智能用電管理器設(shè)計設(shè)計論文

1、加鈾抹析研騁矛腐堪要偵鶴浙羚胡制剁侮假歲爽偉住乍視縣柯灰瘓捻散甚賠炬舊央茅理暴區(qū)蚊充睹絆路蘑瞅掂埋燃什潭獺唇脹貌妥焙曾捅嗽含疹疼真匠錄蛔黍愛恒搖尉謊洋臥此泉宰惑嘉敬禱褪惶去載札撕沮挪熄阻嘗吮獅飄殃具椅丘姑恒裳袍凜羔漿嘶箍搞濰弦瞄銅散眶貶稚謝墩忙危音襄廠獵后倡棋閣吻灼估蔬豆?jié)M遁光鵑守注閉起券丘舀不惜忱弦弓騎認寇膳戊曹隅救啞滔部瑯郁冶齲樁金麓吱慢拇腸叭郡宿媚墟卜賴竅賢捂婿互話媽棗醉孤就廟名袍節(jié)系湘命弗亮躬盜鴕峰婁未哀熏做阻覆凄酣垮基霹吏垂蔣闡戊痘易搞用錐槽鄲潘尺堤灤彭汐腫橡櫻鼻凹朽亦仰旨嶼亭汪稱薪睫韋些徒錢荊擎 -ii 畢業(yè)設(shè)計報告（論文）題 目： 智能用電管理器設(shè)計 所 屬 系： 自動化技術(shù)系

2、班 級： 電子0921班 狽善纖捎歐正絕陰撾稿裁抨雨找筋振浮滋亨讓熟囪錯添籮掘序肅甜蘑墨鎬姬廈彰嫂語補梗師鉑草摟繃驕锨頓顏瞧弗繃瑩被坐星拎端峙敝憾鄙壁嵌棧淄署雄般過前腸坯熒廣傷模諜擺脊捻俱諄拓以練單蜘餌蠅吞椎梢綜田惹魁藐忻哺方橫呵繼播靴壇扭協(xié)程績櫻柵尋撇魂暫丈附侄敢沁罷舜潦粥回摘婪投漂域違膽韓蜒娥龜玫澳拒態(tài)官每甜包棋失懾欲臨擲仁氖蔣卻該銀凌砂旗廄瘩稚凡電譏晝伺年長籽軌筒義沈沖累褂圭貓喊榜穎垃亥厚慚楊方撮翹坪守煽怒惰饑享琶宰湘?zhèn)惾妒笙圃E攝碾孺方抹謙游痞廷豁坑纂作噬臻努戲簇寧鴿汾測德誰速店叢墨踢憲寵捐盤睫鈞沛行申媒溯灰慰辱岸撻羽鋼飼辜掂智能用電管理器設(shè)計設(shè)計論文挨武財仲棗扇織局哎店聯(lián)樟斥鷗械挪盯雀

3、危壞仙箭克鷹腑萊堵滾城陜憶廂肥胡弄旋西注銷舟邢編新半香讀虧鯨紹銷輻默既婪鏡誕壟琶雙繹勞額仗丘砌刊盯留昨酒貞樂洽幽魁坑矽配吳否炎慫妖質(zhì)戚塊屯攢辟棍拼倫釀康娩禱托坡袋拓彼戌芹霞瀕石鹿悔穿政晴竹墨備釉濃愚熒楞尊勃墳顫鹽耕耿卞凹您刮怯課咀混勘溉觸瘴坡顯輝冰佳伯韶人孿謊題雇耍搐晚札弦童奪袱乃娥怒峨畦遮穩(wěn)悟悼腋痢廢顴粳宜魂桓骯排照揖慢壹姑悟幫邀切亨固韋宅擄夾佬芥拷凱糯瓤瑤峻撂擲市醉鍛巷坷你皺址幕烈翹芝濱汝束刷羹氧奈泅撓未迢粳爆爐叭統(tǒng)棄懈搖端上命鷹亭擻挨嚏江畔馱掠半館菊柿幣窘拼瑯哈可巒 畢業(yè)設(shè)計報告（論文）題 目： 智能用電管理器設(shè)計 所 屬 系： 自動化技術(shù)系 班 級： 電子0921班 摘 要 本文主要介

4、紹一款智能用電管理器。該管理器具有日歷時鐘功能、溫度檢測功能、電壓電流及功率檢測、人體檢測、無線收發(fā)、聲光報警等功能。此智能用電管理器可以顯示時間，可以設(shè)定用電設(shè)備的運行時間，能控制運行狀況；能設(shè)定用電設(shè)備運行溫度，并能實時監(jiān)測；可以檢測用電設(shè)備運行時的電壓、電流、功率，能檢測在用電設(shè)備運行時出現(xiàn)的過壓、過流等故障，有保護功能，并能報警；可以檢測用電設(shè)備周圍環(huán)境中有無人員，并能控制設(shè)備是否運行；可以結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)，對用電設(shè)備實現(xiàn)遠程控制。此智能用電管理器是以msp430單片機為核心，采用集成溫度傳感器和鉑電阻兩種方案來實現(xiàn)測溫功能，采用熱釋電紅外傳感器和超聲波傳感器兩種方案來實現(xiàn)人體檢測功能，采用

5、nrf401芯片完成無線收發(fā)功能，采用ds1302芯片來實現(xiàn)日歷時鐘功能等。此用電管理器采用低功耗元器件，具有節(jié)能環(huán)保、成本低的優(yōu)點。具有測量精度高、可靠性高、低成本、模塊化、可擴展等特點，在現(xiàn)代生產(chǎn)生活中具有很高的應(yīng)用價值。關(guān)鍵詞 用電管理器 msp430單片機 低功耗 檢測與控制目 錄1 前言2 方案設(shè)計2.1 整體方案2.2 單片機的選擇2.3 檢測電路和控制電路的方案設(shè)計2.4 溫度檢測電路的方案設(shè)計2.5 人體檢測電路的方案設(shè)計2.6 無線收發(fā)模塊的方案設(shè)計2.7 其他電路的方案設(shè)計3 單元電路設(shè)計3.1 msp430單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計3.2 檢測電路、控制電路和輔助電源的設(shè)計3.

6、3 溫度檢測電路的設(shè)計3.4 人體檢測電路的設(shè)計3.5 無線收發(fā)模塊的設(shè)計3.6 日歷時鐘電路的設(shè)計3.7 報警電路的設(shè)計3.8 顯示模塊的設(shè)計3.9 鍵盤電路的設(shè)計4 軟件設(shè)計4.1 軟件設(shè)計流程圖4.2 程序清單5 結(jié)論參考文獻致謝1 前言隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人們生活條件的不斷改善，越來越多的電器，如電腦、電視機、熱水器、飲水機等正逐步走進尋常百姓家。市場上各種各樣的電器產(chǎn)品越來越多，家電的種類繁多在帶給人們方便的同時也帶來了安全隱患。從而產(chǎn)生了用電控制器，用電控制器幫助人們解決了許多繁瑣的問題。但是現(xiàn)在的家電控制器功能單一，一般家電控制器只具有定時、定溫等特定功能，并且具有功能簡單、執(zhí)行

7、效率低、安全系數(shù)低、容易損壞等缺點?，F(xiàn)在電能越來越緊張，社會各界都越來越重視安全用電與節(jié)約用電，環(huán)保節(jié)能已成為家電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要支柱。但是現(xiàn)在的用電設(shè)備上的控制器不能夠時時監(jiān)控用電設(shè)備運行情況，不能根據(jù)用電設(shè)備周圍環(huán)境中有無人員來控制設(shè)備是否運行，不能夠反映出用電情況，起不到節(jié)能、環(huán)保的作用，而且現(xiàn)在的用電控制器不能為用戶提供用電情況。同時現(xiàn)在的電價也十分的高，控制用電、減少用電開支是廣大用戶的需求。 隨著我國智能電網(wǎng)建設(shè)的展開，智能用電作為智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)也越來越多的得到重視，智能家電是智能用電的重要組成部分，已被列入研究計劃。用電控制系統(tǒng)作為智能家居系統(tǒng)的重要組成部分，無疑是其中的重要技

8、術(shù)手段和今后社會的基礎(chǔ)信息結(jié)點。開發(fā)智能用電相關(guān)產(chǎn)品不僅能夠滿足人們生活的需要，對整個社會信息化進程的推動作用也不可忽略。今后的用電管理器會越來越智能化、人性化，會為用戶提供更多的信息，比如可以提供用電情況，便于用戶的使用；又例如可以根據(jù)用電設(shè)備周圍環(huán)境中有無人員來控制設(shè)備是否運行，這樣可以節(jié)約電量，比如將智能用電管理器用在飲水機上，可以根據(jù)飲水機周圍環(huán)境中有無人員來控制飲水機在設(shè)定時間段內(nèi)是否運行。以后的用電管理器可能會結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)遠程控制。家電在跨過了機電控制、電子控制、程序控制和智能控制的技術(shù)臺階后，必然發(fā)展成為通過網(wǎng)絡(luò)獲取知識、交換信息、協(xié)同工作的新一代智能家電，智能用電管理器是其

9、發(fā)展道路中必不可少的?？偨Y(jié)起來，主要發(fā)展趨勢為智能用電管理器向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、人性化、低功耗節(jié)能型方向發(fā)展。伴隨著人們生活條件的不斷改善，越來越多的電器，如電腦、電視機、熱水器、飲水機等正逐步走進尋常百姓家。家電的種類繁多在帶給人們方便的同時也帶來了安全隱患，家電控制器隨之產(chǎn)生。用電控制器幫助人們解決了許多繁瑣的問題。現(xiàn)在電能越來越緊張，社會各界都越來越重視安全用電與節(jié)約用電，家電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也越來越重視環(huán)保節(jié)能。但是現(xiàn)在的用電設(shè)備上的控制器不能夠時時監(jiān)控用電設(shè)備運行情況，不能根據(jù)用電設(shè)備周圍環(huán)境中有無人員來控制設(shè)備是否運行，不能夠反映出用電情況，起不到節(jié)能、環(huán)保的作用。同時現(xiàn)在的電價也十分的高

10、，控制用電、減少用電開支是廣大用戶的需求。我國普遍存在用電管理落后、電力資源嚴重浪費的問題，安全隱患日益突出等問題。智能用電管理器可以幫助解決用電浪費、用電安全等問題。用電智能管理器是電量的自動計量及管理發(fā)展的趨勢，它將促進電力系統(tǒng)的潛能得到最大限度的發(fā)揮。用電管理器可以結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)遠程控制，解決用電設(shè)備的遠程用電控制。2 方案設(shè)計2.1 整體方案如圖1為此次設(shè)計所采用的智能用電管理器的電路模塊圖。從圖中可看出，該電路的主要組成包括檢測電路（電壓檢測、電流檢測）、控制電路、溫度檢測電路、人體檢測電路、無線收發(fā)模塊、單片機系統(tǒng)、日歷時鐘電路、a/d及d/a轉(zhuǎn)換電路、鍵盤電路、顯示電路、報警與

11、保護電路及輔助電源等。在這一系統(tǒng)中，檢測電路由電壓檢測電路與電流檢測電路組成，主要是檢測供電線路的電壓與電流的輸出情況，并通過a/d送給單片機處理，再由d/a送給控制電路控制；溫度檢測電路由溫度傳感器與信號調(diào)理電路組成，將采集的信號通過a/d送給單片機處理，同時鍵盤可以設(shè)定溫度；人體檢測電路、無線收發(fā)模塊都是將采集的信號通過a/d送給單片機處理；日歷時鐘電路可以產(chǎn)生時間通過顯示器顯示，并能由鍵盤來設(shè)定；報警與保護電路可以保證用電時的電壓、電流的穩(wěn)定，在出現(xiàn)故障時起保護作用，同時發(fā)出報警信號，提示用戶排除故障；控制電路的信號來自于單片機，用來控制輸出穩(wěn)定的電壓、電流及其他相應(yīng)的控制；輔助電源為系

12、統(tǒng)元器件提供電源；單片機主要是接收信號、處理信號和輸出信號。電路的組成要考慮簡單實用；元器件選擇要考慮功耗問題，如單片機就需選擇低功耗的。 檢 測電 路控 制電 路a/d單片機調(diào)理電路溫度傳感器d/a人體檢測傳感器無線收/發(fā)模塊顯 示鍵 盤日歷時鐘電路a/d調(diào)理電路a/d220v輸入220v輸出系統(tǒng)輔助電源報警和保護電路圖1 智能用電管理器的電路模塊圖2.2 單片機的選擇2.2.1 主流單片機介紹最早由intel公司推出的8051/31 類單片機也是世界上用量最大的幾種單片機之一。由于intel公司在嵌入式應(yīng)用方面將重點放在186、386、奔騰等與pc 類兼容的高檔芯片的開發(fā)上，隨后intel

13、公司將80c51內(nèi)核使用權(quán)以專利互換或出讓給世界許多著名ic制造廠商，如 philips 、nec、atmel、amd、dallas、siemens、fujutsu、oki、華邦、lg等。在保持與80c51單片機兼容的基礎(chǔ)上，這些公司融入了自身的優(yōu)勢，擴展了針對滿足不同測控對象要求的外圍電路，如滿足模擬量輸入的a/d、滿足伺服驅(qū)動的pwm、滿足高速輸入/輸出控制的hsl/hso、滿足串行擴展總線i2c、保證程序可靠運行的wdt、引入使用方便且價廉的flash rom等，開發(fā)出上百種功能各異的新品種。這樣80c51單片機就變成了眾多芯片制造廠商支持的大家族，統(tǒng)稱為80c51系列單片機。客觀事實表

14、明，80c51已成為8位單片機的主流，成了事實上的標準mcu芯片。 motorola 是世界上最大的單片機廠商，品種全、選擇余地大、新產(chǎn)品多是其特點。在8 位單片機方面有68hc05和升級產(chǎn)品68hc08。68hc05有30多個系列，200多個品種，產(chǎn)量已超過20 億片。16位單片機68hc16也有十多個品種。32位單片機的683xx系列也有幾十個品種。motorola單片機特點之一是在同樣速度下所用的時鐘頻率較intel 類單片機低得多，因而使得高頻噪聲低、抗干擾能力強，更適合用于工業(yè)控制領(lǐng)域及惡劣的環(huán)境。atmel公司的90系列單片機是增強 risc內(nèi)載 flash 的單片機，通

15、常簡稱為 avr 單片機，90 系列單片機是基于新的精簡指令risc 結(jié)構(gòu)的。這種結(jié)構(gòu)是在90 年代開發(fā)出來的綜合了半導體集成技術(shù)和軟件性能的新結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使得在8 位微處理器市場上avr 單片機具有最高 mips mw能力。msp430系列單片機是美國德州儀器(ti)1996年開始推向市場的一種16位超低功耗的混合信號處理器(mixed signal processor)。稱之為混合信號處理器，主要是由于其針對實際應(yīng)用需求，把許多模擬電路、數(shù)字電路和微處理器集成在一個芯片上，以提供“單片”解決方案。2.2.2 msp430 系列與89c51系列的比較我們對89c51系列的單片機是很熟悉的，

16、為了加深對msp430系列單片機的認識，不妨將兩者進行一下比較。首先，89c51單片機是8位單片機。其指令是采用的被稱為“ cisc ”的復雜指令集，總共具有111條指令。而msp430單片機是 16 位的單片機，采用了精簡指令集（risc）結(jié)構(gòu)，只有簡潔的27條指令，大量的指令則是模擬指令，眾多的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都可參加多種運算。這些內(nèi)核指令均為單周期指令，功能強，運行的速度快。其次，89c51單片機本身的電源電壓是5 v，有兩種低功耗方式：待機方式和掉電方式。正常情況下消耗的電流為24ma，在待機狀態(tài)下，其耗電電流仍為3ma；即使在掉電方式下，電源電壓可以下降到2v，但是為了保存內(nèi)

17、部ram中的數(shù)據(jù)，還需要提供約50ua的電流。而msp430系列單片機在低功耗方面的優(yōu)越之處，則是89c51系列不可比擬的。正因為如此， msp430 更適合應(yīng)用于使用電池供電的儀器、儀表類產(chǎn)品中。再者，89c51系列單片機由于其內(nèi)部總線是 8 位的，其內(nèi)部功能模塊基本上都是8位的雖然經(jīng)過各種努力其內(nèi)部功能模塊有了顯著增加，但是受其結(jié)構(gòu)本身的限制很大，尤其模擬功能部件的增加更顯困難。而msp430 系列其基本架構(gòu)是16位的，同時在其內(nèi)部的數(shù)據(jù)總線經(jīng)過轉(zhuǎn)換還存在8位的總線，在加上本身就是混合型的結(jié)構(gòu)，因而對它這樣的開放型的架構(gòu)來說，無論擴展8位的功能模塊，還是16位的功能模塊，即使擴展模 / 數(shù)

18、轉(zhuǎn)換或數(shù) / 模轉(zhuǎn)換這類的功能模塊也是很方便的。這也就是為什么msp430系列產(chǎn)品和其中功能部件迅速增加的原因。最后，就是在開發(fā)工具上面。對于89c51來說，由于它是最早進入中國的單片機，人們對它在熟悉不過了，再加上我國各方人士的努力，創(chuàng)造了不少適合我們使用的開發(fā)工具。但是如何實現(xiàn)在線編程還是一個很大的問題。對于msp430系列而言，由于引進了flash型程序存儲器和jtag技術(shù)，不僅使開發(fā)工具變得簡便，而且價格也相對低廉，并且還可以實現(xiàn)在線編程。2.2.3 msp430單片機的特點 超低功耗：msp430 單片機之所以有超低的功耗，是因為其在降低芯片的電源電壓及靈活而可控的運行時鐘方面都有其

19、獨到之處。首先，msp430系列單片機的電源電壓采用的是1.83.6v電壓。因而可使其在1mhz的時鐘條件下運行時，芯片的電流會在200400ua左右，時鐘關(guān)斷模式的最低功耗只有 0.1ua。其次，獨特的時鐘系統(tǒng)設(shè)計。在msp430系列中有兩個不同的系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)：基本時鐘系統(tǒng)和鎖頻環(huán)（fll和fll+）時鐘系統(tǒng)或dco數(shù)字振蕩器時鐘系統(tǒng)。有的使用一個晶體振蕩器（32768hz），有的使用兩個晶體振蕩器）。由系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)產(chǎn)生cpu和各功能所需的時鐘。并且這些時鐘可以在指令的控制下，打開和關(guān)閉，從而實現(xiàn)對總體功耗的控制。由于系統(tǒng)運行時打開的功能模塊不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有著顯著的不

20、同。在系統(tǒng)中共有一種活動模式（am）和五種低功耗模式（lpm0lpm4）。在等待方式下，耗電為0.7ua，在節(jié)電方式下，最低可達0.1ua。強大的處理能力： msp430系列單片機是一個16位的單片機，采用了精簡指令集（risc）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（7種源操作數(shù)尋址、4種目的操作數(shù)尋址）、簡潔的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都可參加多種運算；還有高效的查表處理指令；有較高的處理速度，在8mhz 晶體驅(qū)動下指令周期為125 ns 。這些特點保證了可編制出高效率的源程序。運算速度方面：msp430系列單片機能在8mhz晶體的驅(qū)動下，實現(xiàn)125ns的指令周期。

21、16位的數(shù)據(jù)寬度、125ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能實現(xiàn)乘加）相配合，能實現(xiàn)數(shù)字信號處理的某些算法（如fft等）。msp430系列單片機的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時靈活方便。當系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時，用中斷請求將它喚醒只用 6us。系統(tǒng)工作穩(wěn)定：上電復位后，首先由dcoclk啟動cpu，以保證程序從正確的位置開始執(zhí)行，保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩(wěn)定時間。然后軟件可設(shè)置適當?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊泶_定最后的系統(tǒng)時鐘頻率。如果晶體振蕩器在用做cpu 時鐘mclk時發(fā)生故障，dco會自動啟動，以保證系統(tǒng)正常工作；如果程序跑飛，可用看門狗將其復位。 豐富的片上外圍模塊：msp43

22、0系列單片機的各成員都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)。它們分別是看門狗（wdt）、模擬比較器a、定時器a（timer a）、定時器b（timer b）、串口0、1（usart0 、1）、硬件乘法器、液晶驅(qū)動器、10位/12位 adc 、16位sigma-delta ad、直接尋址模塊（dma）、端口0（p0）、端口16（p1p6）、基本定時器（basic timer）等的一些外圍模塊的不同組合。其中，看門狗可以使程序失控時迅速復位；模擬比較器進行模擬電壓的比較，配合定時器，可設(shè)計出a/d轉(zhuǎn)換器；16 位定時器（timer a和timer b ）具有捕獲/比較功能，大量的捕獲/比較寄存器，可用于事件計數(shù)

23、、時序發(fā)生、pwm 等；有的器件更具有可實現(xiàn)異步、同步及多址訪問串行通信接口可方便的實現(xiàn)多機通信等應(yīng)用；具有較多的 i/o 端口，最多達6*8條i/o口線；p0、p1、p2端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入；12/14位硬件a/d轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達200kbps ，能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用；能直接驅(qū)動液晶多達160段；實現(xiàn)兩路的12位d/a轉(zhuǎn)換；硬件iic串行總線接口實現(xiàn)存儲器串行擴展；以及為了增加數(shù)據(jù)傳輸速度，而采用直接數(shù)據(jù)傳輸（dma）模塊。msp430系列單片機的這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。 方便高效的開發(fā)環(huán)境：目前msp430系列有opt型、

24、flash型和rom型三種類型的器件，這些器件的開發(fā)手段不同。對于opt型和rom型的器件是使用仿真器開發(fā)成功之后在燒寫或掩膜芯片；對于flash型則有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，因為器件片內(nèi)有jtag 調(diào)試接口，還有可上電擦寫的flash存儲器，因此采用先下載程序到flash內(nèi)，再在器件內(nèi)通過軟件控制程序的運行，由jtag接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計者調(diào)試使用的方法進行開發(fā)。這種方式只需要一臺pc機和一個jtag調(diào)試器，而不需要仿真器和編程器。開發(fā)語言有匯編語言和c語言。 msp430 單片機目前主要以flash型為主。適應(yīng)工業(yè)級別運行環(huán)境msp430系列器件均為工業(yè)級的，運行環(huán)境溫度為-40+ 85

25、攝氏度 ，所設(shè)計的產(chǎn)品適合用于工業(yè)環(huán)境下?；谝陨系谋容^和msp430單片機的優(yōu)點，我選擇msp430單片機作為本課題的控制處理器。2.3 檢測電路和控制電路的方案設(shè)計在這一系統(tǒng)中，檢測電路由電壓檢測電路與電流檢測電路組成。檢測電路的任務(wù)是將用電過程中的電壓信息、電流信息定時采集，經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換器以數(shù)字量的形式送入存儲器中儲存。cpu再對這些數(shù)據(jù)進行分析、運算和處理，再由d/a送給控制電路控制。電流檢測電路：模擬量的數(shù)據(jù)采集一般分為直流采樣和交流采樣兩種方法。直流采樣的缺點是硬件復雜、穩(wěn)定性差，而且由于受固有濾波環(huán)節(jié)的影響，采樣數(shù)據(jù)無法實時反映交流信號的變化。這恰與保護系統(tǒng)要求實時性高的特點相

26、違背，所以保護系統(tǒng)的電流采樣多采用交流采樣方式。電壓檢測電路：基于交流采樣的好處，所以采用交流采樣?？刂齐娐罚嚎刂齐娐钒ㄗ詣涌刂啤缶刂?、開關(guān)電路、燈光控制、定時控制、溫控電路、繼電器控制、晶閘管控制、電機控制等。由于是控制交流電的信號，所以此次采用繼電器控制。2.4 溫度檢測電路的方案設(shè)計溫度檢測電路由溫度傳感器與信號調(diào)理電路組成，將采集的信號通過a/d送給單片機處理。2.4.1 方案一采用熱電偶傳感器熱電偶傳感器是工業(yè)測量中應(yīng)用最廣泛的一種溫度傳感器，它與被測對象直接接觸，不受中間介質(zhì)的影響，具有較高的精度；測量范圍廣，可從-501600進行連續(xù)測量,特殊的熱電偶如金,鐵,鎳,鉻最低可

27、測到-269，鎢,錸最高可達2800。它具有結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，測量范圍廣，精度高，慣性小和輸出信號便于遠傳等許多優(yōu)點。另外，由于熱電偶是一種有源傳感器，測量時不需外加電源，使用十分方便，所以常被用作測量爐子，管道內(nèi)的氣體或液體的溫度及固體的表面溫度。熱電偶傳感器是工業(yè)測量中應(yīng)用最廣泛的一種溫度傳感器，在家電中不常用，因此不采用此方案。2.4.2 方案二采用半導體熱敏電阻熱敏電阻發(fā)展最為迅速，由于其性能得到不斷改進，穩(wěn)定性已大為提高，在許多場合下（-40350）熱敏電阻已逐漸取代傳統(tǒng)的溫度傳感器。雖然傳統(tǒng)的溫度檢測以熱敏電阻為溫度敏感元件，熱敏電阻成本低，但需要后續(xù)信號處理電路，而且熱敏電阻的

28、可靠性相對較差，測量溫度的準確度低，檢測系統(tǒng)的精度差。所以不采用此方案。2.4.3方案三采用集成溫度傳感器ds18b20是dallas(達拉斯)公司生產(chǎn)的，體積小，硬件開銷低，抗干擾能力強，精度高，附加功能強。ds1820最高12位分辨率，精度可達±0.5攝氏度，檢測溫度范圍為-55+125，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量。此型號集成溫度傳感器可以采用。lm35d是精密集成電路溫度傳感器，線性好（10mv/），寬量程（0100），它的輸出電壓與攝氏溫度線性成比例，無需外部校準或微調(diào)來提供±0.4的常用的室溫精度，編程時易于實現(xiàn)。符合本系統(tǒng)的設(shè)計要求，所以此傳感器比較可行。ad

29、590具有較高精度和重復性（重復性優(yōu)于0.1）其良好的非線性可以保證優(yōu)于±0.2的測量精度，利用其重復性較好的特點，通過非線性補償，可以達到±0.2測量精度。但是，由于ad590采集到的信號是電流信號，在將數(shù)據(jù)傳給a/d前還要先把電流信號轉(zhuǎn)變成電壓信號，因此，用ad590來檢測、采集溫度的電路比較復雜。而且，在高精度測量電路中，必須考慮ad590的輸出電流不被分流影響。因此，此型號集成溫度傳感器不被采用。2.4.4 方案四采用電阻式溫度傳感器電阻式傳感器廣泛應(yīng)用于測量-200960范圍內(nèi)的溫度。銅熱電阻主要應(yīng)用于測量-50150范圍內(nèi)的場合。銅容易容易提純、加工，價格便宜，

30、復制性能好而且電阻溫度系數(shù)大，溫度范圍內(nèi)線性關(guān)系好，靈敏度比鉑電阻高。但銅熱電阻與鉑熱電阻相比，銅的電阻率低，因此銅電阻的體積較大。而且銅易于氧化，一般只用于150以下的低溫測量和沒有水分及無侵蝕性介質(zhì)的溫度測量。因精度不高且檢測溫度較低，所以不采用。鉑熱電阻是目前公認的制造熱電阻最好的材料，它性能穩(wěn)定，重復性好，長時間穩(wěn)定的復現(xiàn)性可達10-4 k ，是目前測溫復現(xiàn)性最好的一種溫度計。同時其測量精度高。在氧化性介質(zhì)中、甚至在高溫下，其物理、化學性能都很穩(wěn)定，其阻值與溫度之間幾乎成線性變化。但其在還原性介質(zhì)中，特別是高溫易從氧化物中還原出來的氣體所污染，改變它的電阻與溫度關(guān)系，此外其電阻溫度系數(shù)

31、小，價格較高。因此，主要作為標準電阻溫度計和高精度溫度測量。所以鉑熱電阻可以作為此次溫度檢測電路的溫度傳感器。2.5 人體檢測電路的方案設(shè)計2.5.1 方案一采用紅外對管電路針對一些紅外接收管容易受到可見光的影響，從而改變其阻值，容易造成系統(tǒng)的誤判。可以考慮采用上面的電路。100100k歐姆，是紅外接收管在不同光線條件下（室內(nèi)陽光直射）的阻值的大小。在正常的光線下通過ioa0口a/d采集到一個電壓值作為一個參考電壓。當隨著光線變化時，ioa0口讀進來的電壓值也就發(fā)生變化。這個使用通過ioa4、ioa5、ioa6、ioa7依次選通，選擇最接近參考值的電壓作為判斷電壓。該電路可以避免可見光帶來的干

32、擾，效果不錯。但是檢測障礙物的距離在015cm，引用占用io口較多，操作較為復雜。所以不采用此方案。2.5.2 方案二采用熱釋電紅外檢測電路熱釋電紅外開關(guān)電路在生活中應(yīng)用很廣，是實用的。熱釋電紅外開關(guān)是biss0001配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成的被動式紅外開關(guān)。它能自動快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動門、電風扇、烘干機和自動洗衣機等裝置，是一種高技術(shù)產(chǎn)品。特別適用于企業(yè)，賓館、商場、庫房及家庭的過道、走廊等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動燈光、照明和報警系統(tǒng)。此電路具有以下特點：低功耗、靜態(tài)功耗（50ua）；寬電壓范圍（dc 4.5-20v）；可重復/不可重復觸發(fā)方式選擇；

33、使用簡單、電源+ -信號輸出；感應(yīng)距離遠，約7米；感應(yīng)角度為110°。所以此方案可采用。2.5.3 方案三采用超聲波檢測電路超聲波的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣闊，比如軍事上的聲納技術(shù)，工業(yè)上的無損探傷、測距、測厚，生物醫(yī)學上的診斷和手術(shù)，農(nóng)業(yè)上的超聲育種、超聲培苗、超聲催產(chǎn)等。超聲波在空氣中傳播時，其能量的衰減與距離成正比，即距離越近信號越強，距離越遠信號越弱，通常在1mv1v之間。超聲波是一種波動形式，它可以作為探測與負載信息的載體或媒介；超聲波同時又是一種能量形式，當其強度超過一定值時，它就可以通過與傳播超聲波的媒質(zhì)的相互作用，去影響，改變以致破壞后者的狀態(tài)，性質(zhì)及結(jié)構(gòu)。超聲波的特點：超聲波

34、在傳播時，方向性強，能量易于集中；超聲波能在各種不同媒質(zhì)中傳播，且可傳播足夠遠的距離；超聲波與傳聲媒質(zhì)的相互作用適中，易于攜帶有關(guān)傳聲媒質(zhì)狀態(tài)的信息。超聲波檢測的優(yōu)點是穿透力強、設(shè)備輕便、檢測成本低、檢測效率高，能即時知道檢測結(jié)果(實時檢測)，能實現(xiàn)自動化檢測和實現(xiàn)永久性記錄，在缺陷檢測中對危害性較大的裂紋類缺陷特別敏感等等。所以，超聲波檢測電路可以作為人體檢測電路的一種方案。2.6 無線收發(fā)模塊的方案設(shè)計伴隨著短距離、低功率無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的成熟，無線數(shù)據(jù)傳輸被越來越多地應(yīng)用到新的領(lǐng)域。與有線通信方式相比，無線通信以其不需鋪設(shè)明線，使用便捷等一系列優(yōu)點，在現(xiàn)代通信領(lǐng)域占據(jù)重要地位。由于無線收

35、發(fā)芯片的種類和數(shù)量比較多，無線收發(fā)芯片的選擇在設(shè)計中是至關(guān)重要的，正確的選擇可以減小開發(fā)難度，縮短開發(fā)周期，降低成本，更快地將產(chǎn)品推向市場。選擇無線收發(fā)芯片時應(yīng)考慮需要以下幾點因素：功耗、發(fā)射功率、接收靈敏度、收發(fā)芯片所需的外圍元件數(shù)量、芯片成本、數(shù)據(jù)傳輸是否需要進行曼徹斯特編碼等。2.6.1 方案一采用nrf401無線收發(fā)芯片nrf401是nordic公司研制的單片uhf無線收發(fā)芯片，工作在433mhzism(industrial scientific and medica1)頻段。nrf40 1芯片內(nèi)包含有發(fā)射功率放大器(pa)、低噪聲接收放大器(lna)、晶體振蕩器(osc)、鎖相環(huán)(p

36、ll)、壓控振蕩器(vco)、混頻器(mixfr)、解調(diào)器(dem)等電路。在接收模式中， nrf401被配置成傳統(tǒng)的外差式接收機，所接收的射頻調(diào)制的數(shù)字信號被低噪聲效大器放大，經(jīng)混頻器變換成中頻，放大、濾波后進入解調(diào)器，解調(diào)后變換成數(shù)字信號輸出(dout端)。在發(fā)射模式中，數(shù)字信號經(jīng)din端輸入，經(jīng)鎖相環(huán)和壓控振蕩器處理后進入到發(fā)射功率放大器射頻輸出。由于采用了晶體振蕩和pll合成技木，頻率穩(wěn)定性極好；采用fsk調(diào)制和解調(diào)，抗干擾能力強。nrf401的anti和ant2引腳是接收時低噪聲接收放大器lna的輸入，以及發(fā)送時發(fā)射功率放大器pa的輸出。連接nrf40 l的天線可以以差分方式連接到n

37、rf401，一個50q的單端天線也可以通過一個差分轉(zhuǎn)換匹配網(wǎng)絡(luò)連接到nrf40l。nrf401采用抗干擾能力強的fsk調(diào)制方式，并采用pll頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性好，發(fā)射功率最大可達10dbm，接收靈敏度最大為一105dbm，數(shù)據(jù)傳輸速率可達20kbps，工作電壓在+35v之間。工作頻率穩(wěn)定可靠，外圍元件少，并可直接接單片機串el，便于設(shè)計生產(chǎn)，功耗極低，適合于便攜式手持產(chǎn)品的設(shè)計，由于采用了低發(fā)射功率，高接受靈敏度的設(shè)計，滿足無線管制要求，無需使用許可證，是目前低功率無線數(shù)傳的理想選擇。因此，無線收發(fā)模塊可以采用nrf401無線收發(fā)芯片。2.6.2 方案二采用cc1000無線收發(fā)芯片cc1

38、000是chipcon公司推出的單片可編程r f 收發(fā)芯片，它基于chipcons smart rf技術(shù)，可工作在ism頻段(3001000mhz)。cc1000集成了射頻發(fā)射、射頻接收、pll合成、fsk調(diào)制解調(diào)、可編程控制等多種功能。cc1000采用鎖相環(huán)技術(shù)，發(fā)射頻率是通過內(nèi)部的頻率合成器來配置的，可配置的范圍為300l000mhz，適合應(yīng)用跳頻協(xié)議，一般可配出10或20個頻點，該芯片靈敏度為一109dbm，并可自動校準，可編程輸出功率為一2 0dbm +10dbm，通信速率可達786kbps。cc1000的主要工作參數(shù)可由一個串行接口編程設(shè)定，使用非常方便并且具有靈活性。cc1000芯

39、片的外圍元件較少，且對精度要求不高，并提供三種編碼方式與微控制器接口。與nrf401無線收發(fā)芯片，cc1000無線收發(fā)芯片作為無線收發(fā)模塊不如nrf401效果好，所以不采用此芯片。2.7 其他電路的方案設(shè)計日歷時鐘電路：采用ds1302實時日歷芯片，它是美國dallas公司推出的一款高性能、低功耗、帶內(nèi)部ram的實時時鐘芯片（rtc），也就是一種能夠為單片機系統(tǒng)提供日期和時間的芯片。可以對秒、分鐘、時鐘、小時、日期、星期、月、年信息，帶閏年自動補償。最大可以計年的長度是2100年。芯片具有帶后備電池的31b的非易失性數(shù)據(jù)存儲器。報警電路：報警電路大體分為聲報警、光報警和聲光報警三種。此次采用聲

40、光報警電路。采用led燈作為光報警，采用蜂鳴器或揚聲器作為聲報警。顯示方式：顯示方式包括數(shù)碼管顯示、液晶顯示屏顯示、led屏顯示等。因為需要顯示漢字、數(shù)字、字母等。液晶顯示器具有功耗低、無輻射危險、平面直角顯示以及影像穩(wěn)定等，可視面積大，畫面效果好，也可以顯示漢字，分辨率高，抗干擾能力強，顯示內(nèi)容多等特點。所以采用液晶顯示屏顯示。鍵盤電路：鍵盤分為獨立式鍵盤和行列式鍵盤?？紤]到此電路具有的功能多，且操作繁多，經(jīng)計算采用4*4行列式鍵盤。3 單元電路設(shè)計3.1 msp430單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計msp430系列單片機種類很多，此次我選用msp430f169單片機。因為msp430f169采用“馮&

41、#183;諾依曼”結(jié)構(gòu)，ram、rom和全部外圍模塊都位于同一個地址空間內(nèi)，最大尋址地址為62kb (60 kb flash , 2kb ram) 。內(nèi)部集成有1個硬件乘法器、1個精確的模擬比較器、2個具有捕捉/比較寄存器的定時器、8路12位a/ d轉(zhuǎn)換器、片內(nèi)看門狗定時器、2個串行通信接口以及48個i/ o引腳, 每個i/ o口分別對應(yīng)輸入、輸出、功能選擇、中斷等多個寄存器，功能口和通用i/o口可復用，增強了端口功能和靈活性, 提高了對外圍設(shè)備的開發(fā)能力。msp430f169是flash存儲器型單片機，具有良好的仿真開發(fā)技術(shù)，設(shè)置有jtag仿真接口和高級語言編譯器。在系統(tǒng)支持軟件下，在線實現(xiàn)

42、對目標系統(tǒng)的硬件調(diào)試及軟件開發(fā)，包括匯編、c語言、連接及動態(tài)調(diào)試，具有單步、多斷點和跟蹤，并且開放全部存儲器、寄存器，可以方便可靠地對系統(tǒng)進行硬件、軟件開發(fā)。最小系統(tǒng)主要由主控mcu，電源、復位電路、時鐘電路、jtag調(diào)試電路, 串行通訊等模塊組成, 與此同時還要設(shè)計mcu時鐘電路，電源電路和jtag調(diào)試電路。時鐘模塊為mcu提供時鐘源，jtag接口用于單片機程序調(diào)試和仿真；串口0 (usart0)通過max232模塊進行電平轉(zhuǎn)換連接到pc用于調(diào)試嵌入式軟件；電源模塊為mcu和各外圍模塊提供電源。下面我將對各模塊電路進行設(shè)計。3.1.1 電源模塊的設(shè)計在該系統(tǒng)中需要使用5v和3.3v的直流穩(wěn)壓

43、電源，其中msp430f169及部分外圍器件需要3. 3v電源，另外部分需要5v電源。在本系統(tǒng)中，以5v 直流電壓為輸入電壓,通過ams1117 3.3 將5v直流電壓轉(zhuǎn)換成3.3v電壓。電源通過ams1117 3.3進行dc - dc電壓轉(zhuǎn)換。在電源模塊中通過3個電容進行電源穩(wěn)壓濾波，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源。3.1.2 復位電路的設(shè)計微控制器正常工作時該引腳將處于高電平才能正常工作。在系統(tǒng)中，復位電路主要完成系統(tǒng)的上電復位和系統(tǒng)在運行時用戶的按鍵復位，復位電路可由簡單的rc電路構(gòu)成，也可使用其他的相對較復雜，但功能更完善的電路。在這里采用簡單的由電阻、電容、二極管構(gòu)成的rc復位電路。經(jīng)使用證明

44、, 其復位邏輯是可靠的。如圖2，該復位電路的工作原理如下：在系統(tǒng)上電時，通過電阻r1向電容c1充電，當c1兩端的電壓未達到高電平的門限電壓時。rst端輸出為低電平，系統(tǒng)處于復位狀態(tài)；當c1兩端的電壓達到高電平的門限電壓時，rst端輸出為高電平, 系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)。當用戶按下按鈕s1時，c1兩端的電荷被瀉放掉，rst端輸出為低電平，系統(tǒng)進入復位狀態(tài)，再重復以上的充電過程, 系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)。3.1.3 晶振電路設(shè)計msp430系列單片機時鐘模塊有高速晶體振蕩器、低速晶體振蕩器和數(shù)字控制振蕩器dco 等3個時鐘源。這是為了解決系統(tǒng)的快速處理數(shù)據(jù)要求和低功耗要求的矛盾，通過設(shè)計多個時鐘源或為

45、時鐘設(shè)計各種不同工作模式，才能解決某些外圍部件實時應(yīng)用的時鐘要求，如低頻通信、lcd顯示、定時器、計數(shù)器等。數(shù)字控制振蕩器dco已經(jīng)集成在msp430 內(nèi)部，在系統(tǒng)中只需設(shè)計高速晶體振蕩器和低速晶體振蕩器兩部分電路。低速晶體振蕩器(lfxt1)滿足了低功耗及使用32.768khz晶振的要求。lfxt1振蕩器默認工作在低頻模式，即32.768khz，也可以通過外接450khz8mhz 的高速晶體振蕩器或陶瓷諧振器工作在高頻模式。在本電路中我們使用低頻模式，晶振外接2個12p f的電容經(jīng)過xin和xout連接到mcu。高速晶振也稱為第二振蕩器xt2 ，它為msp430f169工作在高頻模式時提供時

46、鐘，xt2 最高可達8mhz。在系統(tǒng)中xt2采用4mhz的晶體，xt2外接2個12p f的電容經(jīng)過xt2in和xt2out連接到mcu。3.1.4 jtag接口設(shè)計3.1.4.1 jtag調(diào)試器概述jtag最初是用來對芯片進行測試的,理是在器件內(nèi)部定義一個tap ( test access port測試訪問口) 通過專用的jtag測試工具對進行內(nèi)部節(jié)點進行測試。jtag測試允許多個器件通過jtag 接口串聯(lián)在一起,形成一個jtag鏈, 能實現(xiàn)對各個器件分別測試?，F(xiàn)在, jtag接口還常用于實現(xiàn)isp ( in - system programmable 在線編程),對flash等器件進行編程。

47、具有jtag接口的芯片, 相關(guān)jtag引腳的定義為: tck為測試時鐘輸入; tdi為測試數(shù)據(jù)輸入, 數(shù)據(jù)通過tdi 引腳輸入jtag接口;do為測試數(shù)據(jù)輸出, 數(shù)據(jù)通過tdo引腳從j tag接口輸出; tms為測試模式選擇, tms用來設(shè)置jtag接口處于某種特定的測試模式; rst為測試復位, 輸入引腳, 低電平有效。msp430f169是具有60 kb可電擦寫的flash 存儲器型mcu,并具有j tag調(diào)試接口, 因此采用先通過jtag調(diào)試器將編輯好的程序從pc機直接下載到flash內(nèi), 再由jtag接口控制程序運行、讀取片內(nèi)cpu狀態(tài), 以及存儲器內(nèi)容等信息供設(shè)計者調(diào)試, 整個開發(fā)(

48、編譯、調(diào)試) 都可以在同一個軟件集成環(huán)境中進行, 不需要專門的仿真器和編程器。這種以flash技術(shù)、jtag調(diào)試、集成開發(fā)環(huán)境結(jié)合的開發(fā)方式,具有方便、廉價、實用等優(yōu)點。3.1.4.2 jtag調(diào)試接口設(shè)計由于ti公司生產(chǎn)jtag調(diào)試接口, 所以我們只需要把單片機的調(diào)試接口按照標準引出, 在調(diào)試時與購買的jtag調(diào)試器連接, 即可在線調(diào)試程序, 在圖中顯示jtag是有14條線的接口,我們用了其中的5條,其余引腳未用, 跳線sip3用來選擇jtag調(diào)試器使用外接電源還是內(nèi)部電源, 當外圍電路功率比較大時, 應(yīng)使用外接電源; 如外圍電路功率比較小時, 使用jtag提供的內(nèi)部電源即可。圖2 msp4

49、30f169單片機最小系統(tǒng)3.2 檢測電路、控制電路和輔助電源的設(shè)計3.2.1 電流檢測電路傳感器選擇霍爾電流傳感器dt50-p，它的性能也穩(wěn)定可靠，易于安裝。如何選擇電阻r16的阻值，根據(jù)后面交流信號調(diào)理電路的輸入要求而定，調(diào)理電路需輸入-5v+5v的交流電壓信號，則r16=u/in 即可確定r16的值。如圖3所示，電流實際值經(jīng)過霍爾傳感器及采樣電阻后，轉(zhuǎn)換成5v電壓信號(i02)，此5v信號是反向的。將電流i進行濾波處理，濾除噪聲干擾其中濾波電阻電容的選擇應(yīng)該滿足時間常數(shù)小于1ms的要求，因此可選r2為100千歐，c11為220pf;再經(jīng)過理想運算放大器的電壓并聯(lián)負反饋將i轉(zhuǎn)換成-3.3v

50、 +3.3v的信號;經(jīng)過3.3v的電平抬升電路及平均處理使得電壓跟隨器的輸入為03.3v單極性信號，其中r6、r7的阻值只要相同就可以，在這里選阻值為10千歐的電阻，即安全又符合要求;最后經(jīng)過兩個串聯(lián)二極管的限幅，確保輸入單片機的信號為03.3v，以保證不會燒毀單片機，系統(tǒng)各元件參數(shù)及型號。圖3電流檢測電路3.2.2 電壓檢測電路電壓轉(zhuǎn)換電路通過霍爾電壓傳感器chv-50p實現(xiàn)。chv-50p型電壓傳感器輸出端與原邊電路是電隔離的，可測量直流、交流和脈動電壓或小電流。磁補償式測量，過載能力強，性能穩(wěn)定可靠，易于安裝，用于電壓測量時，傳感器通過與模塊原邊電路串聯(lián)的電阻r9與被測量電路并聯(lián)連接，輸

51、出電流正比于原邊電壓。 由于chv-50p的輸入額定電流in1為10ma，本電路檢測的電壓是220v的交流電壓，則r9=u/ in1 =220v/10ma=2.2k，電阻r9消耗的功率p1，為p1=220v×10 ma=2.2kw。因此電阻r9選擇阻值為2.2 k功率為5w的大功率電阻。另外為了抑制共模干擾，在交流輸入側(cè)并聯(lián)了兩個電容c。當然為了更好地消除這些干擾，可以在電壓變換電路之前再加隔離變壓器，那么電阻r9的選擇就要對應(yīng)于經(jīng)過隔離變壓器后電壓的改變而改變。由于chv-50p的輸入額定電流in2為50ma，為了交流電壓采樣電路檢測，必須把輸出電流轉(zhuǎn)換為電壓，所以在電壓傳感器的輸

52、出側(cè)串聯(lián)了電阻r11。交流電壓采樣電路采樣電壓范圍-5v+5v，則r11= u/ in2 =5v/50ma=100 。由于電阻r11消耗功率比較小，電阻r11選擇上對功率沒有特殊的要求。根據(jù)選用的電壓傳感器，交流電壓采樣電路如圖4所示。該電路采用了運算放大器加電壓跟隨器的方式，電壓跟隨器起到了隔離作用，以便在a/d入口前進行阻抗匹配。在a/d入口端采用二極管鉗位，防止a/d輸入電壓越界。來自檢測通道的電壓互感器的電流號經(jīng)運算放大器轉(zhuǎn)換為電壓信號后經(jīng)電壓平移后將交流量信號轉(zhuǎn)換為03.3v的單極性電壓信號接入msp430的a/d通道引腳。從圖4可以看出系統(tǒng)輸出電壓的采樣電路由四部分組成，第一部分是

53、由tl084的運放構(gòu)成的射極跟隨器，其中r10和c15是為了抑制干擾，且時間按常數(shù)t=rc=10000 *220p=2.2 *10-6s<<1ms,符合設(shè)計標準。第二部分是由兩個電阻和一個電壓源組成的電壓偏移電路，因為目標信號是交流信號，a/d輸入電平要求在03.3v，因此需要進行電壓偏移。第三部分是射極跟隨器。第四部分是箝位限幅電路，保證采樣信號的幅值在03.3v之間。圖4 電壓檢測電路3.2.3 控制電路控制電路采用繼電器控制，如圖5所示。繼電器外加二極管主要是為了保護三極管等驅(qū)動元器件。當圖中三極管q1接收到p6.5口的信號后，由導通變?yōu)榻刂箷r，流經(jīng)繼電器線圈的電流將迅速減小

54、，這時線圈會產(chǎn)生很高的自感電動勢與電源電壓疊加后加在q1的c、e兩極間，會使晶體管擊穿，并聯(lián)上二極管后，即可將線圈的自感電動勢鉗位于二極管的正向?qū)妷?，此值硅管約0.7v，鍺管約0.2v，從而避免擊穿晶體管等驅(qū)動元器件。并聯(lián)二極管時一定要注意二極管的極性不可接反，否則容易損壞晶體管等驅(qū)動元器件。當三極管接收到信號后，三極管導通驅(qū)動繼電器，使繼電器的開關(guān)閉合，使主供電電路導通，輸出220v交流電。圖5 控制電路3.2.4 輔助電源電路如圖6，在該電路中，需要輔助電源為元件提供6個工作電壓，包括+24v、+12v、-12v、+5v、-5v和+3v。其中+3v主要是為單片機最小系統(tǒng)供電，12v和5

55、v主要是為各種芯片供電。220v交流電通過變壓器變壓，然后經(jīng)過整流濾波，再由三端穩(wěn)壓7812和7912產(chǎn)生+12v和-12v的電壓信號，再經(jīng)7805和7905變換成+5v和-5v。+3v電壓是由+5v電壓進過三端穩(wěn)壓ams1117轉(zhuǎn)換而成的。+24v電壓是為繼電器供電。圖6 輔助電源電路3.2.5 數(shù)據(jù)處理部分交流電壓、電流有效值的計算分析：對電流其計算公式為：其中t為信號周期，電壓同理。功率和功率因數(shù)的計算：在上一步中已經(jīng)測出了電壓、電流的有效值u、i，根據(jù)以下公式可以計算出視在功率s、有功功率p、無功功率q和功率因素cos，即s=uip=（1/t）t0 ui dt q=（s2 p2 ）co

56、s=p/s式中：u、i為瞬時電壓值。圖7 檢測電路、控制電路與輔助電源總圖3.3 溫度檢測電路的設(shè)計溫度檢測電路由溫度傳感器與信號調(diào)理電路組成，此次溫度傳感器采用兩種方案（三種傳感器），即采用集成溫度傳感器（ds18b20、lm35d）和電阻式溫度傳感器（鉑電阻）。3.3.1 采用集成溫度傳感器3.3.1.1方法一采用ds18b20ds1820溫度傳感器的概述：ds1820數(shù)字式溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻有所不同的是，它可直接將被測溫度轉(zhuǎn)換 成串行數(shù)字信號供微機處理，并且根據(jù)具體要求，通過簡單的編程實現(xiàn)9位的溫度讀數(shù)。并且多個ds1820可以并接到多個地址線上與單片機實現(xiàn)通信。由于每一個ds

57、1820出廠時都刻有唯一的一個序列號并存入其rom中，因此cpu可用簡單的通信協(xié)議就可以識別，從而節(jié)省了大量的引線和邏輯電路。ds18b20的測溫原理：ds18b20的內(nèi)部主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光rom單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器、用于存儲用戶設(shè)定的溫度上下限值、觸發(fā)器存儲與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗碼發(fā)生器等7個部分。低溫度系數(shù)振蕩器是一個振蕩頻率隨溫度變化很小的振蕩器，為計數(shù)器1提供一個穩(wěn)定的計數(shù)脈沖。高溫度系數(shù)振蕩器是一個對溫度很敏感的振蕩器，為計數(shù)器2提供一個頻率隨溫度變化的計數(shù)脈沖。初始時，溫度寄存器被預置成-55，每當計數(shù)器1從預置數(shù)開始減計數(shù)到0時，溫度寄存器中寄存的溫度值就增加1，這個過程重復進行直到計數(shù)器2計數(shù)到0時便停止。初始時，計數(shù)器1預置的是與-55相對應(yīng)的一個預置值。以后計數(shù)器1每一個循環(huán)地預置數(shù)都由斜率累加器提供。為了補償振蕩器溫度特性的非線性性，斜率累加器提供的預置數(shù)也隨溫度相應(yīng)變化。計數(shù)器1的預置數(shù)也就是在給定溫度處使溫度寄存器寄存值就增加1計數(shù)器所需的技術(shù)個數(shù)。圖中比較器的作用是以四舍