【正文】 告饒一般都是以脈沖的形式進(jìn)入系統(tǒng)的，竄入單片機(jī)系統(tǒng)的渠道主要有三條： （ 1）空間干擾 周圍的電器設(shè)備如發(fā)射機(jī)、中頻爐、可控硅逆。影響單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)正常工作的信號(hào)稱為噪聲，又稱干擾。另外，還可以接一個(gè) 400 歐姆的電阻和一個(gè)發(fā)光二極管 ，目的是為了檢測(cè)電路是否通電。圖中極性電容 C C6 用于儲(chǔ)備功率，當(dāng)電源開(kāi)關(guān)時(shí)也能起到緩沖作用。 三端穩(wěn)壓器由啟動(dòng)電路、基準(zhǔn)電壓電路、取樣比較放大電路、調(diào)整電路和保護(hù)電路等部分構(gòu)成。這種集成穩(wěn)壓器只有輸入、輸出和公共引出端三個(gè)端口， 故稱為三端穩(wěn)壓器。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 29 圖 316 下位機(jī)通信接口電路圖 電源設(shè)計(jì) 由于單片機(jī)的工作電源是 5V，且底層電路功耗很小。在與單片機(jī)連接時(shí)，只需要一個(gè)信號(hào)控制 MAX485的接收和發(fā)送即可。 A端和 B端分別為接收和發(fā)送差分信號(hào)端。當(dāng) RE為邏輯 0時(shí)。 本系統(tǒng)通過(guò)接口芯片 MAX485來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)AT89C51與上位機(jī)之間的串行通信。 圖 聲光報(bào)警電路 本設(shè)計(jì)是為在鍵盤設(shè)定的溫度低于當(dāng)前的溫度時(shí)報(bào)警，當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時(shí)， 口被置低，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。在圖 中， 接 74LS04 的輸入端。 4鍵用于減少一個(gè)數(shù)，按下一次在原基礎(chǔ)上減 1，這個(gè)值在 09之間變化。選擇 2鍵進(jìn)行移位調(diào)整，第一次顯示 Kp，第二次顯示 KI，第三次顯示 KD。 4 鍵用于減少一個(gè)數(shù)，按下一次在原基礎(chǔ)之上減1，這個(gè)值在 90之間變化。選擇 2 鍵進(jìn)行位數(shù)調(diào)整，第一次顯示個(gè)位，第二次顯示十位，第三次顯示百位，第四次按下是顯示千位。 圖 按鍵電路設(shè)計(jì)圖 當(dāng)用于溫度調(diào)節(jié)時(shí)，開(kāi)關(guān)分別用于調(diào)整溫度的上下限值，以及控制溫度的輸出。它由 4個(gè)按鍵構(gòu)成，直接與單片機(jī) I/O 口相連。 3）、從列線 輸入數(shù)據(jù)，得到一個(gè) 4 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，把 1）中得到的 4位二進(jìn)制數(shù)據(jù)作為高 4 位，與這個(gè) 4位二進(jìn)制數(shù)據(jù)組合成的 8 位二進(jìn)制數(shù)即為鍵值（與逐行掃描法相同），由鍵值可唯一地確定按鍵號(hào)碼。若全為高電平，則說(shuō)明無(wú)鍵按下（返回 1），若不全為高電平，則說(shuō)明有鍵按下（進(jìn)入 2）。 （ 2）、行翻轉(zhuǎn)法 1）、將與行線相連的斷口設(shè)置為輸入，與列線相連的斷口設(shè)置為輸出（ P0口高四位輸入，低四位輸出）。 K3 按下時(shí)，必在行線輸出 1011B,列線讀得 1011B 時(shí)，其鍵值 10111011B=BBH。 K1 按下時(shí)，必在行線輸出 0111B,列線讀得 1011B 時(shí)，其鍵值 01111011B=7BH。 3）、當(dāng)某一行有鍵按下時(shí)，通過(guò)此時(shí)行線輸出及列線輸入組合成一個(gè) 8 為二進(jìn)制數(shù)，這個(gè)數(shù)稱為鍵值，由鍵值可以唯一地確定按鍵號(hào)碼。例如： P0 口高四位輸出 0111B(第三行為低電平 )時(shí)，若讀得列線的數(shù)據(jù)位 0111B，說(shuō)明按鍵 K0被按下，若讀得數(shù)據(jù)位 1011B，則說(shuō)明按鍵 K1被按下；若 P0口高四位輸出 1011B 時(shí)，若讀得數(shù)據(jù)為 0111B，則說(shuō)明按鍵 K2 被按下，若讀得數(shù)據(jù)位是長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 27 1011B，則說(shuō)明按鍵 K3 被按下。 逐行掃描法 1）、將行線接微機(jī)的輸出口，列線接微機(jī)輸入口（ P0 口高四位輸出，低四位入）。編碼鍵盤是通過(guò)一個(gè)編碼電路來(lái)識(shí)別閉合鍵碼，非編碼鍵盤是通過(guò) 軟件來(lái)識(shí)別鍵碼。鍵盤系統(tǒng)的主要工作就是及時(shí)發(fā)現(xiàn)有鍵閉合并求閉合鍵的代碼。當(dāng)某一個(gè)按鍵閉合時(shí)，與該鍵相連的行線與列線接通，識(shí)別閉合鍵的方法有逐行（列）掃描法及行翻轉(zhuǎn)法。 鍵盤設(shè)計(jì)采用矩陣式鍵盤，其結(jié)構(gòu)如圖 ，圖中有 2根行線和 2根列線，經(jīng)限流電阻接 +5V 電源上，按鍵跨接在行線和列線上， 2*2 行列結(jié)構(gòu)可構(gòu)成 4個(gè)按鍵，組成一個(gè)鍵盤。軟件設(shè)計(jì)是以單片機(jī)的基本語(yǔ)言匯編語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行的，指令的執(zhí)行速度快，節(jié)省存儲(chǔ)空間。圖 路。 LCD1602微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍 式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中 ，其引腳功能如表 。 1602液晶也叫 1602字符型液晶它是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣 型液晶模塊它有若干個(gè) 5X7或者 5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。對(duì)于小型電器，如玩具、遙控裝置則應(yīng)選用超小型繼電器產(chǎn)品。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 25 。若手頭已有繼電器，可依據(jù)資料核對(duì)是否可以利用?？刂齐娐窇?yīng)能給繼電器提供足夠的工作電流，否則繼電器吸合是不穩(wěn)定的。 繼電器的選用 ①控制電路的電源電壓，能提供的最大電流； ②被控制電路中的電壓和電流； ③被控電路 需要幾組、什么形式的觸點(diǎn)。這樣的觸點(diǎn)組稱為轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)。這種觸點(diǎn)組共有三個(gè)觸點(diǎn)，即中間是動(dòng) 觸點(diǎn)，上下各一個(gè)靜觸點(diǎn)。 用斷字的拼音字頭 “D” 表示。以合字的拼音字頭 “H” 表示。另一種是按照電路連接的需要，把各個(gè)觸點(diǎn)分別畫(huà)到各自的控制電路中，通常在同一繼電器的觸點(diǎn)與線圈旁分別標(biāo)注上相同的文字符號(hào)，并將觸點(diǎn)組編上號(hào)碼，以示區(qū)別。 繼電器的電符號(hào)和觸點(diǎn)形式 繼電器線圈在電路中用一個(gè)長(zhǎng)方框符號(hào)表示，如果繼電器有兩個(gè)線圈，畫(huà)個(gè)并列的長(zhǎng)方框。 測(cè)量釋放電壓和釋放電流 也是像上述那樣連接測(cè)試，當(dāng)繼電器發(fā)生吸合后，再逐漸降低供電電壓，當(dāng)聽(tīng)到繼電器再次發(fā)生釋放聲音時(shí)，記下此時(shí)的電壓和電流，亦可嘗試多幾次而取得平均的釋放電壓和釋放電流。慢慢調(diào)高電源電壓，聽(tīng)到繼電器吸合聲時(shí)，記下該吸合電壓和長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 24 吸合電流。 測(cè)線圈電阻 可用萬(wàn)能表 R10Ω 檔測(cè)量繼電器線圈的阻值，從而判斷該線圈是否存在著開(kāi)路現(xiàn)象。 繼電器測(cè)試 測(cè)觸點(diǎn)電阻 用萬(wàn)能表的電阻檔，測(cè)量常閉觸點(diǎn)與動(dòng)點(diǎn)電阻，其阻值應(yīng)為 0，（用加確式可測(cè)得觸點(diǎn)阻值在 100 毫歐以內(nèi)）；而常開(kāi)觸點(diǎn)與動(dòng)點(diǎn)的阻值就為無(wú)窮大。 觸點(diǎn)切換電壓和電流 是指繼電器允許加載的電壓和電流。當(dāng)繼電器吸合狀態(tài)的電流減小到一定程度時(shí)，繼電器就會(huì)恢復(fù)到未通電的釋放狀態(tài)。而對(duì)于線圈所加的工作電壓，一般不要超過(guò)穩(wěn)定工作電壓的 ，否則會(huì)產(chǎn)生較大的電流而把線圈燒毀。 吸合電流 是指繼電器能夠產(chǎn)生吸合動(dòng)作的最小電流。根據(jù)繼電器的型號(hào)不同，可以是交流電壓，也可以是直流電壓。按隔離型可分為混合型、變壓器隔離型和光電隔離型，以光電隔離型為最多，本系統(tǒng)則采用的光電隔離型。 固態(tài)繼電器按負(fù)載電源類型可分為交流型和直流型。恒磁環(huán)能否向干簧管提供磁力是由感溫磁環(huán)的溫度特性決定的。它由感溫磁環(huán)、干簧管、導(dǎo)熱安裝片、塑料襯底及其他一些附件組成。對(duì)于繼電器的“常開(kāi)、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開(kāi)觸點(diǎn)”；處于接觸狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。 電磁繼電器的工作原理和特性 電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成 。具有動(dòng)作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、體積小等優(yōu)點(diǎn)。因此電路的射頻干擾很小，可降低感性負(fù)載（如風(fēng)扇、三相電動(dòng)機(jī)等）的反電動(dòng)勢(shì)以及驅(qū)動(dòng)阻性負(fù)載（如白熾燈、發(fā)熱絲等 ）時(shí)可顯著降低浪涌電流等優(yōu)點(diǎn)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖 ： 圖 SSR40DA內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 繼電器的工作原理和特性 當(dāng)輸入量 (如電壓、電流、溫度等 )達(dá)到規(guī)定值時(shí)，使被控制的輸出電路導(dǎo)通或斷開(kāi)的電器?？刂齐娐啡缦聢D 所示： 圖 溫度控制電路圖 其中，固態(tài)繼電器 SSR40DA 是由固態(tài)元件組成的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，具有工作安全可靠、壽命長(zhǎng)、無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)火花、無(wú)污染、高絕緣、高耐壓（越過(guò) ）、低長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 22 觸發(fā)電流、開(kāi)關(guān)速度快、可與數(shù)字電路匹配，以阻燃型環(huán)氧樹(shù)脂為原料，采用灌封技術(shù)，使與外界隔離，具有良好的耐壓、防潮、防腐、抗震動(dòng)等性能。它的使用非常簡(jiǎn)單，只要在控制端 TTL 電平，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器的開(kāi)關(guān)，使用時(shí)完全可以用 PNP型三極管接成電壓跟隨器的形式驅(qū)動(dòng)。 后向通道設(shè)計(jì) 溫度控制電路 此部分用于閉環(huán)控制系統(tǒng)中對(duì)被控對(duì)象實(shí)施控制，被控對(duì)象是電阻爐，采用對(duì)加在電阻爐兩端的電壓進(jìn)行通斷的方法進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電阻爐功率的調(diào)整，從而達(dá)到對(duì)電阻爐溫度控制點(diǎn)目的。熱電偶的模擬信號(hào)由 T+ 和 T端輸入 ,其中 T 需接地。 使用時(shí) , 可用軟件模擬同步串行讀取過(guò)程。 D14～ D3 為 12 位數(shù)據(jù)，其最小值為 0，對(duì)應(yīng)的溫度值為 0℃；最大值為 4095，對(duì)應(yīng)的溫度值為 ℃；由于 MAX6675 內(nèi)部經(jīng)過(guò)了激光修正，因此，其轉(zhuǎn)換結(jié)果與對(duì)應(yīng)溫度值具有較好的線性關(guān)系。 MAX6675 的輸出數(shù)據(jù)為 16位，其中 D15 始終無(wú)用， D14～ D3 對(duì)應(yīng)于熱電偶模擬輸入電壓的數(shù)字轉(zhuǎn)換量， D2 用于檢測(cè)熱電偶是否斷線（ D2為 1表明熱電偶斷開(kāi)），D1 為 MAX6675 的標(biāo)示符， D0為三態(tài)。在 CS引腳從高電平變成低電平時(shí)，第一個(gè)字節(jié) D15 將出現(xiàn)在引腳 SO。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 20 表 MAX6675 S0端輸出數(shù)據(jù)的格式 圖 MAX6675 SPI接口時(shí)序 在本次設(shè)計(jì)中當(dāng) MAX6675 的 CS引腳從高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)， MAX6675 將停止任何信號(hào)的轉(zhuǎn)換并在時(shí)鐘 SCK的作用下向外輸出已轉(zhuǎn)化的數(shù)據(jù)。 CS 變低將停止任何轉(zhuǎn)換過(guò)程； CS 變高將啟動(dòng)一個(gè)新的轉(zhuǎn)換過(guò)程。 MAX6675SO 端輸出溫度數(shù)據(jù)的格式如表 所示， MAX6675SPI 接口時(shí)序如圖 所示。 熱電偶系統(tǒng)的測(cè)量精度可通過(guò)以下預(yù)防措施來(lái)提高：①盡量采用不能從測(cè)量區(qū)域散熱的大截面導(dǎo)線；②如必須用小截面導(dǎo)線，則只能應(yīng)用在測(cè)量區(qū)域，并且在無(wú)溫度變化區(qū)域用擴(kuò)展導(dǎo)線；③避免受到拉緊導(dǎo)線的機(jī)械擠壓和振動(dòng)；④當(dāng)熱電偶距離較遠(yuǎn)時(shí)，應(yīng)采用雙絞線作熱電偶連線；⑤在溫度額定值范圍內(nèi)使用熱電偶導(dǎo)線；⑥避免急劇溫度變化；⑦在惡劣環(huán)境中，使用合適的保護(hù)套以保護(hù)熱電偶導(dǎo)線；⑧僅在 低溫和小變化率區(qū)域使用擴(kuò)展導(dǎo)線；⑨保持熱電偶電阻的事件記 錄和連續(xù)記錄。 MAX6675 的測(cè)量精度對(duì)電源耦合噪聲較敏感。 在測(cè)溫應(yīng)用中，芯片自熱將降低 MAX6675 溫度測(cè)量精度，誤差大小依賴于MAX6675 封裝的熱傳導(dǎo)性、安裝技術(shù)和通風(fēng)效果。當(dāng)熱電偶的冷端與芯片溫度相等時(shí)， MAX6675 可獲得最佳的測(cè)量精度。該器件可將周圍溫度通過(guò)內(nèi)部的溫度檢測(cè)二極管轉(zhuǎn)換為溫度補(bǔ)償電壓，為了產(chǎn)生實(shí)際熱電 偶溫度測(cè)量值， MAX6675 從熱電偶的輸出和檢測(cè)二極管的輸出測(cè)量電壓。當(dāng)冷端溫度波動(dòng)時(shí)， MAX6675 仍能精確檢測(cè)熱端的溫長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 19 度變化。 熱電偶的功能是檢測(cè)熱、冷兩端溫度的差值，熱電偶熱節(jié)點(diǎn)溫度可在 0℃～+℃范圍變化。對(duì)于 K型熱電偶，電壓變化率為 41μ V/℃，電壓可由線性公式 Vout=（ 41μ V/℃）（ tR－ tAMB）來(lái)近似熱電偶的特性。熱電偶輸出的熱電勢(shì)經(jīng)低噪聲放大器 A1放大，再經(jīng)過(guò) A2 電壓跟隨器緩沖后，被送至 ADC 的輸入端。該器件是一個(gè)復(fù)雜的單片熱電偶數(shù)字轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部具有信號(hào)調(diào)節(jié)放大器、 12 位的模擬 /數(shù)字化熱電偶轉(zhuǎn)換器、冷端補(bǔ)償傳感和校正、數(shù)字控制器、 1個(gè) SPI 兼容接口和 1個(gè)相關(guān)的邏輯控制。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 18 該器件采用 8引腳 SO貼片封裝。 MAX6675 是 Maxim 司新近推出的 K 型熱電偶串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它能獨(dú)立完成信號(hào)放大、冷端補(bǔ)償、線性化、 A/D 轉(zhuǎn)換及 SPI 串口數(shù)字化輸出功能，大大簡(jiǎn)化了熱電偶測(cè)量智能裝置的軟件硬件設(shè)計(jì)。 溫度檢測(cè)電路 MAX6675 的介紹 在工業(yè)檢測(cè)系統(tǒng)中，熱電偶作為一種主要的測(cè)溫元件，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、使用方便、測(cè)溫范圍寬、測(cè)溫精度高等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)溫度控制過(guò)程中。一般測(cè)量溫度大于 100℃ 時(shí)，應(yīng)選擇熱電偶，小于 100℃ 時(shí)選擇熱電阻。 (5)高溫區(qū)使用耐高溫電纜或耐高溫補(bǔ)償線。 (3)測(cè)量管道內(nèi)溫度時(shí)，元件長(zhǎng)度應(yīng)在管道中心線上 (即保護(hù)管插入深度應(yīng)為管徑的一半 )。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 17 熱電偶安裝注意 點(diǎn) (1)熱電偶應(yīng)盡量垂直裝在水平或垂直管道上，安裝時(shí)應(yīng)有保護(hù)套管，以方便檢修和更換。溫度越高，導(dǎo)體中的電子就越活躍，由 A導(dǎo)體擴(kuò)散到 B 導(dǎo)體的電子就越多，致使接觸面處所產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度越高，因而接觸電勢(shì)也就越大。此時(shí) A、 B 之間也形成一電位差，這個(gè)電位差稱為接觸電勢(shì)。導(dǎo)體 A失去電子而顯正電，導(dǎo)體 B獲很電子而顯負(fù)電。在熱電偶回路中產(chǎn)生的電勢(shì)由溫差電勢(shì)和相接觸電勢(shì)兩部分組成接觸電勢(shì)：它是兩種電子密度不同的導(dǎo)體相互接觸時(shí)產(chǎn)生的一種熱電勢(shì)。下圖 是最簡(jiǎn)單的熱電偶測(cè)溫示意圖。 K型熱電偶具有線性度好，熱電動(dòng)勢(shì)較大，靈敏度高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化性能強(qiáng)，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，能用于氧化性惰性氣氛中廣泛為用戶所采用。 K型熱電偶絲直徑一般為 ～ 。 圖 型熱電偶圖片 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 16 K型熱電偶通常由感溫元件、安裝固定裝置和接線盒等主要部件組成。 溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì) K 型熱電偶的介紹 K型熱電偶作為一種溫度傳感器，