【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 死機(jī)或其他無(wú)法正常工作的狀態(tài)，可以通過(guò)復(fù)位鹽城工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 （ 2021） 7 按鈕使系統(tǒng)復(fù)位。當(dāng)系 統(tǒng)復(fù)位時(shí)， CPU內(nèi)部寄存器將回歸初始狀態(tài)。 測(cè)溫電路 的設(shè)計(jì) PT100是一種廣泛應(yīng)用的測(cè)溫元件，在 50~600℃℃ 范圍內(nèi)具有其他任何溫度傳感器無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，包括高精度、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等。由于鉑電阻的電阻值與溫度成非線性關(guān)系，所以需要進(jìn)行非線性校正。校正分為模擬電路校正和微處理器數(shù)字化校正，模擬校正有很多現(xiàn)成的電路，其精度不高且易受溫漂等干擾因素影響，數(shù)字化校正則需要在微處理系統(tǒng)中使用，將 Pt電阻的電阻值和溫度對(duì)應(yīng)起來(lái)后存入 EEPROM中，根據(jù)電路中實(shí)測(cè)的 AD值以查表方式計(jì)算相應(yīng)溫度值。 本 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的測(cè)溫電路主要由橋式測(cè)溫電路和 A/D轉(zhuǎn)換器組成，橋式測(cè)溫電路主要由熱電阻 PT100構(gòu)成，而 A/D轉(zhuǎn)換器則由內(nèi)置運(yùn)算放大器的 AD7705為主要器件構(gòu)成。 常用的 Pt電阻接法有三線制和兩線制，其中三線制接法的優(yōu)點(diǎn)是將 PT100的兩側(cè)相等的的導(dǎo)線長(zhǎng)度分別加在兩側(cè)的橋臂上，使得導(dǎo)線電阻得以消除。常用的采樣電路有兩種：一為橋式測(cè)溫電路，一為恒流源式測(cè)溫電路。 本系統(tǒng)采用橋式測(cè)溫電路。 測(cè)溫原理：電路采用 TL431和電位器 VR1調(diào)節(jié)產(chǎn)生 ；采用 RR VR Pt100構(gòu)成測(cè)量電橋（其中 R1＝ R2， VR2為 100Ω精密電阻），當(dāng) Pt100的電阻值和 VR2的電阻值不相等時(shí)，電橋輸出一個(gè) mV級(jí)的壓差信號(hào)，這個(gè)壓差信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)放 LM324放大后輸出期望大小的電壓信號(hào)，該信號(hào)可直接連 AD轉(zhuǎn)換芯片。差動(dòng)放大電路中 R3＝ R R5＝ R放大倍數(shù)＝ R5/R3。 放大器的放大倍數(shù)應(yīng)與傳感器及 A／ D轉(zhuǎn)換器相匹配。由于傳感器的靈敏度為 3mV／ V，供橋電壓為 5V 那么在額定載荷 20t 的作用下單個(gè)傳感器的輸出電壓為：Uo=5Vx3mV／ V=15mV， 此 5mV代表 20210 kg 的重量，則每 kg表示的電壓為： K1=15mV／ 20210kg=／ kg， 而 A／ D轉(zhuǎn)換器 AD7705是 16位的，最大輸出數(shù)值為 FFFFH，代表著 65535kg 的重量值，這是四個(gè)傳感器感應(yīng)重量的平均值。 由于 A／ D轉(zhuǎn)換器的滿量程輸出電壓為 5V，轉(zhuǎn)換數(shù)字為 FFFFH，對(duì)應(yīng)為 65535 kg的重量。則每 kg 表示的電壓為： K2=5V／ 65535=／ kg， 由此可以算出放大倍數(shù)： X=K2/K1=，故不需要外加放大電路。 在本設(shè)計(jì)中 SCLK 接 AT89C51 的同步脈沖輸出端 TXD,AD7705 的數(shù)據(jù)輸入。輸出端 一同接 STC89C52 的串行數(shù)據(jù)輸入 ,輸出端 RXD。在該種連接方式下，對(duì)AD7705 的數(shù)據(jù)的讀取可按 51 系列單片機(jī)串行口的工作方式 0 完成 設(shè)計(jì) 。 5V 工作電壓經(jīng)分壓后為 AD7705 提供基準(zhǔn)電壓，因此工作電壓的變化不會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。分壓電阻為 24kΩ 和 15kΩ ，產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓為 。 基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分布式電烤箱溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 圖 32 AD7705與 STC89C52單片機(jī)連接的電路圖 確定 AD7705 的相應(yīng)參數(shù)?。狠敵鰯?shù)據(jù)更新速率： 50Hz。系統(tǒng)增益： 128。有效分辨率： 16 位。 顯示 電路 的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)下位機(jī)溫度顯示采用 4位共陽(yáng)極數(shù)碼管， 共陰 極 即負(fù)端接地，正端接 P口。缺點(diǎn) 是 ： 。 P口全為 1,LED全亮，要編程控制。共陽(yáng)所有正端接 +5V,負(fù)極接 P口 ， 沒有以上缺點(diǎn)。故 采 用共陽(yáng)極 。 數(shù)碼管顯示原理： 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示，是將所用數(shù)碼管的相同段（ a～ g 和 p）并聯(lián)在一起，通過(guò)選位通信號(hào)分時(shí)控制各個(gè)數(shù)碼管的公共端，循環(huán)依次點(diǎn)亮各個(gè)數(shù)碼管。當(dāng)切換速度足夠快時(shí)，由于人眼的“視覺暫留”現(xiàn)象，視覺效果將是六個(gè)數(shù)碼管同時(shí)顯示，選通信號(hào)的時(shí)序關(guān) 系如圖所示。 圖 33 位選信號(hào)時(shí)序波形圖 鹽城工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 （ 2021） 9 圖 34 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描 數(shù)碼管選通控制信號(hào)分別對(duì)應(yīng) 4 個(gè)數(shù)碼管的公共端，當(dāng)某一位選通控制信號(hào)為高電平時(shí)，其對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管被點(diǎn)亮，因此通過(guò)控制選通信號(hào)就可以控制數(shù)碼管循環(huán)依次點(diǎn)亮。一個(gè)數(shù)碼管穩(wěn)定顯示要求的切換頻率要大于 50Hz，那么 4 個(gè)數(shù)碼管則需要 50 4＝ 200Hz 以上的切換頻率才能看到不閃爍并且持續(xù)穩(wěn)定顯示的字符。 用三極管控制共陽(yáng)極數(shù)碼管是利用三極管的開關(guān)特性，用 PNP三極管，集電極接地，然后通過(guò)基極控制三極管的通斷，當(dāng)通過(guò)單片機(jī)給基極一 個(gè)低電平時(shí)，發(fā)射極導(dǎo)通，集電極與發(fā)射極也之間也導(dǎo)通了，一般都是用三極管控制數(shù)碼管的位選引腳。簡(jiǎn)單地說(shuō)就集電極和發(fā)射極相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)，基極是控制端，基極給高電平是，開關(guān)是斷開基極給低電平時(shí)，開關(guān)合上 。 如圖 35數(shù)碼管顯示電路所示，采用 4位共陽(yáng)極數(shù)碼管 COM1COM4為 4個(gè)位選端，Q1Q4為 PNP型三極管，型號(hào)為 9012，發(fā)射極接 +5V電源，基極接 1K的限流電阻，集電極接數(shù)碼管。 圖 35 數(shù)碼管顯示電路 基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分布式電烤箱溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 收發(fā)電路的設(shè)計(jì) 收發(fā)電路采用 nRF905芯片，直接和單片機(jī)的 I/O口連接。 nRF905片內(nèi)集成了電源管理、晶體振蕩器、低噪聲放大器、頻率合成器以及功率放大器等模塊，曼徹斯特編碼／解碼由片內(nèi)硬件完成，無(wú)需用戶對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特編碼，因此使用非常方便。 nRF905為 32腳 QFN封裝，其管腳的定義與功能如表 31所示。 表 31 nRF905管腳的定義與功能表 引腳 名稱 方向 說(shuō)明 1 TRX CE I／ 0 2 PWR UP I 3 uPCLK 0 輸出時(shí)鐘 6 CD 0 載波檢測(cè) 7 AM 0 地址匹配 8 DR 0 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒 10 MIS0 0 SPI數(shù)據(jù)輸出 11 M0SI I SPI數(shù)據(jù)輸入 12 SCK I SPI時(shí)鐘 13 CSN I SPI片選，低有效 14 XC1 I 晶振輸入引腳 15 XC2 0 晶振輸出引腳 19 VDD_ PA 0 電源輸出，給功放提供 1． 8V電壓 20,21 ANT1／ 2 天線接口 1／ 2 23 IREF I 參考輸入 31 DVDD_1V2 低電壓正數(shù)字輸出 32 TX_EN I =1：發(fā)送模式； =0：接收模式 4， 17， 25 VDD 電源正端 5,9,16,18， 22， 24， 26～ 30 VSS 電源地 nRF905有兩種工作模式和兩種節(jié)能模式。兩種工作模式分別是 ShoekBumt接收模式和 ShoekBurst發(fā)送模式。兩種節(jié)能模式分別是掉電 Power Down)模式和待機(jī)(Standby)模式。在節(jié)能模式下，可以進(jìn)行 SPI編程。 nRF905的工作模式由 TRX_CE、TX_ EN和 PWR_UP三個(gè)引腳決定，如表 2所示。 表 32 nRF905的工作模式表 PWR UP TRX_ CE O 掉電和 SPI編程 1 0 待機(jī)和 SPI編程 1 1 O ShockBurst接收模式 鹽城工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 （ 2021） 11 a、 ShockBurst模式 與射頻數(shù)據(jù)包有關(guān)的高速信號(hào)處理都在 nRF905片內(nèi)進(jìn)行，數(shù)據(jù)速率由微控制器配置的 SPI接口決定。數(shù)據(jù)在微控制器中低速處理，但在 nRF905中高速發(fā)送。因此中間有很長(zhǎng)的時(shí)間空閑，這很有利于節(jié)能。由于 nRF905工作于 Shock Burst模式，因此使用低速的微控制器也能得到很高的射頻數(shù)據(jù)發(fā)射速率。在 ShockBurst接收模式下，當(dāng)一個(gè)包含正確地址和數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包被接收到后，地址匹配 (A 和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好 (DR)兩引腳通知微控制器 (MCU)。在 Shock Burst發(fā)送模式下， nRF905自動(dòng)產(chǎn) 生字頭和 CRC校驗(yàn)碼。當(dāng)發(fā)送過(guò)程完成后， DR引腳通知微處理器數(shù)據(jù)發(fā)射完畢。 nRF905傳輸數(shù)據(jù)時(shí)為非實(shí)時(shí)方式，即發(fā)送端發(fā)出數(shù)據(jù)，接收端收到后先暫存于芯片存儲(chǔ)器內(nèi)， MCU可以在需要時(shí)再到芯片中去取用。 nRF905一次的數(shù)據(jù)傳輸量最多為 32字節(jié)。 b、 節(jié)能模式 nRF905的節(jié)能模式包括掉電模式和待機(jī)模式。在掉電模式下， nRF905的工作電流最小，一般為 2． 5 A。進(jìn)入掉電模式后， nRF905保持配置字中的內(nèi)容，但不會(huì)接收或發(fā)送任何數(shù)據(jù)。待機(jī)模式有利于減小工作電流，從待機(jī)模式到發(fā)送模式或接收模式的啟動(dòng)時(shí)間也比較 短。在待機(jī)模式下， nRF905內(nèi)部的部分晶體振蕩器處于工作狀態(tài)。 nRF905在待機(jī)模式下的工作電流，跟外部晶體振蕩器的頻率有關(guān)。 電烤箱溫度控制 電路 對(duì)電烤箱的溫度控制主要靠繼電器，單片機(jī)通過(guò) P25端口輸出 PWM信號(hào)，通過(guò)控制高電平的時(shí)間來(lái)控制繼電器開通時(shí)間，從而控制電烤箱的溫度。 繼電器采用天波公司的 HJR3FFSZ，具體線 線圈參數(shù)（ 20℃） 見表 33. 表 33 繼電器 線圈參數(shù) 額定電壓 (VDC) 3 5 6 9 12 18 24 48 線圈阻值 (Ω177。 10%) 25 69 100 225 400 900 1600 6400 額定電流 (mA) 120 60 40 30 20 15 最大吸合電壓 (VDC) 9 18 36 最小釋放電壓 (VDC) 最大過(guò)載電壓 70℃時(shí)額定電壓的 130%， 23℃時(shí)額定電壓的 170% NPN 晶體管驅(qū)動(dòng)時(shí) ， 當(dāng)晶體管 T基極被輸入高電平時(shí)，晶體管飽和導(dǎo)通，集電極變?yōu)榈碗娖?，因此繼電器線圈通電，觸點(diǎn) RL1 吸合。 當(dāng)晶體管基極被輸入低電平時(shí)，晶體管截止，繼電器線圈斷電，觸點(diǎn) RL1 斷開。晶體管可視為控制開關(guān)，一般選取VCBO≈VCEO≥24V ，放大倍數(shù) β 一般選擇在 120～ 240 之間 ，本電路采用 NPN 型三極管 8550。電阻 R 主要起限流作用，降低晶體管功耗，阻值為 1 KΩ 。電阻 R 使晶體管可靠截止，阻值為 。二極管反向續(xù)流，抑制浪涌，一般選 4148 即可 。 繼電器開關(guān)電路如圖 37 所示。 基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分布式電烤箱溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 圖 37 電器開關(guān)電路 電源電路 單片機(jī)所用為 +5V電壓，而 NRF905無(wú)線模塊所用電壓為 +，所以在此設(shè)計(jì)了電源轉(zhuǎn) 換模塊，可以將 +5V電壓轉(zhuǎn)換為 +。本模塊主要采用的 ，配用 1K電阻、二極管 581 10uF和 ，將輸入的 +5V電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的 +，供給 NRF905無(wú)線模塊。 AMS1117系列穩(wěn)壓器有可調(diào)版與多種固定電壓版，設(shè)計(jì)用于提供 1A輸出電流且工作壓差可低至 1V。在最大輸出電流時(shí)， AMS1117器件的壓差保證最大不超過(guò) ，并隨負(fù)載電流的減小而逐漸降低。 AMS1117的片上微調(diào)把基準(zhǔn)電壓調(diào)整到 %的誤差以內(nèi)，而且電流限制也得到了調(diào)整，以盡 量減少因穩(wěn)壓器和電源電路超載而造成的壓力。 AMS1117器件引腳上兼容其他三端 SCSI 穩(wěn)壓器，提供適用貼片安裝的 SOT223，8引腳 SOIC，和 TO252(DPAK)塑料封裝。 AMS1117 應(yīng)用 ： 高效線性穩(wěn)壓器 、 后置穩(wěn)壓器，用于交換式電源 5V 至 線性穩(wěn)壓器 、 電池充電器 、 有源 SCSI 終端 、 筆記本電源管理 、 電池供電設(shè)備 。 圖 38 電源轉(zhuǎn)換 鹽城工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 （ 2021） 13 4. 基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的分布式電烤箱溫控系統(tǒng) 的軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng) 軟件 的 框圖 系統(tǒng)上電復(fù)位 首先完成對(duì)各端口和模塊初始化 ， 主站可以實(shí)現(xiàn)與子站之間的無(wú)線通信 ， 也可以通過(guò)有線的方式與計(jì)算機(jī)軟件處理系統(tǒng)進(jìn)行通信 ， 作為整個(gè)采集系統(tǒng)的主站 ， 與子微控制器定時(shí)向各子站發(fā)出喚醒信息 ! 然后轉(zhuǎn)入接收狀態(tài) !， 等待應(yīng)答 。 為了避免同頻干擾的問(wèn)題 ， 系統(tǒng)采用分時(shí)技術(shù) ， 把系統(tǒng)主站與任意一個(gè)子站之間的通信采用時(shí)分的方式分開 。 主站通過(guò)掃描的方式與各子站進(jìn)行單臺(tái)通信 ， 這樣系統(tǒng)中的主站與子站的通信方式就成為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式 ， 整個(gè)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)系統(tǒng)的通信就成為若干個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的組合 。 因此 ， 主站收到應(yīng)答信號(hào)后發(fā)送傳輸數(shù)據(jù)命令 ， 并 且接收該子站發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù) 。 接收完最后一幀數(shù)據(jù)后 ， 返回檢查是否為最后一個(gè)子站 ， 如果是 ， 則結(jié)束本次數(shù)據(jù)采集工作 ； 如果不是 ， 則修改握手協(xié)議中子站地址識(shí)別信息 ， 采集下一子站的數(shù)據(jù) 。 主站可以提高傳輸效率 ， 并可以有效的解決同頻干擾問(wèn)題 ， 子站數(shù)據(jù)采集結(jié)束 ， 則可與計(jì)算機(jī)軟件處理系統(tǒng)進(jìn)行通信 。 主站將采集到的數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī) ， 交由數(shù)據(jù)處理軟件分析與處理 ， 實(shí)現(xiàn)輸油管道的檢測(cè)等任務(wù) ， 主站程序流程框圖如圖 41所示 。 系 統(tǒng) 初 始 化與 子 站 通 信 ？握 手 ?有 數(shù) 據(jù) ？回 答 ？發(fā) 送 握 手 協(xié) 議發(fā) 送 應(yīng) 答 數(shù) 據(jù)發(fā) 送 數(shù) 據(jù)YYYNNNYN開 始 圖 41 主站程序 程序流程圖 子站 主程序的設(shè)計(jì) 硬件系統(tǒng)搭載完畢，軟件