计算机控制楼宇自动化论文

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字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符。 三端稳压器 7805 线性集成稳压器分固定式输出、可调式输出两种类型，又以三端固定或可调式集成稳压器的应用范围 为最广。 主要用途： 适用于各种电源稳压电路。 主要特点： 输出稳定性好、使用方便、输出过流、过热自动保护。 封装形式： TO220 图 7805封装 13 4 火灾报警系统的硬件电路设计 电源部分电路 要能成为独立的单片机系统，首先就要拥有能够提供系统正常工作的抗干扰直流稳压电源。 即要求设计的电源电路能够直接将 220V 交流电转变为 5V 直流电，其中包含了变压器、整流桥、 7805 三端稳压块，极性电容和一般电容。 220V 的交流电通过变压器降低其电压，再经过整流桥进行整流，然后，通过由一个极性电容 C4 和一个一般电容 C5 组成的滤波电路，用于滤去整流 输出电压中的纹波。 桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。 滤波电路有两种形式：一是电容滤波电路，一是电感滤波电路。 因为电抗元件在电路中有储能的作用，并联的电容器 C 在电源供给的电压升高时，能把部分能量储存起来，而当电源电压降低时，就能把能量释放出来，使负载电压比较平滑，即电容C 具有平波的作用。 与负载串联的电感 L，当电源供给的电流增加时，它把能量存储起来，而当电流减小时，又的能量释放出来， 使负载电流比较平滑，即电感 L 也有平波的作用。 但是电容滤波电路多用于小功率电源中，电感滤波电路则多用于较大功率电源中。 所以在这个设计中我们要选用的是电容滤波电路。 之后，通过三端集成稳压器来调节输出电压，使其输出的电压有可靠的精度和稳定性。 其中电路中接入电容C7 来实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激振荡和抑制电路引入的高频干扰， C6是电解电容，用于减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰信号。 我们采用的是三端集成稳压器的典型电路接法，这样我们就可以得到一个相对不受外界干扰的5V 直流电源。 给这个系统带来更好的工 作环境。 经过这个整体的设计思路 ,可以得到具体的电路图如图 所示。 图 电源部分电路图 14 采集部分电路 本系统的数据采集部分电路由两个部分组成。 一部分是可燃气体浓度采集电路，其中包括气体浓度的数据采集及处理工作和 A/D 转换电路。 前面的工作主要由可燃性气体传感器及传感器调理电路来完成，后面的 A/D 转换则由 ADC0809 和单片机组成的电路来完成，用来实现环境中可燃性气体浓度的监测。 另一部分则是温度获取电路，该部分电路由数字温度传感器及其附属电路和 CPU 来组成，用来检测环境中的温度。 可燃性气体浓度采集电路 （一）传感器调理电路的设计 涉及到空气中可燃气体浓度数据的采集，一般都需要选择好相应的传感器。 根据本系统设计的背景、要求及目的，我们选择的可燃性气体传感器的型号是 MQK1，该传感器对瓦斯、煤气、天然气的主要成分比较敏感。 由于可燃性气体传感器采集到的气体浓度信号比较微弱，所以还要经过传感器调理电路的处理。 调理电路主要由集成运算放大器和一些电阻构成。 由此可的其框图如图 所示。 图 传感器调理电路原理框图 根据实际情况，我们可以得到该部分电路的原理图如图 所示。 图 传感器调理电路原理图 可燃气体传感器 MQK1 电压 跟随 电路 差分 比较 电路 比较 输出 限幅 电路 脉宽 调整 电路 Vi VO1 VO2 VO3 VO 15 （二） A/D 转换电路的设计 ADC0809 型芯片有 8 路模拟量输入通道，我们这只用到一路模拟量输入通道，即启用 IN7。 为了选中这一路，我们把 ADDA、 ADDB、 ADDC 三个引脚全都置为高电平，即与 5 伏的电源相连。 再根据芯片特性，把没用到的其他 7 路模拟量输入通道都接地。 芯片工作所需时钟引脚 CLK 与单片机的地址锁存端口引脚 ALE 直接连接。 根据主控芯片 AT89C52 的 P1 口特性，我们将其与 ADC0809 芯片的 8 路数 字量输出端相连。 最常用的控制方式有两种：查询方式和中断方式。 这两种方法各有各的优点，查询方式的编程简单，而中断方式的单片机工作效力高，所以我们这里采用中断方式控制，用到的是外部中断 0，电路连接是 EOC 引脚通过非门与 INT0 脚相接。 再根据P2 口特性，我们取 脚作为选中 ADC0809 芯片的地址管脚 [8]。 因此我们可以得到A/D 转换电路图如图 所示： 图 A/D 转换电路图 温度采集电路 由上述对 DS18B20的详细介绍大家可以总结出 DS18B20具有测温系统简单、测温精度高、连接 方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以 下几方面的问题。 (1)较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于 DS18B20与微处理器间采用串行数据传送，因此，在对 DS18B20进行读写编程时，必须严格地保证读写时序， 16 否则将无法读取测温结果。 (2)在 DS18B20的有关资料中均未提及单总线上所挂 DS18B20数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个。 在实际应用中并非如此， 当单总线上所挂 DS18B20超过 8个时，就需解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。 (3)连接 DS18B20的总线电缆是有长度限制的。 试验中，当采用普通信号电缆传输长度超过 50m时，读取的测温数据将发生错误。 当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通信距离可达 150m，当采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时，正常通信距离进一步加长。 这种情况主要是由总线分布电容使信号波形产生畸变造成的。 因此，在用 DS18B20进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。 (4)在 DS18B20测温程序设计中，向 DS18B20发出温度转换命令后，程序总要等待DS18B20的返回信号，一旦某个 DS18B20接触不好或断线，当程序读该 DS18B20时，将没有返回信号，程序进入循环。 这一点在进行 DS18B20硬件连接和软件设计时也要给予一定的重视。 由以上对 DS18B20 的介绍可知， DS18B20 的供电方式有两种：一种是寄生电源供电；另一种是外部电源供电。 从分析中可以看出 DS18B20 这两种供电方式都各有其优点，但从另一方面来看 寄生电源方式需要强上拉电路，软件控制则变得复杂 (特别是在完成温度转换和拷贝数据到 EEPROM 时 )，同时芯片的性能也有所降低。 因此，出于减轻软件负担和条件允许的情况 (在不影响工作性能 的前提 )，我们本次课题就温度数据采集这部分电路的设计采用外部电源供电方式。 由此设计出温度采集电路图如图 所示。 图 温度采集电路图 液晶显示部分电路 为了满足系统显示的需要，我们采用液晶显示模块来实现显示功能。 LCD 本身不发光，是通过借助外界光线照射液晶材料而实现显示的被动显示器 17 件，因此功耗很低，只要求液晶周围有足够的光强。 必要时，可选用背光源来保证LCD 显示信息。 在此系统的设计中，为了降低功耗，我们不采用背光源，因此液晶显示模块的 1 16 两管脚不用，即悬空。 根据主控 芯片 AT89C52 的 P0 口特性， P0口可作为一般的数据输入输出口。 在此，我们把 P0 口作为数据的输入输出口，并直接与液晶显示模块 GDM0801A 的 DB0—DB7 相连来传输数据。 液晶模块的使能端与 管脚连接， 读写信号线 R/W 和 相连， 寄存器选择 端 RS 和单片机的 连接，而 液晶显示器对比度调整端 VO 悬空。 由此可知显示部分电路的原理框图如图 所示，电路图如图 所示。 图 显示部分电路的原理框图 图 显示部分电路的电路图 18 控制部分电路 复位电路 计算机在 启动运行时都需要复位，使中央处理器 CPU 和系统中的其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。 MCS51 单片机有一个复位引脚RST，它是史密特触发输入，只要 RST 保持高电平， MCS51 保持复位状态， AT89C52此时的 P P P3 口都输出高电平。 当 RST 变为低电平后，退出复位， CPU 从初始状态开始工作。 我们使用的是 CMOS 型的 51 单片机，要使 RST 在上电的时候得到一个高电平，需要在 RST 复位端接一个电容至电源和一个电阻接地，就能实现上电自动复位。 系统插上电源时就能够进行自动复位， RST 端出现一段时间的高电平，器件复位。 根据以上的设计思路可以设计出上电自动复位电路如图 所示。 图 复位部分电路图 时钟电路 时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。 MSC51 单片机允许的时钟频率是因型号而异的，典型值为 12MHz。 CMOS 型单片机内部有一个带反馈的线性反相放大器， XTAL XTAL2 分别为反相放大器输入和输出端， 外接定时反馈元件以后就组成振荡器，产生时钟送至单片机内部的各个部件。 在单片机的外部接一个晶振而后电容就组成了振荡器，加电以后延迟一段时间（约 10ms）振荡器起振产生时钟，不受软件控制。 振荡器产生的时钟频率主要是由晶振参数来确定。 外接的两个电容的作用有两个：一是使振荡器起振，二是对振荡器的频率 f 起微调作用（电容大， f 变小），其典型值为 30PF。 因为我们这次使用的单片机是 AT89C52，所以我们就采用了这个典型的时钟电路，其晶振值和电容值采用的都是典型值。 则时钟电路的电路图如图 所示。 19 图 时钟 电路的电路图 控制执行电路 根据课题要求和系统需要，即当监测到环境中可燃性气体浓度超标时 ,系统要能启动外部设备将可燃性气体排出 ,以降低气体浓度的要求。 在这里 ,我们选择了以交流220V 为额定 工作电压的排气扇作为外部设备。 为了能根据 要求控制排气扇的启停 ，我们选择继电器作为单片机控制 排气扇 启停的中间桥梁。 通过单片机控制继电器的吸合与断开，来实现 排气扇的 启动和停止。 我们所用到的元器件有：两个电阻、 一个光耦 、一个三极管 、一个二极管和一个继电器。 我们把单片机 P2 口的第三管脚，即 直接与光耦的 1 引脚 相连， 4 脚串连一个电阻和 5 伏的电源连接。 3 引脚直接接 5 伏电源， 2 引脚通过电阻与三极管的基极 b 相连。 三极管的发射极 e 接地，集电极 c 接继电器线圈的一端，线圈的另一端与 5 伏的电源相连，再在继电器线圈的两端反相并联一个二极管。 则所得电路原理图如图 所示。 由图可见 ，当给 管脚置为低电平时，光耦导通，从而三极管也导通，继电器吸合接通排气扇的工作电路。 图 控制执行电路图 20 报警电路 根据课题要求和系统需要，我们的系统中要有一个报警电路，考虑到成本问题，我们一开始就决定要设计一个比 较简单的报警电路，首先我们必须要有一个报警器，在这里我们选择了常用的蜂鸣器，要使这个蜂鸣器进行工作，直接接电源是不能发出报警的。 那么就需要 加一个电流放大器 件，我们使用了 NPN 三极管 8050 与电源连接来 对电流进行放大。 在这部分设计中，用 AT89C52 的 P2 口来与报警电路进行相连，P2 口作为输出口，该位的输出引脚由内部的拉高电路拉成高电平。 选择的是 P2 口中的 引脚与报警电路进行连接，当系统运行到需要报警时， 口由内部软件设计将得到一个高电平，如果直接与蜂鸣器相连， 由于电流过小， 将不能驱动蜂鸣器进行报 警，如果直接与 8050 相连接，单片机直接给出的电源将超过其正常工作的电压范围。 所以我们在中间再串联一个电阻， 进行限流， 就能够达到预计的要求。 故报警电路将由一个电阻，一个三极管和一个蜂鸣器 组成。 可以看到这个电路相当简单，并且也能够实现其基本功能。 根据以上的设计思路设计出的报警部分电路图如图 所示。 图 报警部分电路图 火灾报警器的电路图 根据引言部分的火灾报警器的方框图，和本章种介绍的各部分的电路图，可以连接成火灾报警器的电路图（见附录 B）。 21 5 系统主要程序的设计 主程序 首先，在主程序书写开始之前，先要完成变量的定义以及显示器引脚定义，本系统软件的基本定义如下： 温度检测的变量定义 TEMP EQU 30H ；温度值存放中间单元定义 TEMP1 EQU 40H ；温度值高字节存储单元定义 TEMP2 EQU 41H ；温度值低字节存储单元定义 显示器引脚定义。