【文章內(nèi)容簡介】 ，單片機(jī)的計(jì)數(shù)過程是這樣的：當(dāng)霍爾傳感器掃描到一個(gè)磁鋼時(shí)，霍爾傳感器發(fā)生一次脈沖輸入單片機(jī)，由于微波加熱板的長度為2m，傳送輪子的周長為1m，傳送輪子上有8個(gè)磁鋼，所以傳送輪子需要旋轉(zhuǎn)2圈，也就是發(fā)生17個(gè)脈沖信號(hào)，應(yīng)能確保將要烘干的糧食輸送到位了。這時(shí)單片機(jī)產(chǎn)生一次中斷，控制電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)。這樣單片機(jī)就完成了對(duì)糧食輸送的控制工作。（2）對(duì)磁控管工作的時(shí)間的控制當(dāng)確保把將要烘干的糧食輸送到位之后，單片機(jī)產(chǎn)生一次中斷，控制電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)和磁控管開始對(duì)輸送到位的糧食進(jìn)行微波加熱，同時(shí)單片機(jī)對(duì)送入微波加熱板內(nèi)的糧食進(jìn)行持續(xù)的監(jiān)控測量糧食的濕度，并判斷微波加熱板內(nèi)的糧食是否達(dá)到安全水標(biāo)準(zhǔn)。如果微波加熱板內(nèi)的糧食達(dá)到了安全水之下，單片機(jī)又產(chǎn)生一次中斷，控制磁控管的微波加熱停止，電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)單片機(jī)要控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)為2圈，保證把烘干后的糧食輸送到收料器中和把將要烘干的糧食輸送到磁控管的微波加熱板上。就這樣循環(huán)的運(yùn)行下去。 控制硬件設(shè)計(jì) 3．2．1 系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)濕度信號(hào)采樣A/D轉(zhuǎn)換單片機(jī)信號(hào)處理輸出控制信號(hào)要求設(shè)計(jì)的微波糧食烘干控制系統(tǒng)是根據(jù)單片機(jī)來控制磁控管的工作時(shí)間和電機(jī)旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，從而把糧食控制在安全水之下。其過程如下：先要電機(jī)工作，磁控管不工作，是為了把將要烘干的糧食輸送到微波加熱上。同時(shí)通過計(jì)霍爾傳感器發(fā)出脈沖的個(gè)數(shù)，來確保將要烘干的糧食輸送是否到位了。收到設(shè)定的個(gè)數(shù)之后，產(chǎn)生一次中斷，說明糧食已經(jīng)輸送到位了。此時(shí)單片機(jī)控制電機(jī)不工作、磁控管開始工作；是為對(duì)輸送到位的糧食進(jìn)行微波加熱烘干，同時(shí)對(duì)輸送到位的糧食進(jìn)行持續(xù)的監(jiān)控測量糧食的濕度，如果微波加熱的糧食已經(jīng)達(dá)到了安全水標(biāo)準(zhǔn)，單片機(jī)又產(chǎn)生一次中斷。控制電機(jī)工作、磁控管不工作，之后要計(jì)脈沖；為了確保把烘干后的糧食輸送到收料器中和把第二次將要烘干的糧食輸送到微波加熱板的指定位置，就形成了一個(gè)循環(huán)。3．2．2 系統(tǒng)的組成框圖顯示電路控制執(zhí)行電路命令鍵輸入89C51應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集傳感器 通過系統(tǒng)的組成框圖可把該微波糧食烘干系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分可分為輸入輸出接口設(shè)計(jì)、人機(jī)接口設(shè)計(jì)和控制接口設(shè)計(jì)。下面我們來依次介紹本畢業(yè)設(shè)計(jì)的微波糧食烘干系統(tǒng)所應(yīng)用的這三部的設(shè)計(jì)。3．2．3 輸入輸出接口設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的輸入輸出接口設(shè)計(jì)主要包括數(shù)據(jù)采集電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，該系統(tǒng)應(yīng)用的電路圖如圖32所示圖32數(shù)據(jù)采集電路的主要元件是濕度傳感器，濕度傳感器主要由濕敏元件構(gòu)成，濕度的變化引起了濕度傳感器內(nèi)部電容RH的改變，在相對(duì)濕度為55%時(shí)，RH的典型值為180pf。電容式濕度傳感器HS1101是用集成工藝制造的濕度傳感器，它在1%~99%范圍內(nèi)能按恒定比率輸出一個(gè)與濕度成正比的電壓，通過對(duì)此電壓的測量，就可得到所需要的濕度值。濕度傳感器對(duì)糧食的濕度信號(hào)進(jìn)行采樣，要通過采樣電路來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)采樣到糧食的濕度信號(hào)之后，通過兩級(jí)LM358芯片的放大，每一級(jí)的放大倍數(shù)為：，最后把放大的模擬信號(hào)輸入ADC0809，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。A/D變換器工作原理 ：模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的功能是把輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，使微處理機(jī)能夠從傳感器或其它模擬信號(hào)獲得信息。A/D轉(zhuǎn)換器的種類很多，但目前應(yīng)用較廣泛的主要有兩種類型：逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器和雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器。3．2．4 人機(jī)接口設(shè)計(jì)該微波糧食烘干控制系統(tǒng)的人機(jī)接口設(shè)計(jì)電路包括兩個(gè)部分為顯示電路的命令鍵輸入電路。下面依次對(duì)它們進(jìn)行介紹：本系統(tǒng)的顯示電路使用串行口的靜態(tài)LED驅(qū)動(dòng)接口。利用串行口和移位寄存器作為顯示器的驅(qū)動(dòng)接口，可以簡化設(shè)計(jì)，節(jié)省CPU的I/O線。圖33是一個(gè)使用89C51串行口的靜態(tài)LED顯示接口。 圖33用串行口的靜態(tài)LED顯示接口單片機(jī)89C51的串行口設(shè)定工作在方式0狀態(tài)。在方式0時(shí)，89C51的串行口起一個(gè)移位[寄存器的作用，RXD引腳作為輸入或輸出移位時(shí)鐘。輸出時(shí)以字節(jié)為單位輸出，D07位首先送出接著送D1位，最后是D7位。一個(gè)字節(jié)輸出完畢后89C51內(nèi)部自動(dòng)對(duì)串行口發(fā)送中斷標(biāo)志T1置位。在程序中可測試T1以確定是否發(fā)送完畢。電路中使用串行輸入并行輸出的移位寄存器74LS164。74LS164的功能是把串行輸入的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿休敵?，?dāng)時(shí)鐘端CP有一個(gè)正跳變信號(hào)時(shí)，輸出端Q0至Q7的數(shù)據(jù)移位一次，Qn移至Qn+1，數(shù)據(jù)輸入端Da和Db的值相與后送入Q0，Q7原來的數(shù)據(jù)丟失。當(dāng)下一級(jí)74LS164的Da和Db端接上一級(jí)的Q7端時(shí)，Q7原來的數(shù)據(jù)移至下一級(jí)74LS164的Q0端。MR端是復(fù)位控制端，WR為低電平時(shí)，Q0至Q7均輸出低電平。顯示接口電路中不需要復(fù)位操作，所以WR端接+5V。89C51的串行數(shù)據(jù)由RXD端輸出，送到74LS164輸入端Da和Db，移位時(shí)鐘由89C51的TXD端輸出，經(jīng)7408組成的同相驅(qū)動(dòng)器后接到所有的74LS164的時(shí)鐘端CP上。顯示器使用8個(gè)共陽極七段LED，組成8位十六進(jìn)制數(shù)字顯示器，采用非掃描即靜態(tài)顯示方。每一片74LS164的8個(gè)輸出Q7~Q0經(jīng)過限流電阻后分別接到一個(gè)LED顯示器的a~g端以及小數(shù)點(diǎn)Dp端,只要89C51不發(fā)出移位時(shí)鐘，顯示的數(shù)據(jù)就保持不變。顯示器程序中有一個(gè)段碼表。碼表就是把所要顯示字型的字段控制數(shù)據(jù)按所顯示數(shù)值的大小，順序排成一個(gè)表，并放在程序存儲(chǔ)中。例如要顯示的數(shù)字是十六進(jìn)制數(shù)0~F及十進(jìn)制小數(shù)，.，1.……，20H單元存放不顯示的段碼，這樣就形成段了段碼表，即顯示子程序中的SGTAB。當(dāng)需要顯示0時(shí)，則把地址為SGTAB的存儲(chǔ)單元的內(nèi)容0C0H送到串行口輸出，經(jīng)74LS164接收后驅(qū)動(dòng)七段LED顯示出”0”。段碼字節(jié)的D0對(duì)應(yīng)于74LS164的Q7即a段，D7對(duì)應(yīng)于Q0端Dp段。SGTAB上段碼表的首地址，要顯示的數(shù)據(jù)為段碼表的偏移量,偏移量字節(jié)中D0~D3代表顯示數(shù)字0~F，D4小數(shù)點(diǎn)的顯示狀態(tài)，H表示不顯示。使用移位寄存器組成的顯示接口電路，可以接很多的七段LED顯示器。由于移位寄存器是一個(gè)個(gè)串聯(lián)的，增加LED顯示器不需要增加單片機(jī)的I/O線，只需修改相應(yīng)的顯示控制程序。所以最大的顯示位數(shù)主要由CP線的驅(qū)動(dòng)能力和傳送數(shù)據(jù)時(shí)間長短決定。如果用驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)的74S241驅(qū)動(dòng)器作為移位時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，則顯示位數(shù)可接到20位以上。該接口電路的優(yōu)點(diǎn)是顯示位數(shù)多，顯示亮度大，顯示程序簡單，主序不必掃描顯示器接口，故有更多是時(shí)間用于完成其它任務(wù)。本系統(tǒng)的命令鍵輸入電路如圖34所示 圖34 命令鍵輸入電路命令鍵輸入電路的關(guān)鍵部分是鍵盤，它是最簡單的單片機(jī)輸入接口，通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實(shí)現(xiàn)簡單的人機(jī)對(duì)話。鍵盤上閉合鍵的識(shí)別是由專用硬件實(shí)現(xiàn)的，成為編碼鍵盤，靠軟件實(shí)現(xiàn)的稱為非編碼鍵盤。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為了節(jié)省硬件，通常采用非編碼鍵盤，在這種鍵盤結(jié)構(gòu)中，單片機(jī)對(duì)它的控制不外乎有以下三種方式：① 程序控制掃描方式：這種方式只有當(dāng)單片機(jī)空閑時(shí)，才調(diào)用鍵盤掃描子程序，響應(yīng)鍵盤的輸入請(qǐng)求。 ② 定時(shí)掃描方式：單片機(jī)對(duì)鍵盤的掃描也可采用定時(shí)掃描方式，即每個(gè)一定的時(shí)間對(duì)鍵盤掃描一次。在這種掃描方式中，通常利用單片機(jī)內(nèi)的定時(shí)器，產(chǎn)生10ms 的定時(shí)中斷，CPU響應(yīng)定時(shí)器溢出中斷請(qǐng)求，對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，以響應(yīng)鍵盤輸入請(qǐng)求。③ 中斷掃描方式對(duì)鍵盤定時(shí)掃描控制方式的主要優(yōu)點(diǎn)是能及時(shí)響應(yīng)鍵入的命令或數(shù)據(jù)，便于用戶對(duì)正在執(zhí)行的程序進(jìn)行干預(yù)。這種控制方式，不管鍵盤上有無鍵閉合，CPU總是定時(shí)的關(guān)心鍵盤狀態(tài)，因?yàn)槿斯ゆI入動(dòng)作極慢，有時(shí)操作員對(duì)正在運(yùn)行的系統(tǒng)很少甚至不會(huì)干預(yù)，所以在大多數(shù)情況下，CPU對(duì)鍵盤進(jìn)行空掃描。為了進(jìn)一步提高CPU的效率，可采用中斷方式，當(dāng)鍵盤上有鍵閉合時(shí)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，CPU響應(yīng)中斷，執(zhí)行中斷服務(wù)程序，判別鍵盤上閉合鍵的鍵號(hào)，并作相應(yīng)處理。 對(duì)鍵盤/顯示器接口設(shè)計(jì)的兩個(gè)要求：。但是系統(tǒng)不同，要求就不同，接口設(shè)計(jì)也就不同。對(duì)一個(gè)鍵盤/顯示器接口設(shè)計(jì)應(yīng)從整個(gè)系統(tǒng)出發(fā)，綜合考慮軟、硬件的特點(diǎn)，合理分配軟、硬件的比重。在應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一般都是把鍵盤和顯示器放在一起考慮。本系統(tǒng)控制器的鍵盤采用掃描工作方式，這四個(gè)按鍵分別是復(fù)位鍵和外中斷控制鍵、功能加1鍵和功能減1鍵，直接把這些低電平觸發(fā)信號(hào)分別接到AT89C51的RET、。有鍵按下時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入鍵盤掃描服務(wù)程序，判斷哪個(gè)鍵被按下，并執(zhí)行相應(yīng)的操作。如果S4鍵被按下，系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位功能；如果S3鍵被按下，系統(tǒng)產(chǎn)生外部中斷；如果S1鍵被按下，系統(tǒng)控制的磁控管的工作時(shí)間延長10秒；如果S2鍵被按下，系統(tǒng)控制的磁控管的工作時(shí)間減少10秒。3．2．5 控制接口設(shè)計(jì)本畢業(yè)設(shè)計(jì)的微波糧食烘干控制系統(tǒng)的控制接口設(shè)計(jì)部分采用交流電磁式接觸器的功率接口。繼電器中切換電路能力較強(qiáng)的電磁式繼電器稱為接觸器。接觸器的觸點(diǎn)數(shù)一般較多。交流電磁式接觸器由于線圈的工作電壓要求是交流電，所以通常使用雙向晶閘管驅(qū)動(dòng)或使用一個(gè)直流繼電器作為中間繼電器控制。圖35是交流接觸器的接口電路圖。 圖35 交流接觸器接口 由于本畢業(yè)設(shè)計(jì)的微波糧食烘干控制系統(tǒng)所控制的是高功率的電機(jī)和磁控管，所以利用交流接觸器來控制它們。此接口電路就是用來控制交流接觸器C的。從而控制了所要控制的電機(jī)和磁控管。交流接觸器C由雙向晶閘管T驅(qū)動(dòng)。雙向晶閘管的選擇要滿足：額定工作電流為交流接觸器線圈工作電流的2~3倍；額定工作電壓為交流接觸器線圈工作電壓的2~3倍。對(duì)于工作電壓220V的中、小型交流接觸器，可以選擇3A、600V的雙向晶閘管。光電耦合器MOC3041的作用是觸發(fā)雙向晶閘管T以及隔離單片機(jī)系統(tǒng)和接觸器系統(tǒng)。光電耦合器MOC3041的輸入端接7407。，雙向晶閘管T導(dǎo)通，接觸器C吸合。，雙向晶閘管關(guān)斷，接觸器C釋放。MOC3041內(nèi)部帶有過零控制電路，因此雙向晶閘管T工作在過零觸發(fā)方式。接觸動(dòng)作時(shí),電源電壓較低，這時(shí)接通用電器，對(duì)電源的影響較小。該接口電路還應(yīng)用了雙向晶閘管型觸發(fā)電路，下面對(duì)它進(jìn)行介紹：輸出端的雙向晶閘管導(dǎo)通，觸發(fā)外部的雙向晶閘管T導(dǎo)通。高電平時(shí)，MOC3021輸出端的雙向晶閘管關(guān)斷，外部雙向晶閘管T也關(guān)斷。電阻R1的大小由下31式計(jì)算： （31式）R1取300 。由于串入阻R1，使得觸發(fā)電路有一個(gè)最小觸發(fā)電壓，低于這個(gè)電壓時(shí)，T才導(dǎo)通。最小觸發(fā)電壓VT由下32式計(jì)算： （32式）對(duì)應(yīng)的最小控制角為： （33式）即控制角不能小于，也只有在時(shí)，內(nèi)部雙向晶閘管才導(dǎo)通。當(dāng)外接的雙向晶閘管功率較大時(shí)，需要較大16T，這時(shí)最小控制角度比較大，可能會(huì)超出使用的要求。解決的方法是在大功率晶閘管和MOC3041之間再加入一個(gè)觸發(fā)用的晶閘管，這個(gè)觸發(fā)用的晶閘管的限流電阻可以用得比較小，所以最小控制角也可以做得比較小。當(dāng)負(fù)載為感性負(fù)載時(shí)，由于電壓上升率較大，有可能超過MOC3021允許的范圍。在阻斷狀態(tài)下，晶閘管的PN結(jié)相當(dāng)于一個(gè)電容，如果突然受到正向電壓，充電電流流過門極PN結(jié)時(shí)，起了觸發(fā)電流的作用。當(dāng)電壓上升率較大時(shí)，就會(huì)造成MOC3041的輸出晶閘管誤導(dǎo)通。因此，在MOC3061的輸入回路中加入R2和C1組成的RC回路，降低電壓上升率在允許的范圍內(nèi)。經(jīng)計(jì)算R2取2 K （34式）經(jīng)計(jì)算R2取2 K晶閘管，來減少晶閘管在導(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)。3．2．6 Protel原理圖設(shè)計(jì) Protel原理圖的設(shè)計(jì)過程一般可以按照下圖所示的流程圖進(jìn)行：設(shè)置電路圖紙大小 在工作平面上放置元件原理圖的布線 編輯與調(diào)整存盤與打印具體說來可以分為以下的步驟：1． 設(shè)置圖紙 根據(jù)實(shí)際電路的復(fù)雜程度來設(shè)置圖紙的大小，設(shè)置圖紙的過程實(shí)際是一個(gè)建立工作平面的過程。2． 放置元件 這個(gè)階段，就是用戶根據(jù)實(shí)際電路的需要，從元件庫里取出所需的元件放置到工作平面上。用戶可以根據(jù)元件之間的走線等聯(lián)系對(duì)元件在工作平面上的位置進(jìn)行調(diào)整、修改，并對(duì)元件的編號(hào)、封裝進(jìn)行定義和設(shè)定等，為下一步工作打好基礎(chǔ)。3． 原理圖的布線 該過程實(shí)際就是一個(gè)畫圖的過程。用戶利用Protel 99 SE提供的各種工具、指令進(jìn)行布線，將工作平面上的器件用具有電氣意義的導(dǎo)線、符號(hào)連接起來，構(gòu)成一個(gè)完整的電路原理圖。4． 編輯與調(diào)整 在這一階段，用戶利用Protel 99 SE提供的各種強(qiáng)大功能對(duì)所繪制的原理圖進(jìn)行進(jìn)一步地調(diào)整和修改，以保證原理圖的美觀和正確。這就需要對(duì)元件位置的重新調(diào)整，導(dǎo)線位置的刪除、移動(dòng)，更改圖形尺寸、屬性及排列。5． 進(jìn)一步完善 用戶在此階段，可以充分利用Protel 99 SE的強(qiáng)大功能來對(duì)原理圖進(jìn)行進(jìn)一步的補(bǔ)充和完善。如利用Protel 99 SE的繪圖工具繪制一些不具有電氣意義的圖形或者加入一些文字說明等。6． 原理圖的輸出 該部分是對(duì)設(shè)計(jì)完的原理圖進(jìn)行存盤、輸出打印，以供存檔。這個(gè)過程實(shí)際是對(duì)設(shè)計(jì)的圖形文件輸出的管理過程，是一個(gè)設(shè)置打印參數(shù)和打印輸出的過程。3．2．7 PCB的設(shè)計(jì)印制電路板（PCB）是電子產(chǎn)品中電路元件和器件的支撐件，它提供電路元件和器件之間的電器連接。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，PCB的密度越來越高。PCB設(shè)計(jì)的好壞對(duì)抗干擾能力影響很大。因此，在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí)，必須應(yīng)遵循PCB設(shè)計(jì)的一般原則，并符合抗干擾技術(shù)的要求。主要應(yīng)遵循以下原則：布局首先，要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸多大時(shí)，印制線條長，阻抗增加，抗干擾能力下降，成本也增加；過小，則散熱不好，且臨近線條易受干擾。在確定PCB尺寸后，再確定特殊元件的位置。最后，根據(jù)電路的功能單元，對(duì)電路的全部元器件進(jìn)行布局。再確定特殊元件的位置時(shí)要遵守以下