【文章內(nèi)容簡介】 +85 0000 0101 0101 0000 0550H + 0000 0001 1001 0001 0191H + 0000 0000 1010 0010 00A2H + 0000 0000 0000 1000 0008H 0 0000 0000 0000 0000 0000H 1111 1111 1111 1000 FFF8H 1111 1111 0110 1110 FF5EH 1111 1111 0110 1111 FF6FH 55 1111 1100 1001 0000 FC90H 溫度傳感器和顯示電路組成 本模塊的溫度傳感器選用更加優(yōu)秀的 DS18B20，選用 STC89C52 單片機作為控制處理器，再添加溫度顯示部分作為溫度控制輸出單元。本系統(tǒng)盡量結構簡單，但功能也要完善。溫度傳感器電路圖如圖 2 所示。 系統(tǒng)的工作原理： 通過 DS18B20 采集周圍環(huán)境的溫度，將測量傳入單片機 口溫度數(shù)據(jù)，通過單片機處理顯示當前溫度，并與用戶設定的溫度上下限值進行比較，如果設定的高限或高于設定的閾值低，控制電機的轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)。 圖 DS18B20溫度傳感器原理圖 電機調(diào)速電路 電機速度控制是整個控制裝置的一個重要方面。 通過控制改變?nèi)龢O翻出的導，使輸 8 出端電壓發(fā)生改變，從而使施加在電風扇的輸入電壓發(fā)生改變，以調(diào)節(jié)風扇的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)各檔位風速的無級調(diào)速。 電機調(diào)速原理 雙向可控硅的導通條件如下： (1）陽 陰極間加正向電壓； (2）控制極 陰極間加正向觸發(fā)電壓； (3）陽極電流 IA 大于可控硅的最小維持電流 IH。 電風扇的檔位設為高低兩檔，每個檔位的風速有一個限定值。當在額定的電壓和功率下以最高速度轉(zhuǎn)動時，要使風扇風葉的最大圓周上的線速度不小于或等于2150m/min。而且線速度可通過下面的公式求得 V=πDn103 （ ） 式（ ）中， V 代表風扇扇葉最大圓周上的線速度 (m/min),D 代表風扇扇葉的最大直徑(mm)， n 代表電風扇的最快轉(zhuǎn)速 (r/min)。 代入數(shù)據(jù)可得 n5≤ 1555r/min,取 n5=1250 r/： %70%100 ??? 最高調(diào)速檔的轉(zhuǎn)速最低調(diào)速檔的轉(zhuǎn)速調(diào)速比 () 取 n1=875r/min。因此可以得到五個檔位的轉(zhuǎn)速值： n1=875r/min， n2=980r/min， n3=1063r/min， n4=1150 r/min， n5=1250r/min 又因為負載上的電壓有效值為 u0=u1 ?????? ?? ??? ?? 2 2sin （ ） 式（ ）中， u1代表輸入交流電壓的有效值， α代表控制角。求解得： (1)當 α5=0176。 時， t=0ms； (2)當 α4=176。時， t=； (3)當 α3=176。 時， t=； (4)當 α2=176。時， t=； (5)當 α1=176。 時， t=。 上面得出的是控制角度和觸發(fā)的時間，當檢測到過零點時，通過所求解的觸發(fā)時間延時發(fā)脈沖，就可以實現(xiàn)預期轉(zhuǎn)速。 電機控制模塊設計 本模塊使用了 MOC3041M 過零雙向可控硅 型光耦 ,過零檢測、集光電隔離和過零觸 9 發(fā)等功能 ,防止了輸入和輸出通道同時控制雙向可控硅觸發(fā)的缺點 , 使得輸出通道隔離2 驅(qū)動電路的結構簡化?？煽毓栌|發(fā)電路原理圖見下圖 3。其中 RL 電路即作為電機負載，它的工作原理是 :單片機先響應用戶的參數(shù)設置 , 使得在 I/ O 口輸出一個高電平 , 再經(jīng)過反向器反向 , 輸出一個低電平 ,這使得光電耦合器導通 , 與此同時觸發(fā)雙向可控硅 , 使得工作電路導通。在給定的時間內(nèi) ,負載的功率為 : UINnP? () 式 ()中 : P 表述負載產(chǎn)生的功率（ kW）， n 表示給定的時間內(nèi)可控硅導通過正弦波的個數(shù)， N 表示給定時間內(nèi)交流正弦波總數(shù)， U 表示可控硅在一個電源周期全導通時所對應電壓有效值（ V）， I 表示可控硅在一個電源周期全導通時所對應的電流有效值（ A）。由式 () 可得 ,當 U , I , N 為定值時 , 只需改變 n 值就可以控制功率的輸出大小 ,這就達到調(diào)節(jié)風扇的轉(zhuǎn)速。 圖 電機控制原理圖 5 控制器軟件設計 本系統(tǒng)的程序選用 C 語言進行編寫，采 用模塊化的設計方法 ，整體的程序由主程序和顯示，鍵盤掃描，紅外線接收，電機控制等子程序模塊組成。 主程序 當主程序初始化以后，就開始反復的檢測各個模塊相關部分的緩沖區(qū)的標志，假設緩沖區(qū)進行了置位，就說明了相應的數(shù)據(jù)需要進行處理，隨后主程序就調(diào)用相應的處理子模塊。如下圖 所示。 10 圖 主程序的模塊流程圖 溫度傳感器模塊和顯示模塊 如下圖 所示， 本設計用的是 4 位 共陰極數(shù)碼管。在硬件連接上，利用 MCU 的A 口控制 8 個位段（數(shù)據(jù)），用 B 口的低四位控制數(shù)碼管的位選信號。圖中， PTA7～ 0分別接 h～ a 位段， PTB3～ 0 分別過 1K 電阻與 CS3～ 0 位選端相接，這樣 PTB3 就控制最左邊一個數(shù)碼管的顯示， PTB0 則控制最右邊一個數(shù)碼管的顯示。接在位選線上的 1K電阻是限流電阻，避免電流過大燒壞數(shù)碼管。 程序啟動 初始化溫度 初始化電機 讀取測溫子程序 溫度賦值處理程序 讀取鍵盤子程序 運行溫度判斷子程序 運行電控制子程序 結束 圖 MCU與 4位 數(shù)碼管的連接 a g d f e c b h a g d f e c b h a g d f e c b h a g d f e c b h a b f CS0 CS1 CS2 c d e g h CS3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 PTB3 PTA6 PTA2 PTA7 PTA3 PTA4 1K 1K 1K 1K PTA1 PTB2 PTB1 PTA5 PTA0 PTB0 11 如 下 圖 所示， 單片機 控制 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器完成溫度轉(zhuǎn)換工作必須經(jīng)過三個步驟： 。 操作指令。 。單片機使用的系統(tǒng)頻率為 12MHz,12M 是比較常用的晶， 51 單片機 是 12 分頻 的，如果選用 12M 晶振 ，如果是單 指令周期 的語句，剛好是 1us，其他語句正好是 1us 的整數(shù)倍。很輕松算出每個語句用了多長時間。 依 據(jù) DS18B20 溫度傳感器進行初始化時序、讀時序和寫時序分別可編寫 3 個子程序：初始化子程序、寫子程序、讀子程序。 圖 數(shù)字溫度傳感器模塊的 程序流程圖 開始 DS18B20 初始化 啟動 DS18B20 測溫 內(nèi)部判斷 ？ 調(diào)用讀子程序 顯示子程序 結束 調(diào)用相應的控制程序 調(diào)用相應的鍵值處理程序 調(diào)用寫子程序 異常 正常 12 DS18B20 芯片功能命令表如下 表 。 表 DS18B20功能命令表 命令 說明 READ ROM 讀取激光 ROM64 位 MATCH ROM 匹配 ROM SKIP ROM 跳過 ROM SEARCH ROM 搜索 ROM ALARM SEARCH 告警搜索 WRITE SCRATCHPAD 把字節(jié)寫入暫存器的地址 2 和 3 READ SCRATCHPAD 讀取暫存器和 CRC 字節(jié) COPY SCRATCHPAD 把暫存器內(nèi)容拷貝到非易失性存儲器中 CONVERT T 開始溫度轉(zhuǎn)換 RECALL E2 把非易失性存儲器中的值召回暫存器 READ POWER SUPPLY 讀電源供電方式： 0 為寄生電源， 1 為外電源 電機調(diào)速和控制子模塊 本模塊使用的是雙向可控硅過零觸發(fā)方式，用單片機來控制雙向可控硅是否導通，通過控制每個控制周期內(nèi)的可控硅導通和關斷交流完整的全波信號的數(shù)目來調(diào)整負載的功率，這樣轉(zhuǎn)速就得到了調(diào)整。由于 INT0 信號反映出工頻電壓過零時刻，因此只需在 圖 外中斷 0 的中斷服務程序里實現(xiàn)控制門開啟與關閉，并且使用中斷服務的次數(shù)對控制量 n 進行計數(shù) 和判斷，每次中斷一次，就對 n 減 1，假設 n 不等于 0，維持控制電平使之為“ 1”，再打開控制門；如果 n=0，就讓控制電平復位變?yōu)椤?0”，關閉控制門，就使可控硅的過零觸發(fā)脈沖不能通過。這就能夠按照控制處理獲得的控制量的要求，完成可控硅的過零控制，這樣就達到了按控制量控制的功效，實現(xiàn)速度的可調(diào)整。 （ 1） 中斷服務程序：當中斷服務程序運行時，先要保護現(xiàn)場， INT0 中斷標志的置位，阻止主程序進行參數(shù)的修改，再開始減 1 計數(shù)，同時判斷是否關斷可控硅，最后INT0 中斷標志位進行清零，使初始化數(shù)據(jù)還原，恢復現(xiàn)場，中斷返回 。（設 1 秒鐘通過波形個數(shù)為 N=100） （ 2） 回路控制執(zhí)行程序：主回路控制執(zhí)行程序是為了初始化數(shù)據(jù)存儲單元，確定電機的工作參數(shù) nmin/nmax，同時將它換算為“有效過零脈沖”的個數(shù)；確定中斷的優(yōu)先級、開中斷，這樣可以保證正弦波的完整性，而工頻過零同步中斷 INT0 定為高一級的中斷源。中斷響應流程圖 如下圖 。 13 圖 電機控制模塊中斷響應流程圖 參考文獻 [1] 曹巧媛 .單片機原理及應用 [M].北京：電子工業(yè)出版社， 2020.： 210. [2] 王倫 .電風扇原理與維修技術 [M].北京：新時代出版社， 1999.： 118119. [3] 張毅剛 .新編 MCS51 單片機應用設計 [M].哈爾濱工業(yè)大學出版社， 2020.： 1015. [4] 梁廷貴、王裕琛 .可控硅觸發(fā)電路語音電路分冊 [M].北京：科學技術文獻出版社， 2020. [5] 陳明熒 .8051單片機課程設計實訓教材 [M]. 北京：清華大學出版社， 2020.： 8588. [6] 徐新艷 .單片機測控技術應用實例解析 [M]. 北京：中國電力出版社， 2020.： 7982. [7] 周廣興，張子紅 .單片機原理及應用教程 [M].北京： 北京大學出版社， 2020.： 1424. [8]魏小龍 MSP430單片機接口技術及系統(tǒng)設計實例 [M].北京：北京航空航天大學出版社 ,2020.： 4050. [9]周琛暉 ,馮少懷 .基于 DS18820的溫度測量系統(tǒng) [J].電腦知識與技術 ,2020.:第 10 期 . [10]立華、王立柱。 C語言程序設計 [M].北京：人民郵電出版社 ,2020.： 5670. EX0 中斷 溫度大于等于下限值并且 小于上限 值 控制可控硅 截止