傳感器技術課程設計指導書.doc

1、傳感器技術與應用課程設計指導書劉德春阿壩師范高等?？茖W校電子信息工程系目 錄課程設計一:人體感應開關設計- 4 1.1 設計任務書 4 一、題目：人體感應開關設計- 4 -二、目的:- 4 -三、任務：- 4 -四、方案設計- 4 -五、參考進度- 5 1。2 設計提示 5 一、準備：- 5 -二、人體感應開關電路的設計思想 6 1。3 人體感應開關參考設計- 7 -1。4 仿真調(diào)試- 8 1.5實驗電路板制作 9 -一、正規(guī)電路板制作 9 二、實際電路板焊接- 9 -課程設計二：聲光控開關設計與制作 10 2.1 設計任務書- 10 一、題目:聲光控延時開關電路設計與制作 10 -二、目的:

2、 10 三、任務：- 10 四、方案設計- 10 五、參考進度- 11 2。2 設計提示 11 一、準備：- 11 二、聲光控延時開關電路的設計思想 11 -2。3聲光控延時開關參考設計 15 2。4 仿真調(diào)試- 16 -2.5 電路板焊接調(diào)試 16 -課程設計三:基于DS18B20與JHD12232D的溫度測控器設計- 18 -3.1 設計任務書- 18 -一、題目：基于DS18B20與JHD12232D的溫度測控器設計 18 -二、目的：- 18 -三、任務：- 18 四、方案設計 19 -五、參考進度- 20 -3.2 設計提示- 20 -一、準備：- 20 二、溫度測控器的設計思想 2

3、0 -3.3溫度測控器參考設計 23 1、硬件設計- 23 -2、軟件設計- 24 -3。4 仿真調(diào)試 25 -3。5 電路板硬件調(diào)試- 26 附錄：課程設計報告要求- 27 -課程設計一：人體感應開關設計1。1 設計任務書一、題目:人體感應開關設計二、目的：同學們學過傳感器原理及應用課程后，已初步了解了常用傳感器的工作原理、特點等理論知識，但還缺乏實際設計應用的能力。今安排的課程設計-人體感應開關設計，一種具有簡單識別來人功能的語音門鈴，適合在賓館、商場等公共場所的門前安裝使用.希望同學們能在設計過程中學會從工程角度思考問題，熟悉本專業(yè)領域的傳感器產(chǎn)品，學會對產(chǎn)品傳感器的正確接口、信號調(diào)理、

4、線性化、校準及常用的報警方法。三、任務：1,設計一種人體感應開關（語音迎賓器），它能夠自動檢測來人，當人經(jīng)過迎賓器時自發(fā)出清晰響亮的“你好!歡迎光臨！”的中文女聲。2,檢測人的窗口很小,只要在其他物體上開8毫米左右的孔伸出檢測孔就能正常工作。3，檢測窗口很隱蔽，不像紅外透鏡、微波傳感器的天線一樣引人注意,可以讓來人很難發(fā)現(xiàn)機關，增加趣味感和防破壞。4，產(chǎn)品價格非常低廉便于普及和大量生產(chǎn)。5，產(chǎn)品的語音內(nèi)容是固定不變的，無法定做或者更改內(nèi)容。當然如果換成可錄放語音電路，或者和其他電路組合可以實現(xiàn)其他用途.6，利用PROTEUS等軟件仿真,得出主要信號輸入輸出點的波形,根據(jù)仿真結果驗證設計功能的可

5、行性、參數(shù)設計的合理性；給出系統(tǒng)整機電路圖（利用PROTEL軟件做出原理圖SCH文件和PCB文件）。7，完成課程設計報告.四、方案設計人體感應開關有2種分光感和紅外感應，從以下方案中選擇一種方案,設計該產(chǎn)品。1：光感原理：光感迎賓器是利用人體反射光線，光敏電阻得到足夠大變化的光線，電路產(chǎn)生變化電流觸發(fā)電路，靈敏度跟物體反射率有關。注：光感迎賓器與環(huán)境光照度有關，黑暗情況下不能正常使用2:紅外感應原理：迎賓器原理：紅外熱釋電傳感器；動作方式：被動式。本身不發(fā)射任何信號，故不產(chǎn)生有害電磁干擾,人體輻射的紅外線中心波長為910-um，而探測元件的波長靈敏度在0.220-um范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感

6、器頂端開設了一個裝有濾光鏡片的窗口,這個濾光片可通過光的波長范圍為710um，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器. 請同學分析以上兩種方案，選擇一種方案，滿足設計要求.五、參考進度1. 查閱并自學相關傳感器資料1天。至少要查到光敏電阻和熱釋電紅外傳感器的原理、特點及典型應用方法。2. 查閱/自學電阻、電容、鈕扣電池、語音芯片的使用方法2天.至少要查到標稱電阻電容值的讀數(shù)方式，極性判斷方法；三極管8050、945的極性判別和使用特點；語音芯片SD8917的原理和使用方法.3. 人體感應開關的電路圖設計3天.4.

7、計算機仿真-2天(包括PROTEUS和PROTEL）。5. 制作調(diào)試 -2天.6. 撰寫設計報告4天。平時一定要注意搜集/記錄資料，設計計算、實測數(shù)據(jù)不可缺少. 1。2 設計提示一、準備：1按任務書要求查閱傳感器資料。2重點學習一種音樂芯片SD8917的內(nèi)部結構原理，考慮如何用普通SPEAKER仿制和用PROTEUS仿真。3光敏電阻的使用方法。二、人體感應開關電路的設計思想人體感應開關設計思想如圖1.1所示.首先有人經(jīng)過時，人的身影照應到光敏電阻它的阻值發(fā)生變化，電源穩(wěn)壓電路的電流得到提高,經(jīng)過IC集成電路，由內(nèi)部運算處理電路得到穩(wěn)定可靠的電壓值來判斷出人的進出，然后報告給語音功放電路，并發(fā)出

8、聲音。人的身影經(jīng)過光敏電阻感應接收內(nèi)部運算處理電路判斷人的進出報告給語音電路圖1.1 人體感應開關設計思想1，光敏電阻感應接收參考電路光電器件是將光能轉換為電能的一種傳感器件， 它是構成光電式傳感器最主要的部件.光電器件工作的物理基礎是光電效應。 在光線作用下， 物體的電導性能改變的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應， 如光敏電阻等就屬于這類光電器件.光敏電阻又稱光導管， 它幾乎都是用半導體材料制成的光電器件。光敏電阻沒有極性,純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也可以加交流電壓。無光照時，光敏電阻值（暗電阻）很大，電路中電流(暗電流)很小。圖1.2 光敏電阻就收電路當光敏電阻受到一定波長范圍的光照時，

9、它的阻值（亮電阻）急劇減少,電路中電流迅速增大.一般希望暗電阻越大越好，亮電阻越小越好,此時光敏電阻的靈敏度高。實際光敏電阻的暗電阻一般在兆歐級, 亮電阻在幾千歐以下。請同學利用萬用表分別測量光敏電阻的亮電阻與暗電阻阻值,在PROTEUS仿真中利用測量值仿真光敏電阻阻值。光敏電阻感應接收電路如圖1。2所示，當人經(jīng)過人體感應開關時,光敏電阻阻值會發(fā)生改變，從而控制三極管Q1,Q2的導通與截止。2，SD8917A特性及典型應用圖1.3 SD8917A封裝及典型應用語言芯片SD8917A的封裝和典型應用如圖1.3所示。（1）、SD8917A的功能敘述 2 按鍵正脈沖觸發(fā) 工作電壓范圍寬：2。4V5V

10、 直接驅動 8喇叭 TG3：(英語） Hello,welcome TG2:（中文) 你好，歡迎光臨（2）、SD8917A電氣規(guī)格 1。3 人體感應開關參考設計人體感應開關的整體設計如圖1.4所示,該電路原理如下： 利用人走過感應開關時會產(chǎn)生一個陰影的特點，通過光敏電阻對光線變化信號的接收,作為本制作的傳感器.制作采用電池供電，通電后系統(tǒng)進入等待狀態(tài)。當有人經(jīng)過感光器件時,由于人的身體會擋住光線，若原來有一定的光線照射在光敏電阻RG1上,則RG1表現(xiàn)出一個電阻值，當人體擋住一部分照射于光敏電阻的光線時，光敏電阻接收到的光線強度發(fā)生變化，這個變化經(jīng)C2耦合，經(jīng)Q1等組成的高增益放大后，輸入IC的反

11、相輸入端，這個信號與同相輸入端輸入的信號在IC內(nèi)部經(jīng)運算放大處理后，形成一個控制信號,驅動IC內(nèi)部的音頻發(fā)生電路工作，產(chǎn)生“您好,歡迎光臨!”的音頻信號，使人耳能聽到這句問候語。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當受到光照時，只要光子能量大于半導體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導帶，并在價帶中產(chǎn)生一個帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子空穴對增加了半導體材料中載流子的數(shù)目,使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對將逐漸復合,光敏電阻的阻值也就逐漸恢復原值.圖1.4 人體感應開關整體設計1.4 仿真調(diào)試利用仿真

12、來調(diào)試電路，已經(jīng)是現(xiàn)代電子系統(tǒng)設計開發(fā)產(chǎn)品的必由之路了。通過仿真可以檢查電路的工作點、可以校準儀表、測量誤差，獲得設計報告所需的一切數(shù)據(jù)，還可以看到人體感應開關實際輸出的效果.我們希望同學們通過仿真實踐，還要學會常用電子儀器的使用,學會設計檢修各種電路的方法.在利用PROTUES仿真時,要注意仿真與實際結合。在PROTEUS中需要注意光敏電阻參數(shù)的設置與實際光敏電阻的阻值一致，三極管8050，954需要利用相應的三極管代替，語音芯片和喇叭用SPEAKER代替。仿真要具有實際價值。1.5 實驗電路板制作一、正規(guī)電路板制作當仿真調(diào)試通過后,就可以用PROTEL設計印刷電路板圖。這時首先要根據(jù)印板大

13、小/形狀、操作/調(diào)試/出線方便,有可能的話盡量按信號流向，高頻或高輸入阻抗時還要考慮抗干擾這些因素，認真將集成電路、電位器、進出端子等大件及固定孔位置布置好，即所謂“布局"工作做好.集成電路定位槽方向應保持一致，不要貪圖走線方便而顛倒方向.然后，以各集成電路為中心，按電路圖將電阻電容等小元件和每一根連線連好：普通連線越短越好;穿過IC管腳間的連線不要超過一根；雙面排線時，上層盡量都走水平線，下層盡量都走垂直線，以避免形成繞不開的交叉線;單面排線時，可在上層（元件面）安排很短的“跳接線”,以避開線路交叉造成的短路故障;電源和地線盡量走四邊，地線面積盡量大些.存盤后即可送加工廠，拍照、腐

14、蝕、鉆孔，涂上阻焊涂料,絲印上標注文字，即成為非常美觀好用的成品印刷電路板。二、實際電路板焊接早期采用可反復拔插元件的“面包板”，但因接觸不良，故障很多,現(xiàn)已淘汰.現(xiàn)多采用均勻密布焊盤的“通用印刷電路板",進行實驗制作。其基本布局和連線的原則同上，不再贅述。由于通常實驗板面積較大，故以集成電路為中心布局RC的同時，還提倡元器件盡量平放，不要豎放,不要擁擠。盡量按電路原理圖中該元件的相對位置布局，以增強電路板的可讀性。同時最好在電路板的引出線/接線端子及電位器旁貼上標簽，以便識別.對于實驗中要經(jīng)常調(diào)試的器件，還要兼顧調(diào)節(jié)方便來確定位置.在實際焊接過程中,需要注意三極管和電容的極性，語言

15、芯片的引腳數(shù)的判斷方法。課程設計二:聲光控開關設計與制作2.1 設計任務書一、題目：聲光控延時開關電路設計與制作二、目的:1，了解聲光控延時開關電路的組成及工作原理.2，熟悉駐極體話筒和光敏電阻器的特性，掌握檢測方法及其應用電路。3，學習聲光控延時開關電路設計。三、任務:1,具有光控功能，白天光線較亮，即使有聲音時照明燈也不亮，光線較暗、有聲音時照明燈點亮.2，具有聲控功能,晚上光線較暗，有聲音時照明燈點亮,聲音消失后延時照明一段時間后自動熄滅。3，要求電路如果在照明燈點亮期間又有新的聲源出現(xiàn)時，照明燈應重新點亮一段時間。4，價格便宜，要有市場競爭優(yōu)勢。5，利用PROTEUS等軟件仿真，得出主

16、要信號輸入輸出點的波形，根據(jù)仿真結果驗證設計功能的可行性、參數(shù)設計的合理性；給出系統(tǒng)整機電路圖（利用PROTEL軟件做出原理圖SCH文件和PCB文件）。6，完成課程設計報告.四、方案設計聲光控開關設計方案可以采用以下三種。方案一,采用駐極體話筒檢測聲音，光敏電阻檢測光照強度，利用集成芯片NE555控制延時長短。方案二,采用駐極體話筒檢測聲音，光敏電阻檢測光照強度,利用單片機控制延時長短(同時,單片機還可作其它控制，往往改方案能做成智能聲光控開關）.方案三，采用駐極體話筒檢測聲音，光敏電阻檢測光照強度，利用R、C的充放電時間控制照明燈的延時長短.請同學分析以上兩種方案，選擇一種方案，滿足設計要求

17、。五、參考進度1。查閱并自學相關傳感器資料1天.至少要查到光敏電阻和駐極體話筒的原理、特點及典型應用方法。2。查閱/自學電阻、電容、二極管、三極管、可控硅的使用方法-2天。至少要查到標稱電阻電容值的讀數(shù)方式，極性判斷方法；三極管9014、9015的極性判別和使用特點;穩(wěn)壓二極管和可控硅PCR406的使用方法。3。人體感應開關的電路圖設計3天.4.計算機仿真-2天（包括PROTEUS和PROTEL）.5.制作調(diào)試 -2天。6.撰寫設計報告4天。平時一定要注意搜集/記錄資料,設計計算、實測數(shù)據(jù)不可缺少。2。2 設計提示一、準備：1按任務書要求查閱傳感器資料。2重點學習駐極體話筒和單向可控硅的內(nèi)部結

18、構原理，考慮如何用PROTEUS仿真.3光敏電阻、駐極體話筒，可控硅的使用方法.二、聲光控延時開關電路的設計思想圖2.1 聲光控延時開關電路組成方框圖聲光控延時開關實現(xiàn)在白天呈關閉狀態(tài)，只有在晚上且存在聲響情況下（如人的腳步聲等)才開啟，開啟后延時一段時間后又能自動關閉。這種開關廣泛應用于樓梯、走廊、公廁等公共場合作照明燈自動控制開關。聲光控延時開關電路方框組成如圖2。1所示,包括聲音檢測、亮度檢測、判別電路、延時電路和開關電路等幾個主要部分。聲音檢測通常由駐極體話筒或高靈敏度的壓電陶瓷片完成。亮度檢測由光敏電阻器完成.判別電路綜合檢測信號，符合預定條件（晚上且存在聲響情況)輸出控制信號開啟開

19、關.延時電路在開關開啟后延時預定時間,輸出控制信號關閉開關。開關常用可控硅或繼電器。1，整流電路整流電路把交流電能轉換為直流電能的電路。我們?nèi)粘Ｓ玫?20V加在4個二極管組成的單向橋式整流電路之間，220V的交流電經(jīng)過整流之后送到100K電阻處，通過100K的電路進行限流，9。1V的穩(wěn)壓管進行穩(wěn)壓和47f的電容濾波，從而得到7。5V的電壓,以保持其后電路的正常工作。圖2.2 整流部分電路圖2，聲控電路該課程設計中采用的聲控電路如圖2。3所示,其核心器件為駐極體話題。駐極體話筒簡稱ECM，通稱MIC(Microphone），是一種常用的能將聲音信號轉換成電信號的聲電轉換器件.它的突出特點是體積小

20、、重量輕、結構簡單、使用方便、壽命長、頻響寬、靈敏度高，且價格也比較低廉。因而被廣泛應用于盒式錄音機、無線話筒及聲控開關等電子電路中.圖2.3 聲控電路駐極體話筒的核心器件是駐極體振動膜.它實際上是一種經(jīng)永久性極化處理的電介質.其制作原理是，將一片極薄的塑料膜片的一面蒸發(fā)上一層純金薄膜，然后將其置于高壓電場之下駐極，使兩面分別駐有能長期保持的異性電荷。膜片的蒸金一面向外，與金屬外殼相連通，膜片的另一面與金屬極板之間用很薄的絕緣襯圈隔離開。這樣，蒸金膜與金屬極板之間便形成了一個電容。當駐極體膜片受到聲波作用而振動時，就引起電容兩端的電場發(fā)生變化，從而產(chǎn)生隨聲波變化的交變電壓信號.駐極體的輸出阻抗

21、值很高，約幾十兆赫以上。因此，使用時不能直接與音頻放大器匹配，需加一級阻抗變換器，將高阻抗變?yōu)閹装贇W或幾千歐的低阻抗.通常在駐極體話筒產(chǎn)品內(nèi)部加裝有由低噪聲結型場效應管構成的阻抗變換器，形成三端話筒。圖2.4 駐極體話筒的結構外形和電路符號圖2。4是駐極體話筒的實物結構分解、接線、外形和電路符號。三端駐極體話筒應用電路有兩種接法,分別可接成源極輸出或漏極輸出方式。不少駐極體話筒產(chǎn)品內(nèi)部沒有加裝場效應管,兩個輸出接點可以任意接人電路,但最好把接外殼的一點接地，另一點接人由場效應管組成的高阻抗輸入前置放大器。在選用駐極體話筒時，重點應注意其靈敏度的高低.駐極體話筒的靈敏度通常用白、藍(綠）、黃、紅

22、等色點來分擋,白點靈敏度最高，紅點最低。有的話筒則以防塵罩的相應顏色來表示靈敏度,也有的用與型號有明顯區(qū)別的A、B、C等字母表示，A為最低靈敏度,順序逐次類推.國產(chǎn)駐極體話筒的典型產(chǎn)品有CRZ29、CBZ211和ZCH-12等型號。其中CRZ29的外形尺寸為1。5×19（mm)，引出線使用的是屏蔽線，為兩端引線方式，屏蔽層是正極。它的電壓靈敏度為0。5mV/mPa，頻響范圍為5010 000Hz，輸出阻抗為1k.駐極體話筒的檢測包括電阻測量和靈敏度測量。電阻測量時，將萬用表置于R×100或R×1k擋,紅表筆接駐極體話筒的芯線或信號輸出點,黑表筆接引線的金屬外皮或話

23、筒的金屬外殼。一般所測阻值應在5003k范圍內(nèi)。若所測阻值為，則說明話筒開路，若測得阻值接近0,則表明話筒有短路性故障。如果阻值比正常值小得多或大得多,都說明被測話筒性能變差或已經(jīng)損壞。靈敏度檢測方法是：將萬用表置于R×100擋，將紅表筆接話筒的負極（一般為話筒引出線的芯線），黑表筆接話筒的正極（一般為話筒引出線的屏蔽層），此時，萬用表應指示出某一阻值（例如1k）,接著正對著話筒吹一口氣，并仔細觀察指針，應有較大幅度的擺動。萬用表指針擺動的幅度越大,話筒的靈敏度越高，若指針擺動幅度很小，說明話筒靈敏度很低,使用效果不佳。若吹氣時發(fā)現(xiàn)指針不動,可交換表筆位置再次吹氣試驗,若指針仍然不擺

24、動，則說明話筒已經(jīng)損壞.另外，如果在未吹氣時，指針指示的阻值便出現(xiàn)漂移不定的現(xiàn)象，則說明話筒穩(wěn)定性很差，這樣的話筒是不宜使用的。對三端駐極體話筒,只要正確區(qū)分出三個引出線的極性,將黑表筆接正電源端，紅表筆接輸出端,接地端懸空，采用上述方法仍可檢測鑒定話筒的性能優(yōu)劣。圖2.5 光控電路3，光控電路本課程設計的光控電路如圖2.5所示。光敏電阻的檢測方法：檢測光敏電阻時，將萬用表置于R×1k擋,兩表筆分別任意各接光敏電阻的一個引腳，然后分別進行暗阻、亮阻和靈敏性測試。檢測暗阻:用一黑紙片將光敏電阻的透光窗口遮住，此時萬用表的指針基本保持不動，阻值接近.此值越大說明光敏電阻性能越好。若此值很

25、小或接近為零,說明光敏電阻已燒穿損壞。檢測亮阻：將一光源對準光敏電阻的透光窗口,此時萬用表的指針應有較大幅度的擺動，阻值明顯減小.此值越小說明光敏電阻性能越好。若此值很大甚至為,表明光敏電阻內(nèi)部開路損壞。圖2.6 延時開關電路檢測靈敏性：將光敏電阻透光窗口對準入射光線,用小黑紙片在光敏電阻的透光窗上部晃動，使其間斷受光，此時萬用表指針應隨黑紙片的晃動而左右擺動.如果萬用表指針始終停在某一位置不隨紙片晃動而擺動，說明光敏電阻的光敏材料已損壞。4,延時開關電路開關延時電路如圖2.6所示，其核心部件為可控硅PCR406?？煽毓枋荘1N1P2N2四層三端結構元件,共有三個PN結，分析原理時，可以把它看

26、作由一個PNP管和一個NPN管所組成。 當陽極A加上正向電壓時，BG1和BG2管均處于放大狀態(tài)。此時,如果從控制極G輸入一個正向觸發(fā)信號，BG2便有基流Ib2流過，經(jīng)BG2放大，其集電極電流Ic2=2Ib2.因為BG2的集電極直接與BG1的基極相連，所以Ib1=Ic2。此時，電流Ic2再經(jīng)BG1放大，于是BG1的集電極電流Ic1=1Ib1=12Ib2。這個電流又流回到BG2的基極,表成正反饋，使Ib2不斷增大，如此正向饋循環(huán)的結果,兩個管子的電流劇增，可控硅使飽和導通。 由于BG1和BG2所構成的正反饋作用，所以一旦可控硅導通后,即使控制極G的電流消失了,可控硅仍然能夠維持導通狀態(tài)，由于觸發(fā)信

27、號只起觸發(fā)作用,沒有關斷功能，所以這種可控硅是不可關斷的。 圖2.7 單向可控硅等效圖圖2。8 單向可控硅原理圖由于可控硅只有導通和關斷兩種工作狀態(tài)，所以它具有開關特性,這種特性需要一定的條件才能轉化，如表2。1所示。表2。1 可控硅導通和關斷條件表 狀態(tài) 條件 說明 從關斷到導通 1、陽極電位高于陰極電位 2、控制極有足夠的正向電壓和電流 兩者缺一不可 維持導通 1、陽極電位高于陰極電位 2、陽極電流大于維持電流 兩者缺一不可 從導通到關斷 1、陽極電位低于陰極電位 2、陽極電流小于維持電流 任一條件即可 2。3聲光控延時開關參考設計聲光控延時開關的整體設計如圖2.9所示，該電路原理如下：

28、當有聲音信號時，駐極體話筒MIC將聲音信號接收后經(jīng)三極管放大,使得其信號的大小能夠觸發(fā)三極管.當有光照照在光敏電阻RGM上時，其阻值變小，對直流控制電壓衰減很大,導致三極管、三極管和二極管組成的電子開關截止。而1F電容中無電荷，使單向可控硅PCR處于截止狀態(tài)，燈泡不亮。結論1有聲音有光時,燈泡不亮。同理：當有聲音信號傳入而又無光照射在光敏電阻RGM 時,RGM阻值很大，對直流控制電壓衰減很小.三極管、三極管和二極管組成的電子開關導通，使1F電容充電。由于充滿電時間很迅速，電容充滿電荷后通過2M電阻把直流觸發(fā)電壓加到PCR控制端，PCR導通，燈泡點亮。當電容中電荷放至零時，PCR回復截止狀態(tài)，燈

29、熄滅.結論2有聲音無光時，燈泡亮。當燈泡點亮過程中有新的聲源出現(xiàn)時，電容會重新充電后重新放電，即重新計算點亮時間.如果需要改變燈亮時長，只需更改電容或者電阻的參數(shù)即可.圖2。9 聲光控延時開關電路參考設計2。4 仿真調(diào)試在利用PROTUES仿真時，要注意仿真與實際結合.在PROTEUS中需要注意光敏電阻參數(shù)的設置與實際光敏電阻的阻值一致，三極管9014，9015需要利用相應的三極管代替，電源采用220V的交流電.可控硅也需采用相應的元件代替.仿真要具有實際價值。因為PROTEUS中沒有駐極體話筒的仿真模型，可以采用單刀雙擲開關模擬.2。5 電路板焊接調(diào)試1，在進行電路板焊接之前，應先測試元器件

30、的性能.（1）、駐極體話筒的測試按實驗原理中介紹駐極體話筒的檢測方法，用萬用表測試駐極體話筒的電阻和靈敏度，并根據(jù)所測數(shù)據(jù),判斷駐極體話筒的的好壞。測量數(shù)據(jù)記入表2。2.（2）、光敏電阻的測試按實驗原理中介紹光敏電阻的檢測方法,用萬用表測試光敏電阻的暗阻、亮阻和靈敏度，并根據(jù)所測數(shù)據(jù),判斷光敏電阻的的好壞.測量數(shù)據(jù)記入表2。3.表2.2 駐極體話筒測試數(shù)據(jù)記錄 萬用表型號： R× 檔 單位： 紅筆接負極（芯線）紅筆接正極(屏蔽層)結 論電阻測量 靈敏度測量（向話筒吹氣時）表2。3 光敏電阻測試數(shù)據(jù)記錄 萬用表型號： R× 檔 單位: 暗 阻亮 阻靈敏度測量結 論注：測量暗阻

31、,以黑紙片將光敏電阻的透光窗口全部遮住時測量。亮阻則以自然光環(huán)境下測量。2，手工焊接后,進行調(diào)試實際調(diào)試；將焊好的電路板對照電路圖認真核對一遍，不要有錯焊、漏焊、短路等現(xiàn)象發(fā)生。通電后，人體不允許接觸電路板的任一部分，防止觸電，注意安全.如用萬用表檢測時.將萬需表兩表筆接觸電路板相應處即可。本電路調(diào)試時請先將光敏電阻的光擋住.將AB分別接在電燈的開關位上，用手輕拍駐極體.這時燈應亮，若用光照射光敏電阻，再用手重拍駐極體，這時燈不亮。說明光敏電阻完好，這時表示制作成功.若不成功請仔細檢查有無虛假錯焊和拖錫短路現(xiàn)象。 3，常見問題 晚上聲音小時聲光控制燈不亮，當聲音很大時燈才亮. 晚上聲光控制燈不

32、時的發(fā)光，這一般是聲信號輸入電路靈敏度太高所致。 白天有聲音時聲光控制燈便亮。 晚上有聲音也不亮。 白天晚上聲光控制燈長亮。 燈亮的延時時間不合適。若燈亮的延時時間縮短了或者嫌延時時間不夠。 請分析以上常見問題的原因，并在課程設計報告中反應出來.課程設計三：基于DS18B20與JHD12232D的溫度測控器設計3.1 設計任務書一、題目：基于DS18B20與JHD12232D的溫度測控器設計二、目的：運用單片機、傳感器課程等相關知識，根據(jù)題目要求進行控制電路原理設計、電路板設計與制作、控制軟件設計、系統(tǒng)調(diào)試，從而加深對本課程知識點的理解，使學生綜合應用知識能力、設計能力、調(diào)試能力及報告撰寫能力

33、等得到顯著提高.三、任務：利用STC89C51系列單片機、DS18B20數(shù)字溫度傳感器和JHD12232D液晶顯示器，設計溫度顯示器。該溫度顯示器具有如下功能：（1）自動顯示當前溫度。用JHD12232顯示器顯示當前實時測量的溫度，溫度顯示值保留到小數(shù)點后兩位。（2）設置溫度上下限報警功能.為實現(xiàn)該功能,系統(tǒng)可以設置4個功能鍵，即：S1復位鍵、S2 設置鍵、S3 數(shù)字加鍵、S4 數(shù)字減鍵.通過對數(shù)字加鍵或數(shù)字減鍵操作，可以對設定上限或下限溫度每次操作增加或減小0.5度；通過S2的操作次序確定當前的顯示和校正內(nèi)容,由S3和S4進行校正.S2可以有3種狀態(tài)，對應調(diào)整內(nèi)容見表3.1。表3。1 S2狀

34、態(tài)表S2的操作次序調(diào)整內(nèi)容0正常顯示溫度1上限調(diào)整2下限調(diào)整 （3）溫度上下限調(diào)整也可通過串行通信接口來實現(xiàn).（4）當前溫度可通過串行通信接口送給計算機（5）溫度超限報警。當溫度超過設定的上下限時,系統(tǒng)進行聲音報警和顯示報警. (6）可根據(jù)自己的想法設計本課題。（7）利用PROTEUS等軟件仿真，得出主要信號輸入輸出點的波形，根據(jù)仿真結果驗證設計功能的可行性、參數(shù)設計的合理性；給出系統(tǒng)整機電路圖（利用PROTEL軟件做出原理圖SCH文件和PCB文件）.（8）完成課程設計報告。四、方案設計共提出三種方案：方案一基于熱敏電阻的溫度計設計;方案二為基于SHT71的數(shù)字溫度計設計；方案三是基于DS18

35、B20的數(shù)字溫度計設計。1，方案一基于熱敏電阻的溫度計設計方案一主要由溫度傳感器、A/D轉換電路、單片機控制電路、數(shù)碼顯示電路組成。采用合肥三晶電子有限公司生產(chǎn)的SJMFE-347103F型熱敏電阻。采集的模擬溫度值輸入A/D轉換電路，A/D轉換采用LM331型U/f變換器來實現(xiàn)。U/f變換器把電壓信號轉換為頻率信號.由熱敏電阻的電阻溫度特性表可以求出每個溫度點所對應的UIN,再由公式FOUT=256*UIN計算出每個溫度點所對應的輸出頻率，進而由單片機處理顯示被測量的溫度值.溫度信號處理由于熱敏電阻是非線性的器件，所以溫度與頻率輸出成非線性，需要補償溫度。單片機利用查表法實現(xiàn)溫度補償.所謂查

36、表法是把事先計算或測量的數(shù)據(jù)按一定的順序排列成表格的形式，固化在單片機內(nèi).只要測量出LM331的頻率值,就可以通過查表法準確的得出環(huán)境的溫度值。再交由單片機驅動數(shù)碼管顯示溫度。這樣就實現(xiàn)了溫度的采集與顯示。2，方案二基于SHT71的數(shù)字溫度計設計方案二主要由數(shù)字溫度傳感器、單片機控制電路、數(shù)碼顯示電路組成。SHT71將溫度傳感器、信號放大調(diào)理、A/D轉換、I2C總線接口全部集成于一個芯片上.SHT11先利用傳感器產(chǎn)生溫度信號；經(jīng)放大送至A/D 轉換器進行模數(shù)轉換、校準和糾錯；由2線接口將信號送至微控制器;再利用微控制器完成相對濕度的非線性補償和溫度補償。SHT71測量過程包括4 個部分:啟動傳

37、輸、發(fā)送測量命令、等待測量完成和讀取測量數(shù)據(jù)。在啟動傳輸時序之后， 微控制器可以向SHT71 發(fā)送命令，SHT71則通過在數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡?個SCK時鐘周期下降沿之后，將DATA拉低來表示正確接收到命令,并第9個SCK時鐘周期的下降沿之后釋放DATA線(即恢復高電平）,SHT71則通過拉低DATA表示測量結束，并且把測量結果存儲在內(nèi)部的存儲器內(nèi)，然后自動進入空閑狀態(tài),等微控制器執(zhí)行完其他任務后再來讀取.測量數(shù)據(jù)讀取前，微控制器先重新啟動SCK，接著2字節(jié)的測量數(shù)據(jù)和1字節(jié)的CRC 校驗將由SHT71傳送給微控制器。2字節(jié)的測量數(shù)據(jù)是從高字節(jié)的高位開始傳送,并以CRC 校驗字節(jié)的確認為表示通信結束。

38、微控制器需要通過拉低DATA來確認接收的每個字節(jié)，若不使用CRC校驗位則微控制器可以在接收完測量數(shù)據(jù)的最低位后保持DATA為高電平來終止通信。單片機只需將讀取傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通過驅動數(shù)碼管顯示即可。本文為互聯(lián)網(wǎng)收集，請勿用作商業(yè)用途個人收集整理，勿做商業(yè)用途3，方案三基于DS18B20的數(shù)字溫度計設計方案三主要也由數(shù)字溫度傳感器、單片機控制電路、LCD顯示電路組成。DS18B20 測量溫度采用了特有的溫度測量技術.它是通過計數(shù)時鐘周期來實現(xiàn)的。低溫度系數(shù)振蕩器輸出的時鐘信號通過由高溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的門周期而被計數(shù)。計數(shù)器被預置在與 55 相對應的一個基權值。如果計數(shù)器在高溫度系數(shù)振蕩周期結束前計數(shù)

39、到零，表示測量的溫度值高于 55,被預置在 55 的溫度寄存器的值就增加1，然后重復這個過程,直到高溫度系數(shù)振蕩周期結為止這時溫度寄存器中的值就是被測溫度值,這個值以16 位形式存放在便箋式存貯器中，此溫度值可由主機通過發(fā)存貯器讀命令而讀出，讀取時低位在前,高位在后。斜率累加器用于補償溫度振蕩器的拋物線特性。讀出的二進制數(shù)可以直接轉換為十進制由單片機驅動LCD顯示輸出.請同學分析以上三種方案,進行方案論證,選擇一種方案，滿足設計要求。五、參考進度1.查閱并自學相關傳感器資料1天。至少要查到溫度傳感器的原理、特點及典型應用方法.2.查閱/自學芯片DS18B20,STC89C51，JHD12232

40、D的使用方法-7天。至少要查閱DS18B20的工作原理和使用方法。JHD12232D的顯示原理和使用方法。(學會使用字模軟件)3.溫度測控去的電路圖設計1天。4.計算機仿真-14天（包括PROTEUS和PROTEL）。5。制作調(diào)試 2天。6.撰寫設計報告4天。平時一定要注意搜集/記錄資料，設計計算、實測數(shù)據(jù)不可缺少。3。2 設計提示一、準備:1按任務書要求查閱傳感器資料.2重點學習DS18B20和JHD12232D的內(nèi)部結構原理,考慮如何用PROTEUS仿真。3溫度傳感器和單片機結合起來。二、溫度測控器的設計思想系統(tǒng)的整體設計方案如圖3. 所示。本系統(tǒng)采用DS18B20檢測溫度，通過四個按鍵設

41、置系統(tǒng)的報警溫度以及復位，JHD12232D顯示提示消息和溫度值，蜂鳴器報警。系統(tǒng)通電后,液晶顯示器依次顯示:“歡迎使用該系統(tǒng)”，“先設置最高溫度"，“請按下設置鍵"。等待用戶第一次按下設置鍵，通過“增加”“減小”按鍵設置系統(tǒng)報警最高溫度，同時在液晶顯示器上顯示：“最高溫度為XX”，“完成請按設置鍵”.等待用戶第二次按下設置鍵，液晶顯示器顯示：“現(xiàn)設置最低溫度",用戶此時通過“增加”“減小"按鍵設置最低溫度，在液晶顯示器上顯示：“最低溫度為XX",“完成請按設置鍵”。等待用戶設置好最低溫度，第三次按下設置鍵后，液晶屏幕上顯示：“設置已完成”，“

42、當前溫度為XX”。當溫度低于最低溫度值或者高于最高溫度值，報警器報警，單片機控制其它執(zhí)行機構采取相應措施，同時在液晶顯示器上提示“溫度過低”，或者“溫度過高”.STC89C51RCDS18B20溫度檢測四個按鍵JHD12232D液晶顯示報警器控制模塊圖3.1 溫度測控器整體設計思想1溫度檢測模塊DS18B20是美國DALLAS公司推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)溫度傳感器相比，它能直接讀出被測溫度值.它的測量范圍為55125,可編程設置-12位的A/D轉換精度，對應的溫度分辨率分別為0。5、0。25、0.125、0.0625.在轉換精度為12位時，轉換時間小于等于750ms。當DS182

43、0上電后，對其進行初始化，發(fā)送溫度轉換命令“44H”,然后芯片就可讀溫度,讀出的溫度存儲在位寄存器H和L中，如圖3.2所示.圖3。2溫度寄存器格式當H的高五位為時，溫度值大于零，實際溫度值為：其中，T為16位二進制變量.（ ）10表示把二進制數(shù)字轉化為十進制.當H的高五位為時，溫度值小于零，實際溫度值為：例如測得,經(jīng)過式（2)，計算實際溫度過程為：單片機控制DS18B20完成溫度轉換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位；復位成功后發(fā)送一條ROM指令；最后發(fā)送RAM操作指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作.單片機把溫度寄存器的值讀出來，經(jīng)過公式（1)、（2)的運算

44、,就得到當前溫度是實際值.2液晶顯示模塊JHD12232D是由JHD公司生產(chǎn)的一種小型液晶顯示器，不僅可以顯示字符，漢字，數(shù)字,還可以顯示圖形,具有滾屏功能，價格便宜，性能穩(wěn)定。JHD12232D液晶顯示器為122×32點陣,內(nèi)部由SED1520驅動,可以顯示2行16×16點陣的漢字，或者顯示行8×16點陣的ASCAL碼，或者顯示行大小為8×8的字符。由于一個SED1520只能驅動61×32列點陣，故需要左右兩塊SED1520，分別驅動列地址0-60(主控），61121（從控），共122列。同時，JHD12232D共32行，分為頁：Page，P

45、age，Page，Page3。由列地址和頁地址就可確定字符顯示的位置，如表3.2所示。JHD12232D本身不帶字庫，需要自定義字庫，每頁上的每列有個點陣，按照從下到上的順序構成，由此可以設計JHD12232D的字庫。為方便獲得各種字庫,可以采用字庫生成軟件，比如字模軟件Zimo21，只需輸入所需要的漢字、字符或圖片，就可得到相應的字庫。表3。2JHD12232D位置表頁地址列地址字符位置Page0060第一頁左邊Page061121第一頁右邊Page1060第二頁左邊Page161121第二頁右邊Page2060第三頁左邊Page261121第三頁右邊Page3060第四頁左邊Page361

46、121第四頁右邊JHD12232D顯示原理：首先由字模軟件生成字庫，把JHD12232D初始化，按照頁碼從Page0到Page3，列地址從到121的順序顯示字庫.一個16×16的漢字，需要Page0,Page1(或者Page2，Page3）兩頁,Page0（或者Page2）顯示漢字上半部分,Page1(或者Page3）顯示漢字下半部分.或者一幅122×32的圖片，分為頁顯示，每頁顯示圖片的1/4。3單片機控制模塊系統(tǒng)用STC89C51RC單片機作為主控制芯片。該芯片是宏晶科技推出的新一代超強抗干擾、高速、低功耗單片機。其指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機，工作頻率范圍為04

47、0MHz,相當于8051的0-80MHz,內(nèi)部有K程序空間,片上集成1280字節(jié)RAM。系統(tǒng)集成看門狗技術，用戶程序用ISP/IAP機制寫入，一邊寫一邊校驗，無讀出命令，徹底無法解密.與傳統(tǒng)的51單片機相比，該芯片價格便宜，性能穩(wěn)定，同時完全能夠滿足溫度檢測與控制的要求，既提高了穩(wěn)定性，安全性，也降低了成本。4 按鍵模塊系統(tǒng)中共用了四個按鍵，其中一個作系統(tǒng)復位用,另三個按鍵為功能按鍵，設置報警溫度的最高值和最低值，直接接在單片機的I/O口上。這四個按鍵的具體功能如表3.3所示。表3。3按鍵功能表按鍵功能按鍵單片機系統(tǒng)復位按鍵設置報警最高、最低溫度的開關（按一次設置最高溫度,按兩次設置最低溫度)

48、按鍵溫度增加按鍵溫度減少5 報警和控制模塊當檢測溫度超過設定溫度值時，單片機控制控制系統(tǒng)就采取相應的操作。比如在智能家居中,當溫度高于設定值時，單片機控制空調(diào)的制冷系統(tǒng)開始工作；當溫度低于設定值時，控制空調(diào)的制熱系統(tǒng)工作.在恒溫水龍頭系統(tǒng)中,單片機可控制冷水和熱水的混合比例,使水達到恒溫3。同時，報警器發(fā)出報警信號。當檢測到的溫度在設定值范圍內(nèi)時，報警器停止報警，控制系統(tǒng)也不采取相應措施.3。3溫度測控器參考設計1、硬件設計系統(tǒng)整體硬件電路包括,傳感器數(shù)據(jù)采集電路,溫度顯示電路，上下限報警調(diào)整電路，單片機主板電路等，如圖3。3所示.圖3。3中有四個獨立式按鍵可以分別調(diào)整溫度計的上下限報警設置,

49、圖中蜂鳴器可以在被測溫度不在上下限范圍內(nèi)時，發(fā)出報警鳴叫聲音，同時LCD將沒有被測溫度值顯示,這時可以調(diào)整報警上下限，從而測出被測的溫度值。圖3。3 中的按健復位電路是上電復位加手動復位，使用比較方便，在程序跑飛時，可以手動復位，這樣就不用在重起單片機電源，就可以實現(xiàn)復位.2、軟件設計 整個軟件系統(tǒng)采用模塊化設計，主要包括DS18B20溫度檢測和處理，JHD12232D顯示，報警溫度上下限設置，報警及智能控制等。其中DS18B20溫度檢測和處理包括：DS18B20初始化子程序,DS18B20讀字節(jié)子程序，DS18B20寫字節(jié)子程序，DS18B20讀溫度子程序，DS18B20溫度轉化子程序。JH

50、D12232D顯示主要包括： JHD12232D主控發(fā)送命令子程序,JHD12232D主控發(fā)送數(shù)據(jù)子程序，JHD12232D從控發(fā)送命令子程序,JHD12232D從控發(fā)送數(shù)據(jù)子程序，JHD12232D初始化子程序，JHD12232D列地址設置子程序，JHD12232D頁地址設置子程序，JHD12232D靜態(tài)顯示子程序,JHD12232D動態(tài)顯示子程序。報警溫度上下限設置包括：報警溫度設置提示子程序,鍵盤掃描子程序，報警溫度上限調(diào)整子程序，報警溫度下限調(diào)整子程序，報警溫度動態(tài)顯示子程序。報警及智能控制包括：溫度對比子程序,報警子程序等。系統(tǒng)主程序流程圖如圖3.4所示。圖3.3 溫度測控器硬件參考

51、電路3。4 仿真調(diào)試調(diào)試方法：寫好一段程序后不能急于上機調(diào)試，而是先進行邏輯分析、可行性分析。用KeilVision 4軟件進行調(diào)試，不能出現(xiàn)錯誤，警告可以有,只要不影響生成HEX文件即可。理解其實現(xiàn)的功能，預想程序應該出現(xiàn)的結果。先進行軟件仿真，出現(xiàn)錯誤馬上修改,不斷進行。先一個模塊一個模塊的仿真，準確后再連線總體仿真。仿真完后出現(xiàn)預期的效果后再下載程序到硬件進行驗證,往往還有問題，還得反復修改，編譯,調(diào)試，下載，驗證?？梢砸粋€模塊一個模塊的下載調(diào)試這樣就可以知道問題的所在。采用Proteus和Keil結合仿真的可以大大簡化軟、硬件電路的設計過程。KeilVision 4是Keil公司關于8

52、051系列MCU的開發(fā)工具，可以用來編譯C源碼、匯編源程序、連接和重定位目標文件和庫文件、創(chuàng)建HEX文件、調(diào)試目標程序等，是一種集成化的文件管理編譯環(huán)境。它集成了文件編輯處理、編譯連接、項目管理、窗口、工具引用和軟件仿真調(diào)試等多種功能，是相當強大的開發(fā)工具。實驗中我們采用KeilVision 4來對我們編寫的程序進行編譯、鏈接和生成HEX文件。在下載程序出錯時進行必要的調(diào)試，再下載驗證。同時采用Proteus和Keil結合仿真的方法對設計的單片機測溫系統(tǒng)進行了虛擬仿真和性能檢測,得到了比較好的仿真結果和分析結果。結果證明采用Proteus和Keil結合仿真的可以大大簡化硬件電路的設計過程，可以

53、降低單片機系統(tǒng)的開發(fā)成本、提高效率和開發(fā)速度，具有很好的實際應用和指導意義。軟件仿真的優(yōu)勢在于，可以設置斷點、單步運行等，這在用實物調(diào)試是不能實現(xiàn)的，通過軟件仿真，可以知道程序哪兒出錯了，便于及時改正。若直接下載在芯片中用實物調(diào)試，只能知道程序錯了，只能去盲目查找程序的錯誤之處.在程序的編寫之中難免會出現(xiàn)一些無法錯誤，用KeilVision 2編譯會得到及時的提示，方便立即修改，大大縮短了設計的時間,提高設計效率。在設計初期，我們通過軟件仿真發(fā)現(xiàn)了很多錯誤，比如語法錯誤,亂碼,字符閃爍問題，后來這些問題都一一克服,語法錯誤一樣是缺少括號，亂碼是由于共陰、共陽譯碼的錯誤，還有就是由于人眼的“滯留

54、”問題，必須要位選，在進行譯碼。字符閃爍一般是由于延時過短等問題。這些問題都是通過軟件調(diào)試找出來的，從而說明軟件調(diào)試的必要性。3。5 電路板硬件調(diào)試Proteus是英國Labeenter electronics公司研發(fā)的EDA工具軟件。Proteus不僅是模擬電路、數(shù)字電路、模/數(shù)混合電路的設計與仿真平臺，更是目前世界最先進、最完整的多種型號微控制器系統(tǒng)的設計與仿真平臺。它真正實現(xiàn)了在計算機上完成從原理圖設計、電路分析與仿真、單片機代碼級調(diào)試與仿真、系統(tǒng)測試與功能驗證到形成PCB的完整電子設計與研發(fā)過程.Proteus產(chǎn)品系列也包含了革命性的VSM技術，可以對基于微控制器的設計連同所有的外圍電

55、子器件一起仿真。由于我們的設計外圍電路比較簡單實現(xiàn)的功能葉不是很復雜,所以在Proteus仿真時我們是將主程序直接下載到芯片中仿真，主要是驗證是否采集到溫度還有溫度是否顯示正確。仿真可以在實物沒有出來前進行先期的驗證。最后加上我們的擴展功能一起仿真調(diào)試.需要說明的是仿真正確不代表最后的下載程序不會出錯,我們在下載程序的時候也遇到一點小問題。在實物做出來之前，我們采用Proteus仿真調(diào)試，通過將軟件編譯通過的程序下載到畫好的仿真圖中，這樣便于檢查軟、硬件設計的不足。但是Proteus仿真也存在不足的情況，仿真模擬的是理想的環(huán)境,不會差生誤差但是實際的測試會出現(xiàn)一定的誤差。通過硬件仿真可以查找出硬件設計的不足。附錄：課程設計報告要求一、原則 設計報告文字務求精練,一般為10頁左右。報告一律用WORD五號字體打印。你必須在有限的篇幅下，選你認為最關鍵,最有心得,最能體現(xiàn)你的水平的東西來寫，不要寫成流水帳，也不能寫得過于空洞。每只表的設計報告，一般應包括：1、系統(tǒng)方案討論：每個設計應最少提供二種方案，加以分析、選擇。2、傳感器及單元電路（IC）原理簡述：應盡量簡單扼要，過多或關鍵不清均要扣分