【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于精確的溫度測(cè)量非常重要。Pt100熱電阻的分度系數(shù)A=10/℃，0℃時(shí)電阻值為100Ω，℃，鉑熱電阻特性方程為：R=R[1+At+Bt]（31）式中，為鉑熱電阻在t℃時(shí)的電阻值；R為鉑熱電阻在0℃時(shí)的電阻值， B=。應(yīng)用鉑熱電阻的特性方程式，每個(gè)1℃求取一個(gè)相應(yīng)的，便可得到鉑熱電阻的分度表。鉑熱電阻的分度特性表如表31。表31 鉑熱電阻分度特性表溫度（℃） 01020304050 60 7080 90 電阻值（Ω） 0100200熱電阻采用三線制接法，在Pt100的一端連接兩根引線，另一端連接一根引線，此種引線形式稱為三線制熱電阻。采用三線制是為了消除連接導(dǎo)線電阻引起的測(cè)量誤差。這是因?yàn)闇y(cè)量熱電阻的電路一般是不平衡電路，Pt100作為電橋的一個(gè)橋臂電阻，其連接導(dǎo)線也成為橋臂電阻的一部分，這一部分電阻是未知的且隨環(huán)境溫度變化，造成測(cè)量誤差。采用三線制，將導(dǎo)線一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及于其相鄰的橋臂上，這樣消除了導(dǎo)線線路電阻帶來(lái)的測(cè)量誤差，測(cè)量精度高于三線制。測(cè)溫電路如圖32，測(cè)量溫度時(shí)，R3R3R3R35和鉑電阻組成橋式電路，當(dāng)溫度上升時(shí)，Pt100阻值變大，電壓改變，輸出信號(hào)改變，放大電路采用LM358集成運(yùn)算放大器。經(jīng)過(guò)LM358的信號(hào)傳輸給A/D轉(zhuǎn)換器ADC0832的CH1端，傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)軟件查表法，便可測(cè)得面包桶內(nèi)的溫度。 圖32 溫度檢測(cè)電路圖由式（31）可知，鉑電阻溫度傳感器在其測(cè)量范圍內(nèi)具有非線性，即阻值變化具有飽和特性。為了減少鉑電阻的飽和特性給溫度測(cè)量帶來(lái)的誤差，這里采用最小二乘法對(duì)鉑電阻的非線性進(jìn)行優(yōu)化。在0～800℃之間均勻的抽取100個(gè)溫度點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的鉑電阻阻值利用（31）式計(jì)算出來(lái)，然后將此電阻值代入圖32所示采樣電路求得電壓值，這樣就有100組數(shù)據(jù)點(diǎn)。對(duì)這100組溫度和電壓數(shù)據(jù)利用最小二乘法進(jìn)行擬合，求出溫度與電壓關(guān)系的三次多項(xiàng)式為：t=++ (32)求解出測(cè)溫多項(xiàng)式后，在0～800℃之間隨機(jī)抽取10個(gè)點(diǎn)，對(duì)此多項(xiàng)式進(jìn)行檢驗(yàn)，其結(jié)果如表32所示。表32 理論溫度與測(cè)得溫度對(duì)照表實(shí)際溫度（℃）計(jì)算溫度（℃）誤差（℃） 由上表可以看到經(jīng)過(guò)最小二乘法優(yōu)化之后，（32）℃，測(cè)量精度已經(jīng)滿足系統(tǒng)的要求。 質(zhì)量檢測(cè)電路壓力傳感器用來(lái)測(cè)量面粉等原料的質(zhì)量，由一個(gè)壓力傳感器和相應(yīng)的放大電路組成，如圖33所示。壓阻式壓力傳感器采用集成電路工藝技術(shù)，在硅片上制造出四個(gè)等值的薄膜電阻并組成電橋電路，當(dāng)不受力作用時(shí)，電橋處于平衡狀態(tài)，無(wú)電壓輸出。當(dāng)受到壓力作用時(shí)，電橋失去平衡而輸出電壓，且輸出的電壓與壓力成比例，引出的壓力信號(hào)接ADC0832的輸入端CH0,信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，傳輸給單片機(jī)。本設(shè)計(jì)使用的壓力傳感器，其有全溫度補(bǔ)償及標(biāo)定(10～80℃)，傳感器經(jīng)過(guò)特殊加工處理，用堅(jiān)固的耐高溫塑料外殼封裝，適合高溫時(shí)的質(zhì)量檢測(cè)。圖33 質(zhì)量檢測(cè)電路圖 電機(jī)攪拌電路面包在烘烤前要進(jìn)行攪拌，采用電機(jī)帶動(dòng)攪拌棒實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)接收壓力傳感器給出的信號(hào)，得到一個(gè)數(shù)據(jù)，單片機(jī)根據(jù)質(zhì)量信號(hào)控制時(shí)鐘芯片的時(shí)間和控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。為實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定電機(jī)的轉(zhuǎn)速，控制時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)原料的均勻攪拌。時(shí)間隨原料質(zhì)量變化的關(guān)系如表33。表33 時(shí)間和轉(zhuǎn)速與原料質(zhì)量的關(guān)系 （轉(zhuǎn)速：35r/min）質(zhì)量（g） 450 500 550 600 650 700時(shí)間（min） 由表33可知時(shí)間與轉(zhuǎn)速的數(shù)學(xué)關(guān)系式：t= （450gm700） （33）單片機(jī)根據(jù)公式將壓力傳感器得到質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定時(shí)攪拌的功能。電機(jī)采用直流減速電機(jī)，額定電壓12V，功率為40W。如圖34，通過(guò)直流繼電器的閉合來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，繼電器型號(hào)為XSSRDD2510，允許最大電流可為10A，繼電器由晶體管驅(qū)動(dòng)。，繼電器K1吸合，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；，繼電器K1釋放，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。繼電器K1由晶體管8050驅(qū)動(dòng)。二極管D1的作用是保護(hù)晶體管8050。當(dāng)繼電器K1吸合時(shí)，二極管D1截止，不影響電路工作。繼電器釋放時(shí)，由于繼電器線圈存在電感，這是晶體管8050已經(jīng)截止，所以會(huì)在線圈的兩端產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓。這個(gè)感應(yīng)電壓的極性是上負(fù)下正，正端接在8050的集電極上。當(dāng)感應(yīng)電壓與12V之和大于晶體管8050的集電結(jié)反向耐壓時(shí)，晶體管8050就有可能損壞。加入二極管D1后，繼電器線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流由二極管D1流過(guò)，因此不會(huì)產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓，晶體管8050得到了保護(hù)。圖34 電機(jī)控制電路圖 加熱電路加熱器電路由三極管、二極管、繼電器和發(fā)熱板組成，發(fā)熱板是云母電熱絲，型號(hào)是YK120，額定功率為650W。加熱器放置在面包桶底部，利用220V電壓進(jìn)行供電。通過(guò)控制繼電器的的吸合和斷開(kāi)來(lái)控制加熱絲工作的啟停動(dòng)作，加熱時(shí)間由DS1302來(lái)計(jì)算，其電路圖如圖35。圖35 加熱電路圖加熱電路利用繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)來(lái)作為接通加熱器的開(kāi)關(guān),采用了三極管8050作為對(duì)繼電器線圈的控制端。當(dāng)8050中的三極管導(dǎo)通時(shí),繼電器線圈中將有電流流過(guò),使常開(kāi)觸點(diǎn)動(dòng)作,接通加熱器開(kāi)始加熱。二極管D24的作用是為繼電器觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)電壓有一個(gè)放電的通路。，三極管導(dǎo)通，繼電器通電，吸合開(kāi)關(guān)K，發(fā)熱板開(kāi)始工作；當(dāng)輸出引腳輸出低電平時(shí)，三極管截止導(dǎo)通，繼電器不通電，發(fā)熱板停止工作。 鍵盤和顯示電路設(shè)計(jì)用芯片8155擴(kuò)展AT89S52的I/O接口，實(shí)現(xiàn)4位LED顯示和6按鍵的鍵盤/顯示接口電路。鍵盤電路如圖36，按鍵用獨(dú)立式鍵盤，如果設(shè)置過(guò)多按鍵，將會(huì)占用較多I/O口，而且會(huì)給布線帶來(lái)不便，因此，適用于按鍵較少的情況，在修改時(shí)間或設(shè)置預(yù)約時(shí)間時(shí)就不能直接輸入，只能通過(guò)加或減完成，電路相對(duì)麻煩，但其程序簡(jiǎn)單。圖36 鍵盤電路圖鍵盤選用不同的按鍵實(shí)現(xiàn)不同的功能，本設(shè)計(jì)有一個(gè)單獨(dú)的電源開(kāi)關(guān)S1，且并有一個(gè)LED1指示燈。預(yù)約時(shí)間、快速烘烤、慢速烘烤和啟動(dòng)按鍵，分別使用了單刀開(kāi)關(guān)SS3和S4，與指示燈一起工作，方便簡(jiǎn)單，無(wú)菜單等繁瑣聯(lián)級(jí)功能；預(yù)約時(shí)間的加減時(shí)間按鍵使用按壓式的開(kāi)關(guān)。鍵盤采用編程掃描工作方式，方法是掃描8155的口PA1～PA6，若有端口為1，單片機(jī)掃描到該對(duì)應(yīng)的按鍵閉合，根據(jù)編程實(shí)現(xiàn)不同的功能。顯示采用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，選用四聯(lián)共陽(yáng)數(shù)碼管，型號(hào)是LG5641BH，這個(gè)數(shù)碼管中間帶有冒號(hào)，是專門用來(lái)顯示時(shí)間的數(shù)碼管。電路如圖37，采用AT89S52與8155接口，用8155的I/O控制數(shù)碼管的段碼和位碼，同時(shí)，采用動(dòng)態(tài)掃描方式點(diǎn)亮各位數(shù)碼管。8155的B口控制段碼輸出，C口控制位碼輸出，采用定時(shí)器中斷方式實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描，每隔20ms掃描一次，每位數(shù)碼管點(diǎn)亮的時(shí)間為1ms。在單片機(jī)內(nèi)部RAM設(shè)置待顯示數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，由查表程序完成顯示譯碼，將緩沖區(qū)內(nèi)待顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的段碼，再將段碼通過(guò)AT89S52的P0口送至8155的B口；位碼數(shù)據(jù)由累加器指令產(chǎn)生，在通過(guò)P0口送至8155的C口，分別控制LED的顯示。圖37 顯示電路圖 提示音電路提示音接口電路可以用發(fā)光二極管、蜂鳴器、音樂(lè)芯片，發(fā)光二極管不夠直觀，音樂(lè)芯片供電不方便，而且包裝困難，蜂鳴器簡(jiǎn)單易用，本設(shè)計(jì)采用簡(jiǎn)單的壓電式蜂鳴器，通過(guò)單片機(jī)一根口線經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)生。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅(qū)動(dòng)電流，可以使用TTL系列集成電路7046或7047低電平驅(qū)動(dòng)。在正常工作階段，溫度傳感器采集的溫度與該參數(shù)上限給定值進(jìn)行比較，如果高于上限值則進(jìn)行報(bào)警，且切斷電源，否則就作為采樣的正常值，進(jìn)行顯示和控制；當(dāng)烘烤時(shí)間結(jié)束，單片機(jī)控制報(bào)警接口線而發(fā)出提示音。在圖38中。，7046的輸出為低電平，在壓電蜂鳴器2條引線上加上近5V的直流電壓，有壓電效應(yīng)而發(fā)出蜂鳴音。，7046的輸出端高約+5V，壓電蜂鳴音的2條引線間的直流電壓降至接近于0V，發(fā)音停止。 圖38 提示音電路圖第4章 軟件設(shè)計(jì)面包機(jī)的軟件由主程序、中斷程序、A/D轉(zhuǎn)換程序、顯示程序、鍵盤程序和溫度控制程序組成。 主程序設(shè)計(jì)主程序主要完成何時(shí)調(diào)用其它子程序并執(zhí)行其輸出結(jié)果的功能，流程圖如圖41。圖41 主程序流程圖程序啟動(dòng)后，調(diào)用顯示程序顯示0，當(dāng)有按鍵時(shí)，調(diào)用鍵盤子程序，進(jìn)行相應(yīng)的鍵盤處理后，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器后采集質(zhì)量信號(hào)，單片機(jī)用軟件查表法得到攪拌的時(shí)間，由單片機(jī)控制顯示器，顯示工作的時(shí)間，系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，調(diào)用溫度控制程序，將設(shè)定溫度與采集到的溫度進(jìn)行比較，控制加熱系統(tǒng)，控制溫度在設(shè)定值，如有溫度高于上限值，則報(bào)警，烘烤結(jié)束啟動(dòng)定時(shí)器中斷報(bào)警。 中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)時(shí)間計(jì)時(shí)、鍵盤檢測(cè)、顯示器的顯示、系統(tǒng)故障和提示音等全程變量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用中斷服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。開(kāi)機(jī)進(jìn)行單片機(jī)中斷初始化，設(shè)置外部中斷和定時(shí)器中斷的工作模式，當(dāng)程序進(jìn)行時(shí)，有中斷發(fā)生，則進(jìn)入相應(yīng)的中斷子程序，完畢后返回。其流程圖如圖42。圖42 中斷服務(wù)程序流程圖 A/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)圖43是A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖。AT89S52給出一個(gè)脈沖信號(hào)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換后，AD7705對(duì)接受到的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程大約需要100 ns，系統(tǒng)采用的是固定延時(shí)程序，所以在預(yù)先設(shè)定的延時(shí)后，AT89S52直接從AD7705中讀取數(shù)據(jù)。圖43 A/