单片机温度控制系统(编辑修改稿)

单片机温度控制系统(编辑修改稿)内容摘要：

在负载电源上电或继电器切换时，加大继电器输出端的瞬变电压峰值，增大 SSR 误导通的可能性，所以，对具体应用电路应先进行试验，选用合适的 RC参数，甚至有时不用 RC吸收电路更有利。 对于容性负载引起的浪涌电流可用感性元件抑制，如在电路中引入磁干扰滤波器、扼流 13 圈等，以限制快速上升的峰值电流。 另外，如果输出端电流上升变化率 (di/dt)很大，可以在输出端串联一个具有高磁导率的软化磁芯的电感器加以限制。 (a) (b) 图 (2)多功能控制电路 图 为多组输出电路，当输入为“ 0”时，三极管 BG 截止， SSR SSRSSR3 的输入端无输入电压，各自的输出端断开；当输入为“ 1”时，三极管 BG导通， SSR SSR SSR3 的输入端有输入电压，各自的输出端接通，因而达到了由一个输入端口控制多个输出端“通”、“断”的目的。 图 为单刀双掷控制电路，当输入 为“ 0”时，三极管 BG 截止， SSR1输入端无输入电压，输出端断开，此时 A点电压加到 SSR2 的输入端上 (UAUDW 应使 SSR2 输出端可靠接通 )， SSR2 的输出端接通；当输入为“ 1”时，三极管 BG导通， SSR1 输入端有输入电压，输出端接通，此时 A点虽有电压，但 UAUDW 的电压值已不能使 SSR2 的输出端接通而处于断开状态，因而达到了“单刀双掷控制电路”的功能 (注意：选择稳压二极管 DW的稳压值时，应保证在导通的 SSR1“ +”端的电压不会使 SSR2 导通，同时又要兼顾到 SSR1 截止时期“ +”端的电压能使 SSR2 导通 )。 14 5 系统硬件设计 温度采集电路 数据采集电路如图 所示 , 由温度传感器 DS18B20 采集被控对象的实时温度 ,提供给 AT89S52的。 在本次设计中我们所控的对象为所处室温。 当然作为改进我们可以把传感器与电路板分离，由数据线相连进行通讯，便于测量多种对 象。 图 2051与温度传感器 DS18B20的连接图 15 数码管温度显示电路 数码管的分类 数码管 是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。 数码管按段数分 为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个 “8” 可分为 1 位、 2位、 4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。 共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极 (COM)的数码管。 共阳数码管在应用时应将公共极 COM 接到 +5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。 当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。 共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极 (COM)的数码管。 共阴数码管在应 用时应将公共极 COM 接到地线 GND 上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。 当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。 数码管的驱动方式 ① 静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。 静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的 I/O 端口进行驱动，或者使用如 BCD 码二 十进制译码器译码进行驱动。 静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用 I/O 端口多，如驱动 5 个数码管静态显示则需要 58 ＝ 40 根 I/O 端口来驱动，要知道一个 89S51 单片机可用的 I/O 端口才 32 个呢：），实 际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。 ② 动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的 8个显示笔划 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极 COM 增加位选通控制电路，位选通由各自独立的 I/O 线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通 COM 端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的 数码管就不会亮。 通过分时轮流控制各个数码管的的 COM 端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。 在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为 1～ 2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O 端口，而且功耗更低。 恒流驱动与非恒流驱动对数码管的影响 16 显示效果： 由于发光二极管基本上属于电流敏感器件，其正向压降的分散性很大， 并且还与温度有关，为了保证数码管具有良好的亮度均匀度，就需要使其具有恒定的工作电流，且不能受温度及其它因素的影响。 另外，当温度变化时驱动芯片还要能够自动调节输出电流 的大小以实现色差平衡温度补偿。 安全性： 即使是短时间的电流过载也可能对发光管造成永久性的损坏，采用恒流驱动电路后可防止 由于电流故障所引起的数码管的大面积损坏。 另外，我们所采用的超大规模集成电路还具有级联延时开关特性，可防止反向尖峰电压对发光二极管的损害。 超大规模集成电路还具有热保护功能，当任何一片的温度超过一定值时可自动关断， 并且可在控制室内看到故障显示。 图 数码管显示电路 17 单片机接口电路 P0 口的上拉电阻原理 当 TTL 电路驱动 COMS 电路时，如果 TTL 电路输出的高电平低于 COMS 电路的最低高电平（一般为 ） 这时就需要在 TTL 的输出端接上拉电阻，以提高输出高电平的值。 OC 门电路必须加上拉电阻，才能使用。 为加大输出引脚的驱动能力，有的单片机管脚上也常使用上拉电阻。 在 COMS 芯片上，为了防止静电造成损坏，不用的管脚不能悬空，一般接上拉电阻产生降低输入阻抗，提供泄荷通路。 芯片的管脚加上拉电阻来提高输出电平，从而提高芯片输入信号的噪声容限增强抗干扰能力。 提高总线的抗电磁干扰能力。 管脚悬空就比较容易接受外界的电磁干扰。 长线传输中电阻不匹配容易引起反射波干扰，加上下拉电阻是电阻匹配，有效的抑制反射波干扰。 上拉电阻阻值的选择原则包括 : 从节约功耗及芯片的灌电流能力考虑应当足够大；电阻大，电流小。 从确保足够的驱动电流考虑应当足够小；电阻小，电流大。 对于高速电路，过大的上拉电阻可能边沿变平缓。 综合考虑以上三点 ,通常在 1k 到 10k 之间选取。 对下拉电阻也有类似道理 对上拉电阻和下拉电阻的选择应结合开关管特性和下级电路的输入特性进行设定，主要需要考虑以下几个因素： 1． 驱动能力与功耗的平衡。 以上拉电阻为例，一般地说，上拉电阻越小，驱动能力越强，但功耗越大，设计是应注意两者之间的均衡。 2． 下级电路的驱动需求。 同样以上拉电阻为例，当输出高电平时，开关管断开，上拉电阻应适当选择以能够向下级电路提供足够的电流。 3． 高低电平的设定。 不同电路 的高低电平的门槛电平会有不同，电阻应适当设定以确保能输出正确的电平。 以上拉电阻为例，当输出低电平时，开关管导通，上拉电阻和开关管导通电阻分压值应确保在零电平门槛之下。 4． 频率特性。 以上拉电阻为例，上拉电阻和开关管漏源级之间的电容和下级电路之间的输入电容会形成 RC 延迟，电阻越大，延迟越大。 上拉电阻的设定应考虑电路在这方面的需求。 下拉电阻的设定的原则和上拉电阻是一样的。 OC 门输出高电平时是一个高阻态，其上拉电流要由上拉电阻来提供，设输入端每端口不 18 大于 100uA,设输出口驱动电流约 500uA，标准工作电压是 5V，输入口的高低电平门限为 (低于此值为低电平 )； 2V(高电平门限值 )。 选上拉电阻时： 500uA x = 即选大于 时输出端能下拉至 以下，此为最小阻值，再小就拉不下来了。 如果输出口驱动电流较大，则阻值可减小，保证下拉时能低于 即可。 当输出高电平时，忽略管子的漏电流，两输入口需 200uA， 200uA x15K=3V 即上拉电阻压降为 3V，输出口可达到 2V，此阻值为最大阻值，再大就拉不到 2V 了。 选 10K 可用。 COMS 门的可参考 74HC 系列设计时管子的漏电流不可忽略， IO 口实 际电流在不同电平下也是不同的，上述仅仅是原理，一句话概括为：输出高电平时要喂饱后面的输入口，输出低电平不要把输出口喂撑了（否则多余的电流喂给了级联的输入口，高于低电平门限值就不可靠了） 上拉电阻的选择 我们在此设计中原则的是用 P0 口来驱动数码管的显示 ,所以我们所通过上述原理。 如果是驱动 led，那么用 1K 左右的就行了。 如果希望亮度大一些，电阻可减小，最小不要小于 200 欧姆，否则电流太大；如果希望亮度小一些，电阻可增大，增加到多少，主要看亮度情况，以亮度合适为准，一般来说超过 3K 以上时，亮度就很弱 了，但是对于超高亮度的 LED，有时候电阻为 10K时觉得亮度还能够用。 通常就用 1k 的。 其具体的连接电路图如图 所示： 19 图 单片机电源及下载线电路 7805 是我们最常用到的稳压芯片了，他的使用方便，用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源 ,他的输出电压恰好为 5v，刚好是 51 系列单片机运行所需的电压，介绍一下他的 3个引脚以及用它来构成的稳压电路的资料。 其中 1接整流器输出的 +电压， 2 为公共地 (也就是负极 )， 3 就是我们需要的正 5V 输出电压了。 图 7085引脚图 20 图 7085电源原理图 本次用的下载线电路是以一块 74LS373 芯片为主的电路。 原理图如图。 该电路在原理图上只有一个下载口的体现，只要把下载线接到下载口就可以把程序下载到单片机中了。 图 温度控制电路 温度控制分为高、低温控制。 设计所要达到的效果就是，我们给单片机设置一个固定的温度范围，当温度传感器测量的温度高于我们设置的最高数值时，这时单片机指令控制 口产生一个高电平信号送给固态继电器 ，是继电器的产开开关闭合，使开关打开通电。 控制一个降温装置的开启（本设计中考虑到成本和技术问题，采用电风扇进行降温控制）。 相反，当温度传感器测量的温度低于设置的最低数值的时候，这时单片机又控制 口产生一个高电平送给继电器，使开关打开从而控制升问装置进行加热（本系统采用电热丝进行加热）。 通过一个升温和一个降温装置，就能实现温度的调节。 只要通过程序，将我们所要达到的温度控制在一个恒温状态下。 控制电路的原理图如 所示 ,继电器的正极接电源电压 ,负极接三极管的集电极 ,之所以采用三极管 ,就是继电器一般是需要 驱动电压的。 而单片机的管脚不能提供最后高的电压，这样就会导致即使单片机送出了高电平也无法将继电器 21 开关打开。 当接上三极管后就能将输入信号的发送到继电器当中，驱动开关使温度调节器改变温度。 图 继电器的选择上，我们选择 北京科通继电器总厂生产的 GX10F 继电器为例，列出输入、输出参数，详见表 ，根据输入电压参数值大小，可确定工作电压大小。 如采用 TTL 或 CMOS 等逻辑电平控制时，最好采用有足够带载能力的低电平驱动，并尽可能使“ 0”电平低于 V。 如在噪声很强的环境下工作，不能选用通、断 电压值相差小的产品，必需选用通、断电压值相差大的产品， (如选接通电压为 8 V 或 12 V 的产品 )这样不会因噪声干扰而造成控制失灵。 我们在这选择 12V 的继电器作为我们使用的器件。 使用的具体元件参数如下表 22 表 型 号 SSR1DDP 输入参数 控制方式 332DC 输入电流 大于 5mA 工作指示 / 通断时间 ≤ 10ms 可靠关断电压 小于 VDC 输出参数 输出电压 直流 5110VDC 有高的 200VDC 300VDC 额定工作 电流 . 通态压降 ≤ 最小导通电流 50mA 断态漏电流 小于 10mA 性能参数 介质耐压 2500VAC， 1 分钟 绝缘电压 ≥2500V 绝缘电阻 ≥100MΩ 工作温度 — 35～ 75 ℃ 电源频率 50/60HZ 散热条件 / 负载电流安全系数 阻性。