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智能用電管理器畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-文庫(kù)吧資料

2025-06-28 07:36本頁(yè)面
  

【正文】 001 是由兩級(jí)高增益運(yùn)算放大器、電壓比較器、雙向鑒幅器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器、封鎖時(shí)間定時(shí)器以及參考電壓源等構(gòu)成的數(shù)?;旌蠈?zhuān)用集成電路。 熱釋電紅外檢測(cè)BISS0001芯片的概述:BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號(hào)處理集成電路,它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成被動(dòng)式的熱釋電紅外開(kāi)關(guān)。再根據(jù)RTD電阻隨溫度變化的曲線就可以求出當(dāng)前溫度。導(dǎo)線采用同樣材質(zhì)和長(zhǎng)度,可以確保RW1=RW2=RW3=RW,同時(shí)又IS1=IS2=Iref,得到:VF1=Iref*(RT+3RW),VF2=Iref*(Rd+3RW)。注意這里的電流源和RTD的接地都是在主控器端,從而避免地電平不一致帶來(lái)的問(wèn)題。工業(yè)熱電阻目前大多采用的都是三線制接法。但如果金屬電阻本身的阻值很小,那末引線的電阻及其變化也就不能忽視,例如對(duì)于Pt100鉑電阻,若導(dǎo)線電阻為1 Ω,℃的測(cè)量誤差。PT100的工作原理:如采用電阻式傳感器作為被測(cè)對(duì)象,傳感元件的引出線有以下幾種方式:二線制、三線制和四線制。PT100是一種廣泛應(yīng)用的測(cè)溫元件,在50℃~600℃范圍內(nèi)具有其他任何溫度傳感器無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì),包括高精度、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等。圖10 LM35D測(cè)溫原理圖 采用電阻式溫度傳感器鉑電阻溫度傳感器PT100的概述:通常使用的鉑電阻溫度傳感器有PT100,10-3/℃,0℃時(shí)電阻值為100Ω,℃。LM35D靈敏度為10mV/℃,如果物體溫度為26℃,將此信號(hào)在整個(gè)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)中放大,之后將其送入液晶顯示屏顯示所測(cè)物體的溫度。℃的常用的室溫精度,編程時(shí)易于實(shí)現(xiàn)。另外,DS18B20也可用傳統(tǒng)方式供電,此時(shí)將外部電源連在VCC腳上即可。DS18B20在沒(méi)有外部電源下具有操作能力。在這一總線系統(tǒng)中,主控設(shè)備通過(guò)唯一的64位序列碼識(shí)別和訪問(wèn)總線上的器件。DS18B20利用單總線控制協(xié)議,實(shí)現(xiàn)了利用單線控制信號(hào)在總線上進(jìn)行通信。GND 為接地端,與單片機(jī)的GND端相連,起到地線的作用。在寄生電源模式時(shí)給設(shè)備提供電源。圖8 溫度測(cè)量電路的方框圖DS18B20電路如圖9所示。DS18B20通過(guò)一種片上溫度測(cè)量技術(shù)來(lái)測(cè)量溫度。芯片內(nèi)部還有斜率累加器,可對(duì)頻率的非線性度加以補(bǔ)償。DS1B820內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號(hào);同樣的,高溫度系數(shù)振蕩器則將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)。測(cè)溫結(jié)束時(shí),這9位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到暫存存儲(chǔ)器的前兩個(gè)字節(jié)中,符號(hào)位占用第1字節(jié),8位溫度數(shù)據(jù)占用第2字節(jié)。1/2LSB,℃。圖中比較器的作用是以四舍五入的量化方式確定溫度寄存器的最低有效位。為了補(bǔ)償振蕩器溫度特性的非線性性,斜率累加器提供的預(yù)置數(shù)也隨溫度相應(yīng)變化。初始時(shí),計(jì)數(shù)器1預(yù)置的是與55℃相對(duì)應(yīng)的一個(gè)預(yù)置值。高溫度系數(shù)振蕩器是一個(gè)對(duì)溫度很敏感的振蕩器,為計(jì)數(shù)器2提供一個(gè)頻率隨溫度變化的計(jì)數(shù)脈沖。DS18B20的測(cè)溫原理:DS18B20的內(nèi)部主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器、用于存儲(chǔ)用戶設(shè)定的溫度上下限值、觸發(fā)器存儲(chǔ)與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼發(fā)生器等7個(gè)部分。并且多個(gè)DS1820可以并接到多個(gè)地址線上與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。圖7 檢測(cè)電路、控制電路與輔助電源總圖 溫度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)溫度檢測(cè)電路由溫度傳感器與信號(hào)調(diào)理電路組成,此次溫度傳感器采用兩種方案(三種傳感器),即采用集成溫度傳感器(DS18BLM35D)和電阻式溫度傳感器(鉑電阻)。圖6 輔助電源電路 數(shù)據(jù)處理部分交流電壓、電流有效值的計(jì)算分析:對(duì)電流其計(jì)算公式為:其中T為信號(hào)周期,電壓同理。+3V電壓是由+5V電壓進(jìn)過(guò)三端穩(wěn)壓AMS1117轉(zhuǎn)換而成的。其中+3V主要是為單片機(jī)最小系統(tǒng)供電,12V和5V主要是為各種芯片供電。當(dāng)三極管接收到信號(hào)后,三極管導(dǎo)通驅(qū)動(dòng)繼電器,使繼電器的開(kāi)關(guān)閉合,使主供電電路導(dǎo)通,輸出220V交流電。由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí),流經(jīng)繼電器線圈的電流將迅速減小,這時(shí)線圈會(huì)產(chǎn)生很高的自感電動(dòng)勢(shì)與電源電壓疊加后加在Q1的c、e兩極間,會(huì)使晶體管擊穿,并聯(lián)上二極管后,即可將線圈的自感電動(dòng)勢(shì)鉗位于二極管的正向?qū)妷海瑥亩苊鈸舸┚w管等驅(qū)動(dòng)元器件。圖4 電壓檢測(cè)電路 控制電路控制電路采用繼電器控制,如圖5所示。第三部分是射極跟隨器。從圖4可以看出系統(tǒng)輸出電壓的采樣電路由四部分組成,第一部分是由TL084的運(yùn)放構(gòu)成的射極跟隨器,其中R10和C15是為了抑制干擾,且時(shí)間按常數(shù)T=RC=10000 ? *220p= *106S1ms,符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在A/D入口端采用二極管鉗位,防止A/D輸入電壓越界。根據(jù)選用的電壓傳感器,交流電壓采樣電路如圖4所示。交流電壓采樣電路采樣電壓范圍5V~+5V,則R11= U/ In2 =5V/50mA=100 ?。當(dāng)然為了更好地消除這些干擾,可以在電壓變換電路之前再加隔離變壓器,那么電阻R9的選擇就要對(duì)應(yīng)于經(jīng)過(guò)隔離變壓器后電壓的改變而改變。 KΩ功率為5W的大功率電阻。磁補(bǔ)償式測(cè)量,過(guò)載能力強(qiáng),性能穩(wěn)定可靠,易于安裝,用于電壓測(cè)量時(shí),傳感器通過(guò)與模塊原邊電路串聯(lián)的電阻R9與被測(cè)量電路并聯(lián)連接,輸出電流正比于原邊電壓。圖3電流檢測(cè)電路 電壓檢測(cè)電路電壓轉(zhuǎn)換電路通過(guò)霍爾電壓傳感器CHV50P實(shí)現(xiàn)。~,其中RR7的阻值只要相同就可以,在這里選阻值為10千歐的電阻,即安全又符合要求。將電流I進(jìn)行濾波處理,濾除噪聲干擾其中濾波電阻電容的選擇應(yīng)該滿足時(shí)間常數(shù)小于1ms的要求,因此可選R2為100千歐,C11為220pF。如何選擇電阻R16的阻值,根據(jù)后面交流信號(hào)調(diào)理電路的輸入要求而定,調(diào)理電路需輸入5V~+5V的交流電壓信號(hào),則R16=U/IN 即可確定R16的值。 如外圍電路功率比較小時(shí), 使用JTAG提供的內(nèi)部電源即可。這種以FLASH技術(shù)、JTAG調(diào)試、集成開(kāi)發(fā)環(huán)境結(jié)合的開(kāi)發(fā)方式,具有方便、廉價(jià)、實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。 RST為測(cè)試復(fù)位, 輸入引腳, 低電平有效。DO為測(cè)試數(shù)據(jù)輸出, 數(shù)據(jù)通過(guò)TDO引腳從J TAG接口輸出。具有JTAG接口的芯片, 相關(guān)JTAG引腳的定義為: TCK為測(cè)試時(shí)鐘輸入。JTAG測(cè)試允許多個(gè)器件通過(guò)JTAG 接口串聯(lián)在一起,形成一個(gè)JTAG鏈, 能實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)器件分別測(cè)試。在系統(tǒng)中XT2采用4MHz的晶體,XT2外接2個(gè)12p F的電容經(jīng)過(guò)XT2IN和XT2OUT連接到MCU。在本電路中我們使用低頻模式,晶振外接2個(gè)12p F的電容經(jīng)過(guò)XIN和XOUT連接到MCU。低速晶體振蕩器(LFXT1)。這是為了解決系統(tǒng)的快速處理數(shù)據(jù)要求和低功耗要求的矛盾,通過(guò)設(shè)計(jì)多個(gè)時(shí)鐘源或?yàn)闀r(shí)鐘設(shè)計(jì)各種不同工作模式,才能解決某些外圍部件實(shí)時(shí)應(yīng)用的時(shí)鐘要求,如低頻通信、LCD顯示、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等。當(dāng)用戶按下按鈕S1時(shí),C1兩端的電荷被瀉放掉,RST端輸出為低電平,系統(tǒng)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài),再重復(fù)以上的充電過(guò)程, 系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。如圖2,該復(fù)位電路的工作原理如下:在系統(tǒng)上電時(shí),通過(guò)電阻R1向電容C1充電,當(dāng)C1兩端的電壓未達(dá)到高電平的門(mén)限電壓時(shí)。在這里采用簡(jiǎn)單的由電阻、電容、二極管構(gòu)成的RC復(fù)位電路。 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)微控制器正常工作時(shí)該引腳將處于高電平才能正常工作。電源通過(guò)AMS1117 – DC電壓轉(zhuǎn)換。 電源模塊的設(shè)計(jì),其中MSP430F169及部分外圍器件需要3. 3V電源,另外部分需要5V電源。時(shí)鐘模塊為MCU提供時(shí)鐘源,JTAG接口用于單片機(jī)程序調(diào)試和仿真;串口0 (USART0)通過(guò)MAX232模塊進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換連接到PC用于調(diào)試嵌入式軟件;電源模塊為MCU和各外圍模塊提供電源。在系統(tǒng)支持軟件下,在線實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)的硬件調(diào)試及軟件開(kāi)發(fā),包括匯編、C語(yǔ)言、連接及動(dòng)態(tài)調(diào)試,具有單步、多斷點(diǎn)和跟蹤,并且開(kāi)放全部存儲(chǔ)器、寄存器,可以方便可靠地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行硬件、軟件開(kāi)發(fā)。內(nèi)部集成有1個(gè)硬件乘法器、1個(gè)精確的模擬比較器、2個(gè)具有捕捉/比較寄存器的定時(shí)器、8路12位A/ D轉(zhuǎn)換器、片內(nèi)看門(mén)狗定時(shí)器、2個(gè)串行通信接口以及48個(gè)I/ O引腳, 每個(gè)I/ O口分別對(duì)應(yīng)輸入、輸出、功能選擇、中斷等多個(gè)寄存器,功能口和通用I/O口可復(fù)用,增強(qiáng)了端口功能和靈活性, 提高了對(duì)外圍設(shè)備的開(kāi)發(fā)能力。因?yàn)镸SP430F169采用“馮考慮到此電路具有的功能多,且操作繁多,經(jīng)計(jì)算采用4*4行列式鍵盤(pán)。所以采用液晶顯示屏顯示。因?yàn)樾枰@示漢字、數(shù)字、字母等。采用LED燈作為光報(bào)警,采用蜂鳴器或揚(yáng)聲器作為聲報(bào)警。報(bào)警電路:報(bào)警電路大體分為聲報(bào)警、光報(bào)警和聲光報(bào)警三種。最大可以計(jì)年的長(zhǎng)度是2100年。 其他電路的方案設(shè)計(jì)日歷時(shí)鐘電路:采用DS1302實(shí)時(shí)日歷芯片,它是美國(guó)DALLAS公司推出的一款高性能、低功耗、帶內(nèi)部RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片(RTC),也就是一種能夠?yàn)閱纹瑱C(jī)系統(tǒng)提供日期和時(shí)間的芯片。CC1000芯片的外圍元件較少,且對(duì)精度要求不高,并提供三種編碼方式與微控制器接口。CC1000采用鎖相環(huán)技術(shù),發(fā)射頻率是通過(guò)內(nèi)部的頻率合成器來(lái)配置的,可配置的范圍為300~l000MHz,適合應(yīng)用跳頻協(xié)議,一般可配出10或20個(gè)頻點(diǎn),該芯片靈敏度為一109dBm,并可自動(dòng)校準(zhǔn),可編程輸出功率為一2 0dBm ~+10dBm,通信速率可達(dá)78.6Kbps。 方案二采用CC1000無(wú)線收發(fā)芯片CC1000是Chipcon公司推出的單片可編程R F 收發(fā)芯片,它基于Chipcon’s Smart RF技術(shù),可工作在ISM頻段(300~1000MHz)。工作頻率穩(wěn)定可靠,外圍元件少,并可直接接單片機(jī)串El,便于設(shè)計(jì)生產(chǎn),功耗極低,適合于便攜式手持產(chǎn)品的設(shè)計(jì),由于采用了低發(fā)射功率,高接受靈敏度的設(shè)計(jì),滿足無(wú)線管制要求,無(wú)需使用許可證,是目前低功率無(wú)線數(shù)傳的理想選擇。連接nRF40 l的天線可以以差分方式連接到nRF401,一個(gè)50Q的單端天線也可以通過(guò)一個(gè)差分轉(zhuǎn)換匹配網(wǎng)絡(luò)連接到nRF40l。由于采用了晶體振蕩和PLL合成技木,頻率穩(wěn)定性極好;采用FSK調(diào)制和解調(diào),抗干擾能力強(qiáng)。在接收模式中, nRF401被配置成傳統(tǒng)的外差式接收機(jī),所接收的射頻調(diào)制的數(shù)字信號(hào)被低噪聲效大器放大,經(jīng)混頻器變換成中頻,放大、濾波后進(jìn)入解調(diào)器,解調(diào)后變換成數(shù)字信號(hào)輸出(DOUT端)。 方案一采用nRF401無(wú)線收發(fā)芯片nRF401是Nordic公司研制的單片uHF無(wú)線收發(fā)芯片,工作在433MHZISM(Industrial Scientific and Medica1)頻段。由于無(wú)線收發(fā)芯片的種類(lèi)和數(shù)量比較多,無(wú)線收發(fā)芯片的選擇在設(shè)計(jì)中是至關(guān)重要的,正確的選擇可以減小開(kāi)發(fā)難度,縮短開(kāi)發(fā)周期,降低成本,更快地將產(chǎn)品推向市場(chǎng)。 無(wú)線收發(fā)模塊的方案設(shè)計(jì)伴隨著短距離、低功率無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的成熟,無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸被越來(lái)越多地應(yīng)用到新的領(lǐng)域。超聲波檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是穿透力強(qiáng)、設(shè)備輕便、檢測(cè)成本低、檢測(cè)效率高,能即時(shí)知道檢測(cè)結(jié)果(實(shí)時(shí)檢測(cè)),能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)和實(shí)現(xiàn)永久性記錄,在缺陷檢測(cè)中對(duì)危害性較大的裂紋類(lèi)缺陷特別敏感等等。超聲波是一種波動(dòng)形式,它可以作為探測(cè)與負(fù)載信息的載體或媒介;超聲波同時(shí)又是一種能量形式,當(dāng)其強(qiáng)度超過(guò)一定值時(shí),它就可以通過(guò)與傳播超聲波的媒質(zhì)的相互作用,去影響,改變以致破壞后者的狀態(tài),性質(zhì)及結(jié)構(gòu)。 方案三采用超聲波檢測(cè)電路超聲波的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣闊,比如軍事上的聲納技術(shù),工業(yè)上的無(wú)損探傷、測(cè)距、測(cè)厚,生物醫(yī)學(xué)上的診斷和手術(shù),農(nóng)業(yè)上的超聲育種、超聲培苗、超聲催產(chǎn)等。此電路具有以下特點(diǎn):低功耗、靜態(tài)功耗(50uA);寬電壓范圍(DC );可重復(fù)/不可重復(fù)觸發(fā)方式選擇;使用簡(jiǎn)單、電源+ 信號(hào)輸出;感應(yīng)距離遠(yuǎn),約7米;感應(yīng)角度為110176。它能自動(dòng)快速開(kāi)啟各類(lèi)白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動(dòng)門(mén)、電風(fēng)扇、烘干機(jī)和自動(dòng)洗衣機(jī)等裝置,是一種高技術(shù)產(chǎn)品。 方案二采用熱釋電紅外檢測(cè)電路熱釋電紅外開(kāi)關(guān)電路在生活中應(yīng)用很廣,是實(shí)用的。但是檢測(cè)障礙物的距離在0-15cm,引用占用IO口較多,操作較為復(fù)雜。這個(gè)使用通過(guò)IOAIOAIOAIOA7依次選通,選擇最接近參考值的電壓作為判斷電壓。在正常的光線下通過(guò)IOA0口A/D采集到一個(gè)電壓值作為一個(gè)參考電壓。可以考慮采用上面的電路。所以鉑熱電阻可以作為此次溫度檢測(cè)電路的溫度傳感器。但其在還原性介質(zhì)中,特別是高溫易從氧化物中還原出來(lái)的氣體所污染,改變它的電阻與溫度關(guān)系,此外其電阻溫度系數(shù)小,價(jià)格較高。同時(shí)其測(cè)量精度高。因精度不高且檢測(cè)溫度較低,所以不采用。但銅熱電阻與鉑熱電阻相比,銅的電阻率低,因此銅電阻的體積較大。銅熱電阻主要應(yīng)用于測(cè)量50~150℃范圍內(nèi)的場(chǎng)合。因此,此型號(hào)集成溫度傳感器不被采用。但是,由于AD590采集到的信號(hào)是電流信號(hào),在將數(shù)據(jù)傳給A/D前還要先把電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào),因此,用AD590來(lái)檢測(cè)、采集溫度的電路比較復(fù)雜?!娴臏y(cè)量精度,利用其重復(fù)性較好的特點(diǎn),通過(guò)非線性補(bǔ)償,可以達(dá)到177。符合本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求,所以此傳感器比較可行。LM35D是精密集成電路溫度傳感器,線性好(10mV/℃),寬量程(0℃—100℃),它的輸出電壓與攝氏溫度線性成比例,無(wú)需外部校準(zhǔn)或微調(diào)來(lái)提供177。檢測(cè)溫度范圍為55℃~+125℃,適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量。DS18B20是DALLAS(達(dá)拉斯)公司生產(chǎn)的,體積小,硬件開(kāi)銷(xiāo)低,抗干擾能力強(qiáng),精度高,附加功能強(qiáng)。雖然傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)以熱敏電阻為溫度敏感元件,熱敏電阻成本低,但需要后續(xù)信號(hào)處理電路,而且熱敏電阻的可靠性相對(duì)較差,測(cè)量溫度的準(zhǔn)確度低,檢測(cè)系統(tǒng)的精度差。熱電偶傳感器是工業(yè)測(cè)量中應(yīng)用最廣泛的一種溫度傳感器,在家電中不常用,因此不采用此方案。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制作方便,測(cè)量范圍廣,精度高,慣性小和輸出信號(hào)便于遠(yuǎn)傳等許多優(yōu)點(diǎn)。 溫度檢測(cè)電路的方案設(shè)計(jì)溫度檢測(cè)電路由溫度傳感器與信號(hào)調(diào)理電路組成,將采集的信號(hào)通過(guò)A/D送給單片機(jī)處理??刂齐娐罚嚎刂齐娐钒ㄗ詣?dòng)控制、報(bào)警控制、開(kāi)關(guān)電路、燈光控制、定時(shí)控制、溫控電路、繼電器控制、晶閘管控制、電機(jī)控制等。這恰與保護(hù)系統(tǒng)要求實(shí)時(shí)性高的特點(diǎn)相違背,所以保護(hù)系統(tǒng)的電流采樣多采用交流采樣方式。電流檢測(cè)電路:模擬量的數(shù)據(jù)采集一般分為直流采樣和交流采樣兩種方法。檢測(cè)電路的任務(wù)是將用電過(guò)程中的電壓信息、電流信息定時(shí)采集,經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器
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