電壓超限指示和報警器(20220215223408)

1、電壓超限指示和報警器摘要：系統(tǒng)主要由飛思卡爾單片機、直流交流電壓檢測模塊、 1602 液晶顯示模塊等局部構成，能夠實現(xiàn) 一定范圍內(nèi)的電壓檢測、并實時顯示電壓變化值、對超限電壓進行蜂鳴報警及指示燈提示等功能。總體方 案以電壓檢測和飛思卡爾單片機為核心實現(xiàn)了超限電壓指示和報警，對檢測到的直流交流信號通過單片機 控制和分析，實現(xiàn)實時電壓顯示，并對正常和不正常電壓通過指示燈指示，同時對不正常電壓發(fā)出斷續(xù)蜂 鳴報警聲。關鍵詞： 飛思卡爾單片機，直流交流電壓檢測，液晶顯示一 . 系統(tǒng)方案設計論證本系統(tǒng)主要由飛思卡爾單片機、直流交流電壓檢測模塊、 1602 液晶顯示模 塊等局部構成， 核心在于對直流交流檢測

2、和實時輸出顯示。 通過單片機的分析和 控制，并對正常和不正常電壓通過指示燈指示， 同時對不正常電壓發(fā)出斷續(xù)蜂鳴 報警聲。下面分別論證各模塊方案的論證與選擇。(1) 單片機的選型方案一： 51單片機51 單片機是傳統(tǒng)的單片機，簡單、經(jīng)濟，兼容 Intel 8031 指令系統(tǒng)，內(nèi)部 使用復雜指令集，為 8位單片機。 51 單片機應用時間很長，各種程序資源豐富， 但是內(nèi)部沒有 A/D 轉換功能，系統(tǒng)為實現(xiàn)此功能使復雜度增加。方案二： AVR 單片機AVR 單片機低功耗，內(nèi)部使用 RISC 精簡指令集，是 Atmel 公司的產(chǎn)品， 片內(nèi)資源豐富，與 51 相比接口更強大 (低端產(chǎn)品之間比擬 )，功耗也

3、比擬低，帶 A/D轉換的較多。另外AVR單片機還支持ISP下載。AVR的單片機是單機器周 期的指令集，性能高，與 8051 的 12T 相比，快了 12 倍。方案三：飛思卡爾單片機飛思卡爾單片機低功耗，高性能，抗干擾能力強。內(nèi)部使用 RISC 精簡指令 集，為 16 位單片機，內(nèi)部存儲器容量大，具有 A/D 轉換功能，大大減小系統(tǒng)硬 件的復雜程度，使得本系統(tǒng)具有更強的經(jīng)濟性、穩(wěn)定性和實用性。綜合以上三種方案，選擇方案三。(2) 檢測電路模塊1 雙橋式整流電路橋式整流器利用四個二極管， 兩兩對接。輸入正弦波的正半局部是兩只管導 通，得到正的輸出；輸入正弦波的負半局部時，另兩只管導通，由于這兩只管

4、是 反接的，所以輸出還是得到正弦波的正半局部。 橋式整流器對輸入正弦波的利 用效率比半波整流高一倍。橋式整流電路通過仿真發(fā)現(xiàn)整流后的電壓紋波較大， 而且具有一定的誤差。2通過電容的濾波和二極管的整流，再經(jīng)過電容的穩(wěn)壓最后整流出較穩(wěn)定 的直流電，而且經(jīng)過屢次測試，具有較好的穩(wěn)定性,并且在一定程度上減小了紋波。綜合分析和實際測試最后選擇方案二。(3) 人機接口選型1 數(shù)碼管數(shù)碼管顯示內(nèi)容單一，碼管一般情況是一個 7段的 8字，當然有 16段的中 間米字型的。數(shù)碼管是自發(fā)光的，為 LED 發(fā)光效果 ，數(shù)碼管與液晶相比擬耗電 量大、具有一定的輝度。2液晶 1602 芯片 液晶芯片那么比擬豐富，可以顯示

5、各種最根本的內(nèi)容，如可顯示所有數(shù)字和 大、小寫字母。液晶是利用分子偏轉引起的暗影效果、是靠背光(環(huán)境 )的。液晶顯示驅動電壓低、功耗微小、可靠性高、顯示信息量大、無閃爍、對人體無 害、本錢低廉、位數(shù)多，可顯示 32 位，32個數(shù)碼管體積相當龐大了，程序簡 單，如果用數(shù)碼管動態(tài)顯示，會占用很多時間來刷新顯示，而 1602 自動完成此 功能。綜合比擬以上兩種方案，選擇方案二。二 . 系統(tǒng)結構設計(1) 總體框架圖 根據(jù)題目要求， 本系統(tǒng)對輸入電壓進行檢測， 分別把檢測到的直流輸入信號 和檢測到的交流輸入信號輸入單片機， 通過單片機的控制和軟件分析， 將輸出數(shù) 據(jù)送到液晶顯示模塊顯示， 為很好的人機

6、接口。 同時對不同范圍內(nèi)的電壓用指示 燈指示，假設電壓超限，蜂鳴報警器發(fā)出斷續(xù)報警聲?？傮w框架圖如圖1。(2) 單片機分析及引腳功能飛思卡爾單片機的最高總線速度可達40MHz,其閃存分別有 64KB、128KB和256KB的選項，均帶有錯誤校正功能ECC，并且?guī)в蠩CC的、4KB至8KB DataFlash,用于實現(xiàn)直流檢測 輸入信號飛思 卡爾 單片機1602 液晶顯示.二=>指示燈交流檢測 輸入信號=>超壓蜂鳴土巨映 報警器圖1系統(tǒng)總體框架圖數(shù)據(jù)或程序存儲。它可配置8、10或 12位模數(shù)轉換器ADC，轉換時間3卩s，同 時帶有16位的計數(shù)器、8-通道定時器和出色的EMC及運行和停

7、止省電模式。單片機結構圖如附錄圖1所示。(3) 1602液晶顯示模塊特點及引腳圖1液晶特點液晶顯示器具有其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點。根據(jù) 顯示內(nèi)容可以分為字符型液晶，圖形液晶。根據(jù)顯示容量又可以分為單行16字, 2行16字，兩行20字等等。本系統(tǒng)采用常用的字16字X2行的字符型液晶模塊法。2)液晶引腳功能1602采用標準的16腳接口，其中：第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：V0為液晶顯示器比照度調(diào)整端，接正電源時比照度最弱，接地電 源時比照度最高，比照度過高時會產(chǎn)生“鬼影，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整比照度建議接地，弄不好有的模塊會不顯示。

8、第4腳：RS為存放器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)存放器、低電平時選擇指令 存放器。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命 令。第714腳：D0- D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。1602液晶顯示芯片結構圖如附錄圖 2 所示。三.理論分析與算法研究(1) 理論分析交流源 220V 經(jīng)過降壓變壓器變壓輸出低于 10V 交流電，直接送給交流檢測 電路，經(jīng)過整流電路，輸出相應的直流電壓。但是單片機供電要求為低于5V，于是采用分壓原理給單片機供電， 直流局部通過檢測電路將檢測信號直接

9、送給單 片機，通過單片機的控制和軟件運行，可以實現(xiàn)直流交流電壓實時顯示。5.5V，低于或高于為超限電壓，根據(jù)要求，當單片機分析到檢測輸入的電 壓為正常范圍時，綠色指示燈亮，其余兩個指示燈不亮，并且蜂鳴器不發(fā)音。當 單片機分析到檢測電壓高于 5.5V 時，紅色指示燈亮，其余的兩個指示燈不亮、 蜂鳴器發(fā)出斷續(xù)鳴叫。當單片機分析到檢測電壓低于3.5V時，黃色指示燈亮，其余的兩個指示燈不亮，且蜂鳴器發(fā)出斷續(xù)鳴叫。(2) 算法系統(tǒng)通過利用二分查找， 一維搜索等算法的嘗試改進， 使對電壓值表的查找 到達最優(yōu)化， 提高了算法的效率， 到達了整個系統(tǒng)的優(yōu)化， 符合單片機嵌入式對 編程算法的要求。二分法理論：

10、通過每次把函數(shù)的零點所在小區(qū)間收縮一半的方法， 使區(qū)間的 兩個端點逐步迫近函數(shù)的零點，以求得零點的近似值，這種方法叫做二分法。通過單片機在線調(diào)試，觀察到輸入與輸出根本成線性關系，假設輸入與輸 出電壓關系為函數(shù)f(x),且當某時刻輸入到單片機的檢測值為c值，使得x=c時f(c)=O,即c點為函數(shù)f(x)的零點。解方程即要求f(x)的所有零點。先找到a、b,使f(a)，f(b)異號，說明 在 區(qū) 間 (a,b) 內(nèi) 一 定 有 零 點 ， 然 后 求 f(a+b)/2, 現(xiàn) 在 假 設 f(a)<O,f(b)>O,a<b， 如果 f(a+b)/2=O， 該點就是零點， 如果f(a

11、+b)/2<0, 那么在區(qū)間(a+b)/2，b)內(nèi)有零點，(a+b)/2=>a，從開始繼續(xù) 使用中點函數(shù)值判斷。 如果 f(a+b)/2>O ，那么在區(qū)間 (a,(a+b)/2) 內(nèi)有零點， (a+b)/2=>b ，從開始繼續(xù)使用中點函數(shù)值判斷。這樣就可以不斷接近零點，由于計算過程的具體運算復雜，但每一步的方 式相同，所以可通過編寫程序來運算。四 . 電路與程序設計(1) 電路圖液晶顯示電路圖檢測信號電路圖單片機接口電路圖指示報警系統(tǒng)電路圖單片機供電電路圖(2)軟件流程圖系統(tǒng)主流程圖如圖2所示圖2 系統(tǒng)主流程圖1) 直流局部流程圖如附錄圖3所示。2) 交流局部流程圖如附

12、錄圖4所示。五. 系統(tǒng)測試與結果分析(1) 系統(tǒng)測試利用直流穩(wěn)壓源和交流信號源對系統(tǒng)輸入，通過在線仿真實時調(diào)試，觀察到直流電壓的離散現(xiàn)象個別點，既確定了輸入電壓和系統(tǒng)顯示電壓的非線性關 系，所以放棄建立線性方程關系，而通過建立A/D轉換值與檢測電壓的對照表， 進行準確無誤檢測并輸出。(2) 結果分析系統(tǒng)經(jīng)過屢次測試，可以實現(xiàn)題目要求的根本功能和局部發(fā)揮局部的功能， 能夠準確無誤的顯示輸入電壓。六. 系統(tǒng)特色本系統(tǒng)全面實現(xiàn)了設計的根本要求和局部發(fā)揮局部的功能。 主要的創(chuàng)新點如 下：(1) 采用液晶顯示輸出電壓，具有良好的人機接口，使顯示內(nèi)容豐富， 可以 顯示各種最根本的內(nèi)容。(2) 通過軟件設定

13、選擇可以觀測實時電壓值 。(3) 利用飛思卡爾單片機大大減少了外圍電路的復雜性，使系統(tǒng)更經(jīng)濟、實 惠。(4) 系統(tǒng)整體構造簡單，結構合理，功能電路良好，而且本錢低，功耗小， 表達了大賽節(jié)能、環(huán)保的精神！七. 總結 通過整體調(diào)試，能到達題目根本要求，實現(xiàn)局部發(fā)揮功能。由于系統(tǒng)結構 設計合理，功能電路實現(xiàn)較好，系統(tǒng)性能優(yōu)良、穩(wěn)定。通過本次比賽的學習，我 們初步掌握了基于單片機的開發(fā)流程及相關技能， 硬件的搭建及調(diào)試等能力， 理 論與實際的緊密結合， 讓我們更加深入的理解了理論知識， 同時， 認識理論與實 踐相結合的重要性。附錄547*S? ?101L1：43141617nni-吟20CPW/KWT

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