基于單片機(jī)的恒溫箱智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案-免費(fèi)閱讀
【正文】 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我還得到了系里一些其他老師的關(guān)心和幫助，再次也表示誠(chéng)摯的感謝。經(jīng)過(guò)一個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，恒溫箱控制系統(tǒng)基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，但也存在缺點(diǎn)和不足。如果把所有的電路都做完就連到一起，不去測(cè)試這些模塊的可行性，出現(xiàn)問(wèn)題后會(huì)無(wú)從下手，不知道是哪里出了問(wèn)題，使電路檢查起來(lái)非常麻煩。 鍵盤輸入及其程序設(shè)計(jì)上面介紹了單片機(jī)的輸出設(shè)計(jì)，接下來(lái)就應(yīng)該是輸入部分了，在單片機(jī)的控制系統(tǒng)中，如果沒(méi)有人為的輸入接口，再稱之為智能控制系統(tǒng)難免有點(diǎn)說(shuō)不過(guò)去，智能控制的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)輸入的信號(hào)判斷，并作出相應(yīng)的反應(yīng)，如果沒(méi)有了輸入，系統(tǒng)沒(méi)有了反應(yīng)的依據(jù)，控制也就沒(méi)有了效果，也沒(méi)有了工作的信號(hào)，使整個(gè)系統(tǒng)不受人的控制，也就沒(méi)有了智能的成分。先將定時(shí)器的初值增加100μS，當(dāng)單片機(jī)接到一個(gè)過(guò)零檢測(cè)信號(hào)，啟動(dòng)定時(shí)器，當(dāng)定時(shí)器溢出時(shí)，發(fā)送一個(gè)晶閘管的導(dǎo)通控制信號(hào)。圖42 控制系統(tǒng)主框圖 溫度檢測(cè)與控制程序溫度的檢測(cè)是通過(guò)對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)的讀取來(lái)測(cè)量的，溫度與數(shù)字量不是一一對(duì)應(yīng)的，甚至還有可能不是呈線性變化的，所以在本系統(tǒng)中，用查表并求插值的方法算出溫度的真實(shí)值，數(shù)據(jù)表是在實(shí)際的溫度中測(cè)量的數(shù)字信號(hào)，但是表格不能完全將所有溫度的數(shù)字信號(hào)都記錄下來(lái)，用插值的方法就可以將表中沒(méi)有的溫度值算出來(lái)，這樣可以做到分段的線性，使溫度測(cè)量值更接真實(shí)值。 控制框圖在編程的過(guò)程序中，對(duì)于系統(tǒng)的控制，如果要把程序作的嚴(yán)謹(jǐn)、穩(wěn)定、漏洞少就要對(duì)整體的軟件程序做好模塊化的分割，因?yàn)樵贑PU處理程序時(shí)，它是從主程序進(jìn)入，然后在主程序中調(diào)用各個(gè)模塊程序，如果一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)的所有語(yǔ)句都在主程序中編寫的話，會(huì)使程序的可讀性非常差，而且更重要的一點(diǎn)就是，在CPU執(zhí)行程序時(shí)，它會(huì)將一個(gè)模塊的程序都調(diào)到內(nèi)存中執(zhí)行，這樣，如果模塊的代碼很長(zhǎng)的話容易使程序指針出錯(cuò)導(dǎo)致進(jìn)行死循環(huán)或死機(jī)，這樣的系統(tǒng)是不可用的，是不穩(wěn)定的，所以程序應(yīng)該做成小的模塊，尤其是像延時(shí)一類在程序執(zhí)行中常被調(diào)用的程序。這樣作可以節(jié)省硬件電路，減少開支，針對(duì)本系統(tǒng)可以滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。在單片機(jī)的特定內(nèi)部或某些其它內(nèi)存單元設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志，在開機(jī)后，運(yùn)行中不斷地循環(huán)測(cè)試，來(lái)保證系統(tǒng)中的信息存儲(chǔ)、運(yùn)算、傳輸?shù)母呖煽啃浴?系統(tǒng)的干擾及軟件處理措施 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)出錯(cuò)的外部原因從設(shè)計(jì)和制造的角度來(lái)看，造成應(yīng)用系統(tǒng)容易受干擾的主要原因是：(1)系統(tǒng)提供的電源抗干擾不好或者功率不足；(2)控制程序沒(méi)有抗干擾措施或措施不足；(3)器件間的驅(qū)動(dòng)功率不足，處在比較臨界的狀態(tài)；(4)長(zhǎng)遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)的電源、電壓較低；(5)沒(méi)有使用屏蔽保護(hù)措施；(6)元件質(zhì)量差。在本系統(tǒng)中用到的是TLP5211光耦，其控制電路如圖310所示。同時(shí)，液晶顯示出此時(shí)的實(shí)時(shí)溫度。（2）非編碼鍵盤它是用較為簡(jiǎn)單的硬件和一套專用程序來(lái)識(shí)別按下鍵的位置，并提供與按下鍵相對(duì)應(yīng)的中間代碼，然后再把中間代碼轉(zhuǎn)換成要對(duì)應(yīng)的編碼。圖37 TM240128A字模其取模的方式為：左上－左下－右上－右下。其作用是使CPU和系統(tǒng)中其他部件處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。?RST：復(fù)位輸入，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平（由低到高跳變），將使單片機(jī)復(fù)位。P2口：內(nèi)部帶有上拉電阻的8位雙準(zhǔn)向I/O口，與地址總線（高8位）復(fù)用，能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。當(dāng)P0口訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，它還可設(shè)定成地址數(shù)據(jù)總線復(fù)用的形式。然后使用差動(dòng)的放大器，其輸出Vo為（100K/10K）（V2V1）=T/10，假設(shè)溫度為攝氏28℃，輸出的電壓接A/D轉(zhuǎn)換器，那么A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字值就與攝氏溫度成比例線性關(guān)系。 AD590的輸出電流是以攝氏零度（對(duì)應(yīng)絕對(duì)溫度為273K）為基準(zhǔn)，每增加1℃，它會(huì)增加1μA輸出電流，因此在室溫25℃時(shí)，其輸出電流Iout=（273+25）=298μA。因此，電源變壓器采用雙15V變壓器，輸入220V，50Hz交流電，經(jīng)過(guò)單相橋式整流電路進(jìn)行整流，濾波，在分別經(jīng)過(guò)L781L7809和L7805進(jìn)行穩(wěn)壓后得到12V、9V和5V電壓分別給OP0晶閘管和單片機(jī)進(jìn)行供電，電路原理圖如圖32所示。 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源電路原理電子設(shè)備一般都需要直流電源供電。晶閘管的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： （1）功率放大倍數(shù)可達(dá)幾十萬(wàn)倍；（2）控制靈敏，反應(yīng)快；（3）損耗小，效率高；（4）體積小，重量輕；（5）改善了工作條件，維護(hù)方便。 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇采用高精度A/D轉(zhuǎn)換器。根據(jù)以上控制系統(tǒng)要求，可得出恒溫箱的智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，如圖21所示。 溫度控制設(shè)定波動(dòng)范圍小于177。恒溫箱的智能控制系統(tǒng)采用半導(dǎo)體集成溫度傳感器滿足溫度測(cè)量要求，溫度傳感器將采集的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，然后再由轉(zhuǎn)換電路將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，通過(guò)放大電路和模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，由單片機(jī)處理后，將測(cè)量得到的溫度值顯示于液晶顯示器上。溫度的控制系統(tǒng)是自動(dòng)控制系統(tǒng)較為復(fù)雜的控制，其控制的滯后性是整個(gè)系統(tǒng)中最難克服的難題，因?yàn)闇囟鹊淖兓羌儨蟓h(huán)節(jié)，而溫度的控制也是一個(gè)慣性大，應(yīng)變慢的控制對(duì)象[2]。設(shè)計(jì)要求：完成該系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)掌握單片機(jī)采集測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，提高學(xué)習(xí)新知識(shí)、新技能的能力，培養(yǎng)獨(dú)立設(shè)計(jì)的能力。 溫度實(shí)時(shí)顯示；℃，電壓范圍：+4V—+30V，低功耗。而TLC2543精度高，且與單片機(jī)接口簡(jiǎn)單，所以A/D轉(zhuǎn)換器采用TLC2543。恒溫箱以AT89C52為CPU組成單片機(jī)系統(tǒng)，負(fù)責(zé)輸入信號(hào)的處理和輸出信號(hào)的控制。在對(duì)直流供電要求較高的場(chǎng)合，還需要使用穩(wěn)壓電路，以保證輸出直流電壓更加穩(wěn)定，這樣就得到了比較穩(wěn)定直流電壓U0。AD590 具有標(biāo)準(zhǔn)化的輸出，固有的線性關(guān)系，因而便于使用。根據(jù)系統(tǒng)工作特性及精度要求，設(shè)計(jì)的放大電路如圖34所示。圖35 TLC2543與單片機(jī)接口電路 AT89C52最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī)系統(tǒng)概述AT89C52是一種高性能低功耗的采用CMOS工藝制造的8位微控制器，它提供下列標(biāo)準(zhǔn)特征：片內(nèi)含8k的可反復(fù)擦寫的ROM和2568bit內(nèi)部RAM，32條I/O線，3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷，2個(gè)外部中斷源，共8個(gè)中斷源，片上震蕩器和時(shí)鐘電路。當(dāng)對(duì)P1口寫1時(shí)，它們被內(nèi)部的上拉電阻拉升為高電平，此時(shí)可以作為輸入端使用。P3口：內(nèi)部帶有上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，雙功能復(fù)用口，能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型TTL負(fù)載。VPP為本腳的第二功能，當(dāng)執(zhí)行內(nèi)部編程指令時(shí)， 應(yīng)該接到VCC端。10%；模塊內(nèi)可自帶10V負(fù)壓，用于LCD的驅(qū)動(dòng)電壓；顯示內(nèi)容：240（列）128（行）點(diǎn)；全屏幕點(diǎn)陣；帶8K外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（其地址由軟件設(shè)定）；其接口適配8080系列和Z80系列MPU的控制時(shí)序；驅(qū)動(dòng)方式：1/128 DUTY，1/9 BIAS；工作溫度：－10℃～＋60℃；存儲(chǔ)溫度：－20℃～＋70℃；模塊可帶LED或EL背光；背光電流≤100mA；60’CLOCK顯示。在鍵盤數(shù)目較多的系統(tǒng)中，還要使用鍵
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