基于單片機(jī)的恒溫箱智能控制系統(tǒng)的設(shè)計方案(編輯修改稿)
2025-05-30 22:34 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 其接口適配8080系列和Z80系列MPU的控制時序；驅(qū)動方式：1/128 DUTY，1/9 BIAS；工作溫度：－10℃～＋60℃；存儲溫度：－20℃～＋70℃；模塊可帶LED或EL背光；背光電流≤100mA；60’CLOCK顯示。TM240128A與單片機(jī)接口電路如圖36所示。圖36 TM240128A 與單片機(jī)接口電路其內(nèi)部沒有中文字庫，所以在顯示中文時，對其進(jìn)行圖形方式寫屏，其取模方式如圖37 TM240128A字模所示。圖37 TM240128A字模其取模的方式為：左上－左下－右上－右下。共十六個字符串型代碼，因此這樣程序的代碼會很長，所以在本系統(tǒng)的設(shè)計中，由于AT89C52的內(nèi)部存儲器容量有限，不可以用過多的漢字顯示。還因為單片機(jī)的處理速度不是很高，所以漢字要盡量使用靜態(tài)顯示，在程序運行時只對動態(tài)的數(shù)據(jù)進(jìn)行刷新。 鍵盤接口電路對于數(shù)字系統(tǒng)，其輸入部分大多為鍵盤，鍵盤的形式有很多種，一般分為兩類，獨立式和矩陣式。矩陣鍵盤由一組排列成矩陣形式的按鍵開關(guān)組成，通常有編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種類型。在鍵盤數(shù)目較多的系統(tǒng)中，還要使用鍵盤專用芯片。（1）編碼鍵盤編碼鍵盤中某個鍵按下后，能夠提供與該鍵相對應(yīng)的編碼信息。它的缺點是硬件設(shè)備隨著鍵數(shù)的增加而增加。（2）非編碼鍵盤它是用較為簡單的硬件和一套專用程序來識別按下鍵的位置，并提供與按下鍵相對應(yīng)的中間代碼，然后再把中間代碼轉(zhuǎn)換成要對應(yīng)的編碼。由于鍵盤通常排列成矩陣格式，因此可以用硬件或軟件的方法對行、列分別進(jìn)行掃描去查找按動的鍵。常用的方法有：(1)行反轉(zhuǎn)法(2)行掃描法(3)行列掃描法本文所設(shè)計的智能控制系統(tǒng)還要有數(shù)據(jù)的選擇，設(shè)定值的增加、減少，本系統(tǒng)信息輸入量小，所以采用三鍵式的輸入，其電路圖如圖38 按鍵電路圖所示。圖38 系統(tǒng)按鍵電路本系統(tǒng)使用P1口，不使用上拉電阻，其工作原理是：按鍵在沒有按下時，I/0口出現(xiàn)的是高電平，當(dāng)按下時I/O口會出現(xiàn)低電平，為了減少硬件資源，在硬件中沒有使用消抖電路，在程序中，可以使用軟件編程的方法進(jìn)行消抖。其中，“SEL”鍵為系統(tǒng)的選擇按鈕，“ADD”為設(shè)定值加鍵，“DEC”為設(shè)定值減鍵。當(dāng)按下“SEL”鍵時，系統(tǒng)對設(shè)定溫度、上限報警溫度、下限報警溫度進(jìn)行選擇。當(dāng)按下“ADD” 鍵時，系統(tǒng)設(shè)定值加一，當(dāng)按下“DEC”鍵時，系統(tǒng)設(shè)定值減一。 報警電路設(shè)計報警電路采用一個小功率三極管Q1驅(qū)動蜂鳴器，當(dāng)單片機(jī)接收到超過上限溫度信號或下限溫度信號時，單片機(jī)輸出高電平，Q1導(dǎo)通，是蜂鳴器通電工作，發(fā)出報警聲。同時，液晶顯示出此時的實時溫度。報警電路如圖39所示。圖39 系統(tǒng)報警電路 強(qiáng)電控制及過零檢測電路 電熱絲的控制電路在本系統(tǒng)中，因為被控制電路為市電220V強(qiáng)電，所以在微電控制強(qiáng)電的電路中，要用到隔離電路對開關(guān)信號進(jìn)行隔離，較為常用的是光電耦合器。光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電—光—電轉(zhuǎn)換的器件。光電耦合器的測試可用萬用表判斷好壞，斷開輸入端電源，用R1k檔測2腳電阻，正向電阻為幾百歐，反向電阻幾十千歐，4腳間電阻應(yīng)為無限大。2腳與4腳間任意一組，阻值為無限大，輸入端接通電源后，4腳的電阻很小。調(diào)節(jié)RP，4間腳電阻發(fā)生變化，說明該器件是好的。注：不能用R10k檔，否則導(dǎo)致發(fā)射管擊穿。在本系統(tǒng)中用到的是TLP5211光耦，其控制電路如圖310所示。圖310 光耦控制電路由于光電耦合器的受控端的驅(qū)動電流不是很大，而晶閘管的導(dǎo)通電流比較大，所以在光電耦合器的輸出端接入一個三極管，來增加晶閘管的驅(qū)動電流。 過零檢測電路工頻電壓是一個交流電壓，而我們要控制晶閘管的方法也就是以此處為切入點，來控制晶閘管的導(dǎo)通角，達(dá)到控制加在電熱絲兩端的電壓的有效值的目的。由于220V的強(qiáng)電壓對單片機(jī)系統(tǒng)來說是一個非常大的電壓，所以在采集220V 50Hz電壓的信號是不能直接接收的，在本系統(tǒng)中，我用到的是過零檢測電路，其電路如圖311 過零檢測電路所示。圖311 過零檢測電路我們先假設(shè)，當(dāng)變壓器T1加正半周電壓時，D2的正端加高電壓，使Q3導(dǎo)通，這時INT輸出低電平；同樣，當(dāng)T1加負(fù)半周電壓時，D1的正端輸入高電壓，使得三極管Q3導(dǎo)通，INT端同樣出現(xiàn)的是低電平；，兩個二極管的正端都沒有電壓，這樣三極管的基極電壓為0，使得三極管截止，這時INT出現(xiàn)高電平，將此信號接入單片機(jī)的中斷引腳，當(dāng)INT端有一個高電平到低電平的跳變時，開始計時，就可以控制晶閘管什么時候?qū)ㄟ@樣我們就完成了一個晶閘管的導(dǎo)通角的控制過程。我們根據(jù)過零檢測信號可以得到正弦波的零點位置，然后用CPU可以算出晶閘管的導(dǎo)通角控制信號的觸發(fā)信號，這樣，系統(tǒng)就可以根據(jù)溫度的需要控制電熱絲所加電壓的有效值的大小，來控制溫度。系統(tǒng)原理圖：4 軟件的仿真與調(diào)試 軟件控制方案本文主要分析單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)出錯以及不可靠不穩(wěn)定的原因，并結(jié)合他人的研發(fā)經(jīng)驗，探討一些解決的辦法。軟件的設(shè)計對于單片機(jī)系統(tǒng)來說也占在一個非常有影響的地位的，系統(tǒng)軟件的運行的抗干擾性、可操作性、人機(jī)界面的友好性，都是判別單片機(jī)系統(tǒng)好與不好的出發(fā)點。 系統(tǒng)的干擾及軟件處理措施 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)出錯的外部原因從設(shè)計和制造的角度來看，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)控制程序沒有抗干擾措施或措施不足；(3)器件間的驅(qū)動功率不足，處在比較臨界的狀態(tài)；(4)長遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)的電源、電壓較低；(5)沒有使用屏蔽保護(hù)措施；(6)元件質(zhì)量差。針對以上出現(xiàn)的各種問題，我們從軟件方面來探討一些提高單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾的方法。 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟件抗干擾設(shè)計單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾能力不可能全部依靠硬件來解決，軟件的抗干擾設(shè)計同樣是防止與消除整個系統(tǒng)的故障的重要途徑。在控制狀態(tài)失常下的軟件對策(1)軟件冗余技術(shù)。對于有條件控制的系統(tǒng)，對控制條件的每一次采樣、每一次處理控制的輸出改為循環(huán)地采樣、循環(huán)地處理的控制輸出。像這種方法在處理慣性較大控制系統(tǒng)擁有超棒的抗干擾能力。(2)設(shè)置當(dāng)前輸出狀態(tài)寄存單元，當(dāng)干擾影響輸出通道引起輸出狀態(tài)被破壞時，系統(tǒng)能夠及時查詢所在寄存單元輸出狀態(tài)的信息，及時地糾正輸出的狀態(tài)。(3)設(shè)置自檢程序技術(shù)。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，運行中不斷地循環(huán)測試，來保證系統(tǒng)中的信息存儲、運算、傳輸?shù)母呖煽啃?。采集?shù)據(jù)誤差的軟件處理用程序濾波算法，可以濾掉一部分由于輸入信號干擾所帶來的輸出控制類錯誤。最常用的方法有算術(shù)平均值濾波、比較舍取濾波、中值濾波、慣性濾波。具體選取某種濾波，必須依據(jù)信號變化的規(guī)律選擇。 軟件控制方案在本系統(tǒng)中，用到了很多關(guān)于控制的變量，對應(yīng)此變量要控制一些執(zhí)行器的動作，所以在單片機(jī)系統(tǒng)中，要控制這些執(zhí)行器的動作就要用到軟件的一些控制算法，比如本系統(tǒng)的執(zhí)行器是晶閘管，它的導(dǎo)通和截止就不可以用簡單的送開/
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