[精品論文]單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)論文機(jī)電控制論文

畢業(yè)設(shè)計課程定做 QQ1714879127單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)論文機(jī)電控制論文基于單片機(jī)遠(yuǎn)程I2C溫度控制系統(tǒng)摘要:采用P89LPC922單片機(jī)為主控MCU,使用模擬I2C方式,利用遠(yuǎn)程控制芯片P82B96實現(xiàn)了基于I2C的遠(yuǎn)程I/O擴(kuò)展,同時該系統(tǒng)采用LM75A采集終端溫度并在前端顯示,前端通過控制PCA9554的I/O口來實現(xiàn)對終端溫度的控制。溫度過高則控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)動來降溫,溫度過低則控制加熱設(shè)備加熱。 關(guān)鍵詞:單片機(jī);P82B96;I2C;遠(yuǎn)程溫度控制 遠(yuǎn)程溫度控制技術(shù)是為了使人們可以在遠(yuǎn)離設(shè)備的地方及時了解設(shè)備的溫度狀況并對溫度進(jìn)行控制的一種技術(shù)。在工業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的某些領(lǐng)域中,由于現(xiàn)場的特殊環(huán)境,不能即時在現(xiàn)場控制溫度,因此,遠(yuǎn)程溫度控制技術(shù)的研究十分必要。 1系統(tǒng)硬件設(shè)計 整個系統(tǒng)分為主機(jī)和從機(jī)兩個部分,從機(jī)部分由溫度傳感器LM75A、I/O擴(kuò)展芯片PCA9554和遠(yuǎn)程控制芯片P82B96組成;主機(jī)部分由單片機(jī)P89LPC922、遠(yuǎn)程控制芯片P82B96、數(shù)碼顯示系統(tǒng)和報警系統(tǒng)組成。溫度傳感器LM75A檢測現(xiàn)場溫度,信號通過P82B96傳送到主機(jī),如果檢測到的溫度過高(過低)就反饋到主機(jī)進(jìn)行報警,并通過數(shù)碼管顯示檢測到的溫度,并給從機(jī)發(fā)出控制信號,驅(qū)動風(fēng)扇降溫(升溫)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示: 1.1單片機(jī)的選擇 P89LPC922 是一款單片封裝的微控制器,適合于許多要求高集成度、低成本的場合,可以滿足多方面的性能要求,采用了高性能的處理器結(jié)構(gòu),指令執(zhí)行時間只需24個時鐘周期,是傳統(tǒng)80C51的6倍。P89LPC922集成了許多系統(tǒng)級的功能,這樣可大大減少元件的數(shù)目和電路板面積并降低系統(tǒng)的成本。此外,它還集成了字節(jié)方式的I2C總線、SPI接口、UART通信接口、實時時鐘、E2PROM、A/D轉(zhuǎn)換器等一系列有特色的功能部件。開發(fā)方便,支持ISP/ICP/IAP等多種編程方式。 1.2無線傳輸設(shè)備 采用P82B96作為主機(jī)和從機(jī)的通信設(shè)備,P82B96是是一款雙極性、內(nèi)部無鎖存、雙向邏輯接口器件,它提供標(biāo)準(zhǔn)I2C器件和遠(yuǎn)距離總線間的橋接,可以將不同電壓和電流級別的類似總線與I2C總線進(jìn)行橋接。其遠(yuǎn)程的距離最多能達(dá)到1000m。該器件可橋接SMBus(350A)、3.3V邏輯器件,15V電平及低阻抗導(dǎo)線可以延長通信距離,增加抗干擾能力。該器件對I2C總線協(xié)議和時鐘速率沒有特殊要求。P82B96能增加I2C總線節(jié)點上掛接的最小負(fù)載數(shù)、新總線負(fù)載數(shù)和遠(yuǎn)程I2C總線器件數(shù),且不會對本地節(jié)點造成影響。掛接器件數(shù)目和物理上的限制也會大大減小。通過平衡傳輸線(雙絞線)或光耦隔離(光纖)發(fā)送信號,Tx、Rx結(jié)構(gòu)上的分隔使其發(fā)送變得簡單,且Tx和Rx信號直接相連時而不會鎖死。 1.3I2C總線配置 I2C(Inter-IC)是一種用于內(nèi)部IC控制的雙向兩線串行總線協(xié)議。在I2C總線中僅需要SDA(串行數(shù)據(jù)線)和SCL(串行時鐘線)兩根信號線就可以實現(xiàn)多個器件之間主從式的通信,其典型配置錯誤!未找到引用源。所示,注意連接時需要共地。在I2C總線上要實現(xiàn)功能和模塊擴(kuò)展非常容易,只需在總線上“掛上”相應(yīng)功能的I2C兼容芯片就行了,器件之間是靠不同的編址來區(qū)分的,而不需要附加的I/O 線或地址譯碼部件,在7位地址模式中最多可達(dá)128個。I2C的通訊速率也令人滿意,標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率為100kbps(每秒100k 位),在快速模式下為400kbps,最新的高速模式可達(dá)3.4Mbit/s。 一般具有I2C總線的器件其SDA和SCL管腳都是漏極開路(或集電極開路)輸出的結(jié)構(gòu)。因此實際使用時,SDA和SCL兩根信號線都必須加上拉電阻RC(Pull-up Resistor)。上拉電阻一般取值310k。開漏結(jié)構(gòu)的好處是:當(dāng)總線空閑時,這兩條信號線都保持高電平,不會消耗電流。電氣兼容性好,上拉電阻接5V電源就能與5V邏輯器件接口,上拉電阻接3V電源就能與3V邏輯器件接口。因為是開漏結(jié)構(gòu),所以不同器件的SDA與SDA之間,SCL與SCL之間可以直接相連,不需要額外的轉(zhuǎn)換電路。 1.4I/O擴(kuò)展芯片 采用PCA9554作為I/O擴(kuò)展芯片。PCA9554是16 腳的CMOS 器件,它們提供了I2C/SMBus 的應(yīng)用中的8 位通用并行輸入/輸出口GPIO 的擴(kuò)展該器件使PHILIP 的I2C I/O 擴(kuò)展器件系列得到增強(qiáng)改進(jìn)的特性包括更高的驅(qū)動能力5V I/O 口更低的電源電流單獨的I/O 口配置400kHz 時鐘頻率和更小的封裝形式當(dāng)應(yīng)用中需要額外的I/O 口來連接ACPI 電源開關(guān)傳感器按鈕LED 風(fēng)扇等時可使用I/O 擴(kuò)展器件實現(xiàn)簡單的解決方案。 1.5溫度傳感器的選擇 LM75A是一個使用了內(nèi)置帶隙溫度傳感器和-模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)的高速I2C接口的溫度-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。MCU可以通過I2C總線直接讀取其內(nèi)部寄存器中的數(shù)據(jù),并可通過I2C對其4個數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行操作。LM75A有3個可選的邏輯地址管腳,使得同一總線上可同時連接8個器件而不發(fā)生地址沖突。同時,其測量溫度范圍寬(-55+125),精度高,可達(dá)0.125,能滿足一般場合溫度檢測的需要。 1.6數(shù)碼管顯示電路 數(shù)碼管顯示有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種顯示方式。當(dāng)數(shù)碼管工作在靜態(tài)顯示方式時,其陰極點(或者陽極)連接在一起接地(或接VCC),每一個段選線(a,b,c,d,e,f,g,dp)分別與另外一個8位口相連。 當(dāng)數(shù)碼管工作在動態(tài)方式時,各個數(shù)碼管共用段選線,8位段選線用來輸出顯示字符的段選碼,通過輸出不同的位選碼來點亮某一數(shù)碼管。段選線不斷輸出待顯示字符的段選碼,位選碼輸出不同的位掃描碼,并使每位顯示字符停留顯示一段時間,一般為15ms。利用人的視覺停留,便可見到相當(dāng)穩(wěn)定的數(shù)字顯示。 2軟件設(shè)計 軟件設(shè)計的關(guān)鍵問題是發(fā)送端和接收端的通信協(xié)議,然后是單片機(jī)控制程序。系統(tǒng)軟件部分框圖如圖3所示: 2.1I2C通信協(xié)議 系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵問題在于發(fā)送端和接收端的I2C通信協(xié)議,編制測試模擬包程序來調(diào)試I2C通信,使每個模塊的I2C通信協(xié)議正確。 通過調(diào)試I2C總線通信協(xié)議,來調(diào)試PCA9554。設(shè)置配置字來決定I/O口的輸入和輸出。圖4是I2C發(fā)送流程,圖5是I2C接受流程。 2.2系統(tǒng)調(diào)試 將各個模塊調(diào)整并連接好之后,將程序下載到系統(tǒng),從軟件上設(shè)定溫度值,測量用戶設(shè)定的值與室溫進(jìn)行比較。 3結(jié)語 本文設(shè)計了一種基于單片機(jī)I2C的遠(yuǎn)程溫控系統(tǒng)。利用無線傳輸實現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度控制,傳輸距離遠(yuǎn)、精度高,性價比高,在工業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有很高的應(yīng)用價值。 參考文獻(xiàn) 1 周立功.LPC900系列Flash單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2005. 2 孫剛,馮國雨,朱孟忠. I2C總線的軟件模擬在KeilC51中的實現(xiàn)J.電腦編程技巧與維護(hù),2009. 3 PHILIPS semiconductors.