基于单片机的消毒衣机控制器设计(毕设论文

基于单片机的消毒衣机控制器设计(毕设论文内容摘要：

梅雨季节时候，降雨较多，空气容易潮湿，衣物得不到充足的光照就很容易生霉发臭。 如果设计那么一款智能干衣柜，能够不断监测衣柜内空气的湿度，当空气湿度超过一定 值时，干衣柜就能自行启动定时干燥杀菌操作，定时时间到了以后控制器就能切断供电电源，停止干燥杀菌操作。 控制器有一个温度传感器，对加热器工作时的空气温度进行监控，当柜内温度过高时，控制器及时切断加热器电源，避免因加热温度过高对衣物造成损坏。 另外，控制器还具有定时加热杀菌功能，定时每天早上 6:00 固定加热杀菌数分钟。 这样就能保证每天上班之前，都能穿上比较干燥的衣服了。 这样一款高度智能化、人性化的干衣柜控制器，必定赢得那些经常出差、工作忙碌的上班族的青睐。 单片机具有结构小巧、功耗低，成本低，控制功能强、易于产品化 等特点，能方便地组装成各种智能式控制设备和仪器，做到机、电、仪一体化，而且它面向控制，能够针对性地解决从简单到复杂的各种控制问题，可以获得最佳的性价比。 它抗干扰能力强，适应温度范围宽，在各种恶劣坏境下都能可靠工作。 因而使得单片机在工业、民用、军工等领域得到广泛的应用。 为此，采用性价比较高的 51 单片机作为主控芯片，设计了这款具有自动化、智能化的消毒衣柜控制器。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 2 页 共 37 页 1 设计任务及要求 设计任务： 设计了一种基于单片机的消毒衣柜的控制器。 该设计以单片机为核心 ， 由 按键电路、控制电路、 显示电路与报警 电路等组成其外围 电路。 通过 测量环境的温湿度， 加热烘干，紫外灯照射， 实现对消毒衣柜的控制。 设计要求： （ 1） .完成定时功能，显示功能，按键设置功能等相关单元电路设计。 （ 2） .设计加热与 温度检测元件及 相关电路 （ 3） .单片机对传感器信号的采集，以及控制电路。 （ 4） .温度 检测范围 0～ 100℃ ， 测量值误差177。 1℃。 （ 5） .通过按键设置紫外灯照射时间并对其控制。 2 方案论证 与器件选择 系统框图 根据题目设计要求，拟定 的 系统框图如图 所示 ： 图 系统框图 系统 以单片机为主控芯片 ，硬件电路 由 按键电路、受控 电路、 传感器电路、显示电路与报警 电路等组成。 单片机 通过温度传感器、湿度传感器采集外部环境 空气 的温 度和湿度 数据 ，当 环境 温 度或者 湿度超过一定 数 值后，单片机给继电器 电路 发出控制命令，控制加热器和紫外灯的工作状态 ， 启动或者关闭 消毒衣柜加热干燥、杀菌功能。 LCD 显示 电路 、语音报警电路 负责 向用户传达系统的当前状态信息。 按键电路可以进行人机通信，实现自动手动一体化。 单片机 继电器 紫外灯照射 PTC 加热 温度传感器 按键控制 语音报警 LCD 显示 湿度传感器 继电器 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 3 页 共 37 页 器件 的方案 选择 单片计算机外接一些功能器件，如时钟电路、复位电路、片外 ROM/EPROM，就能构成一个最小系统。 用 AT89S52 单片机构成最小系统，只需外接时钟电路和复位电路即可。 而且 AT89S52 功耗低、性价比高、内设 8K 可编程 Flash 存储器 ，内置 3 个定时 /计数器，完全符合本次设计要求，可 以选择 AT89S52 作为本次 设计的单片机控制器。 传统的显示器件可以选择 8 段数码管或者是液晶显示器。 用 数码 管作显示电路有着显示醒目， 价格低廉的 优点 ，但是它 显示的对比度较差、 显示内容单一，一只数码管只能显示一个字母或者数字，而且数码管耗电量比液晶要多，如果显示内容较多，就得用到许多数码管 ，而且单片机要显示多个数码管还必须外接驱动电路，加大了电路的复杂性。 液晶显示屏具有轻薄短小，耗电量低，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强和显示形式灵活等优点。 本设计需要显示的内容有：温度、湿度、定时时间和实时时间。 显示内容较多，所以选用 LCD1602 作为显示器件较为合理。 方案一：用模拟 集成 温度传感器 AD590 采集外部温度。 AD590 是电流输出型两端温度传感器，流经器件的电流（ mA）等于器件所处环境的热力学温度系数，温度每增加 1℃，输出电流就会增加 1uA。 它的测温范围在 55℃～ +150℃之间，在测温范围内非线性误差为 177。 ，精度较高。 这种方案程序简单，外围电路需要经过电压放大、 ADC 电压采集以及温度补偿等电路，而且使用 ADC 以后占用了较多的单片机 IO 口。 方案二：用数据温度传感器 DS18B20。 DS18B20 是 单总线通讯数字型温度传感器，器件只有 3 个引脚（即 VDD、 GND、 DQ），工作时只需占用一个 单片机 IO 口，传感元件及转换电路集成在一只形如 三极管的集成电路内 ，外围电路简单无需外部器件。 电路测温范围在 55℃～ +125℃之间，精度为 177。 ℃。 这种方案测量结果不用经过任何处理，直接可以得到温度值。 不足之处是，软件编程相对复杂。 以上两种方案均符合本次设计对温度测量的要求。 鉴于 AD590 需要用到 ADC 采集，占用了较多的单片机 IO 口，单片机还得另外扩展 IO 口才能与其他模块进行通讯。 而且AD590 是模拟型器件，外接元件较多了，引入的误差也多了。 DS18B20 虽然编程工作量较多，但它体积小，占用单片机 IO 口 少，可以合理优化资源。 对于单个器件的编程，DS18B20 程序还是比较简单的，所以本设计采用方案二。 方案一：采用 HS1100/HS1101 湿度传感器。 HS1100/HS1101 是电容式传感器，在电路中等效于一个可变电容，它的电容量随着所在环境空气湿度的增大而增大。 相对湿度在 1%～ 100%范围内，电容值从 160pF 变化到 200pF，误差在 177。 2%RH 以内，响应时间小于 5S，温度系数为 ℃，精度较高。 适用于线性电压输出与线性频率输出两种桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 4 页 共 37 页 电路，无需校准，可互换性、可靠性、稳定性都很高。 方案二：采用湿度传感器 HIH3610。 HIH3610 属于线性输出式集成湿度传感器，输出电压范围在 +～ + 之间，供电电压为 +4V～ +，采用 5V 供电时，电源电流仅为 200uF。 另外， HIH3610 测量的湿度值还与环境温度相关，当环境温度变化时需要进行温度补偿。 它的稳定性好、低漂移，反应时间 15S。 由于空气湿度的不稳定性、传感器响应慢等原因，使得空气湿度测量难度很大；如果采用 HIH3610 测量空气湿度，同样需要进行 A/D 转换 ,增加了电路的复杂度，而且它反应较慢。 HS1100 最大优 势就是无需校准，可以进行线性电压和线性频率输出，如果元件选择得当，电路设计合理就可以得到很好的测湿效果。 综合以上考虑，采用方案一。 方案一： 使用 WT588D 系列语音播放芯片。 本次设计的语音电路，只需要用到语音播放功能，置于录音功能可以忽略。 所以优先考虑只带有语音播放功能的语音芯片，既能符合设计要求又能节约成本。 WT588D 系列是语音播放芯片，支持多种控制模式，特别是 一线串口控制模式、三线串口控制模式 占用很少单片机 IO 口，接线方便。 但是， WT588D 没有 片内存储器，需要外扩存储器件；它的工作电压 在 ，单片机需要经过电平转换才能控制 WT588D 工作；而且 WT588D 语音程序的烧录比较麻烦，需要使用 配套软件 WT588D voiceChip，通用性不好。 方案二：用 ISD1700 系列语音录放芯片。 ISD1700 系列语音芯片同时具备录音、放音功能，可以多段录放音，内置 FLASH 存储器，可以掉电存储，语音数据不经过如何压缩，所以音质较好。 供电范围在 之间，单片机不用经过电平转换就能直接控制。 ISD1700系列芯片可以工作一独立按键模式和 SPI控制模式，支持话筒输入和模拟信号输 入，采用模拟信号输入时，用电脑语音播放软件的语音效果比人工录制的效果更标准。 录音操作简单，无需外扩存储器，不必电平转换，与单片机通讯只占用 4 个 IO 口，方案二显然比方案一容易实现语音播放功能。 所以设计采用方案二。 加热器件选用恒温 加热 PTC 热敏电阻， 其原理是 PTC 热敏电阻加电后自然升温使阻值进入跃变区，该温度只与 PTC 热敏电阻的居里温度和外加电压有关，与环境温度基本无关。 PTC 加热器具有恒温发热、无明火、热转换率高、受电源电压影响小、自然寿命长等传统发热元件无法比拟的优势。 PTC 加热器按传导方式 可以分为：以热传导为主的 PTC 陶瓷加热器、以所形成的热风进行对流式传导的 PTC 陶瓷热风器、红外线辐射加热器。 参照市场干衣柜产品，本设计所选用的是恒温 PTC 陶瓷热风器，其工作电压为 220V/AC，居里温度 250℃，发热功率 600W。 正常工作后，加热器铝波纹表面温度在 100150℃左右，加热空气温度可以达到 6070℃左右。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 5 页 共 37 页 3 主要器件的介绍 DS18B20 数字温度传感器介绍 的性能特征 独特的单线接口方式， DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 DS18B20 的双 向通讯。 测温范围 在 － 55℃ ～ +125℃ 之间 ，固有测温分辨率 ℃。 支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，最多只能并联 8 个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。 工作电源 :3～ 5V/DC，在寄生电源方式下可由数据线供电。 在使用中不需要任何外围元件 ，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。 测量结果以 9～ 12 位数字量方式串行 传送。 不锈钢保护管直径 Φ6 ， 适用于 DN15～ 25, DN40～ DN250 各种介质工业管道和狭小空间设备测温。 PVC 电缆直接出线或德式球型接线盒出线 ,便于与其它电器设备连接。 的外形和内部结构 DS18B20 数字温度传感器有两种封装， PR35 封装结构和 SOSI 封装结构，每一种封装的有效管脚都只有 3 个，其外形封装如图 所示： 管脚说明： GND接地； DQ数据 I/O 端口，对于单线操作，漏极开路。 当工作在寄生电源模式时， DQ 用来提供电源。 中央微处理器和 DS18B20 之间仅通过此线进行通信。 VDD可选电源电压，工作在寄生电源模式时， VDD 必须接地； NC无连接。 图 封装 图 DS18B20 内部结构主要由四部分组成： 64 位光刻 ROM 、温度传感器、 非易性 温度报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器。 光刻 ROM 中的 64 位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该 DS18B20 的地址序列码。 ROM 的作用是使每一个 DS18B20 都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接 多个 DS18B20 的目的。 DS18B20 中的温度传感器可完成对温度的测量，以 12 位转化为例：用 16 位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以 ℃ /LSB 形式表达，其中 S 为符号位。 表 温度寄存器存储单元 bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 LS Byte bit7 bit6 bit5 bit4 bit3 bit2 bit1 bit0 MS Byte 只要将测到的数值乘于 即可得到实际温度；如果温度小于 0，后 5 位为 1，测到的数值需要取反加 1 再乘于 即可得到实际温度。 配置寄存器用来设置 9～ 1223 22 21 20 21 22 23 24 S S S S S 26 25 24 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 6 页 共 37 页 位分辨率。 的指令 ROM。