三極管水溫控制系統(tǒng)(共23頁)

1、江西理工大學(xué)電氣041班高志軍電子系統(tǒng)綜合創(chuàng)新實踐課程大作業(yè)報告PAGE 6電子系統(tǒng)綜合創(chuàng)新(chungxn)實踐課程大作業(yè)報告題目(tm)：數(shù)字(shz)溫度計的設(shè)計姓 名： 陳科 學(xué) 院： 電氣與信息工程學(xué)院 專業(yè)班級： 測控1301 學(xué) 號： 2013443351 指導(dǎo)老師： 翟 淵 成 績： 科技學(xué)院二零一五年十二月摘 要根據(jù)大二課程設(shè)計的項目(xingm)要求，設(shè)計了一個基于ARM的溫度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)以EasyArm2103Pack板為核心，利用三極管的溫度特性，獲得水溫溫度，并根據(jù)通過預(yù)先設(shè)定的溫度來啟動繼電器加熱加熱電阻，該系統(tǒng)通過數(shù)碼顯示板顯示出當(dāng)前的溫度狀態(tài)，并可將這個(z

2、h ge)狀態(tài)發(fā)送到電腦上顯示。關(guān)鍵詞：熱敏電阻(r mn din z)，三極管測溫度，液晶屏顯示，繼電器驅(qū)動ABSTRACKAccording to the Subject designed requirement for sophomore，the design of temperature ARM-based control system,which is at the core of EasyArm2103Pack, could get the current water temperature in the tank by the triode temperature feature

3、 , operator could set the temperature in advance to decide start-up the relay or not based on the current temperature.The datas collected could be showed on the digital screen to tell the operator the current wetar statements .Key words : Thermistor,RT,thermistor ，Triode temperature feature display

4、，Relay dirver heating resistor電子系統(tǒng)綜合創(chuàng)新實踐課程大作業(yè)報告目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc17516 第1章 設(shè)計(shj)任務(wù)及要求 PAGEREF _Toc17516 5 HYPERLINK l _Toc611 第2章 溫度(wnd)系統(tǒng)總體方案設(shè)計 PAGEREF _Toc611 6 HYPERLINK l _Toc9837 2.1 溫度系統(tǒng)(xtng)概述 PAGEREF _Toc9837 6 HYPERLINK l _Toc5298 2.1.1 溫度傳感器控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc5298 6 HYP

5、ERLINK l _Toc7724 2.1.2 熱敏電阻測溫度 PAGEREF _Toc7724 7 HYPERLINK l _Toc6801 2.1.3 三極管測溫度 PAGEREF _Toc6801 7 HYPERLINK l _Toc22999 2.2 系統(tǒng)設(shè)計方案的分析與確定 PAGEREF _Toc22999 7 HYPERLINK l _Toc16848 2.3 系統(tǒng)總體設(shè)計思想 PAGEREF _Toc16848 8 HYPERLINK l _Toc3828 2.4 系統(tǒng)的硬件功能設(shè)計 PAGEREF _Toc3828 8 HYPERLINK l _Toc29963 2.5 系統(tǒng)

6、的軟件功能設(shè)計 PAGEREF _Toc29963 9 HYPERLINK l _Toc1073 第3章 溫度系統(tǒng)及其硬件實現(xiàn) PAGEREF _Toc1073 10 HYPERLINK l _Toc21678 3.1 三極管溫度測量 PAGEREF _Toc21678 10 HYPERLINK l _Toc25304 3.2 繼電器驅(qū)動電路 PAGEREF _Toc25304 10 HYPERLINK l _Toc3368 3.3 LED的驅(qū)動技術(shù) PAGEREF _Toc3368 11 HYPERLINK l _Toc21698 3.4 系統(tǒng)復(fù)位電路 PAGEREF _Toc21698 1

7、1 HYPERLINK l _Toc7044 第4章 溫度系統(tǒng)軟件實現(xiàn) PAGEREF _Toc7044 13 HYPERLINK l _Toc23293 4.1 系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc23293 13 HYPERLINK l _Toc23559 4.2 AD轉(zhuǎn)換算法設(shè)計 PAGEREF _Toc23559 13 HYPERLINK l _Toc27263 4.3 定時器的使用 PAGEREF _Toc27263 14 HYPERLINK l _Toc23171 第5章 試驗與結(jié)果分析 PAGEREF _Toc23171 15 HYPERLINK l _Toc1952 5.

8、1 硬件電路制作與調(diào)試 PAGEREF _Toc1952 15 HYPERLINK l _Toc23167 5.1.1 電路制作 PAGEREF _Toc23167 15 HYPERLINK l _Toc7726 5.1.2 電路焊接與調(diào)試 PAGEREF _Toc7726 15 HYPERLINK l _Toc32104 5.2 軟件程序編程與調(diào)試 PAGEREF _Toc32104 16 HYPERLINK l _Toc857 階段性總結(jié) PAGEREF _Toc857 17 HYPERLINK l _Toc24409 參考文獻 PAGEREF _Toc24409 18電子系統(tǒng)綜合創(chuàng)新實踐

9、課程大作業(yè)報告PAGE 27設(shè)計(shj)任務(wù)及要求一、任務(wù)(rn wu)要求設(shè)計一個數(shù)字溫度計。具體(jt)要求如下：自制穩(wěn)壓電源被測溫度范圍0200直接用3*1/2數(shù)字電壓表顯示溫度值，可直接讀出01999。也可以4位數(shù)碼管顯示溫度值方案設(shè)計溫度是非電量模擬信號，數(shù)字顯示溫度就必須將這一非電信號轉(zhuǎn)換成電量（電壓或電流），然后將模擬電信號經(jīng)ADC轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，最后經(jīng)翻譯顯示器顯示溫度值。數(shù)字溫度計框圖溫度傳感元件較多，如熱敏電阻，熱電偶，溫敏二極管，溫敏三極管等。比如溫敏三極管在溫度發(fā)生變化時be結(jié)的溫度系數(shù)為-2mV/，利用這個特性可以測出環(huán)境溫度的變化。但由于在0時文敏三極管be結(jié)存在

10、的電壓Vbe不等于零，因此需要設(shè)計一個調(diào)零電路，使文敏三極管在0時的輸出為零，使顯示器的讀數(shù)也為零。當(dāng)環(huán)境溫度上升到100時一般只需要調(diào)好0和滿度，輸出讀數(shù)和溫度就能對應(yīng)。溫度系統(tǒng)(xtng)總體方案設(shè)計溫度(wnd)系統(tǒng)概述溫度是日常生活中較為常見的自動控制系統(tǒng)，通過對這個系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，可以感性的認(rèn)識并了解到自動控制的基本思路以及(yj)原理，從外部溫度信號的輸入，到對該信號的分析與處理，再到溫度，都很好的體現(xiàn)了自動控制的反饋與處理之間的關(guān)系。從學(xué)習(xí)實驗的角度，目前較為常見的溫度控制有以溫度傳感器為核心的控制系統(tǒng)，以三極管測溫度為核心的系統(tǒng)，以及以熱敏電阻為核心的系統(tǒng)。溫度傳感器控制系統(tǒng)

11、 圖2-1 DS18B20溫度傳感器電路圖利用溫度傳感器可以直接獲得當(dāng)前的溫度狀況并通過單片機進行處理，并將其顯示到液晶屏上熱敏電阻(r mn din z)測溫度利用熱敏電阻，當(dāng)周圍溫度上升，阻值下降的原理，找到溫度與其兩端電壓的關(guān)系，再經(jīng)過(jnggu)運算放大器進行放大之后，找出關(guān)系，并轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)顯示。三極管測溫度(wnd)圖2-3是三極管測溫度電路由于三極管的PN結(jié)的溫度特性，其be兩端電壓可以由于外界溫度變化而改變,所以可以利用這個特性轉(zhuǎn)換出電壓與溫度之間的關(guān)系從而獲得需要測量的溫度值系統(tǒng)設(shè)計方案的分析與確定通過比較上面三組設(shè)計方案，再結(jié)合自身能力以及條件，決定以方案三的設(shè)計思路來進行

12、這次課程設(shè)計。方案一與方案二都是較為成熟的設(shè)計思路，不利于初學(xué)者快速上手，而方案三是從最基礎(chǔ)的方法來測定溫度，有利于為下學(xué)期的模擬電子電路的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。由此可以確定方案三為本次設(shè)計的基本設(shè)計思路執(zhí)行器受控對象傳感器系統(tǒng)(xtng)總體設(shè)計思想根據(jù)系統(tǒng)(xtng)設(shè)計方案，整個系統(tǒng)設(shè)計由三極管測溫電路，繼電器驅(qū)動電路，89C51板核心處理(chl)，鍵盤板顯示電路，熱電阻加熱電路幾部分共同組成。三級管測溫電路是信號量的獲得電路，是這個設(shè)計的信號獲得的基礎(chǔ)，設(shè)計所需的溫度測量都由其來實現(xiàn)。因為三極管的溫度特性，可以獲得其兩端電壓與溫度的關(guān)系，在根據(jù)這個關(guān)系來得到所測得的溫度，再進一步的轉(zhuǎn)換之后就

13、可以得到所需的溫度值。89C51板是數(shù)據(jù)處理與利用的核心，從測溫電路所得到的周圍溫度在獲得之后，并不可以直接進行利用，而是需要進一步的處理之后才可以。根據(jù)ARM的A/D轉(zhuǎn)換，可以電壓變化這個模擬量轉(zhuǎn)為數(shù)字量，并發(fā)送到鍵盤顯示板上進行顯示，方便對后續(xù)工作的的進行。同時，可以根據(jù)獲得的溫度信號來控制加熱電路。繼電器電路是用于啟動加熱電阻，由ARM版的根據(jù)當(dāng)前溫度來決定啟動與否顯示版是顯示通過測溫電路所獲得的溫度在經(jīng)過轉(zhuǎn)換之后可以顯示出來，熱電阻加熱電路是由一個加熱電阻構(gòu)成并由繼電器電路在進行驅(qū)動。系統(tǒng)的硬件功能設(shè)計系統(tǒng)主要組成部分及功能如下：（1）CPU核心 : （2）溫度測量： 三極管測溫電路（

14、3） 溫度顯示： 液晶顯示板（5） 計算機： 作為系統(tǒng)的上位機，主要是完成顯示由ARM版UART轉(zhuǎn)換后顯示的測量值。計算機三極管測溫電路液晶顯示板制單片機圖2-6 系統(tǒng)總體(zngt)結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)(xtng)的軟件功能設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計需要，根據(jù)硬件(yn jin)電路可以設(shè)計出基于51單片機的程序進行對信號的采集以及處理。一是通過測量電路而獲得的電壓變化，再根據(jù)這些電壓的值進行AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字量發(fā)送到數(shù)碼管上顯示出來。溫度系統(tǒng)及其硬件(yn jin)實現(xiàn)三極管溫度(wnd)測量根據(jù)這次設(shè)計是根據(jù)三極管PN結(jié)的特性來實行的，其有如下幾個(j )特征（1）對放大倍數(shù)的影響： 三極管的隨溫度的升高將

15、增大，溫度每上升l，值約增大0.51，其結(jié)果是在相同的IB情況下，集電極電流IC隨溫度上升而增大。 （2）對反向飽和電流ICEO的影響： ICEO是由少數(shù)載流子漂移運動形成的，它與環(huán)境溫度關(guān)系很大，ICEO隨溫度上升會急劇增加。溫度上升10，ICEO將增加一倍。由于硅管的ICEO很小，所以，溫度對硅管ICEO的影響不大。 二極管的正向特性一樣，溫度上升1，ube將下降22.5mV。利用這個特性可以實現(xiàn)對外部溫度的測量 繼電器驅(qū)動電路繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)

16、”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。 LCD的驅(qū)動(q dn)技術(shù)為了(wi le)保證LED能夠獲得較高的使用效率(xio l)，首先需要一定的應(yīng)用條件，其次需要采用相適應(yīng)的驅(qū)動電路來滿足ED工作參數(shù)的要求。驅(qū)動電路是一種專為LED供電的特種電源，要有簡單的電路結(jié)構(gòu)、較小的體積，以及較高的轉(zhuǎn)化率。驅(qū)動電路的輸出電參數(shù)要與驅(qū)動的LCD技術(shù)參數(shù)相匹配，滿足LCD的要求，并具有較高精度的恒流控制，合適的限壓功能。驅(qū)動電路工作時，對其他路的正常工作干擾少，滿足相關(guān)的電磁兼容性要求。目前市場上LCD都是采用直流驅(qū)動，因此需在市電與LED之間加一個電源適配器，即LCD驅(qū)動器。但是由于各

17、種規(guī)格不同的LED驅(qū)動電源的性能和轉(zhuǎn)換效率不同，所以選擇合適的，高效的LED驅(qū)動器，才能展現(xiàn)出LCD光源高效能的特性。由于這次我為大家介紹的是LCD背光模組設(shè)計因此在這里我給大家展示一種在液晶顯示器中常用的LCD驅(qū)動器：30A大電流快速調(diào)節(jié)、同步型、高亮度LCD驅(qū)動器MAX16821A/B/C 系統(tǒng)復(fù)位電路復(fù)位是單片機的初始化操作，只要給RESET引腳加上2個機器周期以上的高電平信號，即可使單片機復(fù)位。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)程序運行出錯或是操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為了擺脫死鎖狀態(tài)，也需要按復(fù)位鍵重新復(fù)位。在系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)上述的兩項功能，常用的按鍵電平復(fù)位電路。 如圖2.6圖2

18、.6按鍵電平復(fù)位電路(dinl)從圖中可以看出，當(dāng)系統(tǒng)得到工作電壓的時候，復(fù)位電路工作在上電自動復(fù)位狀態(tài)，通過(tnggu)外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)，只要Vcc的上升時間不超過1ms就可以實現(xiàn)(shxin)自動上電復(fù)位功能。在本系統(tǒng)中，采用10uF的電容和10k的電阻來實現(xiàn)復(fù)位電路。當(dāng)系統(tǒng)出錯時，直接按開關(guān)實現(xiàn)模擬系統(tǒng)上電復(fù)位的功能，從而實現(xiàn)系統(tǒng)重新復(fù)位啟動。3.5時鐘電路時鐘電路是用于產(chǎn)生單片機工作時所必需的時鐘信號。時鐘是單片機的心臟，單片機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準(zhǔn)的，有條不紊地一拍一拍地工作。鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在本系統(tǒng)

19、中采用內(nèi)部時鐘方式的電路，如圖2.7所示：圖2.7內(nèi)部時鐘方式電路圖電路中的電容C1、C2典型值為3010pF。外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但是電容的大小會影響振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。同時，在系統(tǒng)采用11.0592MHz的晶體振蕩器來產(chǎn)生時鐘脈沖。一方面，可以滿足系統(tǒng)在設(shè)計時的機器周期的需要；另一方在進行串行口通訊的時候能夠提供精準(zhǔn)的通訊波特率MCS-5內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器和作為反饋元件的外部晶振一起構(gòu)成一個自激振蕩器。溫度(wnd)系統(tǒng)軟件實現(xiàn)系統(tǒng)軟件總體(zngt)結(jié)構(gòu)鍵 盤掃 描數(shù) 碼管

20、顯示程序結(jié)構(gòu)AD采樣獲取當(dāng)前值圖4-1 系統(tǒng)軟件(x tn run jin)總體框圖 AD轉(zhuǎn)換算法設(shè)計根據(jù)上一小節(jié)的硬件實現(xiàn)分析，軟件實現(xiàn)最關(guān)鍵的地方就是：在獲得測溫電路的三極管溫度變化后，如何顯示出來，就需要使用到對模擬信號的對數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。需要利用PACK板上的AD轉(zhuǎn)換功能A/D 轉(zhuǎn)換器的基本時鐘由VPB 時鐘提供，可編程分頻器可將時鐘調(diào)整至4.5MHz （逐步 逼近轉(zhuǎn)換的最大時鐘），10 位精度要求的轉(zhuǎn)換需要 11 個A/D 轉(zhuǎn)換時鐘。特性 10 位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器； 測量范圍：03.3V； 10 位轉(zhuǎn)換時間2.44us； 一路或多路輸入的Burst 轉(zhuǎn)換模式； 轉(zhuǎn)換觸發(fā)信號可選擇

21、：輸入(shr)引腳的跳變或定時器的匹配； 具有(jyu)掉電模式。 使用3.3v 作為基準(zhǔn)(jzhn)參考電壓源，則LPC2103 的A/D 轉(zhuǎn)換器的最小分辨率LSB LSB = (VREF/ 210)= 3300/ 1024=3.22mv; 即在一次轉(zhuǎn)換中，A/D 轉(zhuǎn)換器能夠區(qū)分的最小電壓為3.22mv。 定時器的使用定時器 0 和定時器 1，這兩個定時器除了外設(shè)基地址 不同外，其它都相同。定時器/計數(shù)器對外設(shè)時鐘（PCLK ）或外部提供的時鐘周期進行計數(shù)，可選擇產(chǎn)生中斷或根據(jù)4 個匹配寄存器的設(shè)定，在到達指定的定時值時執(zhí)行其它動作。它還 包括4 個捕獲輸入，用于在輸入信號發(fā)生跳變時捕獲定

22、時器值，并可選擇產(chǎn)生中斷。 本程序使用定時器0，通過匹配值的設(shè)定來控制中斷時間。匹配周試驗(shyn)與結(jié)果分析 硬件電路(dinl)制作與調(diào)試 電路(dinl)制作原理圖設(shè)計原理圖設(shè)計可按下面過程來完成(1)設(shè)計圖紙大小(2)設(shè)置Protel Dxp/Schematic設(shè)計環(huán)境(3)旋轉(zhuǎn)元器件(4)原理圖布線(5)調(diào)整線路(6)報表輸出(7)文件保存及打印輸出電路焊接與調(diào)試電路焊接焊接時插完一個元器件就相應(yīng)焊接到電路板。一般步驟如下：(1)制板(2)插橫插、直插小件(3)插大、中等尺寸的元器件(4)插IC電路(dinl)調(diào)試(1)查元器件有無(yu w)錯插、漏插 (2)查線路(xinl)有

23、無斷路、短路 (3)查電路中各測試點直流電壓及電流是否符合設(shè)計要求，你可參考資料介紹或根據(jù)原理分析各點工作狀態(tài)所需電壓電流 (4)上電檢測是否正常 軟件程序編程與調(diào)試調(diào)試器硬件仿真和軟件仿真能夠裝載映像文件到目標(biāo)內(nèi)存，具有單步、全速和斷點等調(diào)試功能，可以觀察變量、寄存器和內(nèi)存的數(shù)據(jù)等等。這樣程序運行到此處時，就可以使用單步執(zhí)行程序的方法，通過變量的變化情況逐一觀察每一條指令的執(zhí)行情況和執(zhí)行后的結(jié)果。階段性總結(jié)(zngji)這次的項目驅(qū)動收獲頗多，對三極管的特性，AD轉(zhuǎn)換，運放器，繼電器進行了深入(shnr)的了解，對于三極管測溫電路，根據(jù)三極管溫度線性關(guān)系，當(dāng)溫度上升1度，電壓下降2毫伏，再通

24、過運放器以一定得到倍數(shù)放大，通過AD轉(zhuǎn)換將溫度變化顯示到數(shù)碼管上，測出溫度的變化，利用電壓變化驅(qū)動繼電器開動加熱電路用來升溫，當(dāng)溫度達到要求，關(guān)閉加熱電路，開始降溫，通過控制是溫度控制在0到80度，達到自由控制溫度(wnd)的目的。在項目中也遇到了不少困難和問題：開始在測溫電路得焊接過程，由于電阻的選擇不當(dāng)至使電路無法測溫，電壓無變化，不過通過模擬電路后將電阻經(jīng)過篩選確定阻值，最終電路焊接成功，能夠穩(wěn)定的感應(yīng)溫度的變化，經(jīng)歷了多次失敗后的成功讓我們高興萬分。其次，在繼電器驅(qū)動電路中，由于繼電器型號不對，導(dǎo)致焊接電路多次出錯，用電表捕不到電壓，讓我們十分焦急，但我們沒有放棄，經(jīng)過多次失敗總結(jié)的經(jīng)

25、驗，繼電器驅(qū)動加熱電路也最終完成了。最后，我們的總體感覺是團隊意識濃厚 ，團隊之間分工合作，共同探討解決難題，最終一同享受作品完成的喜悅，讓人有無限熱情和興趣投入到項目驅(qū)動當(dāng)中去。參考文獻1 新編(xn bin)計算機基礎(chǔ)教程，周立功主編，北京航空航天大學(xué)出版社2 TMS320X281xDSP原理及C程序開發(fā)，蘇奎峰，呂強，常天慶(tin qn)，鄧志東編著，北京航空航天大學(xué)出版社附錄(fl)#include reg52.h#include #include #include #include table.h#include DS18B20.h#define uchar unsigned ch

26、ar#define uint unsigned int#define PCF8591 0 x90 /PCF8591 地址(dzh)#define THCO 0 x4c /11.0592MHZ晶振#define TLCO 0 x00 /定時(dn sh)50ms時間常數(shù)值unsigned char Data_Buffer4=1,2,3,4;unsigned int D4=0,0,0,0;sbit key3= P32;int AD_CHANNEL=0;unsigned int m;unsigned char code116;unsigned char code216;int n1,n2; bit flag=0;void delayms(uint xms)uchar i,j;for(i=xms;i0;i-)for(j=110;j0;j-);void keyscan() if(key3=0) delayms(5);if(key3=0)AD_CHANNEL=3; void LCD_display() DispZimu(1,0,n1,code1); DispZimu(2,0,n2,code2)