畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于AT89C51單片機(jī)的恒壓供水系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)

1、恒壓供水系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)摘 要 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高層建筑越來(lái)越多，這為高層建筑的供水提出了挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的通過(guò)水塔、氣壓增壓等供水方式不僅設(shè)備投資大，占地面積大，維修困難，水壓不穩(wěn)定，使得難以滿足高層建筑的需要。恒壓供水系統(tǒng)具有供水安全、節(jié)約能源、節(jié)省鋼材、節(jié)省占地、節(jié)省投資、調(diào)節(jié)能力大、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。所以某些用水區(qū)采用恒壓供水系統(tǒng)，具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。 本設(shè)計(jì)以單片機(jī)AT89C51做為控制核心并協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的工作，通過(guò)壓力傳感器檢測(cè)當(dāng)前水的壓力，壓力傳感器輸出的是05V的模擬量，要經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量再送入單片機(jī)AT89C51

2、進(jìn)行處理，通過(guò)單片機(jī)的處理在LED數(shù)碼管上顯示當(dāng)前的壓力值。按鍵用來(lái)設(shè)定想要控制的壓力值，單片機(jī)在內(nèi)部通過(guò)比較設(shè)定的壓力和當(dāng)前壓力，當(dāng)前壓力小于設(shè)定壓力時(shí)就會(huì)閉合電磁開(kāi)關(guān)，開(kāi)啟電機(jī)裝置，并開(kāi)始報(bào)警。高于設(shè)定壓力時(shí)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。壓力和設(shè)定值在時(shí)時(shí)檢測(cè)，達(dá)到控制目的。關(guān)鍵詞：恒壓供水,傳感器,單片機(jī)The Controller Design of Constant Pressure Water Supply System ABSTRACTWith Chinas rapid economic development, more and more high-rise buildings, wh

3、ich the water supply for the high-rise buildings posed a challenge to the traditional through the towers, air pressure and other pressurized water supply not only the equipment investment, covers an area of major maintenance problems, water pressure instability, makes it difficult to meet the needs

4、of high-rise buildings. Constant pressure water supply system has the water supply security, energy conservation, save steel, saving land, saving investment, adjustment capacity, the advantages of stable and reliable, and has broad prospects and significant economic and social benefits. So some of t

5、he water area with constant water supply system, with great economic and social significance.AT89C51 microcontroller as the control design and coordinate the core of the work of the entire system, through the pressure sensor detecting the current water pressure, the pressure sensor output is 0 5V an

6、alog, to go through the A / D converted into digital and then sent to microcontroller AT89C51 processed, handled by the microcontroller on the LED digital display the current pressure value. Button to set the desired control pressure, the microcontroller setting the internal pressure and by comparin

7、g the current pressure, current pressure is less than the set pressure will be closed when the electromagnetic switch, open the electrical device, and start the alarm. Above the set pressure switch off the motor stops rotating. Constant pressure and set the value in the detection, to control purpose

8、s.Key words: constant pressure water supply, sensor, microcontroller目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc296002365 摘 要 PAGEREF _Toc296002365 h I HYPERLINK l _Toc296002366 ABSTRACT PAGEREF _Toc296002366 h II HYPERLINK l _Toc296002367 1 前言 PAGEREF _Toc296002367 h 1 HYPERLINK l _Toc296002368 1.1 課題背景和意義

9、 PAGEREF _Toc296002368 h 1 HYPERLINK l _Toc296002369 1.2 本課題研究?jī)?nèi)容與主要工作 PAGEREF _Toc296002369 h 1 HYPERLINK l _Toc296002370 1.3 本課題的研究預(yù)期成果 PAGEREF _Toc296002370 h 2 HYPERLINK l _Toc296002371 2 總體系統(tǒng)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc296002371 h 3 HYPERLINK l _Toc296002372 3 硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc296002372 h 5 HYPERLINK l _Toc2

10、96002373 3.1 壓力傳感器 PAGEREF _Toc296002373 h 5 HYPERLINK l _Toc296002374 3.1.1 傳感器的基本概念 PAGEREF _Toc296002374 h 5 HYPERLINK l _Toc296002375 3.1.2 傳感器的分類 PAGEREF _Toc296002375 h 6 HYPERLINK l _Toc296002376 3.1.3 傳感器選用原則 PAGEREF _Toc296002376 h 6 HYPERLINK l _Toc296002377 3.2 單片機(jī)控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc2960023

11、77 h 8 HYPERLINK l _Toc296002378 3.3 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和ADC0809結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc296002378 h 11 HYPERLINK l _Toc296002379 3.3.1 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換原理及主要技術(shù)指標(biāo) PAGEREF _Toc296002379 h 11 HYPERLINK l _Toc296002380 3.3.2 簡(jiǎn)單介紹ADC0809結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc296002380 h 12 HYPERLINK l _Toc296002381 3.3.3 單片機(jī)與ADC0809的接口設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc2960023

12、81 h 13 HYPERLINK l _Toc296002382 3.4 關(guān)于74HC595的介紹 PAGEREF _Toc296002382 h 14 HYPERLINK l _Toc296002383 3.5 電磁開(kāi)關(guān)電路及原理 PAGEREF _Toc296002383 h 15 HYPERLINK l _Toc296002384 3.5.1 光電隔離器的原理 PAGEREF _Toc296002384 h 16 HYPERLINK l _Toc296002385 3.5.2 電磁繼電器的原理 PAGEREF _Toc296002385 h 16 HYPERLINK l _Toc296

13、002386 3.6 數(shù)碼管LED顯示電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc296002386 h 17 HYPERLINK l _Toc296002387 3.7 按鍵電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc296002387 h 18 HYPERLINK l _Toc296002388 3.8 聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc296002388 h 19 HYPERLINK l _Toc296002389 4 軟件設(shè)計(jì)方案 PAGEREF _Toc296002389 h 20 HYPERLINK l _Toc296002390 4.1 軟件總體設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc29600239

14、0 h 20 HYPERLINK l _Toc296002391 4.2 轉(zhuǎn)換程序 PAGEREF _Toc296002391 h 21 HYPERLINK l _Toc296002392 4.3 串進(jìn)并出程序 PAGEREF _Toc296002392 h 22 HYPERLINK l _Toc296002393 4.4 按鍵控制程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc296002393 h 23 HYPERLINK l _Toc296002394 4.5 數(shù)碼管LED顯示程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc296002394 h 26 HYPERLINK l _Toc296002395 5 硬件電

15、路仿真結(jié)果 PAGEREF _Toc296002395 h 29 HYPERLINK l _Toc296002396 5.1 壓力仿真 PAGEREF _Toc296002396 h 29 HYPERLINK l _Toc296002397 5.1.1 壓力顯示仿真 PAGEREF _Toc296002397 h 29 HYPERLINK l _Toc296002398 5.1.2 壓力設(shè)定值仿真 PAGEREF _Toc296002398 h 29 HYPERLINK l _Toc296002399 5.2 報(bào)警電路仿真 PAGEREF _Toc296002399 h 30 HYPERLIN

16、K l _Toc296002400 5.3 壓力控制仿真 PAGEREF _Toc296002400 h 31 HYPERLINK l _Toc296002401 6 總結(jié) PAGEREF _Toc296002401 h 33 HYPERLINK l _Toc296002402 致 謝 PAGEREF _Toc296002402 h 34 HYPERLINK l _Toc296002403 參 考 文 獻(xiàn) PAGEREF _Toc296002403 h 35 HYPERLINK l _Toc296002404 附錄 系統(tǒng)總原理圖 PAGEREF _Toc296002404 h 36 HYPER

17、LINK l _Toc296002405 附錄 系統(tǒng)源程序 PAGEREF _Toc296002405 h 371 前言1.1 課題背景和意義隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人口的增多以及人們生活水平的不斷提高，對(duì)城市供水的數(shù)量、質(zhì)量、穩(wěn)定性提出了越來(lái)越高的要求。尤其高層建筑越來(lái)越多，這為高層建筑的供水提出了挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)高層供水通常是采用固定在建筑上的供水塔或樓頂高位水箱，以來(lái)自水局部加壓的形式供水，但由于其造價(jià)高且影響建筑物結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及抗震性，已逐漸被發(fā)展起來(lái)氣壓供水所取代，這種氣壓供水雖然可以取代任何高度的水塔或樓頂高位水箱，水質(zhì)亦不易污染，占地面積亦小，然而它亦存在著極明顯的

18、弱點(diǎn)，首先，氣壓供水設(shè)備笨重，且主要部件氣壓罐是采用電容器，其生產(chǎn)工藝復(fù)雜，鋼材耗用量大，投資成本高；其次，由于氣壓罐的調(diào)節(jié)容積較小，水泵啟動(dòng)頻繁，這既影響了其電控裝置中的電磁元件和水泵電機(jī)的壽命，同時(shí)大的供水泵電機(jī)功率又耗電和干擾電網(wǎng)，氣壓供水壓力變動(dòng)較大，直接影響水管網(wǎng)、閥、水表等使用壽命。過(guò)去經(jīng)常出現(xiàn)在用水高峰期，水的供給量常常低于需求量，出現(xiàn)水壓降低供不應(yīng)求的現(xiàn)象，而在用水低峰期，水的供給量常常高于需求量，出現(xiàn)水壓升高供大于求的情況，此時(shí)會(huì)造成能量的浪費(fèi)，同時(shí)還有可能造成水管爆裂和用水設(shè)備的損壞。而傳統(tǒng)調(diào)節(jié)供水壓力的方式，多采用頻繁啟/停電機(jī)控制和水塔二次調(diào)節(jié)的方式，前者產(chǎn)生大量能耗的

19、，而且對(duì)電網(wǎng)中其他負(fù)荷造成影響，設(shè)備不斷啟停會(huì)影響設(shè)備壽命，后者則需要大量的占地與投資。且由于是二次供水，不能保證供水質(zhì)量的安全與可靠性。而恒壓供水系統(tǒng)的運(yùn)行十分穩(wěn)定可靠，沒(méi)有頻繁的啟動(dòng)現(xiàn)象，啟動(dòng)方式為軟啟動(dòng)，設(shè)備運(yùn)行十分平穩(wěn)，避免了電氣、機(jī)械沖擊，也沒(méi)有水塔供水所帶來(lái)的二次污染的危險(xiǎn)。第一方面：在我國(guó)，節(jié)電節(jié)水的潛力非常大。據(jù)有關(guān)國(guó)際組織發(fā)表顯示：中國(guó)的單位國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值所消耗的電視美國(guó)、德國(guó)等的4倍左右，消耗的水是他們的2倍左右。我國(guó)的大量用電設(shè)備中，風(fēng)機(jī)和泵類電機(jī)的耗電量占全國(guó)發(fā)電量的50%左右，若推廣新型電機(jī)調(diào)速技術(shù)，可節(jié)約大量電資源，由于在我國(guó)一方面水電供應(yīng)緊張，而另一方面，水電的浪

20、費(fèi)又十分驚人，節(jié)電節(jié)水，不僅潛力巨大，而且意義深。第二方面：恒壓供水系統(tǒng)對(duì)于某些工業(yè)或特殊用戶是非常重要的。例如在某些生產(chǎn)過(guò)程中，若自來(lái)水供水因故壓力不足或短時(shí)供水，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)使產(chǎn)品報(bào)廢和設(shè)備損壞，又如發(fā)生火災(zāi)時(shí)，若供水壓力不足或無(wú)水供應(yīng)，不能迅速滅火，可能引起重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。而且恒壓供水系統(tǒng)具有供水安全、節(jié)約能源、節(jié)省鋼材、節(jié)省占地、節(jié)省投資、調(diào)節(jié)能力大、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。所以某些用水區(qū)采用恒壓供水系統(tǒng)，具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。1.2 本課題研究?jī)?nèi)容與主要工作本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，通過(guò)出水管道上的壓力傳感器將水流量轉(zhuǎn)化成

21、標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號(hào)，通過(guò) A/D轉(zhuǎn)化后送入單片機(jī)，一方面通過(guò)LED顯示當(dāng)前供水壓力，另外一方面通過(guò)鍵盤把壓力設(shè)定值輸入并通過(guò)LED顯示設(shè)定值，最后當(dāng)前供水壓力與壓力設(shè)定值進(jìn)行比較、判斷，輸出判斷結(jié)果并送給電磁開(kāi)關(guān)和聲光報(bào)警電路。整個(gè)電路要經(jīng)過(guò)五部分的設(shè)計(jì)來(lái)完成：（a）A/D轉(zhuǎn)換部分設(shè)計(jì) （b）LED數(shù)碼管顯示當(dāng)前壓力部分設(shè)計(jì)（c）按鍵電路部分設(shè)計(jì)（d）LED數(shù)碼管顯示設(shè)定值部分設(shè)計(jì)（e）控制電路和報(bào)警電路部分設(shè)計(jì) 從系統(tǒng)需要和研究?jī)?nèi)容可以看出，本設(shè)計(jì)需要做的主要工作有：查閱相關(guān)資料，了解各部分功能原理。查閱元器件資料，掌握器件工作原理和硬件實(shí)現(xiàn)方法。利用電腦仿真，對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行模擬檢測(cè)。1.3

22、本課題的研究預(yù)期成果設(shè)計(jì)出恒壓供水系統(tǒng)控制器，編寫出穩(wěn)定簡(jiǎn)潔的程序，調(diào)試成功，并在PROTEUS上進(jìn)行仿真達(dá)到預(yù)期的目的，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。2 總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)之前，根據(jù)該系統(tǒng)所要達(dá)到的功能，選擇適當(dāng)?shù)脑骷秃线m的芯片來(lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，了解各器件的原理和功能。恒壓供水系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)，就要有壓力采集器件，根據(jù)相關(guān)參數(shù)范圍選擇了模擬壓力傳感器，采集到的數(shù)據(jù)為模擬量，模擬量不能直接進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行處理，把采集到的壓力信號(hào)變成二進(jìn)制數(shù)字量才能送入單片機(jī)，這就要通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換的器件根據(jù)相關(guān)參數(shù)范圍選擇了ADC0809，把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，數(shù)字量直接送入單片機(jī)處理，通過(guò)LED數(shù)碼管把要顯示的當(dāng)前

23、壓力顯示出來(lái)。ADC0809轉(zhuǎn)換芯片，它是一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成，多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖存用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完得數(shù)據(jù)。顯示所測(cè)量的結(jié)果要用到LED數(shù)碼管，用LED數(shù)碼管來(lái)顯示結(jié)果比較清楚，防水和磨損，是比較好的顯示方式。要實(shí)現(xiàn)恒壓穩(wěn)定控制，就需要設(shè)定水壓的標(biāo)準(zhǔn)量，是和當(dāng)前水的壓力進(jìn)行比較的，看當(dāng)前水的壓力有沒(méi)有大于或者小于標(biāo)準(zhǔn)的壓力，然后加以控制，要設(shè)置給定的壓力就要有輸入裝置，采用簡(jiǎn)單的按鍵作為輸入是很簡(jiǎn)便的

24、，不會(huì)帶來(lái)復(fù)雜的問(wèn)題?？刂蒲b置要采用電磁開(kāi)關(guān)控制，這樣就不用人為的操作，電磁開(kāi)關(guān)在閉合或打開(kāi)的時(shí)候在電磁線圈上會(huì)產(chǎn)生電流，為了防止這樣的電流對(duì)前面的電路產(chǎn)生不良效果，與線圈并聯(lián)一個(gè)二極管，利用二極管的單項(xiàng)導(dǎo)通性就能阻止電流流回電路，保證電路的安全。為了保證單片機(jī)輸出的控制信號(hào)穩(wěn)定而且有足夠大的電流，在單片機(jī)輸出信號(hào)后加上正向驅(qū)動(dòng)器來(lái)增大信號(hào)強(qiáng)度，再在電磁開(kāi)關(guān)之前加上光電隔離，會(huì)阻隔掉不必要的干擾，通過(guò)光電隔離的電壓信號(hào)是穩(wěn)定的，這樣的控制系統(tǒng)才能穩(wěn)定可靠的工作。經(jīng)過(guò)對(duì)所要設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的功能要求進(jìn)行分析，可以得道系統(tǒng)的總體硬件設(shè)計(jì)框圖，如圖2-1所示。圖2-1 系統(tǒng)總體硬件框圖由系統(tǒng)的總框圖可

25、以看出該系統(tǒng)的工作原理為：?jiǎn)纹瑱C(jī)89C51作為控制核心并協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的工作，通過(guò)壓力傳感器檢測(cè)當(dāng)前水的壓力，水壓傳感器輸出的是05V的模擬量，要經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量再送入單片機(jī)89C51進(jìn)行處理，通過(guò)單片機(jī)的處理在LED數(shù)碼管上顯示當(dāng)前的壓力值。按鍵用來(lái)設(shè)定想要的壓力值，單片機(jī)在內(nèi)部通過(guò)比較設(shè)定的壓力和當(dāng)前壓力，當(dāng)前壓力小于設(shè)定值時(shí)就會(huì)閉合電磁開(kāi)關(guān)，開(kāi)啟電機(jī)裝置。同時(shí)輸出信號(hào)給送入報(bào)警電路。3 硬件設(shè)計(jì)3.1 壓力傳感器3.1.1 傳感器的基本概念傳感器的主要作用是感受和響應(yīng)規(guī)定的被測(cè)量，并按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成有用輸出，特別是完成非電量的轉(zhuǎn)換。傳感器的組成并無(wú)嚴(yán)格的規(guī)定。一般來(lái)說(shuō)，可以把傳

26、感器看做由敏感元件和變換元件兩部分組成。圖3-1 傳感器的一般組成傳感器技術(shù)是一門邊緣技術(shù)，它設(shè)計(jì)物理學(xué)，數(shù)學(xué)，化學(xué)，材料學(xué)等對(duì)其敏感元件部分的研究和開(kāi)發(fā)，除了對(duì)其芯片的研究和開(kāi)發(fā)外，也十分重視傳感器的封裝工藝和封裝結(jié)構(gòu)的研究，這往往是引起傳感器不能穩(wěn)定可靠地工作的關(guān)鍵因素之一。當(dāng)今的社會(huì)是信息化得社會(huì)，信息化的社會(huì)離不開(kāi)科技的發(fā)展。高科技的發(fā)展伴隨著電腦、各類智能儀器、機(jī)器人的越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但是，智能儀器、電腦、機(jī)器人并不能直接感受及識(shí)別外界的信息，它們都需要必不可少的感覺(jué)器官，而充當(dāng)它們的感覺(jué)器官的就是傳感器。傳感器很像人體的五官，能感受外界的各種刺激，并做出及時(shí)的反應(yīng),因此，傳感器又

27、被人們稱做“電五官”，實(shí)際上，目前一些傳感器已經(jīng)具有超出人類五官所能感知信息的功能。在整個(gè)科學(xué)技術(shù)和人類生活中，傳感器體現(xiàn)出了重要的一面。在自動(dòng)化檢測(cè)和自動(dòng)化控制中，傳感器是首要環(huán)節(jié)，只有傳感器對(duì)原始的各種參數(shù)進(jìn)行精確可靠的測(cè)量，才能有精確可靠的自動(dòng)檢測(cè)和控制系統(tǒng)。在航天、航海事業(yè)中，傳感器是不可缺少的器件，在現(xiàn)代飛行器上，裝備著繁多的顯示與控制系統(tǒng)，以確保各種飛行任務(wù)的順利完成。在這些系統(tǒng)中，傳感器首當(dāng)其沖地反映飛行器的參數(shù)、姿態(tài)、工作狀態(tài)的各個(gè)物理量加以檢測(cè)，并顯示在各類顯示設(shè)備上，以便控制者及時(shí)控制和正確操作。航天飛機(jī)的機(jī)翼上僅溫度傳感器就多達(dá)幾十個(gè)。在環(huán)境保護(hù)中傳感器也發(fā)揮著重要作用。

28、例如，空氣質(zhì)量檢測(cè)、污染防治、工業(yè)污水排放檢測(cè)、室內(nèi)裝飾環(huán)境檢測(cè)，環(huán)境噪音檢測(cè)、環(huán)境電磁波檢測(cè)等。在日常生活中，也到處充斥著傳感器，電磁爐、電冰箱、洗衣機(jī)、煤氣、液化氣泄漏報(bào)警裝置等都離不開(kāi)傳感器。在產(chǎn)品定型、汽車試車、飛機(jī)試飛等操作中傳感器是必要器件。傳感器在整個(gè)科學(xué)技術(shù)及人類生活中的重要性已越來(lái)越被更多的人所認(rèn)識(shí)。瑞士巴塞爾PROGNOSAG公司對(duì)日本、美國(guó)、西歐一些國(guó)家和地區(qū)的傳感器發(fā)展情況進(jìn)行調(diào)查之后發(fā)表的報(bào)告聲明，目前非軍用傳感器的世界市場(chǎng)發(fā)展迅速，每年將以9.1%的速度增長(zhǎng)。對(duì)某些發(fā)達(dá)國(guó)家的調(diào)查說(shuō)明，今后幾年最引人注目的幾項(xiàng)技術(shù)發(fā)展中，傳感器技術(shù)名列前茅。在我國(guó)，傳感器技術(shù)的發(fā)展已

29、有了一個(gè)良好的勢(shì)頭。目前研制傳感器的企業(yè)、研究所、大專院校有上千家，遍及全國(guó)各個(gè)省、市、自治區(qū)。但系列品種發(fā)展不均衡，推廣應(yīng)用的深度和廣度還不夠?？梢韵嘈?，只要我們進(jìn)一步統(tǒng)籌規(guī)劃，突出重點(diǎn)，加強(qiáng)基礎(chǔ)，擴(kuò)大應(yīng)用，我國(guó)的傳感器技術(shù)必將獲得迅猛發(fā)展，在不久的將來(lái)我國(guó)會(huì)有大量的傳感器產(chǎn)品趕上和超過(guò)世界先進(jìn)水品。3.1.2 傳感器的分類a）按輸入量分類，以被測(cè)物理量命名，如位移傳感器、速度傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、氣敏傳感器等。b）按輸出信號(hào)形式分類，以模擬量輸出的為模擬式傳感器，以數(shù)字量輸出的為數(shù)字式傳感器。c）按工作原理分類，以工作原理命名，如應(yīng)變式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、熱釋電傳

30、感器、壓電式傳感器、光電傳感器等。d）按能量關(guān)系分類，分為有源傳感器和無(wú)源傳感器。有源傳感器將非電量轉(zhuǎn)換為電能量，如電動(dòng)勢(shì)、電荷式傳感器等；無(wú)源程序傳感器不起能量轉(zhuǎn)換作用。只是將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為電參數(shù)的量，如電阻式、電感式及電容光煥發(fā)式傳感器等。3.1.3 傳感器選用原則 現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬(wàn)別，如何根據(jù)具體的測(cè)量目的、測(cè)量對(duì)象以及測(cè)量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進(jìn)行某個(gè)量的測(cè)量時(shí)首先要解決的問(wèn)題。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測(cè)量方法和測(cè)量設(shè)備也就可以確定了。測(cè)量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。1）根據(jù)測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境確定傳感器的類型 要進(jìn)行一個(gè)具體的測(cè)量工作，

31、首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因?yàn)椋词故菧y(cè)量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測(cè)量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問(wèn)題：量程的大?。槐粶y(cè)位置對(duì)傳感器體積的要求；測(cè)量方式為接觸式還是非接觸式；信號(hào)的引出方法，有線或是非接觸測(cè)量；傳感器的來(lái)源，國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口，價(jià)格能否承受，還是自行研制。在考慮上述問(wèn)題之后就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)。2）靈敏度的選擇 通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因?yàn)橹挥徐`敏度高時(shí)，與被測(cè)量變化對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)的值才比較大，有利于信

32、號(hào)處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測(cè)量無(wú)關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會(huì)被放大系統(tǒng)放大，影響測(cè)量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡量減少?gòu)耐饨缫氲母蓴_信號(hào)。傳感器的靈敏度是有方向性的。當(dāng)被測(cè)量是單向量，而且對(duì)其方向性要求較高，則應(yīng)選擇其它方向靈敏度小的傳感器；如果被測(cè)量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。3）頻率響應(yīng)特性 傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測(cè)量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測(cè)量條件，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總有一定延遲，希望延遲時(shí)間越短越好。傳感器的頻率響應(yīng)高，可測(cè)的信號(hào)頻率范圍就寬，而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機(jī)械系統(tǒng)的慣性較大，固有頻率低的傳

33、感器可測(cè)信號(hào)的頻率較低。在動(dòng)態(tài)測(cè)量中，應(yīng)根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn)(穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機(jī)等)響應(yīng)特性，以免產(chǎn)生過(guò)火的誤差。4）線性范圍 傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測(cè)量精度。在選擇傳感器時(shí)，當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。但實(shí)際上，任何傳感器都不能保證絕對(duì)的線性，其線性度也是相對(duì)的。當(dāng)所要求測(cè)量精度比較低時(shí)，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會(huì)給測(cè)量帶來(lái)極大的方便。5）穩(wěn)定性 傳感器使用一段時(shí)間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長(zhǎng)期穩(wěn)定性的因素除

34、傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。在選擇傳感器之前，應(yīng)對(duì)其使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當(dāng)?shù)拇胧?，減小環(huán)境的影響。傳感器的穩(wěn)定性有定量指標(biāo)，在超過(guò)使用期后，在使用前應(yīng)重新進(jìn)行標(biāo)定，以確定傳感器的性能是否發(fā)生變化。 在某些要求傳感器能長(zhǎng)期使用而又不能輕易更換或標(biāo)定的場(chǎng)合，所選用的傳感器穩(wěn)定性要求更嚴(yán)格，要能夠經(jīng)受住長(zhǎng)時(shí)間的考驗(yàn)。6)精度精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量精度的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價(jià)格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的精

35、度要求就可以，不必選得過(guò)高。這樣就可以在滿足同一測(cè)量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡(jiǎn)單的傳感器。如果測(cè)量目的是定性分析的，選用重復(fù)精度高的傳感器即可，不宜選用絕對(duì)量值精度高的；如果是為了定量分析，必須獲得精確的測(cè)量值，就需選用精度等級(jí)能滿足要求的傳感器。對(duì)某些特殊使用場(chǎng)合，無(wú)法選到合適的傳感器，則需自行設(shè)計(jì)制造傳感自制傳感器的性能應(yīng)滿足使用要求。本設(shè)計(jì)中選用PTJ206壓力傳感器。PTJ206壓力傳感器采用全不銹鋼封焊結(jié)構(gòu)，具有良好的防潮能力及優(yōu)異的介質(zhì)兼容性。適于與樓宇供水等壓力測(cè)量與控制。PTJ206量程：0-1-150（MPa）；綜合精度：0.1%FS、0.2%FS、0.5%FS、1%

36、FS；輸出信號(hào)：0-5V、1-5V、0-10V；供電電壓：24DCV；介質(zhì)溫度：常溫（-2085C）；負(fù)載電阻大于50K；絕緣電阻：大于2000M； 密封等級(jí)：IP65。3.2 單片機(jī)控制系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)有基本的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路，單片機(jī)的頻率一般為12M，復(fù)位電路有手動(dòng)和上電自動(dòng)復(fù)位電路，RST復(fù)位信號(hào)復(fù)位端，當(dāng)此引腳保持兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)，就可以完成復(fù)位操作。復(fù)位電路如圖： 圖3-2 手動(dòng)復(fù)位電路 圖3-3 自動(dòng)復(fù)位電路單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)是由外部接的晶振產(chǎn)生，晶振的連接電路如圖：圖3-4 單片機(jī)晶振電路單片機(jī)芯片上集成了各種功能部件：中央處理器（CPU）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）、只讀存儲(chǔ)

37、器（ROM）、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、和各種輸入/輸出（I/O）接口等。它們之間相互連接，構(gòu)成一個(gè)完整的單片機(jī)。89C51單片機(jī)采用40引腳的雙列直插封裝（DIP方式），在單片機(jī)的40條引腳中有2條專用于主電源的引腳，2條外接晶體振蕩的引腳，4條控制與其它電源復(fù)用的引腳，32條輸入/輸出（I/O）引腳。AT89C51單片機(jī)是一種低功耗高性能的COMS8位微控制器，內(nèi)置4KB的可反復(fù)擦寫的程序存儲(chǔ)器（PEPROM）。和128字節(jié)的存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），該器件采用Atmel公司的高密度非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，其指令與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集兼容。片內(nèi)含有8位中央處理器和閃爍存儲(chǔ)單元，有較強(qiáng)的功能的AT

38、89C51單片機(jī)能夠被應(yīng)用到控制領(lǐng)域中。AT89C51提供以下的功能標(biāo)準(zhǔn)：4K字節(jié)閃爍存儲(chǔ)器，128字節(jié)隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，32個(gè)I/O口，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，1個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，1個(gè)串行通信口，片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。另外，AT89C51還可以進(jìn)行0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件的節(jié)電模式。閑散方式停止中央處理器的工作，能夠允許隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件的工作直到下一個(gè)復(fù)位。其芯片引腳如圖35所示：圖3-5 單片機(jī)芯片封裝引腳RST: 復(fù)位輸入信號(hào)端，高電平有效。當(dāng)振蕩器

39、運(yùn)行時(shí)，在此引腳輸入最少兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，將使單片機(jī)復(fù)位，復(fù)位后單片機(jī)將從程序計(jì)數(shù)器PC=0000H地址開(kāi)始執(zhí)行程序。對(duì)HMOS工藝的單片機(jī)此引腳還有備用電源VPD功能。該引腳接上備用電源，在VCC掉電期間?？梢员３制瑑?nèi)RAM的數(shù)據(jù)不丟失的。ALE：地址鎖存控制信號(hào)（ALE）是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來(lái)作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE脈沖將會(huì)跳過(guò)。: 外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng) AT89S52從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，在每個(gè)

40、機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將不被激活。/VPP: 訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從0000H 到FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，應(yīng)該接VCC。P0口：P0口為一個(gè)8位漏極開(kāi)路雙向I/O口，每個(gè)腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管

41、腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P3口：P3口管腳是8個(gè)內(nèi)部帶上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流這是由于上拉的緣故。在單

42、片機(jī)中，這8個(gè)引腳還用于專門功能，是復(fù)用雙功能口，作為第一功能使用時(shí)，就是普通的I/O端口，值得強(qiáng)調(diào)的是，每一條引腳都可以獨(dú)立定義第一功能的輸入輸出或第二個(gè)功能。其第二功能如表31所示：表31 P3口的第二功能說(shuō)明口線引腳第二功能P3.010RXD（串行輸入口）P3.111TXD（串行輸出口）P3.212INT0（外部中斷0）P3.313INT1（外部中斷1）P3.414T0（定時(shí)器0外部輸入）P3.515T1（定時(shí)器1外部輸入）P3.616WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫脈沖）P3.717RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖）3.3 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和ADC0809結(jié)構(gòu)3.3.1 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換原理及主要技術(shù)指

43、標(biāo)A/D轉(zhuǎn)換器是一種能把輸入模擬電壓變成與它成正比的數(shù)字量的器件，即能把被控對(duì)象的各種模擬信息轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信息。A/D轉(zhuǎn)換器的種類很多，例如：計(jì)數(shù)器式A/D轉(zhuǎn)換器、雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器、并行式A/D轉(zhuǎn)換器。一般來(lái)說(shuō)，計(jì)數(shù)器式A/D轉(zhuǎn)換器、但轉(zhuǎn)換速度也很慢，所以很少采用；雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器抗干擾能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)換精度高，但轉(zhuǎn)換速度也很高，但轉(zhuǎn)換速度不夠理想，常應(yīng)用于數(shù)字式測(cè)量?jī)x表中；計(jì)算機(jī)中廣泛采用逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器作為A/D轉(zhuǎn)換接口電路，因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)不太復(fù)雜，轉(zhuǎn)換速度也高；并行式A/D轉(zhuǎn)換器的 轉(zhuǎn)換速度最快，但因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜而造價(jià)很高，故只用于轉(zhuǎn)換速度極高的場(chǎng)

44、合。1）分辨率 分辨率是指轉(zhuǎn)換器所能分辨的被測(cè)量的最小值。對(duì)ADC來(lái)講，分辨率表示輸出數(shù)字量變化一個(gè)相鄰數(shù)碼所需要輸入模擬電壓的最小變化量。如果數(shù)字量的位數(shù)為n，分辨率就等于1/2n滿刻度值。 2）轉(zhuǎn)換速度 轉(zhuǎn)換速度是指完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間的倒數(shù)，是一個(gè)非常重要的指標(biāo)。ADC型號(hào)不同，轉(zhuǎn)換速度差別很大。一般情況下，8位ADC的轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s左右。3）轉(zhuǎn)換精度 A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度由模擬誤差和數(shù)字誤差組成。模擬誤差是比較器、解碼網(wǎng)絡(luò)中的電阻值以及基準(zhǔn)電壓波動(dòng)等引起的誤差。數(shù)字誤差主要包括丟碼誤差和量化誤差，前者屬于非固定誤差，由器件質(zhì)量確定，后者和A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字量的位數(shù)有關(guān)，位

45、數(shù)越多，誤差越小。3.3.2 簡(jiǎn)單介紹ADC0809結(jié)構(gòu) 8路模擬信號(hào)的分時(shí)采集，片內(nèi)有8路模擬選通開(kāi)關(guān)，以及相應(yīng)的通道抵制鎖存譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時(shí)間100us為左右。ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖3-3所示。圖3-6 ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖中多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟(jì)的多路數(shù)據(jù)采集方法。地址鎖存與譯碼電路完成對(duì)A、B、C 3個(gè)地址位進(jìn)行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連，表3-2為通道選擇表。 表3-2 通道選擇表CBA被選擇通道000IN000

46、1IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7ADC0809芯片為28引腳為雙列直插式封裝，其引腳排列見(jiàn)圖3-3-3。對(duì)ADC0809主要信號(hào)引腳的功能說(shuō)明如下：IN7IN0模擬量輸入通道。ALE地址鎖存允許信號(hào)。對(duì)應(yīng)ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。START轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。START上升沿時(shí)，復(fù)位ADC0809；START下降沿時(shí)啟動(dòng)芯片，開(kāi)始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。本信號(hào)有時(shí)簡(jiǎn)寫為ST.A、B、C地址線。通道端口選擇線，A為低地址，C為高地址，引腳圖中為ADDA，ADDB和ADDC。其地址狀態(tài)與通道對(duì)應(yīng)關(guān)系

47、見(jiàn)表3-1。CLK時(shí)鐘信號(hào)。ADC0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供，因此有時(shí)鐘信號(hào)引腳。通常使用頻率為500KHz的時(shí)鐘信號(hào)。EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。EOC=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號(hào)即可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請(qǐng)求信號(hào)使用。D7D0數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連。D0為最低位，D7為最高。 OE輸出允許信號(hào)。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。Vcc +5V電源。Vref參考電源參考電壓用來(lái)與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典

48、型值為+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V)。3.3.3 單片機(jī)與ADC0809的接口設(shè)計(jì)單片機(jī)與ADC0809的接口電路如下圖所示：圖3-7 單片機(jī)與ADC0809接口電路圖3.4 關(guān)于74HC595的介紹74HC595是一款漏極開(kāi)路輸出的CMOS移位寄存器，輸出端口為可控的三態(tài)輸出端，亦能串行輸出控制下一級(jí)級(jí)聯(lián)芯片。下面圖3-7 74HC595引腳圖圖3-7 74HC595引腳圖表3-3 74HC595引腳說(shuō)明管腳編號(hào)管腳名說(shuō)明1、2、3、4、5、6、7、15Q0-Q7三態(tài)輸出管腳8GND電源地9Q7串行數(shù)據(jù)輸出管腳10MR.移位寄存器清零端11SH_CP數(shù)據(jù)輸入時(shí)鐘線

49、12ST_CP輸出存儲(chǔ)器鎖存時(shí)鐘線13OE.輸出使能14DS數(shù)據(jù)線15VCC電源端74HC595是具有8位移位寄存器和一個(gè)存儲(chǔ)器，三態(tài)輸出功能。移位寄存器和存儲(chǔ)器是分別的時(shí)鐘。數(shù)據(jù)在SH_CP的上升沿輸入，在ST_CP的上升沿進(jìn)入的存儲(chǔ)寄存器中去。如果兩個(gè)時(shí)鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲(chǔ)寄存器早一個(gè)脈沖。移位寄存器有一個(gè)串行移位輸入，和一個(gè)串行輸出，和一個(gè)異步的低電平復(fù)位，存儲(chǔ)寄存器有一個(gè)并行8位的，具備三態(tài)的總線輸出，當(dāng)使能OE時(shí)（為低電平），存儲(chǔ)寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線。74HC595的主要優(yōu)點(diǎn)是具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)寄存器，在移位的過(guò)程中，輸出端得數(shù)據(jù)可以保持不變。圖3-8 數(shù)碼管與74HC59

50、5接口電路圖3.5 電磁開(kāi)關(guān)電路及原理要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，就要有能自動(dòng)閉合的開(kāi)關(guān)，這里用到的是電磁開(kāi)關(guān)（繼電器），繼電器上有電流時(shí)，由于電磁感應(yīng)就會(huì)在鐵心上產(chǎn)生磁性，將開(kāi)關(guān)彈片吸引，使外部電路導(dǎo)通。為了在電磁繼電器上有穩(wěn)定的電流流過(guò)，前端就要有相應(yīng)的控制元器件，我選擇的是光電隔離器件，隔離掉了不穩(wěn)定的因素。使光電隔離前端的發(fā)光穩(wěn)定，信號(hào)的前端還需要驅(qū)動(dòng)，提供穩(wěn)定的信號(hào)電流。只有發(fā)光部分的穩(wěn)定，后面的信號(hào)才能得到穩(wěn)定輸出。控制電路工作原理：?jiǎn)纹瑱C(jī)根據(jù)處理的結(jié)果，從控制端口輸出低電平控制信號(hào)，通過(guò)正向驅(qū)動(dòng)器，得到穩(wěn)定的信號(hào)，使得光電隔離前端的發(fā)光二極發(fā)光，電路接通，后續(xù)電路工作，輸出電壓經(jīng)分壓，三極管

51、導(dǎo)通，電磁繼電器工作，彈片向下吸引，開(kāi)關(guān)閉合，后面的電路開(kāi)始工作。3.5.1 光電隔離器的原理光電隔離器（optical coupler，英文縮寫為OC）亦稱 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1274536.htm t _blank 光耦合器，簡(jiǎn)稱光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信號(hào)。它對(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大后輸出。

52、這就完成了電到光再到電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。在發(fā)光二極管上提供一個(gè)偏置電流，再把信號(hào)電壓通過(guò)電阻耦合到發(fā)光二極管上，這樣光電晶體管接收到的是在偏置電流上增、減變化的光信號(hào)，其輸出電流將隨輸入的信號(hào)電壓作線性變化。光電耦合器也可工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，傳輸脈沖信號(hào)。在傳輸脈沖信號(hào)時(shí)，輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間存在一定的延遲時(shí)間，不同結(jié)構(gòu)的光電耦合器輸入、輸出延遲時(shí)間相差很大。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端是電流型工作的低阻元件，因而具有很強(qiáng)的共模抑制能力。所以，它在長(zhǎng)線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大

53、大提高信噪比。在計(jì)算機(jī)數(shù)字通信及實(shí)時(shí)控制中作為信號(hào)隔離的接口器件，可以大大增加計(jì)算機(jī)工作的可靠性。光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是：信號(hào)單向傳輸，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，輸出信號(hào)對(duì)輸入端無(wú)影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，無(wú)觸點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)，傳輸效率高。電耦合器之所以在傳輸信號(hào)的同時(shí)能有效地抑制尖脈沖和各種干擾，使通道上的信號(hào)穩(wěn)定性大為提高，主要有以下幾方面的原因：a）光電耦合器的輸入阻抗很小，只有幾百歐姆，而干擾源的阻抗較大，通常為105106。據(jù)分壓原理可知，即使干擾電壓的幅度較大，但饋送到光電耦合器輸入端的干擾電壓會(huì)很小，只能形成很微弱的電流，由于沒(méi)有足夠的能量而不能使二極體發(fā)光，從而被抑制掉

54、了。b）光電耦合器的輸入回路與輸出回路之間沒(méi)有電氣聯(lián)系，也沒(méi)有共地；之間的分布電容極小，而絕緣電阻又很大，因此回路一邊的各種干擾都很難通過(guò)光電耦合器饋送到另一邊去，避免了共阻抗耦合的干擾信號(hào)的產(chǎn)生。c）光電耦合器可起到很好的安全保障作用，即使當(dāng)外部設(shè)備出現(xiàn)故障，甚至輸入信號(hào)線短接時(shí)，也不會(huì)損壞儀表。因?yàn)楣怦詈掀骷妮斎牖芈泛洼敵龌芈分g可以承受幾千伏的高壓。3.5.2 電磁繼電器的原理繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等

55、作用。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。電磁繼電器的工作原理并不復(fù)雜，它主要是利用電磁感應(yīng)原理而工作的。當(dāng)線圈通以電流時(shí)，線圈便產(chǎn)生磁場(chǎng)，線圈中間的鐵心被磁化產(chǎn)生磁力.從而使銜鐵在電磁吸力的作用下吸向鐵心，此時(shí)銜鐵帶動(dòng)支桿將板簧推開(kāi)，使兩個(gè)常閉的觸點(diǎn)斷開(kāi)。當(dāng)斷開(kāi)繼電器線圈的電流時(shí)，鐵心便失去磁性，銜鐵在板簧的作用下恢復(fù)初始狀態(tài)，觸點(diǎn)則又閉合。觸點(diǎn)的形式一般分為三種:一種是繼電器線圈未通電時(shí)處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，為常閉觸點(diǎn)。二種是處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為常開(kāi)觸點(diǎn)，還有一種是一個(gè)動(dòng)觸點(diǎn)與一個(gè)靜觸點(diǎn)常閉，而同時(shí)與一個(gè)靜觸點(diǎn)常開(kāi)，形成一開(kāi)一閉的轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)形式。常閉觸點(diǎn)在線圈通電時(shí)由

56、閉合狀態(tài)斷開(kāi)，所以又稱為動(dòng)斷觸點(diǎn)，而把常開(kāi)觸點(diǎn)稱為動(dòng)合觸點(diǎn)轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)有兩種情況，即先合后斷的轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)和先斷后合的轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)。先了解必要的條件：(1)控制電路的電源電壓，能提供的最大電流；(2)被控制電路中的電壓和電流；(3)被控電路需要幾組、什么形式的觸點(diǎn)。選用繼電器時(shí)，一般控制電路的電源電壓可作為選用的依據(jù)。控制電路應(yīng)能給繼電器提供足夠的工作電流，否則繼電器吸合是不穩(wěn)定的。3.6 數(shù)碼管LED顯示電路設(shè)計(jì)7段LED數(shù)碼管是利用7個(gè)LED（發(fā)光二極管）外加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的LED組合而成的顯示設(shè)備，可以顯示09等10個(gè)數(shù)字和小數(shù)點(diǎn)，這類數(shù)碼管可以分為公陰極與共陽(yáng)極兩種，共陽(yáng)極就是把所有LED的陽(yáng)極連接到

57、共同的結(jié)點(diǎn)，而每個(gè) LED的陰極分別為a,b,c,d,e,f,g及dp（小數(shù)點(diǎn)）；共陰極就是把所有LED的陽(yáng)極連接到共同的結(jié)點(diǎn)，而每個(gè) LED的陽(yáng)極分別為a,b,c,d,e,f,g及dp（小數(shù)點(diǎn)）。根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。 靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：每個(gè)數(shù)碼管的每個(gè)段都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼的二十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多。動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng):動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃“a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端連在一起，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼

58、管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)，該位就顯示出字形。 圖3-9 單片機(jī)與數(shù)碼管連接電路3.7 按鍵電路設(shè)計(jì)按鍵是用來(lái)向系統(tǒng)提供操作人員命令的接口，所以準(zhǔn)確無(wú)誤地辨認(rèn)每個(gè)鍵的動(dòng)作以及其所處的狀態(tài)，是系統(tǒng)能否正常工作的關(guān)鍵。多數(shù)按鍵多采用機(jī)械彈性開(kāi)關(guān)，一次高低電平的變化就是一次命令。但是按鍵的抖動(dòng)是難以避免的，為了穩(wěn)定操作，我們要防止抖動(dòng)的發(fā)生，就要消除抖動(dòng)的影響，可以從硬件和軟件兩方面解決。硬件防抖電路：利用RC積分電路對(duì)干擾脈沖的吸收作用，選擇好電路的時(shí)間常數(shù)，就能在按鍵抖動(dòng)信號(hào)通過(guò)此濾波電路時(shí)，消除

59、抖動(dòng)影響。濾波防抖電路圖如圖所示。當(dāng)K位按下時(shí)，電容C兩端的電壓均為0，非門輸出為1。當(dāng)K按下時(shí)，由于C兩端電壓不可能產(chǎn)生突變。盡管在觸點(diǎn)接觸過(guò)程種可能出現(xiàn)抖動(dòng)，只要適當(dāng)選取R1、R2和C的值，即可保證電容C兩端的充電電壓波動(dòng)不超過(guò)非門的開(kāi)啟電壓（TTL位0.8V），非門的輸出維持高電平。同理，當(dāng)觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)，由于電容C經(jīng)過(guò)電阻R放電，C兩端的放電電壓波動(dòng)不會(huì)超過(guò)門的關(guān)閉電壓，因此，門的輸出也不會(huì)改變?？傊?，只要R1、R2和C的時(shí)間常數(shù)選取得當(dāng)，確保電容C有穩(wěn)態(tài)電壓充電到開(kāi)啟電壓，或放電到關(guān)閉電壓的延遲時(shí)間等于或大于10ms，該電路就能消除抖動(dòng)影響。軟件防抖方法：當(dāng)?shù)谝淮螜z測(cè)到有鍵按下時(shí)，先用軟

60、件延時(shí)（1020ms），而后再確認(rèn)該鍵電平是否仍維持閉合狀態(tài)電平。若保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)此鍵一按下，從而消除了抖動(dòng)的影響。3.8 聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)聲光報(bào)警電路由單片機(jī)P1.5口控制，輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路。聲光報(bào)警電路由一個(gè)發(fā)光二極管、一個(gè)蜂鳴器、一個(gè)三極管和2個(gè)電阻組成，電路圖如下圖所示。圖3-10 聲光報(bào)警電路4 軟件設(shè)計(jì)方案4.1 軟件總體設(shè)計(jì)硬件電路是一切的基礎(chǔ)，在其基礎(chǔ)上軟件設(shè)計(jì)是關(guān)鍵的部分，它是單片機(jī)工作的重點(diǎn)，就是讓各部分協(xié)調(diào)工作的命令，軟件程序的重要性是毋庸置疑的，是整個(gè)控制系統(tǒng)的命脈，根據(jù)各部分編寫相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，才能使得相應(yīng)的芯片有其功能，所以程序設(shè)計(jì)是非常重要