǒng)組成 智能充電器主要由單片機(jī)電路和功率模塊組成，其功率模塊包括充電和放電電路，此外還包括溫度檢測電路和顯示電路。單片機(jī)電路是智能充電器的核心，它檢測充電電壓、充電電流及電池溫度等信息，并按照設(shè)定的充電曲線，輸出指令給功率放大電路，以控制電池的充電過程，在必要時還可以顯示有關(guān)數(shù)據(jù)，以便用戶了解電池的充電狀態(tài)。功率放大電路則根據(jù)單片機(jī)發(fā)出的充電指令，向電池提供相應(yīng)大小的充電電流。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)見下圖。 功 率 模 塊蓄 電 池單 片 機(jī) 電 路溫 度檢 測電 路顯 示電 路充電放電充電電流充電電壓I / OA DP W M I / OA C 2 2 0 V 智能充電器：系統(tǒng)組成 智能充電器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 智能充電器：設(shè)計(jì)要求 ① 針對某 24V10AH的鉛酸蓄電池設(shè)計(jì)智能充電器，要求采用脈沖法對電池充電，即在一個充電周期內(nèi)，有 90％的時間充電， 5％的時間停止充電， 5％的時間放電。每個充電周期為 100ms。該方法充電速度快，充電效率高。整個充電過程分為 3個階段：當(dāng)電池電壓小于 20V時為預(yù)充階段，以 500mA電流對電池充電，這有利于保護(hù)電池；當(dāng)電池電壓處于 20V～ 25V之間時為快充階段，以 2A～ 1A電流對電池快速充電，充電電流隨著電池容量的增加而逐漸減??；當(dāng)電池電壓大于25V為涓充階段，此時電池已經(jīng)充飽，以 100mA電流對電池充電。所述脈沖充電法的原理見下圖。 脈沖電流充電法原理示意圖 智能充電器：設(shè)計(jì)要求 0it預(yù) 充 段 快 充 段 涓 充 段② 當(dāng)電池表面溫度高于 50℃ 時，停止充電，并進(jìn)行過熱指示或報(bào)警。 ③ 充電狀態(tài)指示功能。利用發(fā)光管指示出預(yù)充、快充和涓充等階段。 ④ 用數(shù)碼管顯示充電電壓和電流，分別精確到 。 智能充電器：設(shè)計(jì)要求 智能充電器：設(shè)計(jì)提示 ① 單片機(jī)選用集成有 A/D轉(zhuǎn)換器的 51型或 PIC型單片機(jī)，如 ADuC81ADuC81 PIC16C73等；電池電壓和充電電流信號經(jīng)采樣后，送入單片機(jī)的 A/D管腳，進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換，根據(jù)電壓的大小決定充電方式。 ② 充放電的功率電路可選用下圖所示的基于 MOSFET管的開關(guān)型電路。 當(dāng)功率管 Q1導(dǎo)通、 Q2截止時對電池充電， Q1工作于 PWM方式，通過調(diào)節(jié)占空比來控制平均充電電流的大小， PWM的頻率可取為 20～ 50kHz。當(dāng)功率管 Q1截止、 Q2導(dǎo)通時電池放
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