【正文】 目 錄 1 .概述 研究課題的 意義 ????????????????????? 5 1． 2主要性能指標 ?????????????????????? 2 江蘇建筑職業(yè)技術學院畢業(yè)技術報告 IV ?????????????????? ???? 2 2 .系統(tǒng)方案 設計 和工作原理 系統(tǒng) 概 述 ???????????????????????? 2 工作原理 ……………………………………………………………… 爐溫控制系統(tǒng)的原理 ………………………………………………… 3． 系統(tǒng)硬件設計 構成的最小系統(tǒng) ????????????????? 3 晶振回路 ??????????????????? ? 3 復位電路 ???????????????????? 4 溫度傳感器模塊 ????????????????? 4 溫度傳感器 DS18B20 概述 .............................. 4 溫度 傳感器 模塊的硬件設計 ........................................................ 5 報警電路 及 電源電路設計 ................................... 7 .............................................. 7 矩陣式鍵盤的結構與工作原理 .......................... 7 矩陣鍵盤兩種掃描方式 ................................ 8 顯示電路設計 ............................................. 8 LCD1602 簡介 ....................................... 8 LCD1602 管腳功能介紹 ............................... 9 溫度顯示模塊電路圖 .................................................... 11 電源系統(tǒng)設計 ............................ 錯誤 !未定義書簽。如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機械制造等諸多領域中，人們需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應爐和鍋爐中的溫度進行檢測和控制等等?？梢姕囟瓤刂齐娐窂V泛應用于社會生活的各個領域，所以對溫度進行控制是非常有必要和有意義的。為適應以上現(xiàn)實需要有必要設計一個 基于單片機的 性能良好、 操作方便的溫度控制系統(tǒng)。 ② 溫度 測量精度： 在 0～ 85℃ 時精度為 177。 ③ 可設置上限報警值，當溫度超限時，發(fā)出報警信號 。 ⑤ 能夠按照設定的溫度曲線控溫。根據(jù)設定的算法計算出控制量，根據(jù)控制量通過控制固態(tài)繼電器的導通和關閉從而 控制電阻絲的導通時間，以實現(xiàn)對爐溫的控制 [3]。用 DS18B STC89C52 單片機及 LCD 的硬件電路完成對水溫的實時檢測及顯示，由 DS18B20 檢測爐內(nèi)溫度，并在 LCD1602 中顯示。 DS18B20 可直接將溫度轉化成串行數(shù)字信號供微機處理，而且每片 DS18B20 都有唯一的產(chǎn)品號，可以一并存入其ROM 中，以便在構成大型溫度測控系統(tǒng)時在單線上掛接任意多個 DS18S20 芯片。同時 DS18B20 能提供九位溫度讀數(shù)，它無需任何外圍硬件即可方便地構成溫度檢測系統(tǒng)。 而且還要以單片機為主機，使溫度傳感器通過一根口線與單片機相連接 ，再結合 上位機通信部分 來共同實現(xiàn)溫度的監(jiān)測與控制?？梢酝ㄟ^控制器來抵消干擾的影響。 爐溫控制系統(tǒng)的原理 我設計的溫度控制系統(tǒng)是以 AT8951 為核心，并囊括了數(shù)碼顯示管 、 報警 、鍵盤以及轉換電路等， 該控制系統(tǒng)采用鉑電阻測量入口溫度與出口溫度。 控制系統(tǒng)控制繼電器的姐通與斷開控制加熱電阻絲是否工作 ,從而來控制溫度。 該器件采用 ATEML 非易失內(nèi)存的技術制造，可以和工業(yè)標準的 80C51和 80C52 指令集、輸出管腳相兼容。 它 具有以下標準功能： 8k Flash， 512 RAM， 32 位 I/O 接 口線，內(nèi)置 4KB EEPROM，三個 16 位 定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結構 和 全雙工串行口。 根據(jù) STC89C52 對 單片機 時鐘周期的要求，回路要求的頻率是 。擔當單片機的時鐘 源。本設計中采用內(nèi)部時鐘產(chǎn)生方式。 他 發(fā)出的時鐘脈沖 可以直接送入單片機內(nèi)定 的 時控制 各 部件。 電容 C2 和 C1應安裝在單片機芯片旁邊，為了減少寄生電容，保證振蕩器穩(wěn)定可靠的運行 。 5%，即 ～ 。 復位電路第二功能是 手動 復位 。當人為按下按鈕時，則 Vcc 的 +5V 電平就會直接加到 RST 端。此設計采用的是 DS18B20。被測溫度用擴展 符號 的 16 位數(shù)字江蘇建筑職業(yè)技術學院畢業(yè)技術報告 5 量方式串行輸出 ， 多個 DS18B20 可并聯(lián)到 三 根或 者 兩 根線上， CPU 只 要 一根端口線就能 和諸多 DS18B20 通信，占用微處理器的端口 比較 少， 所以 可 以 節(jié)省大量的引線和邏 輯電路。 DQ 為數(shù)字信號輸入∕輸出端； GND 為電源地；VCC 為外接供電電源 [5]。 DS18B20 主要特性如下： ①適應 更寬的 電壓范圍 ,電壓 范圍： ～ ,在寄生電源方式下可 以 由數(shù)據(jù)線供電 。 ③ DS18B20 可以 支持多點組網(wǎng) 的 功能 ,多個 DS18B20 能 并聯(lián)在唯一的三線上 ,實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫 等 。 其數(shù)據(jù)線 DQ 端接單片機 。 江蘇建筑職業(yè)技術學院畢業(yè)技術報告 6 圖 34 DS18B20 接線圖 在外部電源供電方式下 , DS18B20 工作電源由 VCC 引腳接人 , 不存在電源電流不足的問題 , 可以保證轉換 的 精度 , 同時在總線上理論可以掛接多個 DS18B20 傳感器 , 組成多點測溫 系統(tǒng)。 假若 單片機檢測 實時溫度大于設定報警溫度 時，通過報警電路向報警 器 發(fā)出信號，聲音報警電路接 收 到有效電平后 就 自動發(fā)出預置的報警聲， 與此 同時報警指示燈發(fā)出信號。 電源是整個系統(tǒng)的 地基 ， 他 的穩(wěn)定工作對整個 以單片機為 核心的 系統(tǒng)的內(nèi) 穩(wěn)定工作起著 十分 重要的作用。為了使系統(tǒng)安全穩(wěn)定的工作，還需要設計系統(tǒng)的電源電路。經(jīng)過橋式整流電路把交流電轉變成直流電。 VD1 和 VD3 兩個二極管組成一對橋臂； 因為 二極管的啟動電壓比較小，所以經(jīng)過變壓器的電壓可以使 VD1 與 VD3 二極管組成 的 橋臂在正半周期導通， VD2 與 VD4 2個二極管組成的橋臂 可 在負半周期導通。 Vin 是輸入端， Vout 輸出端 。 電源輸出基本不受外輸入變動的干擾。 圖 36 電源電路圖 按鍵 電路設計 在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少 I/O 口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。這樣，一個端口（如 P1 口）就可以構成 4*4=16 個按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加 一條線就可以構成 20 鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵（ 9 鍵）。矩陣式結構的鍵盤顯然比直接法要復雜一些，識別也要復雜一些 。這樣，當按鍵沒有按下時，所有的輸入端都是高電平，代表無鍵按下。 江蘇建筑職業(yè)技術學院畢業(yè)技術報告 8 ① 行掃描法 行掃描法又稱為逐行（或列）掃描查詢法，是一種最常 見 的按鍵識別方法，介紹過程如下 ： 1)判斷鍵盤中有無鍵按下 。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與 4 根行線相交叉的4 個按鍵之中。 2)判斷閉合鍵所在的位置 。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它線為高電平。 若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。若有按鍵按下，則高四位中會有一個 1翻轉為 0，低四位不會變，此時即可確定被按下的鍵的行位置。若有按鍵按下，則低四位中會有一個 1 翻轉為0，高四位不會變，此時即可確定被按下的鍵的列位置 。 方法 ② 程序更簡潔，這里使用第二種方法 “高低電平翻轉法 ”。 本系統(tǒng)采用 LCD1602 液晶顯示模塊，它可以顯示江蘇建筑職業(yè)技術學院畢業(yè)技術報告 9 兩行，每行 16 個字符，采用單 +5V 電源供電，外圍電路配置簡單，價格便宜，具有很高的性價比。 RS：寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器；低電平時選擇指令寄存器。 E：使能端，當 E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 A5~A0=0~3FH DDRAM 地址設置 DDRAM 地址設置 江蘇建筑職業(yè)技術學院畢業(yè)技術報告 10 讀 BF 及 AC 值 讀忙標志 BF 值和地址計數(shù)器 AC 值 寫數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)寫入 DDRAM 或 CGRAM 內(nèi) 讀數(shù)據(jù) 從 DDRRAM 或 CGRAM 數(shù)據(jù)讀出 清屏指令如表 39 所示： 表 33 LCD1602 控制指令 RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 開關控制指令如表 310所示： 表 310 開關控制指令 RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 0 0 1 D C B 開關控制指令功能：設置顯示、光標及閃爍開、關。 光標、畫面位移指令如表 311 所示： 表 311 光標、畫面位移指令 RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 光標、畫面位移指令功能：光標、畫面移動，不影響 DDRAM。 功能設置指令如表 312 所示： 表 312 功能設置指令 RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 1 DL N F * * 功能設置指令功能：工作方式設置（初始化指令）。 讀寫控制時序如表 313 所示 ： 表 313 讀寫控制時序 R/W RS E 功能 0 0 下降沿 寫指令代碼 1 0 高電平 讀忙標志和 AC 碼 0 1 下降沿 寫數(shù)據(jù) 1 1 高電平 讀數(shù)據(jù) LCD1602 引腳詳解： 第 1 腳： GND 為電源 第 2 腳： VCC 接 5V 電源 正極 第 3 腳： V0 是 液晶對比度調(diào)整端，接 正極 對比度弱，接 負極 時對比度高。 第 5 腳： RW 是 讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端。 溫度顯示模塊的電路圖如 圖 314 所示 ： 江蘇建筑職業(yè)技術學院畢業(yè)技術報告 12 圖 314 溫度顯示模塊電路圖 電源系統(tǒng)設計 由于 單片機 的工作電源為 +5V， 而 且底層電路功耗 較 小。這種穩(wěn)壓器只有輸 出 、輸 入 和公共引出端三個端口。 三端穩(wěn)壓器由 基準電壓電路 、 啟動電路 、取樣比較放大電路、 保護 電路 與調(diào)整 電路等部分組成。圖中極性電容 C C8 被 用于儲備功率，當電源開關時也能起到緩沖 的效果 。 而且 ，還可以接一個 大約 400 歐姆的電阻 與 一個發(fā)光二極管，目的是為了檢測電路是否 能 通電。通過繼電器的閉合控制大功率設備的開 和 關， 以此 達到自動控制的目的。 雖然 市場上的固態(tài)繼電器型號規(guī)格 眾多 ，但 是 它們的工作原理是相似的。 固態(tài)繼電器的驅動電路包括隔離耦合電路、功能電路和觸發(fā)電路三部分。常用的光電耦合器有光 雙向可控硅 、光 三極管 、光 二極管陣列 (光 伏 )等。功能電路可包括檢波整流、過零、保護、顯示等各種功能電 路。 固態(tài)繼電器原理 ： 固態(tài)繼電器是一種由固態(tài)電子組件組成的新型無觸點開關，利用電子組件的開關特 點 ，達到無 火花 、無 觸電 、而能 通斷 電路的目的， 所以 又被稱為 “無觸點開關 ”。這些特點使 它 在軍事、各種工業(yè)民用電控設備中廣泛應用。交流型的 SSR 采用過零觸發(fā) 技術，使 得 SSR可以安全 的 用在計算機輸出接口， 而 不會像 EMR 那樣產(chǎn)生一系列對計算機的干擾， 更不會出現(xiàn) 嚴重當機。電路連接圖如 316 所示 ： 圖 316 串口硬件連接 圖 4 系統(tǒng)的軟件設