【文章內(nèi)容簡介】 由于輸入電壓為電網(wǎng)電壓，一般情況下所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而電源變壓器的作用顯現(xiàn)出來起到降壓作用。降壓后還是交流電壓，所以需要整流電路把交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓。由于經(jīng)整流電路整流后的電壓含有較大的交流分量，會影響到負載電路的正常工作。需通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動和負載電阻變化的影響，從而獲得穩(wěn)定性足夠高的直流電壓。本電路使用集成穩(wěn)壓芯片7805解決了電源穩(wěn)壓問題。 溫度采集模塊 由于在傳統(tǒng)的模擬信號遠距離溫度測量系統(tǒng)中，需要很好的解決引線誤差補償問題、多點測量切換誤差問題和放大電路零點漂移誤差問題等技術(shù)問題，才能夠達到較高的測量精度。而且一般監(jiān)控現(xiàn)場的電磁環(huán)境都非常惡劣，各種干擾信號較強，模擬溫度信號容易受到干擾而產(chǎn)生測量誤差，影響測量精度。因此，在本設(shè)計中的溫度測量系統(tǒng)中，采用美國Dallas半導(dǎo)體公司的DS18B20溫度芯片對水箱內(nèi)的水溫進行采集溫度數(shù)據(jù)，并且由于它抗干擾能力強，是解決這些問題的最有效方案。DS18B20的測溫原理用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入，當(dāng)計數(shù)門打開時，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖后進行計數(shù)，進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定,每次測量前,首先將55℃所對應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計數(shù)器1和溫度寄存器中,減法計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在55℃ 所對應(yīng)的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù),當(dāng)減法計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時溫度寄存器的值將加1,減法計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入,減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù),如此循環(huán)直到減法計數(shù)器2計數(shù)到0時,停止溫度寄存器值的累加,此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度,由于它內(nèi)部的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值,只要計數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程,直至溫度寄存器值達到被測溫度值。斜率累加器預(yù)置減法計數(shù)器1計數(shù)比較器預(yù)置減到零溫度寄存器減到零減法計數(shù)器2高溫度系數(shù)振蕩器低溫度系數(shù)振蕩器設(shè)置/清除最低有效位增加停止 內(nèi)部測溫電路圖 DS18B20與單片機的接口電路，其中DS18B20工作在外部電源供電方式。 DS18B20與AT89C51單片機的接口電路 按鍵輸入模塊本系統(tǒng)設(shè)計三個按鍵，采用查詢方式，一個用于選擇切換設(shè)置報警溫度和當(dāng)前溫度，另外兩個分別用于設(shè)置報警溫度的加和減。均采用軟件消抖。 繼電器控制模塊 固態(tài)繼電器SSR工作原理本系統(tǒng)采用固態(tài)繼電器進行控制,它的控制原理是：固態(tài)繼電器只有兩個輸入端(“+”和“”)及兩個輸出端，是一種四端器件。工作時只要在“+”、“”上加上一定的控制信號，就可以控制輸出兩端之間的“通”和“斷”，實現(xiàn)“開關(guān)”的功能，其中耦合電路的功能是為“+”、“”端輸入的控制信號提供一個輸入/輸出端之間的通道，但又在電氣上斷開SSR中輸入端和輸出端之間的(電)聯(lián)系，以防止輸出端對輸入端的影響，耦合電路用的元件是“光耦合器”，它動作靈敏、響應(yīng)速度高、輸入/輸出端間的絕緣(耐壓)等級高；由于輸入端的負載是發(fā)光二極管，這使固態(tài)繼電器的輸入端很容易做到與輸入信號電平相匹配，在使用可直接與計算機輸出接口相接，即受“1”與“0”的邏輯電平控制。觸發(fā)電路的功能是產(chǎn)生合乎要求的觸發(fā)信號，驅(qū)動開關(guān)電路工作，但由于開關(guān)電路在不加特殊控制電路時，將產(chǎn)生射頻干擾并以高次諧波或尖峰等污染電網(wǎng)，為此特設(shè)“過零控制電路”。所謂“過零”是指，當(dāng)加入控制信號，交流電壓過零時，固態(tài)繼電器即為通態(tài)；而當(dāng)斷開控制信號后，固態(tài)繼電器要等待交流電的正半周與負半周的交界點(零電位)時，固態(tài)繼電器才為斷態(tài)。這種設(shè)計能防止高次諧波的干擾和對電網(wǎng)的污染。吸收電路是為防止從電源中傳來的尖峰、浪涌(電壓)對開關(guān)器件雙向可控硅管的沖擊和干擾(甚至誤動作)而設(shè)計的，一般是用“RC”串聯(lián)吸收電路或非線性電阻(壓敏電阻器)。下圖為一種典型的交流型SSR的電路原理圖。 繼電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 繼電器控制電路圖下圖是一個控制電阻絲加熱的電路圖，,當(dāng)繼電器的開關(guān)閉合時，晶閘管的門極觸發(fā)電路導(dǎo)通，即晶閘管導(dǎo)通，220V的交流電壓直接加在加熱裝置上進行全加熱。 顯示模塊在單片機控制系統(tǒng)中，常用LED 顯示器來顯示各種數(shù)字或符號。這種顯示器顯示清晰，亮度高，接口方便，廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)中八段LED數(shù)碼管連接電路。 數(shù)碼管的電路原理圖，從圖中可以看出：一個字塊中的8 個發(fā)光二極管的陽極都連在一起的，共陰和共陽結(jié)構(gòu)的LED 顯示器各筆劃段名的位置及名稱是相同的。當(dāng)二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的筆劃段發(fā)亮，由發(fā)亮的筆劃段組合而顯示出各種字符。，8 個筆劃段h g f e d c b a 對應(yīng)于一個字節(jié)（8 位）的D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0，于是用8 位二進制碼就可以表示欲顯示字符的字形代碼。數(shù)碼管二極管的正極連在一起，構(gòu)成公共端，即片選端，對于這種數(shù)碼管的驅(qū)動，要求在片選端提供電流。圖 數(shù)碼管除了與AT89C51原件的管腳直接相連外，還需要添加2個PNP三極管和2個二極管。在片選端提供電流如圖報警電路如圖311所示，該電路采用一個小功率三極管Q1驅(qū)動蜂鳴器BELL,當(dāng)單片機接收到超額溫度信號或危險信號時,輸出腳BELL輸出高點平,Q1導(dǎo)通，致使蜂鳴器BELL得電工作，發(fā)出報警聲。同時，電路中的發(fā)光二極管指示出電路的工作狀態(tài)。 報警電路 串行通信接口模塊AT89C51單片機通過管腳RXD（串行數(shù)據(jù)接收端）和管腳TXD（串行數(shù)據(jù)發(fā)送端）與外界通信。SBUF是串行口緩沖寄存器，包括發(fā)送寄存器和接收寄存器。它們有相同的名字和地址空間，但不會出現(xiàn)沖突，因為它們一個只能被CPU讀出數(shù)據(jù)，一個只能被CPU寫入數(shù)據(jù)。AT89C51芯片雖然已有串行輸入/輸出管腳可以做串行通信，但為了使PC與AT89C51的電壓保持一致，時通信距離更遠、通信效果更好，所以還要加上MAX232芯片。本設(shè)計中的串行接口是一個可編程的全雙工串行通信接口。它可用做異步通信方式，與串行傳送信息的外部設(shè)備相連接，或用于通過標(biāo)準(zhǔn)異步通信協(xié)議進行全雙工通信。AT89C51多機系統(tǒng)也可以通過同步方式，使用TTL或COMS移位寄存器來擴充I/O口。第四章 恒溫水箱控制系統(tǒng)軟件設(shè)計對單片機控制的軟件設(shè)計是系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)中的重點和難點。因此，本章在建立系統(tǒng)各部分軟件流程的基礎(chǔ)上，設(shè)計了各部分的軟件控制流程。由于系統(tǒng)的操作過程和工作過程在程序設(shè)計的過程中起著很重要的指導(dǎo)作用，因此在軟件設(shè)計之前應(yīng)分析加熱爐的工作流程。 工作流程當(dāng)上電復(fù)位后電阻絲先處于停止加熱狀態(tài)，但也可以直接啟動運行。運行過程中，系統(tǒng)不斷檢測當(dāng)前溫度，并送往顯示器顯示，達到預(yù)定值后停止加熱；當(dāng)溫度下降到下限（比預(yù)定值低5℃）時再啟動加熱。這樣不斷地重復(fù)上述過程，使溫度保持在預(yù)定溫度范圍之內(nèi)。運行過程中也可以隨時改變設(shè)定溫度，溫度設(shè)定好后隨即生效，系統(tǒng)按新的設(shè)定溫度運行。 建立數(shù)學(xué)模型控制算法即控制器的操作方式，是控制器對過程變量的實測值與設(shè)定值之間的誤差信號的響應(yīng)。溫度控制在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，由于其具有工況復(fù)雜、參數(shù)多變、運行慣性大、控制滯后等特點,它對控制調(diào)