基于某单片机噪音检测系统地设计Word格式文档下载.docx
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第一章绪论
单片机具有体积小、功能强、可靠性好以与价格低等优势,在电子产品中的应用已经越来越广泛,并且在很多电子产品中也将其用到温度检测和温度控制。
为此在本文中作者设计了基于Atmel公司的AT89C2051单片机的温度控制系统。
利用MCS-51单片机来对温度进展控制,具有控制方便、设计简单、灵活性强等优点,可以大幅度提高产品的质量和数量。
并且设计的系统还可以根据实际的应用加以扩展实现更多的功能。
温度是生产过程中最常见的物理量,许多生产过程是以温度作为其被控参数的。
因此,因此,单片机对温度的控制问题是一个工业生产包括许多电力工程中经常会遇到的问题。
本文介绍一种功能简化后的温度控制系统的设计过程。
假设某一烘干道采用过热蒸汽为热源,蒸汽管道经热交换器加热空气并通过风机向烘箱提供热风以实现对胶布〔带〕的循环加热,烘箱中的温度变化围为0~120℃。
要现如下功能和指标:
①温度给定值在85℃左右且现场可调;
②温度控制误差≤±
2℃;
③实时显示温度值,保存1位小数;
④温度超过给定值±
10℃时声光报警;
⑤控制参数可在线修改。
第二章设计方案
2.1系统结构
该系统以89C51单片机为核心,由温度测量变换、测量放大、大功率运放、A/D与D/A转换器、输入光电隔离、驱动电路、键盘显示、存储器共同组成。
在系统中,温度和时间的设置、温度值与误差显示、控制参数得设置、运行、暂停与复位等功能由键盘与显示电路完成。
图2-1单片机温度控制系统方案原理示意图
传感器把测量的温度信号转换成弱电压信号,经过信号放大电路,送入低通滤波电路,以消除噪音和干扰,滤波后的信号输入到A/D转换器转换成数字信号输入单片机。
2.2设计思路
1、设计测量的温度围为0~120℃℃;
为了方便操作,系统可不扩展专用键盘,温度给定输入可用2位BCD码拨盘开关置数;
温度显示可用4位LED;
为了实现通过调节蒸汽流量控温,可扩展8位DAC0832作D/A转换器。
于是,单片机根本系统应为:
8031+2764+8255+ADC0809+DAC0832+4位LED。
2、温度测量可以选用半导体集成温度传感器AD590,它的响应速度快,与单片机接口简单。
其测温围为-55~+150℃,工作电压4~30V,输出电流与绝对温度成正比,即为1µ
A/K。
执行机构可选用ZKZP-Ⅱ型线性电动单座调节阀,用它来调节通入烘箱的蒸汽流量。
调节阀用D/A转换器输出的可调电流控制,0mA对应阀门完全关闭,10mA对应阀门全打开。
3、可采用带死区的比例积分〔PI〕控制算法实现对温度的控制。
温度与给定值的偏差小时,调节阀不动作,以减少阀的机械磨损;
偏差较大时,经PI算法运算后,单片机通过D/A输出控制信号控制阀门的开度,为了使控制参数现场可调,可用3个电位器产生3路可调电压经过A/D转换实现对A/D转换,实现对PI算法的3个参数〔比例系数Kp、积分系数KI、控制周期Tc〕在线整定。
这种方法不仅可使参数调整方便,而且具有掉电保护功能。
4、为了提高系统的抗干扰能力,D/A转换器与单片机之间进展光电隔离。
使电动阀和单片机之间不共地。
第三章主要元器件介绍
3.1AT89C51单片机
3.1.1概述
AT89C51是一个低电压,高性能CMOS8位单片机,40个引脚,32个外部双向输入/输出〔I/O〕端口,同时含2个外中断口,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口。
片含4kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器〔RAM〕,可以按照常规方法进展编程,也可以在线编程。
器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片置通用8位中央处理器和Flash存储单元,置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。
3.1.2主要特性
AT89C51的主要特性如下:
•三级程序存储器锁定
•寿命达1000写/擦循环
•全静态工作:
0Hz-24MHz
•128×
8位部RAM
•低功耗闲置和掉电模式
•32可编程I/O线
•2个16位定时器/计数器
•6个中断源
•可编程串行通道
•片振荡器和时钟电路
3.1.3引脚功能
AT89C51引脚排列如图3-1所示:
图3-1AT89C51的引脚排列
引脚功能如下:
VCC〔40〕:
+5V
GND〔20〕:
接地
P0口〔39-32〕:
P0口为8位漏极开路双向I/O口,每个引脚可吸收8个TTL门电流。
P1口〔1-8〕:
P1口是从部提供上拉电阻器的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收和输出4个TTL门电流。
P2口〔21-28〕:
P2口为部上拉电阻器的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收和输出4个TTL门电流。
P3口〔10-17〕:
P3口是8个带有部上拉电阻器的双向I/O口,可接收和输出4个TTL门电流,P3口也可作为AT89C51的特殊功能口。
RST〔9〕:
复位输入。
当振荡器复位时,要保持RST引脚2个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG〔30〕:
当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节,在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6,它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的,要注意的是,每当访问外部数据存储器时,将跳过1个ALE脉冲。
PSEN〔29〕:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取值期间,每个机器周期2次PSEN有效,但在访问外部数据存储器时,这2次有效的PSEN信号将不出现。
EA/VPP〔31〕:
当EA保持低电平时,外部程序存储器地址为〔0000H-FFFFH〕不管是否有部程序存储器。
FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源〔VPP〕。
XTAL1〔19〕:
反向振荡器放大器的输入与部时钟工作电路的输入。
XTAL2〔18〕:
来自反向振荡器的输出。
3.2AD590温度传感器
3.2.1概述
AD590是AD公司利用PN结正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器。
这种器件在被测温度一定时,相当于一个恒流源。
该器件具有良好的线性和互换性,测量精度高,并具有消除电源波动的特性。
即使电源在5-15V之间变化,其电流只是在1µ
A以下作微小变化。
AD590是电流型温度传感器,通过对电流的测量可得到所需要的温度值。
根据特性分档,AD590后缀以I、J、K、L、M表示。
AD590L、AD590M一般用于精细温度测量电路。
它采用金属壳3脚封装,其中1脚为电源正端V+,2脚为电流输出端I0,3脚为管壳,一般不用。
图3-2AD590实物图与电路符号
3.2.2主要特性
AD590的主要特性参数如下:
•工作电压:
4~30V
•工作温度:
-55~+150℃
•保存温度:
-65~+175℃
•正向电压:
+44V
•反向电压:
-20V
•焊接温度〔10秒〕:
300℃
•灵敏度:
1µ
A/K
3.2.3工作原理
在被测温度一定时,AD590相当于一个恒流源,把它和5-30V的直流电源相连,并在输出端串接一个1KΩ的恒值电阻,此电阻上流过的电流与被测温度成正比,此时电阻两端将会有1mV/K的电压信号。
其根本电路如图3-3所示。
图3-3感温局部的核心电路
图3是利用ΔURE特性的集成PN结传感器的感温局部核心电路。
其中T1、T2起恒流作用,可用于使左右两支路的集电极电流I1和I2相等;
T3、T4是感温用的晶体管,两个管的材质和工艺完全一样,但T3实质上是由n个晶体管并联而成,因而其结面积是T4的n倍。
T3和T4的发射结电压URE3和URE4经反极性串联后加在电阻R上,所以R上端电压为ΔURE。
因此,电流II为:
II=ΔURE/R=〔KT/q〕(Inn)/R
对于AD590,n=8,这样,电路的总电流将与热力学温度T成正比,将此电流引至负载电阻RL上便可得到与T成正比的输出电压。
由于利用了恒流特性,所以输出信号不受电源电压和导线电阻的影响。
图3中的电阻R是在硅板上形成的薄膜电阻,该电阻已用激光修正了其电阻值,因而在基准温度下可得到1µ
A/K的I值。
AD590的部结构电路如图3-4所示。
图3-4AD590的部结构
3.3ADC0809模数转换器
3.3.1主要特性
•ADC0809的主要特性指标:
•分辨率:
n=8
•时钟频率:
小于640KHZ
•转换时间:
大于等于100微秒
•不可调误差:
1LSB
•电源:
单电源正5V
•模拟输入量:
8路
•模拟输入围:
0~5V
•参考电压:
Uref(+)—Uref(-)=5V
3.3.2工作原理
ADC0809为逐次逼近式A/D转换器,具有8个模拟量输入通道。
它能与微型计算机的大局部总线兼容,可在程序的控制下选择8个模入通道之一进展A/D转换,然后把得到的8位二进制数据送到微机的数据总线,供CPU处理。
转换器是ADC0809的核心局部,它由D/A转换、逐次逼近存放器〔SAR〕、比拟器等组成。
其中,D/A转换电路采用了256RT型电阻网络〔即2n个电阻分压器,此处n=8〕,它在启动脉冲的上升沿来到时被复位,在启动脉冲的下降沿A/D开始转换。
如果在转换过程中接收到新的启动转换脉冲,如此终止转换。
转换完毕信号EOC在A/D转换完成时为“1〞。
ADC0809的管脚图如图3-5所示:
图3-5ADC0809的管脚图
ADC0809的部结构如图3-6所示:
图3-6ADC0809的部结构
第四章硬件设计
4.1外围接口选择
根据方案,采用8031外扩2764作程序存储器;
8255外扩4位LED用于显示温度、声光报警和扩展光电隔型DAC产生0~10mA可调电流控制电动阀;
外扩8路8位ADC0809作温度测量和通过3个电位器产生3个可调控制参数;
2位BCD码给定拨盘如此和8031的P1口相连。
完整的硬件电路组成如图4-1所示:
图4-1硬件电路原理图
图4-1中,通过8255的PA口和PC0~PC3口扩展4位LED;
通过PB口和PC5扩展光电隔型D/A,DAC0832设置为单缓冲方式,VREF=-5V,于是经运算放大器A1后产生0~5V可调直流电压,再经运算放大器A2在复合三极管T的集电极和+12V电源之间产生0~10mA可调电流,以便控制电动阀的动作〔图4-1中,RW1于调整满量程值,D1用于保护三极管T〕;
通过总线直接扩展ADC0809,由于仅使用4路,应当选择通道的C端直接接地,由于温度传感器是输出电流信号且与绝对温度成正比,故采用电平移动电路与放大电路使运算放大器A3输出电压值与摄氏温度成正比〔图4-1中RW2,R
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