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微波炉温度操纵[资料]

2017-12-04 16页 doc 215KB 16阅读

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微波炉温度操纵[资料]微波炉温度操纵[资料] 微波炉控制系统设计 目 录 1.绪论 2.系统方案选择和论证 ............................................................... 2 2.1设计要求 ......................................................................... 2 2.2 方案论证与比较 ...........................................................
微波炉温度操纵[资料]
微波炉温度操纵[资料] 微波炉控制系统 目 录 1.绪论 2.系统选择和论证 ............................................................... 2 2.1设计要求 ......................................................................... 2 2.2 方案论证与比较 ............................................................ 2 3.系统整体功能介绍 ................................................................... 4 4、系统的硬件设计与实现 ......................................................... 4 4.1 时钟接口电路设计 ........................................................ 4 4.2 键盘接口电路设计 ........................................................ 5 4.3 显示电路设计 ................................................................ 6 4.4 温度测量电路设计 ........................................................ 7 4.5 报警电路功能的设计 .................................................... 8 5. 系统的软件设计 ..................................................................... 9 5.1主程序流程图如下: ................................................... 10 5.2温度检测程序流程图 ................................................... 11 6、测试、结果及分析 ............................................................... 11 6.1基本功能 ....................................................................... 11 6.2发挥功能部分 ............................................................... 12 6.3 其他功能发挥部分 ...................................................... 12 6.4 测试数据 ..................................................................... 13 7、总结 ....................................................................................... 14 参考文献 ......................................................错误~未定义书签。 附 录 ........................................................................................... 16 1.系统方案选择和论证 1.1设计要求 设计一个电子温度计,能够通过温度传感器测量并显示被测量点的温度。 (1)检测温度范围10,30?,分辨率1?; (2)正确显示温度 (3)静态功耗小于5微安(关闭LCD显示,时钟正常运行) (4)唤醒显示 1.2 方案论证与比较 1.2.1 控制器的选择 方案一 采用常用的89C51控制。技术比较熟练,应用广泛,现在的51系列技术硬件发展的也非常得快,也出现了许多功能非常强大的单片机,因 ,必须外加此使用单片机可以实现要求的基本功能。但是为了实现数据采集A/D转换芯片,这增加了系统的复杂程度,而且加大了系统的功耗,静态低功耗这一要求不可能实现。 方案二 应用ATMEGA88V-10PI AVR单片机,ATMEGA88V-10PI是一种功耗极低的高性能8位微处理器,技术上除具有方便、安全、高效外,还具有性能高、成本低和耗能低的特点,其内部具有高达512B的内存作为数据的缓冲区,因此能够实现快的数据读取速度;并具有丰富的I/O资源,而且其外围电路简单,在片内即可实现所有控制,从而简化了整个系统的复杂程度。 。综上所述我们选择方案二 1.2.2温度检测方案选择 方案一 采用热电偶元件,但热电偶需冷端补偿,电路设计复杂,因此不宜选择。 方案二 采用集成温度传感器DS18B20,如图1.1所示。该传感器结构简单,不需外接电路,数据传输采用one-wire总线,可用一根I/O数据线即供 电又传输数据,在-10--+85?范围内精度为?0.5?,测量范围和精度满足目要求,但可使系统功耗增加。 图1.1 18B20传感器 方案三 采用热敏电阻10K-3950-1%, 10?--+30?时分辨率可达0.1?,其测量精度高,重复性、可靠性好。 综上所述我们选择方案三。 1.2.3 显示模块的选择 方案一 采用数码管显示。数码管亮度高、体积小、重量轻,但其显示信息简单、有限,关键是功耗较高在本题目中应用要求受到很大的限制。 方案二 采用液晶屏实现显示。液晶显示屏种类较多,但LCM0816液晶显示功耗极低,显示清晰,稳定可靠,编程简单。由于ATMEGA88V-10PI提供了足够的内存来做为数据缓冲区对显示数据进行存储,我们可以采用液晶LCM0816实现正确的温度显示及时分秒、年月日的时钟显示功能。其特点是控制信号简单,接线少,且最重要的是待机功耗<1uA,工作电压2.7-5.2V。 综合考虑,我们采用方案二。 1.2.4 键盘的选择 方案一 采用专门的键盘芯片7289,其可用很少的接口来扩展更多的键盘,能够外接8个LED,64个按键。但是在本系统中只是使用较少的按键,因此使用7289会浪费按键资源,增加成本。 方案二 I/O口直接连接的独立式键盘,每键都有相应的I/O口对应,编程容易控制、实现方便。 综合考虑本设计,系统端口资源足够,为实现方便我们采用方案二。 2.系统整体功能介绍 系统整体设计如图1.1所示 1.1系统整体设计 按键功能说明 参数选择:选择需要显示数据 设定键: 按一下进入当前数据修改状态,修改完毕按一下保存并退出。 移位键: 选择时分秒、年月日日历修改。 增加键: 每按一下,数据加一。 减小键: 每按一下,数据减一。 3、系统的硬件设计与实现 根据设计和功能要求,本超低功耗电子温度计整机原理实现框图如图3.1所示。 图3.1 原理方框图 3.1 时钟接口电路设计 实时时钟芯片选用日历芯片PCF8563,提供一个可编程的时钟输出,并具有掉电检测和中断输出功能,所有地址和数据通过I2C总线接口进行传送,与CPU接口简单,由其实现实时时钟计量。与CPU接口如图3-1所示。 图3.1 时钟模块电路图 3.2 键盘接口电路设计 I/O口直接连接的独立式键盘,每键都有相应的I/O口,对应键盘电路设 计如图3-2所示 图3.2 键盘接口电路图 各按键功能如下: 参数选择:选择需要显示数据 设定键: 按一下进入当前数据修改状态,修改完毕按一下保存并退出。 移位键: 主要是选择日历修改。 增加键: 每按一下,数据加一。 减小键: 每按一下,数据减一。 3.3 显示电路设计 系统采用8段8位LCM0816液晶显示器,可方便显示时钟时分秒、年月日和温度值;同时它的显示状态50uA(典型值),省电模式<1uA,工作电压2.7~5.2V,这些低功耗的优良特点满足课题低功耗的要求。液晶与CPU接口电路如图3.3所示。 图3.3 液晶模块接口电路图 3.4 温度测量电路设计 温度测量传感器采用热敏电阻10KΩ-3950-1%,测温在10?--+30?时线性度好且分辨率达到0.1?。 热敏电阻的阻值随温度而产生严重的非线性变化,很难直接应用到线性 电路中,热敏电阻的阻值随温度的变化函数如下式。 ……………………………(3-1) R 是热敏电阻在室温下的阻值,β是热敏电阻材料的开尔文(Kelvins)常25c 数,T是热敏电阻的实际摄氏温度。因此需要对其进行软件或硬件线性补偿,硬件补偿比较容易实现,我们在此使用硬件补偿。如下: 热敏电阻的线性补偿 电压模式中,用一个普通电阻与热敏电阻串联构成一个分压电路,这个分压电路由稳压电源或电压基准供电,其输出电压随温度的变化关系近似为线性。如果串联电阻与NTC热敏电阻的室温阻值相等,在室温+25?附近的电压输出可以保持较好的线性特性,接口电路如图3.4所示。 图3.4温度测量模块接口电路 3.5 报警、温度控制功能及电源电压检测电路设计 报警功能包括:设定温度上下限报警、闹铃报警二种情况;当相应参数达到设定数值时,采用不同颜色发光二极管实现,警示效果良好,电路通过串联上拉电阻与单片机I/O连接,电路如图3.5所示。 图3.5 设定温度报警接口电路 电源电压检测及欠压显示:当检测到电源电压欠压时,系统实现自动关闭,且LED发光;更换电源正常后,重新唤醒。如图3.6所示。 图3.6电源电压检测接口电路 温度调节控制功能: 图3.7电池欠压报警电路 4. 系统的软件设计 程序全部采用C语言编写,实现数据采集、参数设定、数据显示等功能。采用液晶显示LCM0816显示时间和温度值。程序设计模块化,其它程序也可直接调用其中的功能函数,使用非常方便。 整个软件系统主要包括主程序、采样程序和时钟程序三大模块。主程序负责系统初始化,然后进入主循环程序,包括按键处理、显示刷新、报警及 系统状态的控制。 4.1主程序流程图如4.1所示: 主循环 开始 温度测试 I/O初始化 键盘处理 A/D初始化 时钟显示 定时器初始化 CPU关闭 LCD初始化 显示关闭 时钟初始化 按键变化产 生中断 主循环 结束 图4.1主程序流程图 4.2温度检测程序流程图 图4.2温度检测程序流程图 5、测试、结果及分析 观察系统运行状况,并辅助示波器、万用表及温度计经过多次试验得到以下结果。 5.1基本功能 表5-1系统主要功能 要实现的功能 结 果 检测温度范围10,30?,分辨率1? 实现 正确显示温度 实现 静态功耗小于5微安(关闭LCD显示,实现 时钟正常运行) 唤醒显示 实现 5.2主要测试仪器 型号、名称 序号 标准温度计 1 3位半VC9806+数字万用表 2 恒温箱 3 5.3发挥功能部分 表5-2 发挥功能部分 功能 是否实现,描述 控制功能(能够演示出控制功能的存在) 实现,PWM输出控制发光 管亮暗 显示时分秒的时钟功能(能够正常切换和显示) 实现 5.4 其他功能发挥部分 表5-3其他功能发挥部分 功 能 结 果 温度报警设置 实现 温度上、下限报警 实现 闹钟设置 实现 实现 闹钟功能 实现 时分秒和年月日设置 实现 时分秒和年月日显示 实现 电源欠压自动关断,更换 电池后重新唤醒, 实现 电池电压显示 5.5 数据测试 (1)温度检测。将热敏电阻连至温度检测模块的输入端,通过ATMEGA88单片机系统内的AD转换输出到液晶显示器显示。调节被测点温度的变化,将系统显示的温度值和国际标准温度计显示的温度值进行比较,得到数据如表5-4。 表5-4 温度测试数据 系统测量值/? 温度计显示值/? 测量误差/? 10.25 10.27 0.02 13.96 13.98 0.02 16.98 16.95 0.03 9.26 19.31 0.05 20.34 20.35 0.02 23.44 23.46 0.02 27.28 27.23 0.05 28.32 28.37 0.05 30.53 30.57 0.04 由测试数据可见,系统分辨率高,高于设计要求。 (2)系统静态电流测量:利用三位半数字万用表直流微安档检测。多次通断电,测得数据如表5-5。 表5-5(单位:μA)系统静态电流测量 0.50 0.51 0.49 0.62 0.55 0.52 0.60 0.55 0.52 0.53 可见,系统功耗极低,很好地满足了功耗方面的要求。 6、总结 经过一段时间以来的学习,不断的从设计中总结和修改,并按着预期的要求反复 的论证和测试。本着学习的态度,以完善设计的可靠性和稳定性,将整个设计分模块化 的进行,并将每个模块加以分析和论证,成功后再联系再一起,最终达到总体效果。 主要完成了以下几个方面的内容: 本系统利用热敏电阻检测温度,经调试在10,30?范围内,分辨率达0.1?,静态功耗低至0.49μA (关闭LCD显示,时钟正常运行),且实现了多项发挥功能。整个系统构成简单,测量精度高,功耗低,性能稳定可靠。 经过四天的奋斗,对ATMEGA88芯片功能、测温原理、低功耗实现有了深入全面的理解和掌握,初步掌握了系统设计和调试,全面锻炼了自己的实践动手能力。。 参考文献 [1] 周立功,张华. 深入浅出ARM7-PC213X/214X.北京:北京航空航天大学出版社,2005 [2] 吴金戎 沈庆阳 郭庭吉 、8051单片机实践与应用 北京:清华大学出版社2002 [3] 胡汉才、单片机原理及其接口技术 北京:清华大学出版社 1995 [4] 马忠梅 籍顺心 张凯 马岩、单片机的C语言应用程序设计(第3版) 北京:北京航空航天大学出版社2003 [5]王田苗、嵌入式系统设计与实例开发 北京:清华大学出版社 2005 [6]黄智伟 王彦等、全国大学生电子设计竞赛训练教程 北京:电子工业出版社 [7]实用单片机电子钟的设计/丁辉、姚庆文 无线电2003年合订本(下) [8] 于海生(微型计算机控制技术[M] (清华大学出版社(1999-6 [9] 孙涵芳(MCS-51系列单片机原理及应用[M] (北京航空航天大学出版社(1996-4 [10] 黄正谨(综合电子设计与实践[M] (东南大学出版社(2002-3 [11] 杨欣等(电子设计从零开始[M] (清华大学出版社(2005-10 [12] 谢嘉奎(电子线路[M] (高等教育出版社(2003-2 [13] 夏路易,石宗义(电路原理图与电路设计教程Protel 99SE[M] (北京 希望电子出版社(2002 附 录 指导教师: 成绩: 指导教师签字: 2012 年 05 月 23日
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