單片機(jī)恒溫箱溫度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-在線瀏覽
2024-08-06 09:40本頁面
【正文】 AX7219作為LED驅(qū)動(dòng)芯片。每片可驅(qū)動(dòng)8位7段加小數(shù)點(diǎn)的共陰極數(shù)碼管。外部只需要一個(gè)電阻設(shè)置所有LED顯示器字段電流。允許使用者選擇每位是BCD譯碼或不譯碼。(1) 引腳功能 MAX7219是24引腳芯片。2) CLK（13腳）：串行時(shí)鐘脈沖輸入端，最大工作頻率可達(dá)10MHz。4) DIG0～DIG7（11腳）：吸收顯示器共陰極電流的位驅(qū)動(dòng)線，最大值可達(dá)500mA。6) ISET（18腳）：硬件亮度調(diào)節(jié)端。8) GND（9腳）：接地。電路圖如圖7所示。 由于只有四個(gè)按鍵，因此按鍵接口電路的設(shè)計(jì)比較簡單，～，平時(shí)通過電阻上拉到Vcc，按鍵按下時(shí)，對應(yīng)的端口的電平被拉到低電平。通過讀I/O口，判斷各I/O口的電平狀態(tài)，即可識別出按下的按鍵。B、:S2加，按此鍵則溫度設(shè)定加1度。D、:S4發(fā)送，按此鍵將傳感器的溫度傳送到上位機(jī)。當(dāng)電流的極性如圖8所示時(shí)，電子從電源負(fù)極出發(fā)，經(jīng)連接片、P型半導(dǎo)體、連接片、N型半導(dǎo)體，最后回到電源正極。P型材料電子不足，有溫差電勢。這一點(diǎn)可用溫差降低來證明。直接接觸的熱電偶電路在實(shí)際的引用中不可用，所以用圖8的連接方式來代替，實(shí)驗(yàn)證明，在溫差電路中引入銅連接片和導(dǎo)線，不會改變電路的特性。由P型元件流向N型元件的接頭釋放熱量，成為熱端。圖8 半導(dǎo)體制冷原理圖 (2) 驅(qū)動(dòng)控制電路光耦合雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器是一種單片機(jī)輸出與雙向可控硅之間較理想的接口器件，它由入和輸出兩部分組成，輸入部分為砷化鎵發(fā)光二極管，該二極管在5mA～15mA正向電流作用下發(fā)出足夠強(qiáng)度的紅外光，觸發(fā)輸出部分。輸出部分為硅光敏雙向可控硅，在紅外線作用下可雙向?qū)āＫ砂l(fā)光源和受光器兩部分組成。發(fā)光源的引腳為輸入部分，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等。在光電耦合器的內(nèi)部，由于發(fā)光管和受光器之間的耦合電容很小，使用共模輸入電壓通過極間耦合電容對輸出電流的影響很小，因而共模抑制比很高。光電耦合器也可工作在開關(guān)狀態(tài)，傳輸脈沖信號。圖9 加熱降溫驅(qū)動(dòng)控制電路看門狗和上位機(jī)通信電路(1) 串口通信功能實(shí)現(xiàn)在實(shí)際的工作中，計(jì)算機(jī)的CPU與外部設(shè)備之間常常要進(jìn)行信息交換，一臺計(jì)算機(jī)與其他計(jì)算機(jī)之間也往往要交換信息，所有這些信息交換均可稱為通信。它的突出優(yōu)點(diǎn)是只需一對傳輸線(利用電話線就可以作為傳輸線)，這樣就大大降低了成本，特別適用與遠(yuǎn)距離通信。(2)MAX232與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì) 圖10為MAX232與單片機(jī)接口電路；通過它可以把單片機(jī)和計(jì)算機(jī)連接起來，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊功能。采用看門狗電路則可以大大提高整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力態(tài)。MAX813L引腳功能如下：1)MR(1腳)：手動(dòng)復(fù)位輸入，低電平有效。3)WDI(6腳)、WDO(8腳)：分別為看門狗輸入和看門狗輸出。 MAX813L芯片主要特點(diǎn)：1)復(fù)位輸出：系統(tǒng)上電、掉電以及供電電壓降低時(shí)，第7腳產(chǎn)生復(fù)位脈沖，復(fù)位脈沖寬度的典型值為200ms，高電平有效。3)手動(dòng)復(fù)位輸入：低電平有效，即第1腳輸入一個(gè)低電平，則地7腳產(chǎn)生復(fù)位輸出。(5) MAX813L與單片機(jī)的連接MAX813L的典型應(yīng)用電路如圖10所示，在軟件設(shè)計(jì)中。該低電平加到1腳，使MAX813L產(chǎn)生復(fù)位輸出，使單片機(jī)有效復(fù)位，擺脫死循環(huán)。圖10 MAX232與單片機(jī)接口電路電源電路圖11 電源電路 電源電路雖然簡單，但需要功能可靠，要有CBB電容和高品質(zhì)的ELNA電容做退藕，設(shè)計(jì)所用的電源都是直流電源+5V，所用采用三端集成穩(wěn)壓器7805，可以方便的實(shí)現(xiàn)此功能，電路如圖11所示PID控制算法(1) PID的數(shù)學(xué)模型PID控制是一種比較成熟的控制理論,它通過比例、積分、微分三部分的合理組合可以用比較簡單的方法獲得令人滿意的控制效果。E(t)——控制器誤差函數(shù)。Ti——積分時(shí)間常數(shù)。一個(gè)最簡單的控制器可以只有比例部分，它能夠產(chǎn)生與輸入信號成比例的輸出信號，所以誤差一旦產(chǎn)生，控制器立即就有控制作用，使被控制量朝著減小誤差的方向變化，控制作用的強(qiáng)弱取決于比例系數(shù)KP。加大KP可以減小靜差，但是KP過大會導(dǎo)致動(dòng)態(tài)性能變壞，甚至?xí)归]環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。但是積分作用具有滯后特性，它總是滯后于偏差的存在，這樣會使系統(tǒng)易于振蕩，結(jié)果往往超調(diào)，使被控變量波動(dòng)很大。微分控制能對誤差進(jìn)行微分，敏感出誤差的變化趨勢，將預(yù)期的動(dòng)作作用于操作部分，增大微分控制作用可以加快系統(tǒng)的響應(yīng)，使超調(diào)量減小，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。微分控制可用于補(bǔ)償快速變化的控制系統(tǒng)。若設(shè)溫度采樣周期為T,第n次采樣得到的輸入偏差為en,輸出為Un。而且，因?yàn)橛?jì)算機(jī)輸出的U(n)對應(yīng)的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置，如果計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，u(n)的大幅度變化會引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的大幅度變化，這種情況往往是生產(chǎn)實(shí)踐中不允許的，在某些場合，可能造成重大的生產(chǎn)事故，因此產(chǎn)生了增量式PID控制的控制算法。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的是控制量的增量時(shí)，可由式導(dǎo)出提供增量的PID控制算法。有的帶有延時(shí)和隨機(jī)干擾。對于以上這些系統(tǒng)，如果采用常規(guī)的PID控制器，則難以整定PID參數(shù)，因此比較難以達(dá)到預(yù)期的控制效果。三、軟件設(shè)計(jì)溫度傳感器DS18B20模塊軟件設(shè)計(jì) DS18B20上電后處于空閑狀態(tài),需要控制器發(fā)能完成溫度轉(zhuǎn)換。DS18B20的操作必須嚴(yán)格按照協(xié)議進(jìn)行。對DS18B20操作時(shí)，首先要將它復(fù)位。進(jìn)行寫操作時(shí)，將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平，產(chǎn)生寫起始信號。在開始另一個(gè)寫周期前，必須有1us以上的高電平恢復(fù)期。從DQ線的下降沿起計(jì)時(shí)，在15us到60us這段時(shí)間內(nèi)對數(shù)據(jù)線進(jìn)行檢測，如數(shù)據(jù)線為高電平則寫1；若為低電平，則寫0，完成了一個(gè)寫周期。每個(gè)寫周期必須要有60us以上的持續(xù)期。從主機(jī)將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平起15us至60us，主機(jī)讀取數(shù)據(jù)。溫度轉(zhuǎn)換讀取溫度數(shù)值程序流程如圖13
規(guī)章制度相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1