【正文】 21 模塊電路 電源設計 在這里因設計分工和側重點不同，電源模塊用通用的 5v變壓器。 復位電路 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 22 單片機復位電路就好比電腦的重啟部分，當電腦在使用中出現(xiàn)死機，按下重啟按鈕電腦內(nèi)部的程序從頭開始執(zhí)行。單片機也一樣，當單片機系統(tǒng)在運行中，受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序 跑飛的時候，按下復位按鈕內(nèi)部的程序自動從頭開始執(zhí)行。 在電路圖中，電容的的大小是 10uF，電阻的大小是 10k。所以根據(jù)公式，可以算出電容充電到電源電壓的 倍（單片機的電源是 5V，所以充電到 倍即為 ），需要的時間是 10K*10UF=。也就是說在電腦啟動的 內(nèi)，電容兩端的電壓時在0~ 增加。這個時候 10K 電阻兩端的電壓為從 5~ 減少（串聯(lián)電路各處電壓之和為總電壓）。所以在 內(nèi)， RST 引腳所接收到的電壓是 5V~。在 5V 正常工作的 51 單片機中小于 的電壓 信號為低電平信號，而大于 的電壓信號為高電平信號。所以在開機 內(nèi)，單片機系統(tǒng)自動復位（ RST 引腳接收到的高電平信號時間為 左右）。 晶振電路 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 23 單片機必須在時鐘的驅(qū)動下才能進行工作。 MCS51 系列單片機內(nèi)部都有一個時鐘振蕩電路，只需外接晶振源，就能產(chǎn)生一定頻率的時鐘信號送到單片機的內(nèi)部的各個單元，決定單片機的工作速度。圖 43 就是內(nèi)部時鐘工作方式的電路圖，這是一種常用的方式。這種方式是外界振蕩源，本設計就采用這種外接晶振的方法。電路中的兩個電容的作用有兩個：一是幫助振蕩器起 振（ C1 C2 的值大，起振的速度慢；反之，速度快。）；二是對振蕩器的頻率起到微調(diào)的作用（ C1 C2 的值大，頻率略有減少，反之，頻率略有提高）。 C1 C2 的值采用 33pF。 直流電壓電路 本電路需要測量 220v的直流電壓，考慮到 AD0809需要小的模擬量需要將 220v的直流電壓分壓到小電壓，需要 通過串聯(lián)電阻 直接 分壓 到 0~5V即可。 所測模擬電壓 U1=4/(216+4)*220v=4v . 直流電流電路 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 24 10A直流電流通過三個并聯(lián)電阻分流即可得到相應的可測電壓 模擬量，通過 AD轉(zhuǎn)換電路測量即可測得相應的電壓。 所測電壓 U2=10/3*1= 三相電壓采集電路 整流橋的作用就是能夠通過二極管的單向?qū)ǖ奶匦詫㈦娖皆诹泓c上下浮動的交流電轉(zhuǎn)換為單向的直流電，當人們想把交流電變成直流電是就需此電路 。 橋式整流器是由多只整流二極管作橋式連接，外用絕緣塑料封裝而成，大功率橋式整流器在絕河北工程大學畢業(yè)設計說明書 25 緣層外添加金屬殼包封，增強散熱。橋式整流器品種多，性能優(yōu)良，整流效率高，穩(wěn)定性好，最大整流電流從 到 50A，最高反向峰值電壓從 50V 到 1000V。 通過電源變壓器 S2直接將 交流電 壓變壓到較小的 電壓，然后通過整流橋 電路整流濾波得到穩(wěn)定的直流電壓 ，然后通過串聯(lián)電阻分壓即可得到相應的電壓，然后接入AD0809采集，再通過單片機控制并檢測。 AD0809 采集電路 ADC0809 由一個 8 路模擬開關、一個地址鎖存與譯碼器、一個 A/D 轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關可選通 8 個模擬通道，允許 8 路模擬量分時輸入，共用A/D 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當 OE 端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 ADC0809 對輸入模擬量要求：信號 單極性，電壓范圍是 0－ 5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 本電路通過分時對 ALE 給高電平，通過 A、 B、 C 三條地址線鎖存經(jīng)譯碼 后被選中的通道的模擬量進轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。 A， B 和 C 為地址輸入線，用于選通 IN0－ IN4 即可測得所需的 5 個模擬電壓。 ADC0809 是采樣頻率為 8 位的、以逐次逼近原理進行模河北工程大學畢業(yè)設計說明書 26 — 數(shù)轉(zhuǎn)換的器件，且有參考電壓為 REF+，當八位二進制數(shù)最大為 11111111 即轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)為 255 時，代表此時的輸入電壓為 REF+（ 一般是 5V）， 由于 ADC0809 的參考電壓 VREF＝ VCC，所以轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)要經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，在數(shù)碼管上顯示出電壓值。實際顯示的電壓值 (D/256*VREF)。 液晶顯示電路 本電路各個相應的引腳和單片機相連，數(shù)據(jù)總線和單片機 P0口相連，背光電源用滑動變阻器調(diào)節(jié)亮度，通過控制讀寫操作對液晶控制。 聲光報警電路 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 27 單片機上電 P33 口為高電平， LED燈不亮，蜂鳴器不響，當系統(tǒng)檢查的數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，給 P33口一個低電平， LED燈亮，蜂鳴器響，從而實現(xiàn)聲光報警功能。 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 28 5 系統(tǒng)軟件設計 主程序流程圖 開始 端口初始化 液晶初始化 AD 初始化 溫度異常 三項電壓異常 直流電壓異常 直流電流異常 液晶正常顯示 液晶錯誤提示 聲光報警 Ｙ Ｙ Ｙ Ｙ Ｎ Ｎ Ｎ Ｎ 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 29 編程軟件介紹 Keil uVision2 是德國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼 容單片機 C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，使用接近于 傳統(tǒng) C 語言 的語法來開發(fā)， 與匯編 相比， C 語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用 ,而且大大的提高了工作效率和項目開發(fā)周期 ,他還能嵌入?yún)R編，您可以在關鍵的位置嵌入，使程序達到接近于匯編的工作效率。 KEILC51 標準 C 編譯器為 8051 微控制器的軟件開發(fā)提供了 C 語言環(huán)境 ,同時保留了匯編代碼高效 ,快速的特點。 C51 編譯器的功能不斷增強， 使你可以更加貼近 CPU 本身，及其它的衍生產(chǎn)品。 C51已被完全集成到uVision2 的集成開發(fā)環(huán)境中，這個集成開發(fā)環(huán)境包含：編譯器，匯編器，實時操作系統(tǒng)，項目管理器，調(diào)試器。 uVision2 IDE 可為它們提供單一而靈活的開發(fā)環(huán)境。 Keil C51 軟件提供豐富 的庫函數(shù) 和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 Windows界面，使您能在很短的時間內(nèi)就能學會使用 keil c51 來開發(fā)您的單片機應用程序 。 另外 重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到 Keil C51 生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 30 6 硬件焊接及軟件調(diào)試 電路圖設計理論上通過之后，就要動手焊接硬件電路了 ，但是焊接之前必不可少的就是合理的布局，這個不僅使系統(tǒng)更加可靠，而且使得實物視覺效果上更美觀，看起來更舒服。 硬件布局及電路焊接 一般先放置與機械尺寸有關的固定位置的元器件 ,再放置特殊的和較大的元器件 ,最后放置小元器件。同時 ,要兼顧布線方面的 要求 ,高頻元器件的放置要盡量緊湊 ,信號線的布線才能盡可能短 ,從而降低信號線的交叉干擾等。 電源插座、開關、 萬用板 之間的接口、指示燈等都是與機械尺寸有關的定位插件。通常 ,電源與 萬用板 之間的接口放到 萬用板 的邊緣處 ,并與 萬用板 邊緣要有 3 mm～ 5 mm的間距 。指示發(fā)光二極管應根據(jù)需要準確地放置 。開關和一些微調(diào)元器件 ,如可調(diào)電感、可調(diào)電阻等應放置在靠近 萬用板 邊緣的位置 ,以便于調(diào)整和連接 。需要經(jīng)常更換的元器件必須放置在器件比較少的位置 ,以易于更換。 大功率管、變壓器、整流管等發(fā)熱器件 ,在高頻狀態(tài)下工作時產(chǎn)生的熱量較多 ,所以在布局時應充分考慮通風和散熱 ,將這類元器件放置在 萬用板 上空氣容易流通的地方。大功率整流管和調(diào)整管等應裝有散熱器 ,并要遠離變壓器。電解電容器之類怕熱的元件也應遠離發(fā)熱器件 ,否則電解液會被烤干 ,造成其電阻增大 ,性能變差 ,影響電路的穩(wěn)定性。 易發(fā)生故障的元器件 ,如調(diào)整管、電解電容器、繼電器等 ,在放置時還要考慮到維修方便。對經(jīng)常需要測量的測試點 ,在布置元器件時應注意保證測試棒能夠方便地接觸。 由于電源設備內(nèi)部會產(chǎn)生 50 Hz 泄漏磁場 ,當它與低頻放大器的某些部分交連時 ,會對低頻放大器產(chǎn)生干擾。因此 ,必須將它們隔 離開或者進行屏蔽處理。放大器各級最好能按原理圖排成直線形式 ,如此排法的優(yōu)點是各級的接地電流就在本級閉合流動 ,不影響其他電路的工作。輸入級與輸出級應當盡可能地遠離 ,減小它們之間的寄生耦合干擾。 考慮各個單元功能電路之間的信號傳遞關系 ,還應將低頻電路和高頻電路分開 ,模擬電路和數(shù)字電路分開。集成電路應放置在 萬用板 的中央 ,這樣方便各引腳與其他器件的布線連接。 電感器、變壓器等器件具有磁耦合 ,彼此之間應采用正交放置 ,以減小磁耦合。另外 ,它們都有較強的磁場 ,在其周圍應有適當大的空間或進行磁屏蔽 ,以減小對其他電路的影響 。 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 31 綜合以上經(jīng)驗規(guī)則，本系統(tǒng)采用兩塊萬用板，一塊用作電源部分變壓整流濾波使用，此板上都是電壓等級比較高的，焊接用較粗的導線，焊接部分用絕緣熱熔膠封住，以防使用者不小心觸電，焊接部分盡量安排在系統(tǒng)不容易碰到的地方，增加系統(tǒng)的安全可靠性，變壓器直立放置，有利于通風散熱，用螺絲固定在萬用板上，增加其牢固性。供電電源經(jīng)變壓整流濾波后有插接形式的導線引到第二塊用電板上。插接的形式使兩塊板 獨立性更強，可以分別進行兩部分的測試。 主控制板上面器件較多，要充分考慮各部分可能對其他部分造成的影響，以免返工帶來的麻煩，經(jīng)過反復 的插件觀察，從可靠性和視覺效果觀察，還有操作的便利性方面多次試驗，確定方案后，焊接整體電路，對照電路圖一步一步焊接，防止丟線不好修改，經(jīng)過幾天的焊接，硬件電路終于算是焊接完成了。下一步就是上電前的測試了。 通電前測試 電路焊接完成之后，千萬不能急于求成馬上上電測試，這是硬件測試最忌諱的，一定要對照電路圖，用萬用表一一測試每根線是否連接正確的引腳，還要肉眼觀察看看是否有焊接在一起的部分，并用萬用表進行通斷測試，確保不放過一個可以的地方，經(jīng)過測試之后，找出來了好幾個問題，溫度傳感器少焊了一個電源線，光敏 電阻輸出沒有接到單片機的 A/D 端口，總體還是沒有什么大問題，再次檢查之后，基本確定電路沒有什么問題，可以進行下一步通電測試了。 通電后測試 電路通電前完成每個部分的測試后，就基本上可以通電測試了，但是通電測試并不是一直通電測試每個部分，而是通電一下，觀察電路板各個元器件有沒有異常情況，比如冒煙，有異味，用手摸摸有沒有發(fā)燙的部分，確保都正常的話手才能離開電源，通電的情況下檢測每部分工作電壓是否正常。 本次焊接基本上非常合格，沒有什么異常情況發(fā)生，器件都完好無損，也沒有發(fā)熱的情況，但是并不能高興太早哦， 還要寫簡單的 C 程 序測試一下器件能否正常工作， 如果不能正常工作說明可能焊接過程中溫度過高燒毀了器件 。所以下一步程序測試也是非常重要的。 測試中應注意的問題 本設計涉及到高壓，三項交流電壓，在測試過程中要確保連接 電路 的正確性， 為了 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 32 確保安全性對于大電壓模擬檢測可以先用小電壓代替檢測，對于溫度測量不要用手過長接觸，否則影響測量的準確度，對于模擬電壓會有一定的偏差，只要在合理的范圍內(nèi)，就可默認為正確，如果一直顯示錯誤，請檢查電路，通電前要詳細檢測電路沒有短路沒有短路等，在測試前應一一檢測各個模塊是否連接正 確。 河北工程大學畢業(yè)設計說明書 33 7 結論 與 同學 全力合作之后，終于完成了本系統(tǒng)的設計，其中挫折不少，值得總結一下，可以為以后做此類設計的同學作為一點參考吧，從本設計的不足之處加強改進、突破，做出更為優(yōu)秀的作品。 從理論設計及設計思路，通過編程測試說明此方案是可行能夠?qū)崿F(xiàn)電力操作電源監(jiān)控系統(tǒng)的基本任務，對電力系統(tǒng)實行監(jiān)控。通過初步設計，本設計可以實現(xiàn)以下基本功能： 1. 220A直流電壓的采集，根據(jù)實際需要也可檢測其他直流電 2. 直流電流的采集，依據(jù)實際需要可測一定范圍的直流電流 3. 電池溫 度的檢測，通過觀測溫度來檢測電池的功耗及損耗 4. 三相交流電壓的采集處理，通過顯示的數(shù)據(jù) 來監(jiān)控三項電壓的工作 5. 液晶顯示 ，通過大液晶可以清楚簡單的顯示各個模塊的工作狀況 6. 故障報警 ，當采集的數(shù)據(jù)產(chǎn)生異常時，聲光報警 本設計為完成三項交流電壓的采集采用了 S2變壓器，費用稍高，采用的 LM4229液晶雖然容易控制，但是占用的單片機端口較多，本設計采用 51系列單片機內(nèi)存大運行快，能夠較好的完成設計所需的內(nèi)容，希望讀者能夠給出寶貴的意見和建議。 致謝 34 致謝 不知不覺， 大學 的畢業(yè)設計結束了。我的畢業(yè)論文已整理完畢，電路 測 試 進展良好。畢業(yè)設計的完成意味著我的大學學習生活即將結束，從此我將進入一個新的人生旅途、開始一段嶄新的生活 —— 工作。在此，我衷心地感謝所有在我做畢業(yè)設計期間幫助過我的人。 首先我要感謝 王靜爽老師的 大力幫助和支持。在整個設計過程當中，為我的畢業(yè)設計帶來了很大方便。同時在我完成畢業(yè)設計的過程中提供了很多指導性的意見，使我受益匪淺。在此，我衷心感謝 老師 給予我的幫助和教育。 此外，還要衷心感謝其他所有對本課題的研究和論文撰寫有過幫助的同學。 最后，我要感謝我的母校 —— 河北工程大學 ，在校期間，這里給我留下了美好的回憶 。特別是在我即將踏上工作崗位的同時，畢業(yè)設計整個過程給了我這樣一個鍛煉的機會，使我加深了對以前知識的理解和鞏固，拓寬了知識面，也提高了我對所學知識的綜合應用能力。祝愿母校的將來更美好！ 參考文獻 35 參考文獻 [1] 徐愛鈞 ． 智能化測量控制儀表原理與設計 [M]．北京： 北京航天大學出版社 ， 2022 [2] 王彥朋．大學生電子設計與應用 [M]．中國電力出版社， 2022 [3] 張毅剛 ．單片機原理與應用 [M]． 北京：高等教育出版社 ， 2022 [4] 宋浩，田豐．單片機原理與應用 [M]．清華大學出版社 ,北京交通大學 出版社， 2022 [5] 胡漢才．單片機原理及其接口技術 [M]．清華大學出版社， 2022 [6] 韓志軍，沈晉源，王振波．單片機入門向?qū)c設計實例 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*****************/ void delay(unsigned char i) { while(i)。 } /****************************************** 此延時函數(shù)針對的是 12Mhz 的晶振 delay(0):延時 518us 誤差 :5182*256=6 delay(1):延時 7us （原帖寫 5us是 錯的） delay(10):延時 25us 誤差 :2520=5 附錄二 38 delay(20):延時 45us 誤差 :4540=5 delay(100):延時 205us 誤差 :205200=5 delay(200):延時 405us 誤差 :405400=5 *******************************************/ /*****************DS18B20******************/ void Init_Ds18b20(void) //DS18B20初始化 send reset and initialization mand { DQ = 1。 //DQ復位 ,不要也可行。 delay(1)。 //稍做延時 DQ = 0。 //單片機拉低總線 de