【導(dǎo)讀】核準(zhǔn)通過(guò)，歸檔資料。未經(jīng)允許，請(qǐng)勿外傳！本文設(shè)計(jì)了一個(gè)典型的智能電子系統(tǒng)，即單片機(jī)控制空調(diào)溫度系統(tǒng)。本論文在溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹的基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)換電路、顯示電路等進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

　　

【正文】 ………………………………………………………… ...............1 單片機(jī)的應(yīng)用 …………………………………………………… ............1 溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展及意義 ……………………………………… ........1 課題的背景 …………… ……………………………………… ................2 本次設(shè)計(jì)的要求 …………………………………………………… ........2 第 2 章 特殊器件介紹 …………………………………………………… ...........6 溫度傳感器 AD590…………………………………………………… .....6 AT89S51 單片機(jī) …………………………………………………… .......10 光電耦合器 MOC3040…………………………………………………… 12 第 3 章 硬件單元 ……………………………………………………… ..............13 硬件各單元方案設(shè)計(jì)與選擇 ……………………………………… .........13 單元電路設(shè)計(jì) …………………………………………………… ............16 第 4 章 軟件設(shè)計(jì)方案 ……………………………………………… ..………… 19 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明 …………………………………………………… ....19 主程序流程 …………………………………………………… ................19 A/D 轉(zhuǎn)換子程序 …………………………………………………… .........20 顯示子程序 …………………………………………………… ................22 鍵盤(pán)子程序 …………………………………………………… ................23 延時(shí)子程序 …………………………………………………… ................25 第 5 章 總結(jié) …………………………………………………………………… ..27 致謝 ………………………………………… ……………………… ....……… ........28 參考文獻(xiàn) ………………………………………………………… ....................…… 29 附錄 …………………………………………………………………………… ........30 4 第一章 緒論 單片機(jī)的應(yīng)用 單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊 芯片 上的完整計(jì)算機(jī) 系統(tǒng) 。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件： CPU、 內(nèi)存 、內(nèi)部和外部 總線 系統(tǒng)，目前大部分還會(huì)具有外存。同時(shí)集成諸如通訊接口、 定時(shí)器 ，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。 基于 單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn) ， 目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域 沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC卡，民用豪華轎車(chē)的安全保障系統(tǒng)， 空調(diào)機(jī) 、錄 像機(jī)、攝 像 機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。 溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展與意義 溫度控制系統(tǒng)是人類(lèi)供熱， 降溫 的主要設(shè)備的驅(qū)動(dòng)來(lái)源，它的出現(xiàn)迄今已有兩百余年的歷史，期間，從低級(jí)到高級(jí)，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和對(duì)溫度控制精度要求的 不斷提高，溫度控制系統(tǒng)的控制技術(shù)得到不斷迅速發(fā)展。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，智能溫度控制系統(tǒng)日益廣泛的用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，成為發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要熱工設(shè)備之一。在現(xiàn)代化的建設(shè)中，能源的需求非常大，然而我國(guó)的能源利用率極低，所以實(shí)現(xiàn)溫度控制的智能化，有著極為重要的實(shí)際意義。 對(duì)于溫度控制系統(tǒng)而言，溫度 t 是通過(guò)控制加熱裝置的供電電壓 u來(lái)控制的。工藝要求溫度應(yīng)控制在溫度給定值 tg 附近，考慮到溫度有非線性、時(shí)變性以及室溫、工作條件等的不良擾動(dòng)因素，且溫度控制通常要求具有快速、無(wú)超調(diào)的響應(yīng)特性，用常規(guī)的 PID 調(diào)節(jié)器 很難滿(mǎn)足這些要求 ，而單片機(jī)具有集成度高，通用性好，功能強(qiáng)，特別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)和使用方便等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，使用單片機(jī)控制溫度，從而使溫度控制變得簡(jiǎn)便，精確。 5 課題的背景 隨著新技術(shù)的不斷開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，近年來(lái)單片機(jī)發(fā)展十分迅速，一個(gè)以微機(jī)應(yīng)用為主的新技術(shù)革命浪潮正在蓬勃興起，單片機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到電力、冶金、化工、建材、機(jī)械、食品、石油等各個(gè)行業(yè)。傳統(tǒng)的溫度采集方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且精度差，單片機(jī)的出現(xiàn)使得溫度的采集和數(shù)據(jù)處理問(wèn)題能夠得到很好的解決。溫度是生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè) 等，對(duì)象中的一個(gè)重要的被控參數(shù)。然而所采用的測(cè)溫元件和測(cè)量方法也不相同；產(chǎn)品的工藝不同，控制溫度的精度也不相同。因此對(duì)數(shù)據(jù)采集的精度和采用的控制方法也不相同。本系統(tǒng)所采用的是單片機(jī)和溫度傳感器所組成，要求溫度在 10℃～＋ 45℃變化，但能自動(dòng)控制。本設(shè)計(jì)使用單片機(jī)作為核心進(jìn)行控制。單片機(jī)具有集成度高，通用性好，功能強(qiáng)，特別是體積小，重量輕，耗能低，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)和使用方便等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)字、智能化方面有廣泛的用途。本系統(tǒng)所使用的單片機(jī)89S51 使溫度控制大為簡(jiǎn)便。 本次設(shè)計(jì)的要求 設(shè)計(jì)一 個(gè)空調(diào)機(jī)的溫度控制單元。用單片機(jī)技術(shù)及相應(yīng)仿真平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對(duì)溫度進(jìn)行采集并作 A/D 轉(zhuǎn)換，再傳輸給單片機(jī)。以空調(diào)機(jī)為執(zhí)行器件，通過(guò)單片機(jī)程序來(lái)完成對(duì)室內(nèi)溫度的控制。 設(shè)計(jì)主要要求如下： （ 1） 溫度設(shè)定范圍在 10C0 ~45C0 ，最小區(qū)分溫度為 1 C0 ，標(biāo)定溫差 1C0 。 （ 2） 用二位十進(jìn)數(shù)碼顯示當(dāng)前溫度。 （ 3） 能根據(jù)設(shè)定的溫度實(shí)現(xiàn)西東加熱或降溫處理。 （ 4） 設(shè)計(jì)出控制系統(tǒng)電路單元。 6 InIqKITV BE ?第二章 基礎(chǔ)器件介紹 溫度傳感器 AD590 AD590 是 AD 公司里利用 PN結(jié)正向電流與溫度的關(guān)系制成的電流輸出型兩端溫度傳感器。實(shí)際上，中國(guó)也開(kāi)發(fā)出了同類(lèi)型的產(chǎn)品 在被測(cè)溫度一定時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)恒流源。該器件具有良好的線性和互換型，測(cè)量精度高并具有消除電源波動(dòng)的特性。即使電源在 5V~10V之間變化，其電流只是在 1 毫安以下微小變化。 集成溫度傳感器實(shí)質(zhì)上是一種半導(dǎo)體集成電路，它是利用晶體管的 be結(jié)壓降的不飽和值 VBE與熱力學(xué)溫度 T和通過(guò)發(fā)射極電流 I的下述關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)如公式 (） : （ ） 式中： K 為波爾茲常數(shù)， q 為電子電荷絕對(duì)值 。 集成溫度傳感器具有線性好，精度適中，靈敏度高，體積小，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出與電流輸出兩種。電壓輸出型的靈敏度一般為 10mV/K，溫度 0C0 時(shí)輸出為 0，溫度 25C0 時(shí)輸出電壓 。電流輸出型的靈敏度一般為 1μA/K。 AD590 是電流 型溫度傳感器，通過(guò)對(duì)電流的測(cè)量可得到所需要的溫度值。根據(jù)特性分檔， AD590 的后綴以 I、 J、 K、 L、 M 表示。 AD590L、 AD590M 一般用于精密溫度測(cè)量電路，其電路外形如圖 所示，它采用金屬殼 3 腳封裝，其中 1 腳為電源正端 V+； 2 腳為電流輸出端 L0： 3 腳為管殼，一般不用。集成溫度傳感器的電路符號(hào)如圖 有圖所示。 圖 AD590 外封裝及電路符號(hào) AD590 是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的單片機(jī)集成兩端感溫電流源。 7 KATI /1?? ?I?T4T3T2T1URE4URE3T4T3T4T3URE?RIn nRUI RE /))(/(1 ??RL AD590 的主要特性 流過(guò)器件的電流（ μA）等于器件所 處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開(kāi)爾文）度數(shù)，即公式（ ）： （ ） 式中 是流過(guò)器件（ AD590）的電流，單位為 μA； T 是熱力學(xué)溫度，單位為 K AD590 的測(cè)溫范圍為 55C0 ~ +150C0 AD590 的電源電壓范圍為 4V~ 4V~6V 范圍變化，電流 Iι變化 1μA，相當(dāng)于溫度變化 1K。 AD590 可以承受 44V正向電壓和 20V 反向電壓，因而器件反接也不會(huì)被損壞。 輸出電阻為 710MΩ 精度高。 AD590 共有 I、 J、 K、 L、 M 五檔，其中 M 檔的精度最高 55C0 ~ +150C0 范圍內(nèi)，非線性誤差為 ? 。 AD590 的工作原理 在被測(cè)溫度一定時(shí)， AD590 相當(dāng)于一個(gè)恒流源，把它和 5V30V 的直流電源相連，并在輸出端串接一個(gè) 1KΩ的恒指電阻，那么，此電阻上流過(guò)的電流將和被測(cè)溫度成正比，此時(shí)地阿奴亮度將會(huì)有 1mV/K 的電壓信號(hào)。它是利用 PN 結(jié)特性集成的傳感器的感溫部分的核心電路。其中有兩只三極管 、 起恒流源的作用，可用于是左右兩支路的集電極電流 11和 12 相等；另兩只三極管 、 是感溫用的晶體管，兩個(gè)管的材質(zhì)和和工藝完全相同，但 實(shí)質(zhì)上是由 n 個(gè)晶體管并聯(lián)而成，因而其結(jié)面積是 的 n 倍。 和 的發(fā)射結(jié)電壓 和 經(jīng)反極性串聯(lián)后加在電阻 R 上，所以 R 上端電壓為 。因此，電流 I 為（ ）： （ ） 對(duì)于 AD590， n = 8，這樣，電路的總電流將與熱力學(xué)溫度成正比，將此電流引至負(fù)載 電阻上便可得到與熱力學(xué)溫度 T 成正比的輸出電壓。由于利用了恒流特性，所以輸出信號(hào)不收電源電壓和導(dǎo)線電阻的影響。 8 基本應(yīng)用電路 圖 是 AD590 用于測(cè)量熱力學(xué)溫度的基本電路。因?yàn)榱鬟^(guò) AD590 的電流與熱力學(xué)溫度成正比，當(dāng)電阻 R1 和電位器 R2 的電阻之和為 1KΩ時(shí)，輸出電壓 V0 隨溫度的變化為 1mV/K。但由于 AD590 的增益有偏差，電阻也有誤差，因 此應(yīng)對(duì)電路進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整方法為：吧 AD590 放入冰水混合物中，調(diào)整電位 R2,使 VO=。或在室溫下（ 25C0 ）條件下調(diào)整電位器，使 V0=+25=（ mV）。但這樣調(diào)整只可保證在 0C0 或 25C0 附近有較高的精度。 圖 AD590 基本應(yīng)用電路 攝氏溫度測(cè)量電路 如圖 所示，電位器 R2用于調(diào)整零點(diǎn)， R1 用于調(diào)整運(yùn)放 LF355 的增益。調(diào)整方法如下：在 0C0 調(diào)整 R2， 使輸出 V0=0，然后在 100C0 時(shí)調(diào)整 R1使V0=100mV。 如此反復(fù)調(diào)整多次，直到 0C0 時(shí)， V0=0mV， 100C0 時(shí) V0=100mV。最后在室溫下進(jìn)行校檢。例如，若室溫 25C0 ，那么 V0應(yīng)為 25mV。冰水混合物是 0C0 環(huán)境，沸水為 100C0 環(huán)境 。 要使圖 中的輸出為 200mV/ C0 ，可通過(guò)增大反饋電阻（圖中反饋電阻由R5 與電位器 R1 串聯(lián)而成）來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，測(cè)量華氏溫度（符號(hào)為 F? )時(shí)，因華氏溫度等于熱力學(xué)溫度減去 再乘以 9/5，故若要求輸出為 1mV/F? ,則調(diào)整反饋電阻約為 180kΩ，使得溫度為 0C0 時(shí)， V0=；溫度為 100C0 時(shí)，V0=。 9 圖 用于測(cè)量攝氏溫度的電路 溫差測(cè)量電路及其應(yīng)用 圖 是利用兩個(gè) AD590 測(cè)量?jī)牲c(diǎn)溫度差的電路。在反饋電阻中為電阻為100kΩ的情況下，是 1 和 2 AD590 處的溫度為 t1（ C0 ） 和 t2（ C0 ），則輸出電壓為 100（ t1t2） mV/C0 。圖中電位器 R2 用于調(diào)零。電位器 R4 用于調(diào)整運(yùn)放 LF355的增益。 由基爾霍夫電流定律： I1+I2=I1+I3+I4 由運(yùn)算放大器的特性知： I3=0 Vλ ≈ 0調(diào)節(jié)零電位器 R2 使： I4=0 可得 I=I1I2 設(shè) ： R1 =90kΩ 則有： V0=I(R3+R4)=(I1I2)(R3+R4)=(t1t2)100mV/C0 其中 t1t2為溫差，單位為 C0 。改變 （ R3+R4） 的值尅改變 V0 的大小。 圖 測(cè)量亮點(diǎn)溫度差的電路 10 AT89S51 單片機(jī) AT89S51 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi) 4K bytes 的可系統(tǒng)編程的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，建通標(biāo)準(zhǔn) 8051