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正文內(nèi)容

基于51單片機(jī)的高精度恒溫控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文(編輯修改稿)

2025-02-14 14:45 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 更加的方便,不需要放大電路和A/換,而且非常的便宜。3. 2 單片機(jī)的選用針對一定的用途,恰當(dāng)?shù)倪x擇所使用的單片機(jī)是十分重要。對于明確的應(yīng)用對象,選擇功能過少的單片機(jī),無法完成控制任務(wù);選擇功能國強的單片機(jī),則會造成資源浪費,使產(chǎn)品的性能價格比下降。目前,市面上的單片機(jī)不僅種類繁多,而且在性能方面也各有不同。在實際應(yīng)用中,針對不同的需求選擇合適的單片機(jī),選擇單片機(jī)時要注意下幾點:1  單片機(jī)的基本性能參數(shù),例如指令執(zhí)行速度,程序存儲器容量,中斷能力及I/O口引腳數(shù)量等;2  單片機(jī)的增強功能,例如看門狗,雙串口,RTC(實時時鐘),EEPROM,CAN接口等;3  單片機(jī)的存儲介質(zhì),對于程序存儲器來說,F(xiàn)lash存儲器和OTP(一次性可編程)存儲器相比較,最好是選擇Flash存儲器;4  芯片的封裝形式,如DIP封裝,PLCC封裝機(jī)表面貼裝封裝等。選擇DIP封裝在搭建實驗電路時會更加方便一些;5  芯片工作溫度范圍符合工業(yè)級、軍品級還是商業(yè)級,如果涉及戶外產(chǎn)品,必須選用工業(yè)級芯片;6  單片機(jī)的工作電壓范圍,例如設(shè)計電視機(jī)遙控器時,使用2節(jié)干電池供電,~;7  單片機(jī)的抗干擾性能好;8  編程器以及仿真器的價格,單片機(jī)開發(fā)是否支持高級語言以及編程環(huán)境要好用易學(xué);9  供貨渠道是否暢通,價格是否低廉,是否具有良好的技術(shù)服務(wù)支持。根據(jù)上面所述的原則,結(jié)合本系統(tǒng)實際情況綜合考慮,本文的溫度控制系統(tǒng)選用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C52單片機(jī)作為主控模塊的核心芯片。 單片機(jī)選型本系統(tǒng)選用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89溪流單片機(jī)中的AT89C52,AT89C52單片機(jī)是一種新型的低功耗、高性能的8位CMOS微控制器,與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令溪流和引腳完全兼容。具有超強的三級加密功能,其片內(nèi)閃電存儲器(Flash Memory)的編程與檫除完全用電實現(xiàn),數(shù)據(jù)不易揮發(fā),編程/檫除速度快。第4章 設(shè)計方案主控模塊電路由ST89C52單片機(jī)、溫度采集、數(shù)碼管顯示、溫度控制、外部時鐘電路、復(fù)位電路、PL2303下載。 總體設(shè)計方案 方案一測溫電路的設(shè)計,可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應(yīng),在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來,進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后,就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理,在顯示電路上,就可以將被測溫度顯示出來,這種設(shè)計需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路,感溫電路比較麻煩。 方案二考慮使用溫度傳感器,結(jié)合單片機(jī)電路設(shè)計,采用一只DS18B20溫度傳感器,直接讀取被測溫度值,之后進(jìn)行轉(zhuǎn)換,依次完成設(shè)計要求。比較以上兩種方案,很容易看出,采用方案二,電路比較簡單,軟件設(shè)計容易實現(xiàn),故實際設(shè)計中擬采用方案二。,它由三部分組成:①控制部分主芯片采用單片機(jī)AT89S52;②顯示部分采用4位LED數(shù)碼管以動態(tài)掃描方式實現(xiàn)溫度顯示;③溫度采集部分采用DS18B20溫度傳感器。首先由溫度傳感器DS18B20采集溫度數(shù)據(jù),經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入ST89C52單片機(jī)進(jìn)行運算處理,并三位數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度,同時與鍵盤輸入的設(shè)定溫度值(上限與下限)進(jìn)行比較,由單片機(jī)控制是否發(fā)出控制信號,控制繼電器(加熱或降溫)工作,從而實現(xiàn)恒溫控制。在整個過程中,溫度始終都能得以顯示。設(shè)定溫度過程中顯示設(shè)定溫度值,以便于操作:設(shè)定完畢后,改為顯示當(dāng)前測試溫度值:本系統(tǒng)的電路設(shè)計方框圖,它主要由五部分組成;1  主控制部分主芯片采用單片機(jī)ST89C52(包括時鐘和復(fù)位電路);2  顯示部分采用3為LED數(shù)碼管以動態(tài)掃描方式實現(xiàn)溫度顯示;3  溫度采集部分采用DS18B20溫度傳感器;4  按鍵輸入部分主要功能是實現(xiàn)設(shè)定溫度值的輸入;5  控制電路實現(xiàn)對繼電器的控制;數(shù)碼管顯示溫度控制模塊DS18B20采集溫度ST89C52 控制PL2303下載模塊總體設(shè)計框圖第5章 硬件設(shè)計 系統(tǒng)的硬件設(shè)計部分主要由以下幾部分組成:  (1)單片機(jī)最小系統(tǒng):采用ST89C52 單片機(jī);  (2)溫度采集模塊:采用DS18B20 溫度傳感器; ?。?)溫度顯示模塊:采用4 位一體共陽數(shù)碼管顯示;  18B20溫度采集模塊:DS18B20溫度傳感器是美國DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器,與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比,它能直接讀出被測溫度。這一部分主要完成對溫度信號的采集和轉(zhuǎn)換工作,由DS18B20數(shù)字溫度傳感器及其與單片機(jī)的接口部分組成。,單片機(jī)接受并儲存。此部分只用到DS18B20和單片機(jī),硬件很簡單。DS18B20通??梢圆捎脙煞N方式供電,一種是寄生電源供電方式,另一種是采用外部電源供電方式,此時DS18B20的1引腳接地,2引腳作為信號線,3引腳接電源。本設(shè)計采用外部電源供電方式,外部電源供電方式是DS18B20最佳的工作方式,工作穩(wěn)定可靠,抗干擾能力強,而且電路也比較簡單,可以開發(fā)穩(wěn)定可靠的多點溫度監(jiān)控系統(tǒng)。DS18B20單片機(jī)GNDVCCDS18B20與單片機(jī)的接口電路DS18B20的工作原理:DS18B20工作時序根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議,主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟:;;,這樣才能對DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒,然后釋放,DS18B20收到信號后等待15~60微秒左右后發(fā)出60~240微秒的存在低脈沖,CPU主收到此信號表示復(fù)位成功。其工作時序包括初始化時序、寫時序和讀時序,初始化時序:總線上的所有傳輸過程都是以初始化開始的,主機(jī)響應(yīng)應(yīng)答脈沖。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道,總線上有從機(jī)設(shè)備,且準(zhǔn)備就緒。主機(jī)輸出低電平,保持低電平時間至少480us,以產(chǎn)生復(fù)位脈沖。接著主機(jī)釋放總線,延時15~60us,并進(jìn)入接受模式,以產(chǎn)生低電平應(yīng)答脈沖,若為低電平,再延時480us。寫時序: 寫時序包括寫0時序和寫1時序。所有寫時序至少需要60us,且在2次獨立的寫時序之間至少需要1us的恢復(fù)時間,都是以總線拉低開始。寫1時序,主機(jī)輸出低電平,延時2us,然后釋放總線,延時60us。寫0時序,主機(jī)輸出低電平,延時60us,然后釋放總線,延時2us。讀時序: 總線器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時序是,才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù),所以,在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后,必須馬上產(chǎn)生讀時序,以便從機(jī)能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時序至少需要60us,且在2次獨立的讀時序之間至少需要1us的恢復(fù)時間。每個讀時序都由主機(jī)發(fā)起,至少拉低總線1us。主機(jī)在讀時序期間必須釋放總線,并且在時序起始后的15us之內(nèi)采樣總線狀態(tài)。主機(jī)輸出低電平延時2us,然后主機(jī)轉(zhuǎn)入輸入模式延時12us,然后讀取總線當(dāng)前電平,然后延時50us。顯示模塊:數(shù)碼管顯示模塊,利用四位一體共陽數(shù)碼管,用來顯示18B20采集來的溫度,經(jīng)傳輸后發(fā)送到數(shù)碼管上進(jìn)行顯示,而數(shù)碼管利用PNP型三極管驅(qū)動。顯示電路采用四位一體共陽LED數(shù)碼管,從P0口掃描。AT89C52單片機(jī)的P0口和P2口分別分配給顯示模塊數(shù)碼管的段選和位選。DS18B20數(shù)字溫度傳感器及其與單片機(jī)的接口部分組成。,單片機(jī)接受溫度并存儲。此部分只用到DS18B20和單片機(jī),硬件很簡單 常用的數(shù)碼管顯示器為8段,每一段對應(yīng)一個發(fā)光二極管,分為共陽和共陰兩種。共陰極LED顯示的發(fā)光二極管的陰極連接在一起,通常此公共陰極接地。當(dāng)發(fā)光二極管的陽極為高電平時,發(fā)光二極管被點亮,相應(yīng)的段被顯示。同樣,共陽極LED的發(fā)光二極管的樣機(jī)連接在一起,通常此公共陽極接高電平,當(dāng)某個發(fā)光二極管的陰極接低電平時,發(fā)光二極管被點亮,相應(yīng)的段被顯示。 LED顯示器有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種顯示方式。本設(shè)計考慮實際應(yīng)用情況,采用動態(tài)顯示方式。選用了4位一體共陽數(shù)碼管,這種顯示器有12個引腳,其8個為段選的引腳。4個是位選的引腳。若只讓一位選通,而其他位選處于關(guān)閉狀態(tài),同時在段選引腳上輸出相應(yīng)信號,就能在一個時刻內(nèi),顯示出要求在選通位顯示的字符。同樣,不同時刻選通不同的位選引腳,傳送需要顯示的字符的段碼,只要選通頻率快,就能利用LED顯示的余暉和人眼睛的“視覺暫留”作用,造成“多位同時亮”的假象,達(dá)到同時顯示的效果。溫度控制模塊:本設(shè)計是通過控制燈泡的亮滅來調(diào)節(jié)溫度的,所以采用對繼電器的控制來控制燈泡的亮滅,從而實現(xiàn)對溫度的調(diào)節(jié),繼電器用PNP型三極管驅(qū)動。繼電器是一種電子控制器件,它具有控制系統(tǒng)(又稱輸入回路)和被控制系統(tǒng)(又稱輸出回路),通常應(yīng)用于自動控制電路中,它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。電磁繼電器一般由 電磁鐵,銜鐵,彈簧片,觸點 等組成的,其工作電路由低壓控制電路和高壓工作電路兩部分構(gòu)成。只要在線圈兩端加上一定的電壓,線圈中就會流過一定的電流,從而產(chǎn)生電磁效應(yīng),銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯,從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點(常開觸點)吸合。當(dāng)線圈斷電后,電磁的吸力也隨之消失,銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置,使動觸點與原來的靜觸點(常閉觸點)釋放。這樣吸合、釋放,從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點,可以這樣來區(qū)分:繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點,稱為“常開觸點”;處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。給繼電器低電平,三極管導(dǎo)通,電磁鐵觸頭放下來開始工作,在繼電器兩端跨接電容,防止因繼電器觸點跳動產(chǎn)生很大的反向感應(yīng)電動勢擊穿驅(qū)動電路,造成整個應(yīng)用系統(tǒng)的損壞。發(fā)光二極管為工作顯示。晶振控制電路:單片機(jī)工作的時間基準(zhǔn)是由時鐘電路提供的,單片機(jī)的內(nèi)部時鐘電路如圖所示:電路中的器件選擇可以通過計算和實驗確定,也可以參考一些典型電路參數(shù)。電路中,電容器C101和C102對震蕩頻率有微調(diào)作用,幫組震蕩器起振,通常的取值范圍30177。10PF;
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