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正文內(nèi)容

機(jī)電一體化-基于at89c51單片機(jī)的熱敏電阻加熱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2025-01-11 02:01 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的三態(tài)控制端/1G和 /2G 接地, P2口與驅(qū)動(dòng)器輸入線(xiàn)對(duì)應(yīng)相連。 P0口與 74LS245 輸入端相連 ,/E 端接地,保證數(shù)據(jù)現(xiàn)暢通。 8951 的 /RD 和 /PSEN 相與后接 DIR,使得 14 /RD 或 /PSEN 有效時(shí), 74LS245 輸入( ←Di ),其它時(shí)間處于輸出( →Di )。 74LS245(如圖 17) 與 74LS640邏輯功能相似,但 74LS245具有原碼(正相)輸出。 圖 17 控制模塊設(shè)計(jì) 加熱模塊由單片機(jī) 口輸出信號(hào)給光電耦合 2腳,當(dāng)單片機(jī) 低電平時(shí)光耦工作,將電信號(hào)傳遞給繼電器,繼電器吸合,外圍電路通電,熱水器停止工作。當(dāng) 輸出高電平時(shí)光耦不工作,繼續(xù)加熱。外圍電路通常是交流電機(jī)電壓為 (220V), 強(qiáng)電不能和弱電有任何電器接觸,防止強(qiáng)電進(jìn)入到單片機(jī)內(nèi),繼電器 和光耦 起到隔離作用。 電路如圖 18所示 。 圖 18 控制電路 15 光耦工作原理及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 原理:耦合器以光為媒介傳輸電信號(hào)。它對(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用,所以,它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。而且它已成為種類(lèi)最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三 部分組成:光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管( LED),使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光,被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流,再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電 — 光 — 電的轉(zhuǎn)換,從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離,電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn),因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件,因而具有很強(qiáng)的共模抑制能力。所以,它在長(zhǎng)線(xiàn)傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計(jì)算機(jī)數(shù)字通信及實(shí)時(shí)控制中作為信號(hào)隔離的接口器件,可以大大增加計(jì) 算機(jī)工作的可靠性。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn): ,其絕緣電阻一般都大于 1010Ω,耐壓一般可超過(guò)1kV,有的甚至可以達(dá)到 10kV 以上。 “光”傳輸?shù)膯蜗蛐?,所以信?hào)從光源單向傳輸?shù)焦饨邮掌鲿r(shí)不會(huì)出現(xiàn)反饋現(xiàn)象,其輸出信號(hào)也不會(huì)影響輸入端。 (砷化鎵紅外二極管)是阻抗電流驅(qū)動(dòng)性器件,而噪音是一種高內(nèi)阻微電流電壓信號(hào)。因此光電耦合器件的共模抑制比很大,所以,光電耦合器件可以很好地抑制干擾并消除噪音。 。 。光電耦合器件的時(shí)間常數(shù)通常在微秒甚至毫微 秒極。 、壽命長(zhǎng)、體積小、耐沖擊。 光電耦合電路分析 P521 是常用的線(xiàn)性光藕,在各種要求比較精密的功能電路中常常被當(dāng)作耦合器件,具有上下級(jí)電路完全隔離的作用,相互不產(chǎn)生影響。 當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí),發(fā)光器發(fā)出光線(xiàn),照射在受光器上,受光器接受光線(xiàn)后導(dǎo)通,產(chǎn)生光電流從輸出端輸出,從而實(shí)現(xiàn)了 “ 電 光 電 ” 的轉(zhuǎn)換。 普通光電耦合器只能傳輸數(shù)字信號(hào)(開(kāi)關(guān)信號(hào)),不適合傳輸模擬信號(hào)。線(xiàn)性光電耦合器是一種新型的光電隔離器件,能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或電流 16 信號(hào),這樣隨著輸入信號(hào)的強(qiáng)弱變化會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的 光信號(hào),從而使光敏晶體管的導(dǎo)通程度也不同,輸出的電壓或電流也隨之不同。 P521 光電耦合器不但可以起到反饋?zhàn)饔眠€可以起到隔離作用。 繼電器電路分析 繼電器有線(xiàn)圈,常開(kāi)觸點(diǎn),常閉觸點(diǎn)。常開(kāi)觸點(diǎn)在線(xiàn)圈不通電的情況下是斷開(kāi)的,當(dāng)線(xiàn)圈中有電流經(jīng)過(guò)時(shí),常開(kāi)觸點(diǎn)閉合;常閉觸點(diǎn)在線(xiàn)圈不通電的情況下是閉合的,當(dāng)線(xiàn)圈中有電流經(jīng)過(guò)時(shí)斷開(kāi)。本文用到的是繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn),即在繼電器線(xiàn)圈沒(méi)有電流經(jīng)過(guò)時(shí)是斷開(kāi)的狀態(tài),當(dāng)繼電器線(xiàn)圈中有電流經(jīng)過(guò)時(shí)閉合導(dǎo)通。 實(shí)現(xiàn)弱電控制強(qiáng)電,單片機(jī)是弱電器件,一般情況下它的工作電壓為 5 V,熱水器 工作所需電壓為 220V,屬于強(qiáng)電,強(qiáng)電不能和弱電有任何電器接觸,防止強(qiáng)電進(jìn)入到單片機(jī)內(nèi),繼電器起到隔離作用。由于單片機(jī)是一個(gè)弱電器件,它的工作電壓是 5 V,驅(qū)動(dòng)電流在 mA級(jí)以下,而現(xiàn)在要把它用于一些大功率場(chǎng)合,控制 熱水器 ,顯然是不行的。所以,就要有一個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)銜接,這個(gè)環(huán)節(jié)就是所謂的 “ 功率驅(qū)動(dòng) ” ,繼電器驅(qū)動(dòng)就是一個(gè)典型的、簡(jiǎn)單的功率驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)。繼電器驅(qū)動(dòng)就是單片機(jī)與其他大功率負(fù)載接口,起到控制作用,三極管起到放大作用 。 二、 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 主程序是系統(tǒng)的監(jiān)控程序,在程序運(yùn)行的過(guò)程中必須先經(jīng)過(guò)初始化, 包括按鍵程序,中斷程序,以及各個(gè)控制端口的初始化工作。流程圖如 21 所示。系統(tǒng)在初始化完成后就進(jìn)入溫度測(cè)量程序,實(shí)時(shí)的測(cè)量水溫并通過(guò)顯示電路在 LED上顯示。程序中以中斷的方式來(lái)重新設(shè)定溫度的上下限。根據(jù)硬件設(shè)計(jì)完成對(duì)水溫的控制。按下按鍵上的 A 鍵可以設(shè)定溫度加 位,按下 B鍵可以設(shè)定溫度減 位。其主要流程圖如下圖 21: 17 圖 21 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程圖 子程序的設(shè)計(jì) 數(shù)碼管顯示程序 本設(shè)計(jì)中,本文采用的四位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示,先將數(shù)據(jù)給數(shù)碼管的位選端也就是單片機(jī) P2 口,再將溫度傳感激采集的水 溫的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)處理給 P1口,顯示當(dāng)前水溫,再將按鍵調(diào)節(jié)的數(shù)據(jù)通過(guò)程序處理給單片機(jī) P0 口,供數(shù)碼管顯示預(yù)設(shè)水溫值。調(diào)用延時(shí)子程序是為了讓數(shù)碼管有足夠的時(shí)間顯示,由于延時(shí)時(shí)間比較短,肉眼是看不出來(lái)的。程序流程圖如下: 18 圖 22 數(shù)碼管顯示程序流程圖 鍵盤(pán)掃描及按鍵處理程序 按鍵判斷程序,循環(huán)判斷 口和 口是否有低電平輸入,當(dāng) I/O 口有低電平輸入對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)加一,再將數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)單元,供顯示等其他程序使用。如果沒(méi)有檢測(cè)到低電平信號(hào),則繼續(xù)循環(huán)檢測(cè) I/0 口。 19 圖 23 鍵盤(pán)掃描及按鍵處理程序流程圖 繼電器控制程序 繼電器控制程序,先將溫度傳感器采集的數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)單元,在將預(yù)設(shè)溫度的數(shù)據(jù)存入另一存儲(chǔ)單元,在用這兩存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,若設(shè)計(jì)溫度大于預(yù)設(shè)溫度,則 口輸出低電平,繼電器吸合。 24 繼電器控制程序流程圖 20 三、 總結(jié) 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì),讓我學(xué)會(huì)啦很多。不管是在理論上的知識(shí)還是在實(shí)踐操作方面的,對(duì)我的幫助都很大。從中也暴露出來(lái)自己的理論知識(shí)缺乏和不能靈活運(yùn)用書(shū)面知識(shí)的能力。 但通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查找資料、篩選分 析、最終確定自己的方案。從最初的選題到現(xiàn)在論文的完成,一路走來(lái),遇到過(guò)很多問(wèn)題,但是還是在自己與同學(xué)之間的交流中得到 啦解決,還小有成就感的。我選的課題是溫度控制系統(tǒng),通過(guò)熱敏電阻 對(duì)溫度進(jìn)行采集傳送并經(jīng)數(shù)碼管顯示。 對(duì)于設(shè)計(jì)的功能的要求,我對(duì)一些芯片的功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)有啦簡(jiǎn)要的了解,對(duì)一些電路也能進(jìn)行分析和歸納。比如芯片 74LS04 這塊芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一個(gè)與非門(mén)的結(jié)構(gòu),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的取反。當(dāng)預(yù)設(shè)溫度高于實(shí)際溫度的時(shí)候,單片機(jī)輸出高電平經(jīng)芯片取反后與光耦連接,使光耦工作,光耦經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光電流輸出 給繼電器,完成單片機(jī)與繼電器電路的隔離,防止強(qiáng)電進(jìn)入單片機(jī)損壞電路原件。經(jīng)過(guò)這次實(shí)踐也要我學(xué)會(huì)啦一些軟件來(lái)繪制電路圖。但是這些只是基礎(chǔ),在以后的日子里我還得不斷的學(xué)習(xí)和提高自己。 21 謝辭 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的制作與完成,首先我要感謝我的同學(xué),他們?cè)谖矣龅絾?wèn)題的時(shí)候指導(dǎo)我走出誤區(qū),還給我些實(shí)踐操作上的經(jīng)驗(yàn),從中也獲得啦不少。在這里我還要感謝我的老師,在我迷惑不解的時(shí)候給我指點(diǎn)迷津,他認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度使我印象很深刻。還記得剛來(lái)學(xué)校的 時(shí)候,但是一眨眼的時(shí)間三年過(guò)去啦,時(shí)間如流水啊。有很多的感慨 ,不管怎么說(shuō)這些年在學(xué)校學(xué)到啦很多東西,知識(shí)層面上的知識(shí)其次,更重要的是要學(xué)會(huì)做人的道理。要感謝我的大學(xué),是它給我知識(shí)和精神上的財(cái)富,這比什么都重要。還要感謝和我相處三年可愛(ài)的室友們,我珍惜與你們?cè)谝黄鸬拿篮玫娜兆?,我?huì)永遠(yuǎn)記得你們的! 參考文獻(xiàn) [1] 沙占友 . 集成溫度傳感器原理與應(yīng)用 . 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2021 [2] 劉君華 . 智能傳感器系統(tǒng) . 西安:西安電子科技大學(xué)出版社, 1999 [3] 沙占友 . 智能化傳感器原理與應(yīng)用 . 北京:電子工業(yè)出版社, 2021 [4] 趙負(fù)圖 . 傳感器集成電 路手冊(cè) . 北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2021 [5] 張毅剛 . 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