【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)而完成溫度測(cè)量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測(cè)量前，首先將55℃所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度[15]。，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值，這就是DS18B20的測(cè)溫原理。斜率累加器減法計(jì)數(shù)器預(yù)置低溫度系數(shù)振蕩器計(jì)數(shù)比較器預(yù)置減到0溫度寄存器 增加 停止減到0減法計(jì)數(shù)器2高溫度系數(shù)振蕩器 DS18B20的內(nèi)部測(cè)溫電路框圖 溫度檢測(cè)電路與89C51的接口設(shè)計(jì)，其VDD端用3V~。89C51 DS18B20 +5V GND +5V DAT DS18B20與89C51的接口電路 臭氧濃度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)采用國際上通用的紫外吸收法測(cè)量臭氧濃度研究和設(shè)計(jì)了基于89C51單片機(jī)的臭氧濃度在線測(cè)量系統(tǒng)，按朗伯比爾定律：C= bg* (Iο / I) / ( K* L) (21)分別測(cè)量相同紫外光束透射樣氣（臭氧）和零氣（空氣）后的光強(qiáng)值I和Iο，利用朗伯比爾定律公式可計(jì)算得出臭氧濃度，其中K、L分別代表臭氧對(duì)紫外光的吸收系數(shù)和吸收室的長(zhǎng)度，該法可實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)量，且受其他氧化劑干擾小，穩(wěn)定性好[30]。臭氧濃度在線測(cè)量由主控制器89C51單片機(jī)、三通電磁閥、吸收室、紫外光源、光電傳感器和顯示電路構(gòu)成基本電路，[30]。其中89C51單片機(jī)、三通電磁閥和吸收構(gòu)成臭氧濃度傳感變換器；紫外光源、光電傳感器、放大器、A/D轉(zhuǎn)換和89C51單片機(jī)構(gòu)成信號(hào)采集與A/D轉(zhuǎn)換模塊；89C51單片機(jī)調(diào)節(jié)三通電磁閥的換向，使被檢測(cè)的樣氣和不含臭氧的零氣分時(shí)進(jìn)入吸收室，控制A/D轉(zhuǎn)換器采集透過樣氣和零氣的紫外光強(qiáng)值I和Iο按朗伯——比爾定律計(jì)算臭氧濃度，進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，實(shí)現(xiàn)89C51單片機(jī)和數(shù)控型臭氧發(fā)生器電源供電系統(tǒng)通訊，主要模塊工作原理分述如下： 臭氧濃度在線檢測(cè)系統(tǒng)框圖，含臭氧氣體進(jìn)入變換器后分為兩路，一路經(jīng)催化轉(zhuǎn)化器變化為不含臭氧的零氣，單片機(jī)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制三通電磁閥導(dǎo)通零氣作為被測(cè)氣體進(jìn)入吸收室，連續(xù)十八次測(cè)量相應(yīng)的紫外光強(qiáng)值Iо；然后，單片機(jī)控制三通電磁閥切換，導(dǎo)通樣氣進(jìn)入吸收室，連續(xù)18次測(cè)量相應(yīng)的紫外光強(qiáng)值I。對(duì)I和Iо的18個(gè)采樣值在分別除去其中的極大和極小值后取平均值I和Iо，然后把平均值帶入朗伯——比爾定律中計(jì)算濃度值，這里采用了去極值平均濾波技術(shù)，可消除由于氣路切換造成的測(cè)量粗差，提高了系統(tǒng)測(cè)量精度和準(zhǔn)確性。 臭氧濃度傳感變換器結(jié)構(gòu)框圖在鎖路切換后和信號(hào)采集前，必須讓前一次被測(cè)氣體完全排空，下一次被測(cè)氣體充滿整個(gè)吸收室，因此信號(hào)采集是在等待時(shí)間后開始的，可按下式進(jìn)行計(jì)算：tw=L*S/Q + t0 (22)其中L、S、Q和t0分別代表吸收室的長(zhǎng)度和截面面積、氣體流量和預(yù)留時(shí)間。排氣泵在整個(gè)過程中一直進(jìn)行排氣動(dòng)作，起到排氣和抽氣的雙重作用。按上述過程可周而復(fù)始地在線測(cè)量臭氧濃度[30]。 臭氧濃度信號(hào)采集與A/D轉(zhuǎn)換光電傳感器采用HAMAMATSU公司的R7154型光電倍增管，檢測(cè)系統(tǒng)采用R7154（日本）光電倍增管，信噪比高、性能更加穩(wěn)定。性能優(yōu)于R166光電倍增管。其輸出為小信號(hào)，必須通過前置放大器、去混淆低通濾波器，將R7154輸出的電壓信號(hào)幅值放大成適合A/D轉(zhuǎn)換的量程范圍。A/D轉(zhuǎn)換采用3位半雙積分5G14433芯片，單片機(jī)采用中斷方式獲得對(duì)應(yīng)數(shù)字信號(hào)。其中前置放大器為OPA404型高性能場(chǎng)效應(yīng)輸入單片運(yùn)算放大器，運(yùn)放的負(fù)輸入端接一個(gè)1000MΩ反饋電阻和一個(gè)1pF電容的并聯(lián)電路，其作用是防峰值干擾；，其作用是防止高頻干擾；177。，作用是防止電源突變對(duì)運(yùn)放的影響；5G14433的輸入端Vx接兩個(gè)穩(wěn)壓二極管，保證信號(hào)電壓不高于5G14433的最高輸入電壓+2V；5G14433的轉(zhuǎn)換結(jié)果以BCD碼形式按千、百、十、個(gè)位由Q0~~，相應(yīng)的選通信號(hào)由DS1~DS4提供。 臭氧檢測(cè)電路原理圖 光控雙向可控硅控制加熱電路89C51的I/O口的驅(qū)動(dòng)能力是很有限，由于控制對(duì)象是大電流大功率負(fù)載，因而采用了晶閘管來控制輸出功率。雙向晶閘管是一種大功率半導(dǎo)體器件，它與普通單向晶閘管的不同之處在于它能保證電流在兩個(gè)方向流通，它的特點(diǎn)是：（1）控制極G上無信號(hào)時(shí)，晶閘管兩端呈高阻抗，管子截止。（2）管子兩端電壓超過1．5V時(shí)，無論極性如何，便可利用G觸發(fā)其導(dǎo)通。（3）工作與交流時(shí)，當(dāng)每一半周期交替時(shí)，純阻負(fù)載能恢復(fù)截止。所以必須加如驅(qū)動(dòng)電路，本設(shè)計(jì)中選擇了光耦合雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)雙向可控硅，它是單片機(jī)輸出與雙向可控硅之間的接口器件，它由輸入和輸出兩部分組成，輸入部分是砷化鉀發(fā)光二極管，該二極管在5~15mA正相電流作用下發(fā)出足夠強(qiáng)度的紅外光，觸發(fā)輸出部分[10]。輸出部分是一個(gè)光敏雙向可控硅，在紅外線的作用下可雙向?qū)ā?，它采用雙列直插6腳封裝。主要性能參數(shù)：可靠觸發(fā)電流5~15mA；峰值夾斷電壓600V；重復(fù)沖擊電流峰值1A。MOC3061的管腳排列如下：2腳為輸入端；6為輸出端；5腳懸空，：由于控制對(duì)象是大電流大功率負(fù)載因而采用了晶閘管來控制輸出功率。雙向晶閘管是一種大功率半導(dǎo)體器件，它與普通單向晶閘管的不同之處在于它能保證電流在兩個(gè)方向流通。 MOC3061內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖MOC3061的資料如下：峰值夾斷電壓最小值：400V觸發(fā)電流值：5mA ~15mA正向電壓降典型值：1．2V光耦合雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器(MOC3061)： 光耦合雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器和可控硅的連接圖在使用晶閘管控制的電路中，經(jīng)常要求晶閘管在電源電壓為零或剛過零時(shí)觸發(fā)晶閘管，來減少晶閘管再導(dǎo)通時(shí)對(duì)電源的影響，這種觸發(fā)方式稱為過零觸發(fā)。過零觸發(fā)需要過零檢測(cè)電路，MOC3061就是帶有過零檢測(cè)的雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器，在控制溫度的時(shí)候，單片機(jī)只要輸出能控制可控硅通斷時(shí)間的脈沖信號(hào)就可以了，即通過程序?qū)崿F(xiàn)輸出脈沖來控制雙向可控硅的導(dǎo)通百分比。 繼電器控制的臭氧發(fā)生電路在工業(yè)控制系統(tǒng)中，需要斷開或接通開關(guān)量輸入/輸出通道。當(dāng)開關(guān)接高壓電路時(shí)，還需將控制電路和被控對(duì)象加以隔離，以保護(hù)主控電路和人身安全。繼電器是電氣控制中最常用的控制元件之一。它能同時(shí)實(shí)現(xiàn)接通和隔離這兩項(xiàng)任務(wù)；因此，它在工業(yè)控制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。繼電器由控制線圈和觸頭組成。線圈由低壓直流（5V或12V或24V）控制。繼電器的公共觸頭a可與+5V電源連接，也可與市電連接。直流電磁式繼電器，一般用功率接口集成電路或晶體管驅(qū)動(dòng)。常用的繼電器大部分屬于直流電磁式繼電器，也稱為直流繼電器。，繼電器K吸合；，繼電器K釋放。采用這種控制邏輯可以使繼電器在上電復(fù)位或單片機(jī)受控復(fù)位時(shí)不再吸合。紫外線管和臭氧管連接繼電器的常開觸頭。繼電器K由晶體管9013驅(qū)動(dòng)，9013可以提供300mA的驅(qū)動(dòng)電流，適用于繼電器線圈工作電流小于300mA的場(chǎng)合。Vcc的電壓范圍是6~30V。光電耦合器使用TIL117。TIL117有較高的電流傳輸比，最小值為50％。晶體管9013的電流放大倍數(shù)大于50。當(dāng)繼電器線圈工作電流為300mA時(shí)。 繼電器控制的臭氧發(fā)生電路，才能保證向繼電器提供300mA的電流。光電耦合器的輸入電流由7407提供，電流約為20mA。7407 TTL 集電極開路六正相高壓驅(qū)動(dòng)器。二極管D的作用是保護(hù)晶體管T。當(dāng)繼電器K吸合時(shí)，二極管D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，這時(shí)晶體管T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T的集電極上，當(dāng)感應(yīng)電壓與Vcc之和大于晶體管T的集電結(jié)反向耐壓時(shí)，晶體管T就有可能損壞。加入二極管D后，繼電器線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流由二極管D流過，因此不會(huì)產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓，晶體管T得到了保護(hù)。 LED顯示器接口電路和鍵盤電路LED（Light Emitting Diode）是發(fā)光二極管的縮寫。LED顯示器是由發(fā)光二極管構(gòu)成的，所以在顯示器前面冠以“LED”。LED顯示器在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用非常普遍。 LED顯示器結(jié)構(gòu)常用的LED顯示器是7段（或8段，8段比7段多了一個(gè)小數(shù)點(diǎn)：“dp”段）顯示器。這種顯示器有共陽極和共陰極兩種。共陰極LED顯示器的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常引公共陰極接地。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。同樣，共陽LED顯示器的發(fā)光二極管的陽極連接在一起，通常此公共陽極接正電壓，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陰極接低電平時(shí)，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，相應(yīng)的段被顯示。 7段（8段）LED結(jié)構(gòu)使用LED顯示時(shí)，為了顯示數(shù)字或符號(hào)，要為L(zhǎng)ED顯示器提供代碼，因?yàn)檫@些代碼是通過各段的亮與滅來顯示不同字型的，因此稱之為段碼。7段發(fā)光二極管，再加上一個(gè)小數(shù)點(diǎn)位，共計(jì)8段。因此提供給LED顯示器的段碼正好一個(gè)字節(jié)。各段與字節(jié)中各位的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：代碼位D7D6D5D4D3D2D1D0顯示段DpGFEdCba： 段LED的段碼表顯示字符共陰極段碼共陽極段碼顯示字符共陰極段碼共陽極段碼03FHC0HC39HC6H106HF9HD5EHA1H25BHA4HE79H86H34FHB0HF71H8EH466H99HP73H8CH56DH92HU3EHC1H67DH82HT31HCEH707HF8Hy6EH91H87FH80HH76H89H96FH90HL38HC7HA77H88H“滅”00HFFHB7CH83H LED顯示器的工作原理由N個(gè)LED顯示塊可拼接成N位LED顯示器。，N個(gè)LED顯示塊有N根位選和8*N根段選[1]。根據(jù)顯示方式的不同，位選線和段選線的連接方法也各不相同。段選線控制顯示字符的字型，而位選線為各個(gè)LED顯示塊的公共端，它控制該LED顯示位的亮、暗。當(dāng)LED顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時(shí)，各位的共陰極（或共陽極）連接在一起并接地（或+5V）：每位的段選線（a~dp）分別與一個(gè)8位的鎖存器輸出相連，所以稱為靜態(tài)顯示。各個(gè)LED的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存器的輸出將維持不變，直到顯示另一個(gè)字符為止。也正因?yàn)槿绱?，靜態(tài)顯示器的亮度都較高。該電路各位可獨(dú)立顯示，只在該位的段選線上保持段碼電平，該位就能保持相應(yīng)的顯示字符。由于各位分別由一個(gè)8位輸出口控制段碼電平，故在同一時(shí)間里，每一位顯的字符可以各不相同。這種顯示方式接口編程容易，付出的代價(jià)是占用口線較多。 4位靜態(tài)LED顯示電路 LED顯示器與89C51的接口電路LED顯示器與89C51的接口電路采用74LS164芯片。74LS164串入并出八位移位寄存器。本次設(shè)計(jì)利用89C51的串行口來外擴(kuò)鍵盤/顯示器。在串行口外接移位寄存器74LS164，構(gòu)成鍵盤/顯示器接口，： 用89C51串行口擴(kuò)展鍵盤/顯示器圖中的4個(gè)74LS164作為8位LED的段碼輸出口，、（TXD）引腳同步移位脈沖輸出控制線，=0時(shí)，與門輸出為0，禁止同步移位脈沖輸出。靜態(tài)顯示方式時(shí)，CPU不必頻繁的為顯示服務(wù)，所以主程序可不必掃描顯示器，軟件設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，從面使單片機(jī)有更多的時(shí)間處理其他事務(wù)。 電源電路的設(shè)計(jì)對(duì)于電源電路，為了增強(qiáng)消毒箱對(duì)環(huán)境的適應(yīng)，設(shè)有常用電源和備用電源。 常用電源電路和備用電源電路一、常用電源由車的后車廂直流+12V電壓經(jīng)過7805產(chǎn)生+5V，供給單片機(jī)使用，其中C4和C2是起到一定的濾波作用，再經(jīng)過IC1和IC2振蕩電路產(chǎn)生振蕩，當(dāng)R3前的IC輸出高電平時(shí)，TR1導(dǎo)通，此時(shí)輸出為低電平，對(duì)于TR4和TR3，TRA4導(dǎo)通；而下面的電路R5前為低電平，因而TR2截止，由+12V電源引出的高電平使得TR5導(dǎo)通，可以看出TR5與TR4形成一個(gè)逆時(shí)針的回路。同理，當(dāng)濾波電路產(chǎn)生低電平的時(shí)候，由TR3和TR6組成一順時(shí)針回路，即所謂的交流電壓形成，再經(jīng)過變壓器變壓產(chǎn)生輸出電流的220V電壓。 二、備用電源是由220V的電壓經(jīng)過TRAN1轉(zhuǎn)換成9V的電壓，再經(jīng)過整流電路的整流，輸出的電壓由7805再轉(zhuǎn)換生成+5V的電壓提供給單片機(jī)使用。第三章