【正文】 計與實現(xiàn) （ 3） 硬件電路中高頻振蕩器的分析 本文的組織結(jié)構(gòu) 論文共分為五章，主要的內(nèi)容概要如下： 第一章 闡述了本課題的背景和意義，簡要的說明了 論文的研究內(nèi)容， 闡述 了論文的組織結(jié)構(gòu)。 第三章 對室內(nèi)智能加濕器系統(tǒng)的硬件部分作詳細的介紹，包括：系統(tǒng)主要 芯片選型；各個功能模塊的設(shè)計與實現(xiàn)；對高頻振蕩器進行分析。 第五章 對所作的工作進行 總結(jié) 。 濕度檢測：利用 AHT11 溫濕度傳感器檢測環(huán)境實時濕度。 液位檢測：利用 BZ0504 液位開關(guān)檢測水槽實時液位。 單片機控制：我們標(biāo)配的是 STC89C52RC。 液晶顯示：利用 1602 液晶顯示模塊。 聲光報警： 當(dāng)檢測的液位低于安全值時，蜂鳴器響且 LED燈閃亮，提醒用戶給水槽加水。故此時控制電路輸出 控制信號，使驅(qū)動電路中的繼電器動作 ，切斷驅(qū)動電路。 M/A切換： 手動 模式與自動模式的切換。當(dāng)按下按鍵后，進入自動模式，由編寫的模糊控制算法實現(xiàn)自動控制。從而控制高頻振蕩電路的工作通斷，實現(xiàn)加濕強度的自動變化。 電容三點式高頻振蕩電路： 產(chǎn)生高頻振蕩電流信號，經(jīng)過超聲換能片，得到 相同頻率的超聲波信號。 散熱：由于振蕩電路中的大功率晶體管 BU406 及超聲波換能片均會變熱而影響產(chǎn)品長期的工作性能，故需散熱。整個流程從上電復(fù)位開始，然后對各芯片進行初始化程序。調(diào)用顯示處理子程序顯示實時的溫度和濕度值。再掃描 M/A按鍵是否被按下 ，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的 處理中，最后回到主程序開始處，重新循環(huán)。 超聲波式室內(nèi)智能加濕器控制系統(tǒng)的任務(wù)主要包括： 的高頻振蕩器的實現(xiàn)，液晶屏顯示，聲光報警，液位保護， 手動模式 /自動模式切換，自動模式中的模糊控制算法的實現(xiàn)。 系統(tǒng)主要設(shè)計的參數(shù)目標(biāo) 由 于該加濕器的功 能和控制對象較多，因而采用以單片機為主的控制電路，使控制系統(tǒng)設(shè)計簡單而可靠。 2缺水自動保護，并聲光報警。 4連續(xù)工作時間 =5 小時。 6本產(chǎn)品電路工作穩(wěn)定，電路比較簡潔，元器件成本較低。波形較完整，雜波少 。它集加濕、檢測、顯示于一體，采用微處理器進行自動控制。由于市電是通過開關(guān)電源轉(zhuǎn) 換降低到安全電壓，再加上加濕振蕩器與 單片機控制電路是分離設(shè)計的，所以不會有觸電、漏電發(fā)生。數(shù)字電路部分以組成單片機運行的基本電路為主，并配以液晶顯示，控制接口電路等。 關(guān)鍵部件采用了一定的保護措施，如缺水保護。 加濕器能把蒸餾水霧化為 2微米左右的顆粒，速度快，效果好。下面簡要的介紹控制系統(tǒng)中設(shè)計的主要芯片。 STC89C52RC 型號。一臺能夠工作的計算機要有這樣幾個部分組成： CPU（進行運算和控制）、 RAM（數(shù)據(jù)存儲）、 ROM（程序存儲）、輸入 /輸出設(shè)備（例如：串行口、并行輸出口）。而在單片機中， 這些部分，全部被做到一塊集成電路芯片中了，所以就稱為單片機，而且有些單片機除了上述部分外，還集成了其他部分 如A/D 轉(zhuǎn)換， D/A 轉(zhuǎn)換等。 1~8 腳為通用 I/O 接口 ~， 9 腳為RST 復(fù)位鍵， 10 腳為 RXD 串口輸入， 11 腳為 TXD 串口輸出， 12~19 引腳為I/O P3 接口，（其中 1 13 引腳為 INT0 中斷 0， INT1 中斷 1； 14， 15 引腳為計數(shù)脈沖 T0、 T1； 1 17 引腳為 WR 寫控制和 RD 讀控制輸出端； 119 引腳為晶振諧振器）， 20 引腳為地線， 21~28 引腳為 P2 接口高 8 位地址總線， 29 引腳為 PSEN 片外 ROM 選通端，單片機對片外 ROM 操作時， 29 引腳輸出低電平， 30 引腳為 ALE/PROG 地址鎖存器， 31 引腳 EA 為 ROM 取指令控制器，高電平片內(nèi)取，低電平片外取， 32~39 引腳為 ~， 40 引腳為 +5V電源。其轉(zhuǎn)換速度小于 17 微秒。 1主要特性： 1. 8位分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換器，總不可調(diào)整誤差≤177。 2. 采用三線串行方式與微處理器接口。 4. 有片內(nèi)采樣保持電路，轉(zhuǎn)換時間≤ 17us，包括存取與轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換速度達 40000 次 /秒。 2內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳： TLC549 芯片包含內(nèi)部系統(tǒng)時鐘、采樣和保持電路、 8位 A/D 轉(zhuǎn)換電路、輸出數(shù)據(jù)寄存器以及控制邏輯電路，它采用 /CS， I/O CLOCK 和 DATAOUT 三根線實現(xiàn)與微控制器 MCU 或微處理器 CPU 進行串行通訊。 圖 35 TLC549 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 圖 36 TLC549 引腳排列圖 （ 4） DA 轉(zhuǎn)換芯片： TLC5616CP 目前，數(shù)模轉(zhuǎn)換器從接口上可分為兩大類：并行接口數(shù)模轉(zhuǎn)換器和串行接口數(shù)模轉(zhuǎn)換器。 TLC5615 為美國德州儀器公司 1999 年推出的產(chǎn)品，是具有串行接口的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其輸出為電壓型，最大輸出電壓是基準(zhǔn)電壓的兩倍。 TLC5615 的特點： 位 CMOS 電壓輸出； 單電源供電； CPU 三線串行接口； ； ； ； ； 。引腳功能說明如下：腳 1DIN：串行數(shù)據(jù)輸入端；腳 2SCLK：串行時鐘輸入端；腳 3CS：芯片選用通端，低電平有效；腳 4DOUT：用于級聯(lián)時串行數(shù)據(jù)輸出端；腳 5AGND：模擬地；腳 6REFIN：基準(zhǔn)電壓輸入 。它是雙列 16 腳， NPN 晶體管矩陣，最大驅(qū)動電壓 50V,電流500MA，輸入電壓 5V，適用于 TTL， CMOS，由達林頓管組成驅(qū)動電路。 采用集電極開路輸出，輸出電流大，故可直接驅(qū)動繼電器或固體繼電器，也可直接驅(qū)動低壓電燈泡。同時 COM引腳應(yīng)該懸空或接電源。 在設(shè)計中我們可以用 ULN2020 來驅(qū)動繼電器，蜂鳴器。 5%RH 9. 標(biāo)準(zhǔn)濕度 輸出電壓： 相對濕度（ %RH） 20 30 40 50 60 70 80 90 輸出電壓（ V ） （ 7） BZ0504 電子液位計 電氣參數(shù)： ： 5V，正負 10% ： 1W ： IP68 ： 20~60℃ ： 10 萬次 ：高壓電平信號 ：常規(guī)配 3米 電纜線 ： ：進口環(huán)保樹脂 ：不導(dǎo)電的塑料 特點：紅藍兩條線接 DC5V，另一條白線輸出高低電平信號， 5V 或 0V，判斷有水時輸出 0V,無水時輸出 5V，可驅(qū)動 LED 燈或蜂鳴器。我們所涉及到的換能器就是那種能將電能與超聲能轉(zhuǎn)換的器件。它是采用那些能夠呈現(xiàn)出壓電效應(yīng)的材料制成的。 應(yīng)采用 Φ 25 ，表面應(yīng) 鍍金或鍍不銹鋼以防銹 。 圖 39 單片機控制及其外圍電路 控制電路電源輸入 基于開發(fā)板 的硬件設(shè) 計，在控制電路部分，可以通過 USB 供電，供電電流小于 500mA；若利用外接電源口時，應(yīng)注意電源極性和電壓參數(shù)，電壓范圍在 ~12V供電。單片機的穩(wěn)壓電源采用7805 穩(wěn)壓芯片。 故開關(guān)電源選用成品件。超聲霧化換能器要求驅(qū)動電壓為 36V，電流約 ，單片機和其他電路的電 源為 9V，所以技術(shù)要求為：輸入 220VAC；輸出 36VDC 1A+9V 。配備兩個接口排座使硬件設(shè)計通用性更強，可以靈活的用外部接線。在芯片內(nèi)部有一個高增益的反相放大器， XTAL1 為其輸入端， XTAL2 為其輸出端。用晶振和電容構(gòu)成諧振電路。上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的，只要電源 VCC 的上升時間不超過 1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。上述電阻電容參數(shù)適于 6MHz 晶振。如圖 313： 圖 313 單片機復(fù)位電路 控制電路液晶顯示 液晶 1602 為 16 引腳，插在 16 引腳的排座中。 圖 314 1602 液晶顯示 控制電路液位檢測 電路 BZ0504 紅藍兩線接 DC5V。當(dāng)液位正常時，輸出 0V，當(dāng)液位低于安全值時，輸出正 5V 電平信號。同時右邊為兩引腳的排座接口，通過外部跳線接 J27 七引腳端口的 2 端 。如圖 315： 圖 315 BZ0504 液位檢測電路 控制電路溫濕度檢測 電路 利用 AHT11 溫濕度傳感器檢測實時環(huán)境溫度和 濕度。 AHT11 有四根接線， 1 線接 VDD， 2 線為 DATA 串行數(shù)據(jù)且需接上拉電阻和電源， 3 線懸空， 4 線接地。 控制電路 A/D轉(zhuǎn)換 TLC549 J9： AD 電壓輸入跳線，取下短路冒，排陣的 右 面為電壓輸入端口， 左邊為可調(diào)電阻 電壓。TLC549 可以使用差分基準(zhǔn)電壓。轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)串行輸出端口為 OUT。 圖 317 TLC549A/D 轉(zhuǎn)換 控制電路 D/A轉(zhuǎn)換 TLC5615CP TLC5615 的 1 引腳為串行數(shù)據(jù)輸入端，將單片機模糊控制算法輸出的控制信號從 端接到 1 引腳 。 3 引腳為片選端，低電平有效。 6 引腳為基準(zhǔn)電壓，最大輸出電壓可為基準(zhǔn)電壓的兩倍。 5 引腳為模擬地。 圖 318 DA 轉(zhuǎn)換 TLC5615 控制電路 M/A 模式切換按鍵電路 本硬件設(shè)計中本著簡便使用的原則，除復(fù)位鍵外，只有一個獨立按鍵 —— M/A 模式切換按鍵，按鍵電路將信號接 口，產(chǎn)生一個中斷， 進入子程序。同時調(diào)用模糊控制算法 ，實現(xiàn)由手動調(diào)節(jié)進入自動控制 ，控制信號通過 輸出， 接到 TLC5615 的 1 端， TLC5615 的 7 端連接到 J21 的 1 引腳 。 圖 319 獨立按鍵電路 控制電路外接繼電器、蜂鳴器 J27 的 2 端 和接到 uln2020 的 6 端， 接到 J27 的 7 端。 ULN2020 是集成達林頓 管， 采用集電極開路輸出，輸出電流大， 可用來 驅(qū)動繼電器，蜂鳴器等。當(dāng)液位低于安全值時， uln2020 的 6 端 接 的繼電器動作