多功温度控制系统总体分析与设计文档格式.docx
- 文档编号:15116650
- 上传时间:2022-10-27
- 格式:DOCX
- 页数:24
- 大小:372.77KB
多功温度控制系统总体分析与设计文档格式.docx
《多功温度控制系统总体分析与设计文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《多功温度控制系统总体分析与设计文档格式.docx(24页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
采用随机型固态继电器控制加热设备的方式。
随机型固态继电器采用低电压输入方式,一般为DC3~10V,用可控硅做输出器件。
这样控制部分与大功率部分实现隔离,可抑制干扰。
图2—1—1系统基本硬件结构框图
(4)人机交互模块:
用4X1键盘和液晶显示器构成友善的人机交互界面。
(5)抗干扰模块:
使用看门狗芯片X25045,其看门狗功能将对系统起到有效的监视作用,内含512B串行E2PROM,具有掉电非易失特性,在本系统中做数据备份用。
(6)红、蓝色LED,蜂鸣器:
负责系统的报警功能。
当温度超过用户设定的上、下限值时系统将报警。
LED灯在单片机的控制下点亮,同时蜂鸣器发出报警声,通知用户采取相应的措施。
2.2温度采集转换系统
在设计此类系统时,传统的方法是通过热敏电阻或模拟集成温度传感器采集温度的模拟量,再用A/D器将转换后的数字量送给单片机,这些方案的主要缺点是精度差,(例如典型的模拟集成温度传感器AD590的精度仅为0.5℃)并且因为采用了A/D转换器使电路过于复杂。
基于简化电路,提高性价比的考虑,本设计采用集成化智能型温度传感器DS18B20完成现场温度的采集。
系统电路图如图2—2—1所示
图2—2—1温度转换采集系统电路图
DS18B20是美国DALLAS公司生产单线智能温度传感器,其采用DALLAS公司独特的“单线(1—Wire)总线”专有技术,通过串行通信接口(I/O)直接输出被测温度值(9~12位二进制数据,含符号位)。
其工作在在12位模式下时,所对应的温度分辨力高达0.0625℃。
温度/数字转换时间的典型值为93.75ms。
根据定义,单线总线只有一根线,这意味着总线上每个器件只能分时驱动单线总线,并要求每个器件必须有漏极开路输出或三态输出的特性。
DS18B20的单线接口I/O就属于漏极开路输出。
在单线总线上必须接上拉电阻,其电阻值约为5KΩ(标称值可取5.1KΩ或4.7KΩ)。
当单线总线上挂有多个从属器件时,也称之为多点总线。
单线总线杂空闲状态下呈高电平。
操作单线总线时,必须从空闲状态开始。
单线总线加低电平的转换时间超过480us时,总线上所有的器件均被复位。
在主CPU发出复位脉冲后,从属器件就发出应答脉冲(PRESENCEPULSE),来通知主CPU它已经作好了接收数据和命令的准备工作。
DS18B20与微处理器的电路接法如图2—2—2所示:
寄生电源接法
外部电源接法
图2—2—2DS18B20与微处理器连接图
2.3升降温控制系统
本系统使用DDC控制技术。
DDC控制是当现场温度在用户设定的上、下限温度范围内时,加热器或降温器的工作随着温度接近临界值而相应调整的一种控制方式,通常所说的DDC段一般定为±
5℃,当温度变化超出这个范围时,加热器或降温器被控制为DDC控制,一般有下面二种控制方式:
时间DDC型、电流DDC型,DDC控制能消除"
开关"
型控制产生的锯齿波形,减少对电网的冲击,如图2—3—1的DDC控制一般不用在负载变化范围较大而控制精度又较高的场合。
图2—3—1DDC控制下的现场温度曲线
此系统由继电器及其驱动电路,直流电机风扇,散热片及电加热器组成,完成温度的升降。
利用继电器及其驱动电路,直流电机风扇相组合可实现风扇的转速控制,驱动电路实际上是一个复杂的放大电路,如图2—3—2所示:
图2—3—2继电器及其驱动电路电路图
连接到直流电机风扇后,转动方向是由电压来控制的,电压为正则正转,电压为负则反转。
转速大小则是由输出脉冲的占空比来决定的,正向占空比越大则转速越快,反向转则占空比越小转速越快。
见下面图2—3—3:
图2—3—3直流电机风扇控制脉冲图
在程序设计中用P1.4控制送出脉冲。
P1.4为“1”时,输出12V;
P1.4为“0”时,输出0V。
用输出脉冲后的延时时间来决定输出电压值,具体的情况将在第三章中说明。
2.4键盘显示系统
本系统的用户界面利用人机工程学原理,运用系统科学理论和系统科学方法进行设计,使其能够适合操作者的应用需求。
LCD的应用使操作者能够用容易理解的方式显示控制系统的当前状态和操作者关心的信息,例如当前时间、当前温度、上限温度、下限温度。
系统给操作者提供容易理解和充分的信息提示,以方便操作者的正确使用。
同时,还考虑了用户操作界面有较好的容错能力,提高了系统的整体综合能力。
系统的连接图如图2—4—1所示。
图2—4—1键盘显示系统电路图
本设计由74HC00芯片控制的4键键盘和液晶显示器组成,以实现用户的输入与数据输出。
第一个键的作用是配合第三个键(加1)和第四个键(减1)对进行时间设定,第二个键的作用是配合第三个键(加1)和第四个键(减1)对上、下限温度进行设定。
2.5报警系统
报警系统由声报警和光报警组成。
声报警通过P1.6接控制爱迪克系统的音效模块发声,用单片机控制P1.6产生一定频率的方波就可以实现音效模块的发声。
音效模块是一个带有扬声器的放大电路。
其电路图如图2—5—1所示。
图2—5—1报警系统(声报警)电路图
光报警由1个红色发光二极管和1个蓝色发光二极管组成,一共需要2根数据线,使用单片机直接控制。
要实现的功能是在第一种工作模式下时,当现场温度高于用户设定的上限温度时,红色发光二极管点亮;
当现场温度低于用户设定的下限温度时,蓝色发光二极管点亮。
在第二种工作模式下,保持恒久熄灭状态。
其电路图如图2—5—2所示。
图2—5—2报警系统(光报警)电路图
2.6电源系统
电源的滤波、保护电路对电源有重要的意义,系统能否安全使用,很大程度上取决于电源的稳定和保护。
本设计使用4个二极管构成的桥式整流电路为其整流电路,如图2—6—1所示。
滤波电路选用电容滤波,稳压选用三稳压块7805和7812,此电路简单适用。
继电器和直流电机风扇用到12V电源,单片机等使用+5V电源。
本电源系统由U1(7805)、U2(7812)和发光二极管LED及相关阻容元件构成,其中U1输出稳定的5V电压,U1输出稳定的12V电压。
发光二极管在这里作为电源指示,R3为LED的限流电阻。
C8,C9,C10,C11为电源滤波电容。
图2—6—1电源系统电路图
2.7硬件电路设计
2.7.1系统硬件配置
采用总线型结构的设计。
由P0口作数据线,P0口和P2口共同作地址线。
2.7.2主要元件简介
1.8051单片机
8051是Intel公司于80年代初推出的8位嵌入式微控制器(内部数据总线为8位,外部数据总线为8位),它与MCS-96系统中的其它芯片相比,具有性能高、功能全、售价低廉、使用方便(48PINDIP)等优点。
8051在工业应用方面有许多明显的特点,它具有灵活方便的8位总线外围支援器扩展功能,而在数据处理方面又有8位微机的快速功能。
由于大的高度集成化已把许多常驻用的输入检测输出控制通道都制作在同一块硅片上,大大地灵活了外部连线,增强了系统的稳定性并且速度快(时钟12MHz),非常适合于工业环境下安装使用。
因此本系统CPU选用8051芯片。
8051单片机引脚采用40双列直插式封装结构。
其引脚图如图2—7—1所示。
8051CPU中的主要元件有:
高速寄存器阵列、特殊功能寄存器(SFR)、寄存器控制器和算术逻辑单元(RALU)。
它与外部通讯是通过特殊功能寄存器SFR或存储器控制器进行的。
8051CPU的主要特色是体积小,重量轻,抗干扰能力强,售价低,使用方便。
此外,通过SFR还可以直接控制I/O、A/D、PWM、串行口等部件的有效运行。
CPU内部的一个控制单元和两条总线寄存器阵列和EALU连接起来。
这两条总线是:
16位地址总线(A-BUS)和8位数据总线(D-BUS)。
数据总线仅在RALU与寄存器阵列或SFR之间传送数据,地址总线用作上述数据传送的地址总线或用作与寄存器控制器连接的多路复用地址/数据总线。
CPU对片内RAM访问是直接访问和通过寄存器R0,R1间接访问的。
8051工作时所需的时钟可通过其XTALL输入引脚由外部输入,也可采用芯片内部的振荡器。
8051的工作频率为6~12MHz。
在本系统中采用11.0592MHz频率。
图2—7—18051单片机引脚图
8051每次上电时必须复位。
所谓复位,就是让单片机应用系统在正式工作之前处于一种特定状态,即正式工作前的起点,这个任务就是由复位电路来完成。
8051单片机在引脚RESET/Vpp出现高电平时实现复位和初始化。
RESET由高电平变低电平后,单片机从0000h地址开始执行程序,其初始复位不影响内部RAM的状态,包括工作寄存器R7~R0。
在正常运行的情况下,要实现复位操作,必须使RESET引脚至少保持两个机器周期的高电平。
CPU在第二个机器周期内执行内部复位操作,以后每一个机器周期重复一次,直至RESET端电平变低。
复位期间不产生ALE及PSEN信号。
8051的内部结构框图如图2—7—2所示。
图2—7—28051单片机内部结构框图
2.1602液晶显示器
液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点,在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。
本设计使用的字符型液晶模块是一种用5x7点阵图形来显示字符的液晶显示器,容量为1行2行16个字。
1602采用标准的16脚接口,其中VSS为地电源,VDD接5V正电源,V0为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地电源时对比度最高,对比度过高时会产生“鬼影”,可通过一10KΩ的电位器调整对比度。
RS为寄存器选择,高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。
RW为读写信号线,高电平时进行读操作,低电平时进行写操作。
当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址,当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号,当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。
E端为使能端,当E端由高电平跳变成低电平时,液晶模块执行命令。
D0~D7为8位双向数据线。
1602液晶模块内部的字符发生存储器(CGROM)存储了160个点阵字符图形,如图2-7-1所示,这些字符有:
阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等,每一个字符都有一个固定的代码,比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B(41H),显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来,我们就能看到字母“A”。
1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令,如表2—7—1所示:
指令
RS
R/W
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
清显示
1
光标返回
*
置输入模式
I/D
S
显示开/
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 温度 控制系统 总体 分析 设计