【文章內(nèi)容簡介】 BLUE 圖 38 7SEGMPX4CA 數(shù)碼管驅(qū)動電路 數(shù)碼管驅(qū)動使用譯碼器 74LS154 和非門驅(qū)動，處于常見的 TTL 驅(qū)動，如下： 圖 39 數(shù)碼管驅(qū)動電路 LED 顯示器與單片機 的 連接 在單片機應(yīng)用系統(tǒng) 中 LED 顯示器有動態(tài)和靜態(tài)兩種顯示方式，所謂的靜態(tài)顯示方式就是需要在顯示的字符各段通過連續(xù)的電流，動態(tài)顯示方式就是需要顯示的字符斷續(xù)通過電流，對于動態(tài)顯示， 當(dāng)需要顯示多個字符 時輪流給每個字符通以電流，由于輪流的速度很快，發(fā)光二極管的余輝以及人的視覺暫留等因素，雖然在同一時刻只有一個顯示器通電，但人們看起來都是所有的顯示器都穩(wěn)定的顯示。動態(tài)顯示的特點是：單片機既要控制數(shù)碼管的公共端又要控制各段發(fā)光二極管。各數(shù)碼管的相應(yīng)顯示發(fā)光二極管的段選信號都并聯(lián)起來，接單片機的同一個I/O 口，單片機 控制數(shù)碼管公共端信號，稱 為位選信號，控制數(shù)碼管各顯示字段的信號稱為段選信號，需要在哪些數(shù)碼管上顯示，先輸出哪位信號，選中該數(shù)碼管，再輸出段選信號，顯示一位字符，需要顯示每個字符時，用掃描的方法，依次向各段數(shù)碼管輸出位選信號和段選信號，顯然每一瞬間只有一個數(shù)碼管點亮，但由于掃描頻率高，所以看上去，就像所有的數(shù)碼管都同時點亮。 在本設(shè)計中，顯示部分使用動態(tài)顯示， 單片機的 P0， P1 口作為顯示輸出端口 ， P1 口直接與 LED 顯示器相連， P0 口加上拉電阻輸出原碼后經(jīng)過 74HC154 譯碼后輸入 LED 顯示器。由此實現(xiàn)濕度值與預(yù)設(shè)值的顯示。電路 圖如下： 圖 310 LED 顯示器與單片機的連接 加濕器 單元 超聲波加濕器 原理 超聲波霧化器是利用電子高頻震蕩（振蕩頻率為 或 ，超過人的聽覺范圍，該電子振蕩對人體及動物絕無傷害），通過陶瓷霧化片的高頻諧 振，將液態(tài)水分子結(jié)構(gòu)打散而產(chǎn)生自然飄逸的水霧，不需加熱或添加任何化學(xué)試劑。與加熱霧化方式比較，能源節(jié)省了 90%。另外在霧化過程中將釋放大量的負(fù)離子 ,其與空氣中漂浮的煙霧、粉塵等產(chǎn)生靜電式反應(yīng)，使其沉淀，同時還能有效去除甲醛、一氧化碳、細(xì)菌等有害物質(zhì)，使空氣得到淨(jìng)化，減少疾病的發(fā)生。 超聲波加濕器是以超聲波轉(zhuǎn)能的方法產(chǎn)生高頻震動使水面產(chǎn)生霧化，在霧化過程中產(chǎn)生水霧不斷向周圍蒸發(fā)使空氣中保持一定的濕度 超聲波霧化器基本原理圖如圖： 首先由變壓器經(jīng)過整流橋產(chǎn)生 48V 左右的直流電壓。由 VT、L C L C C R1 及 RP1 組成高頻振蕩器，采用電感三點式振蕩電路，電路的振蕩頻率是超聲波壓電換能振子 B 的固有頻率。 RP1 可以調(diào)節(jié)震蕩幅度，控制加濕強度。 VD5 可以吸收反向電壓從而起到保護(hù)三極管的 作用。 L2 和 C1組成的諧振電路不決定振蕩器的頻率，而是決定振蕩幅度，它的諧振頻率比電路的振蕩頻率約低， L1 和 C3 諧振頻率大于電路的振蕩頻率，采用兩個諧振回路是為了使電路的振蕩頻率合成，使振蕩頻率在大功率下保證穩(wěn)定工作 。 圖 311 超聲波加濕器原理圖 超聲波加濕器的特點 超聲波加濕器采用先進(jìn)的集成機芯全封閉密封技術(shù)，具有較強的耐腐蝕性。同其它類型加濕設(shè)備相比，超聲波工業(yè)用加濕器具有下列特點： 加濕效率高（接近 100%），加濕強度大，產(chǎn)生的霧粒小而均勻，單位時間內(nèi)可迅速達(dá) 到要求的相對濕度，節(jié)約水源； 單位加濕量的能耗指標(biāo)低，超聲波加濕器的耗能量只有 ()，僅相當(dāng)于其它加濕方式的 1/15～ 1/10，日運行費用低； 體積小，可根據(jù)現(xiàn)場條件單獨自成系統(tǒng)，既適合新建廠房的配套安裝，又可在不破壞原有設(shè)備的基礎(chǔ)上，對舊廠房進(jìn)行改造升級； 加濕均勻，可迅速及大面積地解決工業(yè)生產(chǎn)中的實際問題，例如紡織生產(chǎn)中的飛花、斷頭、靜電、毛糙不平和纖維脆弱等問題； 霧化組件采用集成式霧化機芯，全密封式結(jié)構(gòu)設(shè)計達(dá)到了防水的目的并且使霧化片更換、維護(hù)可在現(xiàn)場立即解決 ，完全杜絕了早期超聲波加濕系統(tǒng)易損壞、壽命短和維修繁瑣等問題同時具有自動斷電防干燒問題； 集成霧化機芯自帶過水保護(hù)裝置，可有效地保證霧化機芯在水位過低時自動停止工作，無需另配設(shè)備，節(jié)約了成本； 控制方式靈活、方便，有三種控制方式可供選擇：開關(guān)控制、時序控制和濕度自動控制。在選取時可根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境和人員安排進(jìn)行靈活的選擇、搭配； 設(shè)備采用不銹鋼箱體，外觀美觀大方，耐腐蝕，壽命長； 設(shè)備同時具有固定支架式和可移動式兩種安裝方式，并可通過管道連接安裝在遠(yuǎn)離加濕場所的區(qū)域，既方便了設(shè)備安裝，又提高了空 間的使用效率； 設(shè)備整體設(shè)計經(jīng)過反復(fù)試驗及檢測，結(jié)構(gòu)緊湊，搭配合理，無大功率電機，不是由純粹的機械能驅(qū)動加濕，所以工作時無噪音，對液體的霧化效果高。 超聲波加濕器結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、控制靈敏、高效節(jié)電，與電極（熱）式 加濕器相比，可節(jié)省電能 70%～ 85%左右。 本系統(tǒng)中的超聲波加濕器 考慮到本系統(tǒng)中加濕器實際應(yīng)用環(huán)境和空間面積，本系統(tǒng)選用北京瀚寧空氣技術(shù)有限公司的 型工業(yè)超聲波加濕器如圖 314 所示，該加濕器集式霧化組件，并配有無水保護(hù)裝置，所產(chǎn)生的霧粒直徑只有 310μ m，顆粒均勻，能長時間懸浮于空氣當(dāng)中。加濕器霧化工作時無機械驅(qū)動、無噪音干擾、無污染，霧化效率高、故障率低。 圖 311 型超聲波加濕器 該加濕器有參數(shù)如下： 控制方式：開關(guān)控制 制霧量： 6kg 電源： 220V/50 HZ 功率： 600W 換風(fēng)量： 175m3/h 加濕器的單片機驅(qū)動 在設(shè)計中本應(yīng)該采用大功率繼電器用單片機接口輸出控制加濕器的啟停，可是由于各種原因不能做出實物，為了在仿真中方便清晰的實現(xiàn)設(shè)計功能， 在設(shè)計中做了如下處理：如圖 312 所示 ： 馬達(dá)代表加 濕器。能夠清晰簡單地實現(xiàn)功能仿真 。 圖 312 加濕器驅(qū)動電路圖 聲光報警 單元 在實際生活 生產(chǎn)中，有一些行業(yè)對濕度的要求很高，必須在一定的濕度范圍內(nèi)進(jìn)行工作生產(chǎn)，比如 干燥的環(huán)境容易產(chǎn)生靜電。相對濕度 35%以下時，物體上會產(chǎn)生靜電，并會經(jīng)過任何接觸它的物體將靜電釋放至大地，人體也包括在內(nèi)。走過尼龍地毯時、穿人造質(zhì)料的鞋子可以在干空氣中產(chǎn)生 35000 伏特的靜電。在某些要求較高的環(huán)境，如計算機房、電子加工車間和集成電路生產(chǎn)車間等，靜電放電會損壞 元器件，造成設(shè)備失效；面粉加工廠、燃?xì)庵圃鞆S、油庫以及易燃性粉塵濃度較高的生產(chǎn)環(huán)境，要保持一定的空氣濕度以控制在出現(xiàn)高濃度氧氣和其他易爆氣體混合物時不產(chǎn)生靜電，避免引起爆炸；各類工廠在按既定的加工工藝進(jìn)行生產(chǎn)的時候，不可避免的受到環(huán)境濕度的影響。機械加工、裝配、包裝以及材料處理都對濕度環(huán)境提出一定的要求。在印刷和造紙工業(yè)中，濕度影響紙張的性能。紙的含水量變化會造成尺寸變化，嚴(yán)重時會卷曲使加工品報廢。 所以，設(shè)計的報警部分在當(dāng)前相對濕度小于最低濕度要求時開始工作，發(fā)出聲光提示，提醒工作人員注意安全生產(chǎn)。 圖 313 聲光報警電路圖 4 系統(tǒng) 軟件 設(shè)計 軟件介紹 KEIL C51 是 美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機 C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些部分組合在一起。運行 Keil 軟件需要 WIN9 NT、 WIN202WINXP 等操作系統(tǒng)。如果你使用 C語言編程，那么 Keil 幾乎就是你的不二之選，即使不使用 C 語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調(diào)試工具也會令你事半功倍 . Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。與匯編相比， C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用 C來開發(fā)，體會更 加深刻。 Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。 系統(tǒng)軟件 軟件作為系統(tǒng)的“靈魂”，在本系統(tǒng)中主要完成對外部信息檢測、處理、控制執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的操作，以達(dá)到智能化的控制。本系統(tǒng)軟件主要分為以下幾個單元 。 主控單元 主控單元主要完成系統(tǒng)開機后進(jìn)行初始化，然后啟動傳感器工作，讀取傳感器數(shù)據(jù)送至數(shù)碼管顯示，然后 按鍵處理，記錄濕度設(shè)置的上下限值，然后單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)比對，看濕度是否處于上下限值內(nèi)，不是返 回，如果是則啟動加濕器，同時 進(jìn)行 聲光報警。 流程圖如下所示： 圖 41 主控單元流程圖 系統(tǒng)初始化 啟動溫度傳感器 讀取濕度數(shù)據(jù) 并送數(shù)碼管顯示 按鍵處理，記錄濕度設(shè)置的上下限值 濕度是否處于上下限值內(nèi) ? 聲光報警并啟動加濕或停止加濕 結(jié)束 N Y 濕 度檢測 單元 濕度檢測部分主要通過溫濕度傳感器部分進(jìn)行，啟動加濕器后通過溫濕度傳感器采集的模擬信號經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后由單片機輸送至顯示器。濕度檢測流程圖如下所示： 初 始 化開 始寫 字 節(jié)0 x C C延 時啟 動 溫 濕 度轉(zhuǎn) 換初 始 化寫 字 節(jié)0 x C C讀 取 溫 濕 度寄 存 器讀 溫 濕 度 的兩 個 字 節(jié)溫 濕 度 傳送結(jié) 束溫 度 的 數(shù) 值轉(zhuǎn) 換 為 字 符 圖 42 濕度檢測流程圖 聲光報警流 單元 聲光報警 部分是設(shè)計中對工作人員的重要信息提示， 當(dāng)單片機檢測到濕度值低于設(shè)定下限值是，就會啟動聲光報警。聲光報警流程圖如下所示： 開 始初 始 化讀 取 溫 濕 度調(diào) 顯 示 子 程序報 警結(jié) 束是溫 濕 度 是 否 超 限 ？否 圖 43 聲光報警流程圖 鍵盤 輸入單元 鍵盤輸入單元主要完成工作人員對加濕器的預(yù)設(shè)濕度范圍的設(shè)定，鍵盤 掃描流程圖如下所示： 圖 44 鍵盤掃描流程圖 開始 函數(shù)定義 Kbscan() Delay() P1=0xf0 列線輸入 有無鍵按下 Return() Delay() 返回鍵碼 逐行掃描 Y N 5 系統(tǒng) 仿真 軟件介紹 Proteus 軟件 是英國 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具軟件 （該軟件 中國 總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的 仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學(xué)的教師、致力于單片機開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。 Proteus 是世界上著名的EDA 工具 (仿真軟件 )，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、 PCB 設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持 805 HC1 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3 AVR、 ARM、 8086 和MSP430 等， 2021 年又增加了 Cortex 和 DSP 系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持 IAR、 Keil 和 MPLAB 等多種 編譯器 。 Proteus 軟件 可以仿真 51系列、 AVR、 PIC、 ARM、等常用主流單片機。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型 上編程 ， 再配合顯示及輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。配合 系統(tǒng)配置 的虛擬邏輯分析儀、示波器等， Proteus 建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境。 Proteus 仿真 本設(shè)計使用 Proteus 軟件 進(jìn)行仿真?？梢灾庇^清晰地反映出設(shè)計功能。仿真圖如下： 圖 51 系統(tǒng)仿真圖 6 總結(jié) 本文針對傳統(tǒng)