【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 據(jù)材料不同正向壓降一般為 — 2V額定電流為 10mA 最大電流為 40mA。靜態(tài)顯示時(shí)取 10mA 為宜動(dòng)態(tài)掃描顯示可加大脈沖電流但一般不超過(guò) 40mA。如表 23 所示。 表 23 數(shù)碼管靜態(tài)顯示表 顯示字符 dp g f e d c b a 十六進(jìn)制數(shù) 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0C0H 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0F9H 2 1 0 1 0 0 1 0 0 0A4H 3 1 0 1 1 0 0 0 0 0B0H 4 1 0 0 1 1 0 0 1 99H 5 1 0 0 1 0 0 1 0 92H 6 1 0 0 0 0 0 1 0 82H 7 1 1 1 1 1 0 0 0 0F8H 8 1 0 0 0 0 0 0 0 80H 9 1 0 0 1 0 0 0 0 90H A 1 0 0 0 1 0 0 0 88H B 1 0 0 0 0 0 1 1 83H C 1 1 0 0 0 1 1 0 0C6H D 1 0 1 0 0 0 0 1 0A1H E 1 0 0 0 0 1 1 0 86H F 1 0 0 0 1 1 1 0 8EH 74HC04 芯片 CMOS六反相器 . 遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 8 LSTTL 邏輯 IC 功耗減少很多 2V 到 6V LSTTL 邏輯信號(hào)， VIL=(Max)， VIH=2V(Min) CMOS邏輯輸入， 1μ AatVOL， VOH 如圖 23 所示。 55℃ 125℃。 圖 23 74HC04 管腳圖 CX20216 芯片 CX20216 內(nèi)部由前置電路將接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成 CX20216 可以接收的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)送到 CX20216 的 1 管腳。 CX20216 的總放大增益約為 80dB 其 7 管腳輸出的控制脈沖序列信號(hào)幅度在 ~5V 范圍內(nèi)。總增益大小由 2 管腳外接的 R1.。 決定 越小或 越大增益越高。但取值過(guò)大時(shí)將造成頻率響應(yīng)變差 為10uF。采用峰值檢波方式檢波電容 為 10uF。 R2 為帶通濾波器中心頻率 f0 的外部電阻。積分電容 取 330pF。經(jīng) CX20216 處理后的脈沖信號(hào)由 7 管腳輸出給 AT89S51 進(jìn)行譯碼處理。 CX2021:紅外解碼芯片。 圖 24 CA20216 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 9 3 可燃性氣體泄漏報(bào) 警器的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 可燃性氣體泄漏報(bào)警系統(tǒng)總方案 本設(shè)計(jì)是以 AT89S51 單片機(jī)控制的可燃性氣體泄漏報(bào)警系統(tǒng)。該裝置將單片機(jī)的實(shí)時(shí)控制及數(shù)據(jù)處理功能與超聲波的測(cè)距技術(shù)相結(jié)合可檢測(cè)著火時(shí)的溫度通過(guò)LED 顯示裝置顯示溫度并由蜂鳴器根據(jù)距離遠(yuǎn)近發(fā)出警告聲。 本設(shè)計(jì)中將電路分為以下幾個(gè)主要的組成部分，分別是超聲波發(fā)射超聲波接收溫度測(cè)量顯示和報(bào)警電源等硬件電路部分以及相應(yīng)的軟件部分構(gòu)成。系統(tǒng)框圖如圖31 所示。 圖 31 系統(tǒng)框圖 整個(gè)系統(tǒng)由單片機(jī) AT89S512 控制 超聲波傳感器采用收發(fā)分體式分別是一支超聲波發(fā)射 換能器和一支超聲波接收換能器。超聲波信號(hào)通過(guò)超聲波發(fā)射換能器發(fā)射到空氣中遇被測(cè)物反射后回聲波被超聲波接收換能器接收。進(jìn)行相關(guān)處理后輸入單片機(jī)的 INTO 腳產(chǎn)生中斷 計(jì)算中間經(jīng)歷的時(shí)間同時(shí)再根據(jù)具體的溫度計(jì)算相應(yīng)的聲速根據(jù)式 (12)就可得出相應(yīng)的溫度。報(bào)警系統(tǒng)根據(jù) LED 顯示的溫度發(fā)出報(bào)警。 超聲波發(fā)射模塊 超聲波發(fā)射部分是為了讓超聲波發(fā)射換能器能向外界發(fā)出 40KHZ 左右的方波脈沖信號(hào)。 40KHZ 左右的方波脈沖信號(hào)的產(chǎn)生通常有兩種方法 采用硬件如 555 測(cè)溫電路 14 振蕩產(chǎn)生或軟件。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)軟件編程控制。 由單片機(jī) 端口輸出 40KHZ左右的方波脈沖信號(hào) 由于單片機(jī)端口輸出功率不夠 40KHZ方波脈沖信號(hào)遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 10 分成兩路送給一個(gè)由 74HLS04 組成的推挽式電路進(jìn)行功率放大以便使發(fā)射距離足夠遠(yuǎn) 滿足測(cè)量距離要求最后送給超聲波發(fā)射換能器以聲波形式發(fā)射到空氣中。 發(fā)射部分的電路如圖 32 所示。圖中輸出端上拉電阻 R16， R17 一方面可以提高反向器 74HLSO4 輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力 另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果縮短其自由振蕩的時(shí)間。 圖 32 超聲波發(fā)射電路圖 超聲波接收模塊 超聲波換能器發(fā)射的超聲波信號(hào)在空氣 中傳播遇到溫度高于標(biāo)準(zhǔn)溫度的物體就會(huì)返回 超聲波接收模塊是為了將反射回波順利接收到超聲波接收換能器進(jìn)行轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并對(duì)此電信號(hào)進(jìn) 行放大、濾波、整形等處理。本設(shè)計(jì)中采用的是索尼公司生產(chǎn)的集成芯片 CX20216。超聲波接受換能器將得到的一個(gè)負(fù)脈沖送給單片機(jī)的(INT0)引腳 便產(chǎn)生一個(gè)中斷。接收模塊的電路如圖 33. 由電路圖可以看出集成芯片 CX20216 在接收模塊電路中起了很大的作用。CX20216 是一款應(yīng)用廣泛的紅外線檢波接受的專用芯片 其具有功能強(qiáng)、性能優(yōu)越、遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 11 外圍接口簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。由于紅外遙控常用 的載波頻率 38KHZ 與測(cè)距的超聲波頻率 40KHZ 比較接近 而且 CX20216 內(nèi)部設(shè)置的濾波器中心頻率 f0 可由其 5引腳外接電阻調(diào)節(jié) 阻值越大中心頻率越低范圍為 30~60KHZ。所以本設(shè)計(jì)中采用它來(lái)做接收電路。 CX20216 內(nèi)部由前置放大器、限幅放大器、帶通濾波器、檢波器、積分器及整形電路構(gòu)成。工作過(guò)程是 接收到的回波信號(hào)先經(jīng)過(guò)前置放大器和限幅放大器將信號(hào)調(diào)整到合適幅值的矩形脈沖由濾波器進(jìn)行頻率選擇、 濾除干擾信號(hào) 再經(jīng)整形送到輸出端 7 腳。當(dāng)接收到與 CX20216 濾波器中心頻率相符的回波信號(hào)時(shí) 其輸出端 7 腳就輸出低電平 而 輸出端 7 教直接接收到 AT89S52的 引腳上 以觸發(fā)中斷。若頻率有一些誤差可調(diào)節(jié)芯片引腳 5 的外接電阻 ，將濾波器的中心頻率設(shè)置在 40KHZ 就可達(dá)到理想的效果。 圖 33 超聲波 接收模塊電路圖 其它主要模塊 溫度測(cè)量模塊 為提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確度 本設(shè)計(jì)采用了溫度補(bǔ)償法。這里用的主要元器件是美國(guó)Dallas 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20。其具有準(zhǔn)確度高、智能化、體積小、線路簡(jiǎn)潔等特點(diǎn)。將單片機(jī)的 口與 DS18B20 數(shù)據(jù)線相連就可以實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量 遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 12 圖 34 溫度測(cè) 量電路圖 LED 顯示模塊 本設(shè)計(jì)顯示模塊使用 LCD 顯示所測(cè)距數(shù)值 TC1602 顯示的容量為 2 行 16 個(gè)字。液晶顯示屏有消耗小、體積小、顯示內(nèi)容多、超薄輕巧、方便等許多優(yōu)點(diǎn)。與數(shù)碼管相比顯得更專業(yè)、美觀。從價(jià)格上考慮本設(shè)計(jì)采用數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管分為共陰數(shù)碼管和共陽(yáng)數(shù)碼管 本系統(tǒng)中使用共陰數(shù)碼管其工作原理是公共端接地低電位然后給 abcdefgh 每段賦予高電位 就可顯示不同的數(shù)值顯示。單片機(jī)通過(guò) P0 口輸出數(shù)字 80 的二進(jìn)制代碼 給數(shù)碼管賦予段值再通過(guò) P2 端口將數(shù)碼管位選通 數(shù)碼管就可以顯示出設(shè)定的安全溫度 。 圖 35 LED 顯示模塊 遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 13 電源模塊 電源模塊電路采用 LM7805 三端穩(wěn)壓集成電路 用 LM7805 三端穩(wěn)壓 IC 來(lái)組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少 電路內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò)熱及調(diào)整管的保護(hù)電路使用起來(lái)可靠、方便而且價(jià)格便宜。該系列 集成穩(wěn)壓 IC 型號(hào)中的 LM78 或 LM79 后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓 如 LM7805 表示輸出電壓為正 5V。此電源模塊電路利用 LM7805 芯片不僅生成了穩(wěn)壓電源 并且并聯(lián)了一個(gè)限流電阻和一個(gè)檢測(cè)作用方便迅速發(fā) 現(xiàn)電源供給問(wèn)題所在。 如圖 36 所示 圖 36 電源模塊 聲音報(bào)警模塊 在很多設(shè)備上裝備防爆系統(tǒng) 用于減少氣體泄漏時(shí)發(fā)生爆炸的概率。儀表板上有指示燈指示設(shè)備的溫度在溫度達(dá)標(biāo)時(shí)有指示燈和聲音報(bào)警。 本設(shè)計(jì)中采用一個(gè)蜂鳴器 由 輸出一定頻率的信號(hào) 在連接到蜂鳴器之前經(jīng)過(guò)一個(gè)三極管 9012 的放大。聲音報(bào)警的電路連接如圖 37 所示。 圖為報(bào)警器電路 R6， R10 為限流電阻 當(dāng) 口輸出高電平是 三極管 截止此時(shí)由于 2 為高電平 LED 與揚(yáng)聲器沒(méi)有電流流過(guò) 即 LED 不亮 口輸出低電平時(shí) 三 極管 LED與揚(yáng)聲器有電流流過(guò) 即 LED亮，揚(yáng)聲器響起。 遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 14 圖 37 聲音報(bào)警模塊 總體電路設(shè)計(jì) 通過(guò)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)模塊的設(shè)計(jì) 由此可以基本確定本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體電路的基本框圖，見(jiàn)附錄 。 遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 15 4 程序流程的設(shè)計(jì) 主程序流程設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用匯編語(yǔ)言編程 系統(tǒng)程序包括主控程序、 T1 中斷服務(wù)子程序、 INT0中斷服務(wù)子程序、測(cè)溫子程序、溫度計(jì)算子程序、顯示子程序、時(shí)子程序和報(bào)警子程序設(shè)計(jì)等。主程序流程圖如圖 41 所示。 圖 41 主程序流程圖 中斷程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)初始化后就啟動(dòng)定時(shí)器 T1 從 0 開(kāi)始計(jì)數(shù)。此時(shí)當(dāng)主程序進(jìn)入等待 當(dāng)?shù)竭_(dá)65ms 時(shí) T1 溢出進(jìn)入 T1 中斷服務(wù)子程序 T1 中斷服務(wù)子程序中將啟動(dòng)一次新的超聲波發(fā)射 此時(shí)將在 引腳上開(kāi)始產(chǎn)生 40KHZ 的方波 同 時(shí)開(kāi)啟定時(shí)器 T0 計(jì)時(shí)為了避免折射波的繞射需要延時(shí) 1ms 后再開(kāi) INT0 中斷允許 INT0 中斷允許上電開(kāi)遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 16 始打開(kāi)后若此時(shí) (INT0)引腳出現(xiàn)低電平則代表收到回波信號(hào)。將提出中斷請(qǐng)求進(jìn)入 INT0 中斷服務(wù)子程序 在 INT0 中斷服務(wù)子程序中將停止定時(shí)器 T0 計(jì)時(shí) 讀取定時(shí)器 T0 時(shí)間值到相應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)功標(biāo)志將調(diào) 用溫測(cè)子程序采集超聲波測(cè)溫時(shí)的環(huán)境溫度并換算出準(zhǔn)確的聲速存儲(chǔ)到 RAM 存儲(chǔ)單元中此后主程序調(diào)用顯示子程序進(jìn)行顯示啟動(dòng)揚(yáng)聲器報(bào)警。當(dāng)一次發(fā)射、接受、顯示的過(guò)程完后系統(tǒng)將延遲 100ms 重新讓T1 置初值 再次啟動(dòng) T1 以溢出 進(jìn)入下一次測(cè)溫。 圖 42 中斷流程圖遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 17 5 調(diào)試 硬件調(diào)試 第一步 通電觀察。將電路通電觀察有無(wú)異?，F(xiàn)象例如有無(wú)器件冒煙現(xiàn)象有無(wú)異常氣味手摸集成電路外封裝是否發(fā)燙等。如果出現(xiàn)異?，F(xiàn)象應(yīng)立即關(guān)斷電源待排除故 障后再通電。第二步靜態(tài)調(diào)試。將信 號(hào)輸入端加固定的電平信號(hào)后進(jìn)行的直流測(cè)試 可用萬(wàn)用表測(cè)出電路中各點(diǎn)的電位通過(guò)和理論估算值比較結(jié)合電路原理的分析判斷電路直流工作狀態(tài)是否正常及時(shí)發(fā)現(xiàn)電路中已損壞或處于臨界工作狀態(tài)的元器件。通過(guò)更換器件或調(diào)整電路參數(shù)使電路直流工作狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求。 第三步 動(dòng)態(tài)調(diào)試。動(dòng)態(tài)調(diào)試是在靜態(tài)調(diào)試的基礎(chǔ)上進(jìn)行的在電路的輸入端加入合適的信號(hào)按信號(hào)的流向用示波器順序檢測(cè)各測(cè)試點(diǎn)的輸出信號(hào)若發(fā)現(xiàn)不正常現(xiàn)象應(yīng)分析其原因并排除故障再進(jìn)行調(diào)試直到滿足要求。 軟件調(diào)試 所謂軟件調(diào)試 是將編制的程序投 入實(shí)際 運(yùn)行前 用手工或編譯程序等方法進(jìn)行測(cè)試修正語(yǔ)法錯(cuò)誤和邏輯錯(cuò)誤的過(guò)程。這是保證單片機(jī)正確運(yùn)行的必不可少的步驟。編完單片機(jī)程序必須送入單片機(jī)中測(cè)試。 我把軟件調(diào)試過(guò)程分為兩步 第一步 使用軟件調(diào)試程序。將編輯好的匯編語(yǔ)言程序進(jìn)行編譯連接消除基本的語(yǔ)法錯(cuò)誤再通過(guò)軟件自帶的調(diào)試工具進(jìn)行必要的程序調(diào)試。 第二步 聯(lián)系程序的實(shí)際運(yùn)行情況調(diào)試程序。此步主要是消除程序中的邏輯錯(cuò)誤因?yàn)樵诰庉嫵绦驎r(shí)在邏輯思維上可能會(huì)出現(xiàn)漏洞導(dǎo)致操作時(shí)出錯(cuò)。我們將編輯好的匯編語(yǔ)言程序編譯連接并生成 hex 文件 并將 hex 文件下載到單片機(jī)中。 通過(guò)實(shí)際操作 尋找邏輯上的錯(cuò)誤 不斷的修改程序最終達(dá)到了預(yù)先設(shè)定的操作步驟及顯示格式等多方面的要求。 測(cè)試結(jié)果為了保證實(shí)際制作出來(lái)的汽車防撞報(bào)警系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠地運(yùn)行 我們對(duì)各 個(gè)功能模塊和程序運(yùn)用仿真軟件 protus 進(jìn)行了仿真測(cè)試。但實(shí)際制作出的電路和 24 理論又會(huì)有一定的差距 為此我們還使用實(shí)驗(yàn)儀器對(duì)該汽車防撞報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試。 在本電路的調(diào)試中 如果一直發(fā)射超聲波在 7 腳將會(huì)有周期的低電平產(chǎn)生。 不會(huì)像通常認(rèn)為的那樣 即一直發(fā)射信號(hào) 7 腳一直為低電平。這是剛用 CX20216遼寧石油化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院論文 18 時(shí)的一個(gè)常見(jiàn)錯(cuò)誤。只要通過(guò)單片機(jī)來(lái)來(lái)計(jì)算發(fā)射信號(hào) 時(shí)到收到信號(hào)是產(chǎn)生下降沿這段時(shí)間的長(zhǎng)度 再通過(guò)數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)化為溫度然后在顯示器上顯示。 在測(cè)試過(guò)程中的總結(jié) 定時(shí)器 T1 之所以是 65ms 溢出因?yàn)樗?16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器。在使用 12MHZ的晶振時(shí) 一個(gè)機(jī)器周期是 1us，計(jì)數(shù)器 65ms 技術(shù)器溢出。 本設(shè)計(jì)中 40KHZ 方波的產(chǎn)生采用的是軟件方式實(shí)現(xiàn) 控制 口輸出 12us的高電平 再輸出 13us 的低電平 這樣得到一個(gè)周期為 40KHZ 的脈沖。再循環(huán)發(fā)送出8 次。 在 cpu 停止發(fā)送脈沖后 由于阻尼換能器不能立刻停止發(fā)送超聲波。在一段時(shí)間內(nèi)仍然會(huì)發(fā)送所以這段時(shí)間內(nèi)不可立即開(kāi) 啟 INT0 接收回波 要等待一段時(shí)間后這樣就避免發(fā)送端的部分直射波未經(jīng)被測(cè)物就直接繞射到接收端。 最大測(cè)試距離將取決于 兩次脈沖發(fā)送之間的最小時(shí)間間隔和脈沖的能量。般來(lái)說(shuō)發(fā)射端脈沖個(gè)數(shù)越多能量越大所能