三极管水温控制系统(共23页)

1、江西理工大学电气041班高志军电子系统综合创新实践课程大作业报告PAGE 6电子系统综合创新(chungxn)实践课程大作业报告题目(tm)：数字(shz)温度计的设计姓 名： 陈科 学 院： 电气与信息工程学院 专业班级： 测控1301 学 号： 2013443351 指导老师： 翟 渊 成 绩： 科技学院二零一五年十二月摘 要根据大二课程设计的项目(xingm)要求，设计了一个基于ARM的温度控制系统，该系统以EasyArm2103Pack板为核心，利用三极管的温度特性，获得水温温度，并根据通过预先设定的温度来启动继电器加热加热电阻，该系统通过数码显示板显示出当前的温度状态，并可将这个(z

2、h ge)状态发送到电脑上显示。关键词：热敏电阻(r mn din z)，三极管测温度，液晶屏显示，继电器驱动ABSTRACKAccording to the Subject designed requirement for sophomore，the design of temperature ARM-based control system,which is at the core of EasyArm2103Pack, could get the current water temperature in the tank by the triode temperature feature

3、 , operator could set the temperature in advance to decide start-up the relay or not based on the current temperature.The datas collected could be showed on the digital screen to tell the operator the current wetar statements .Key words : Thermistor,RT,thermistor ，Triode temperature feature display

4、，Relay dirver heating resistor电子系统综合创新实践课程大作业报告目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc17516 第1章 设计(shj)任务及要求 PAGEREF _Toc17516 5 HYPERLINK l _Toc611 第2章 温度(wnd)系统总体方案设计 PAGEREF _Toc611 6 HYPERLINK l _Toc9837 2.1 温度系统(xtng)概述 PAGEREF _Toc9837 6 HYPERLINK l _Toc5298 2.1.1 温度传感器控制系统 PAGEREF _Toc5298 6 HYP

5、ERLINK l _Toc7724 2.1.2 热敏电阻测温度 PAGEREF _Toc7724 7 HYPERLINK l _Toc6801 2.1.3 三极管测温度 PAGEREF _Toc6801 7 HYPERLINK l _Toc22999 2.2 系统设计方案的分析与确定 PAGEREF _Toc22999 7 HYPERLINK l _Toc16848 2.3 系统总体设计思想 PAGEREF _Toc16848 8 HYPERLINK l _Toc3828 2.4 系统的硬件功能设计 PAGEREF _Toc3828 8 HYPERLINK l _Toc29963 2.5 系统

6、的软件功能设计 PAGEREF _Toc29963 9 HYPERLINK l _Toc1073 第3章 温度系统及其硬件实现 PAGEREF _Toc1073 10 HYPERLINK l _Toc21678 3.1 三极管温度测量 PAGEREF _Toc21678 10 HYPERLINK l _Toc25304 3.2 继电器驱动电路 PAGEREF _Toc25304 10 HYPERLINK l _Toc3368 3.3 LED的驱动技术 PAGEREF _Toc3368 11 HYPERLINK l _Toc21698 3.4 系统复位电路 PAGEREF _Toc21698 1

7、1 HYPERLINK l _Toc7044 第4章 温度系统软件实现 PAGEREF _Toc7044 13 HYPERLINK l _Toc23293 4.1 系统软件总体结构 PAGEREF _Toc23293 13 HYPERLINK l _Toc23559 4.2 AD转换算法设计 PAGEREF _Toc23559 13 HYPERLINK l _Toc27263 4.3 定时器的使用 PAGEREF _Toc27263 14 HYPERLINK l _Toc23171 第5章 试验与结果分析 PAGEREF _Toc23171 15 HYPERLINK l _Toc1952 5.

8、1 硬件电路制作与调试 PAGEREF _Toc1952 15 HYPERLINK l _Toc23167 5.1.1 电路制作 PAGEREF _Toc23167 15 HYPERLINK l _Toc7726 5.1.2 电路焊接与调试 PAGEREF _Toc7726 15 HYPERLINK l _Toc32104 5.2 软件程序编程与调试 PAGEREF _Toc32104 16 HYPERLINK l _Toc857 阶段性总结 PAGEREF _Toc857 17 HYPERLINK l _Toc24409 参考文献 PAGEREF _Toc24409 18电子系统综合创新实践

9、课程大作业报告PAGE 27设计(shj)任务及要求一、任务(rn wu)要求设计一个数字温度计。具体(jt)要求如下：自制稳压电源被测温度范围0200直接用3*1/2数字电压表显示温度值，可直接读出01999。也可以4位数码管显示温度值方案设计温度是非电量模拟信号，数字显示温度就必须将这一非电信号转换成电量（电压或电流），然后将模拟电信号经ADC转化成数字信号，最后经翻译显示器显示温度值。数字温度计框图温度传感元件较多，如热敏电阻，热电偶，温敏二极管，温敏三极管等。比如温敏三极管在温度发生变化时be结的温度系数为-2mV/，利用这个特性可以测出环境温度的变化。但由于在0时文敏三极管be结存在

10、的电压Vbe不等于零，因此需要设计一个调零电路，使文敏三极管在0时的输出为零，使显示器的读数也为零。当环境温度上升到100时一般只需要调好0和满度，输出读数和温度就能对应。温度系统(xtng)总体方案设计温度(wnd)系统概述温度是日常生活中较为常见的自动控制系统，通过对这个系统的设计与实现，可以感性的认识并了解到自动控制的基本思路以及(yj)原理，从外部温度信号的输入，到对该信号的分析与处理，再到温度，都很好的体现了自动控制的反馈与处理之间的关系。从学习实验的角度，目前较为常见的温度控制有以温度传感器为核心的控制系统，以三极管测温度为核心的系统，以及以热敏电阻为核心的系统。温度传感器控制系统

11、 图2-1 DS18B20温度传感器电路图利用温度传感器可以直接获得当前的温度状况并通过单片机进行处理，并将其显示到液晶屏上热敏电阻(r mn din z)测温度利用热敏电阻，当周围温度上升，阻值下降的原理，找到温度与其两端电压的关系，再经过(jnggu)运算放大器进行放大之后，找出关系，并转化成数据显示。三极管测温度(wnd)图2-3是三极管测温度电路由于三极管的PN结的温度特性，其be两端电压可以由于外界温度变化而改变,所以可以利用这个特性转换出电压与温度之间的关系从而获得需要测量的温度值系统设计方案的分析与确定通过比较上面三组设计方案，再结合自身能力以及条件，决定以方案三的设计思路来进行

12、这次课程设计。方案一与方案二都是较为成熟的设计思路，不利于初学者快速上手，而方案三是从最基础的方法来测定温度，有利于为下学期的模拟电子电路的学习打下基础。由此可以确定方案三为本次设计的基本设计思路执行器受控对象传感器系统(xtng)总体设计思想根据系统(xtng)设计方案，整个系统设计由三极管测温电路，继电器驱动电路，89C51板核心处理(chl)，键盘板显示电路，热电阻加热电路几部分共同组成。三级管测温电路是信号量的获得电路，是这个设计的信号获得的基础，设计所需的温度测量都由其来实现。因为三极管的温度特性，可以获得其两端电压与温度的关系，在根据这个关系来得到所测得的温度，再进一步的转换之后就

13、可以得到所需的温度值。89C51板是数据处理与利用的核心，从测温电路所得到的周围温度在获得之后，并不可以直接进行利用，而是需要进一步的处理之后才可以。根据ARM的A/D转换，可以电压变化这个模拟量转为数字量，并发送到键盘显示板上进行显示，方便对后续工作的的进行。同时，可以根据获得的温度信号来控制加热电路。继电器电路是用于启动加热电阻，由ARM版的根据当前温度来决定启动与否显示版是显示通过测温电路所获得的温度在经过转换之后可以显示出来，热电阻加热电路是由一个加热电阻构成并由继电器电路在进行驱动。系统的硬件功能设计系统主要组成部分及功能如下：（1）CPU核心 : （2）温度测量： 三极管测温电路（

14、3） 温度显示： 液晶显示板（5） 计算机： 作为系统的上位机，主要是完成显示由ARM版UART转换后显示的测量值。计算机三极管测温电路液晶显示板制单片机图2-6 系统总体(zngt)结构框图系统(xtng)的软件功能设计根据系统的设计需要，根据硬件(yn jin)电路可以设计出基于51单片机的程序进行对信号的采集以及处理。一是通过测量电路而获得的电压变化，再根据这些电压的值进行AD转换成数字量发送到数码管上显示出来。温度系统及其硬件(yn jin)实现三极管温度(wnd)测量根据这次设计是根据三极管PN结的特性来实行的，其有如下几个(j )特征（1）对放大倍数的影响： 三极管的随温度的升高将

15、增大，温度每上升l，值约增大0.51，其结果是在相同的IB情况下，集电极电流IC随温度上升而增大。 （2）对反向饱和电流ICEO的影响： ICEO是由少数载流子漂移运动形成的，它与环境温度关系很大，ICEO随温度上升会急剧增加。温度上升10，ICEO将增加一倍。由于硅管的ICEO很小，所以，温度对硅管ICEO的影响不大。 二极管的正向特性一样，温度上升1，ube将下降22.5mV。利用这个特性可以实现对外部温度的测量 继电器驱动电路继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关

16、”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。 LCD的驱动(q dn)技术为了(wi le)保证LED能够获得较高的使用效率(xio l)，首先需要一定的应用条件，其次需要采用相适应的驱动电路来满足ED工作参数的要求。驱动电路是一种专为LED供电的特种电源，要有简单的电路结构、较小的体积，以及较高的转化率。驱动电路的输出电参数要与驱动的LCD技术参数相匹配，满足LCD的要求，并具有较高精度的恒流控制，合适的限压功能。驱动电路工作时，对其他路的正常工作干扰少，满足相关的电磁兼容性要求。目前市场上LCD都是采用直流驱动，因此需在市电与LED之间加一个电源适配器，即LCD驱动器。但是由于各

17、种规格不同的LED驱动电源的性能和转换效率不同，所以选择合适的，高效的LED驱动器，才能展现出LCD光源高效能的特性。由于这次我为大家介绍的是LCD背光模组设计因此在这里我给大家展示一种在液晶显示器中常用的LCD驱动器：30A大电流快速调节、同步型、高亮度LCD驱动器MAX16821A/B/C 系统复位电路复位是单片机的初始化操作，只要给RESET引脚加上2个机器周期以上的高电平信号，即可使单片机复位。除了进入系统的正常初始化之外，当程序运行出错或是操作错误使系统处于死锁状态时，为了摆脱死锁状态，也需要按复位键重新复位。在系统中，为了实现上述的两项功能，常用的按键电平复位电路。 如图2.6图2

18、.6按键电平复位电路(dinl)从图中可以看出，当系统得到工作电压的时候，复位电路工作在上电自动复位状态，通过(tnggu)外部复位电路的电容充电来实现，只要Vcc的上升时间不超过1ms就可以实现(shxin)自动上电复位功能。在本系统中，采用10uF的电容和10k的电阻来实现复位电路。当系统出错时，直接按开关实现模拟系统上电复位的功能，从而实现系统重新复位启动。3.5时钟电路时钟电路是用于产生单片机工作时所必需的时钟信号。时钟是单片机的心脏，单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准的，有条不紊地一拍一拍地工作。钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。在本系统

19、中采用内部时钟方式的电路，如图2.7所示：图2.7内部时钟方式电路图电路中的电容C1、C2典型值为3010pF。外接电容的值虽然没有严格的要求，但是电容的大小会影响振荡器的稳定性和起振的快速性。同时，在系统采用11.0592MHz的晶体振荡器来产生时钟脉冲。一方面，可以满足系统在设计时的机器周期的需要；另一方在进行串行口通讯的时候能够提供精准的通讯波特率MCS-5内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。这个放大器和作为反馈元件的外部晶振一起构成一个自激振荡器。温度(wnd)系统软件实现系统软件总体(zngt)结构键 盘扫 描数 码管

20、显示程序结构AD采样获取当前值图4-1 系统软件(x tn run jin)总体框图 AD转换算法设计根据上一小节的硬件实现分析，软件实现最关键的地方就是：在获得测温电路的三极管温度变化后，如何显示出来，就需要使用到对模拟信号的对数字信号的转换。需要利用PACK板上的AD转换功能A/D 转换器的基本时钟由VPB 时钟提供，可编程分频器可将时钟调整至4.5MHz （逐步 逼近转换的最大时钟），10 位精度要求的转换需要 11 个A/D 转换时钟。特性 10 位逐次逼近式模数转换器； 测量范围：03.3V； 10 位转换时间2.44us； 一路或多路输入的Burst 转换模式； 转换触发信号可选择

21、：输入(shr)引脚的跳变或定时器的匹配； 具有(jyu)掉电模式。 使用3.3v 作为基准(jzhn)参考电压源，则LPC2103 的A/D 转换器的最小分辨率LSB LSB = (VREF/ 210)= 3300/ 1024=3.22mv; 即在一次转换中，A/D 转换器能够区分的最小电压为3.22mv。 定时器的使用定时器 0 和定时器 1，这两个定时器除了外设基地址 不同外，其它都相同。定时器/计数器对外设时钟（PCLK ）或外部提供的时钟周期进行计数，可选择产生中断或根据4 个匹配寄存器的设定，在到达指定的定时值时执行其它动作。它还 包括4 个捕获输入，用于在输入信号发生跳变时捕获定

22、时器值，并可选择产生中断。 本程序使用定时器0，通过匹配值的设定来控制中断时间。匹配周试验(shyn)与结果分析 硬件电路(dinl)制作与调试 电路(dinl)制作原理图设计原理图设计可按下面过程来完成(1)设计图纸大小(2)设置Protel Dxp/Schematic设计环境(3)旋转元器件(4)原理图布线(5)调整线路(6)报表输出(7)文件保存及打印输出电路焊接与调试电路焊接焊接时插完一个元器件就相应焊接到电路板。一般步骤如下：(1)制板(2)插横插、直插小件(3)插大、中等尺寸的元器件(4)插IC电路(dinl)调试(1)查元器件有无(yu w)错插、漏插 (2)查线路(xinl)有

23、无断路、短路 (3)查电路中各测试点直流电压及电流是否符合设计要求，你可参考资料介绍或根据原理分析各点工作状态所需电压电流 (4)上电检测是否正常 软件程序编程与调试调试器硬件仿真和软件仿真能够装载映像文件到目标内存，具有单步、全速和断点等调试功能，可以观察变量、寄存器和内存的数据等等。这样程序运行到此处时，就可以使用单步执行程序的方法，通过变量的变化情况逐一观察每一条指令的执行情况和执行后的结果。阶段性总结(zngji)这次的项目驱动收获颇多，对三极管的特性，AD转换，运放器，继电器进行了深入(shnr)的了解，对于三极管测温电路，根据三极管温度线性关系，当温度上升1度，电压下降2毫伏，再通

24、过运放器以一定得到倍数放大，通过AD转换将温度变化显示到数码管上，测出温度的变化，利用电压变化驱动继电器开动加热电路用来升温，当温度达到要求，关闭加热电路，开始降温，通过控制是温度控制在0到80度，达到自由控制温度(wnd)的目的。在项目中也遇到了不少困难和问题：开始在测温电路得焊接过程，由于电阻的选择不当至使电路无法测温，电压无变化，不过通过模拟电路后将电阻经过筛选确定阻值，最终电路焊接成功，能够稳定的感应温度的变化，经历了多次失败后的成功让我们高兴万分。其次，在继电器驱动电路中，由于继电器型号不对，导致焊接电路多次出错，用电表捕不到电压，让我们十分焦急，但我们没有放弃，经过多次失败总结的经

25、验，继电器驱动加热电路也最终完成了。最后，我们的总体感觉是团队意识浓厚 ，团队之间分工合作，共同探讨解决难题，最终一同享受作品完成的喜悦，让人有无限热情和兴趣投入到项目驱动当中去。参考文献1 新编(xn bin)计算机基础教程，周立功主编，北京航空航天大学出版社2 TMS320X281xDSP原理及C程序开发，苏奎峰，吕强，常天庆(tin qn)，邓志东编著，北京航空航天大学出版社附录(fl)#include reg52.h#include #include #include #include table.h#include DS18B20.h#define uchar unsigned ch

26、ar#define uint unsigned int#define PCF8591 0 x90 /PCF8591 地址(dzh)#define THCO 0 x4c /11.0592MHZ晶振#define TLCO 0 x00 /定时(dn sh)50ms时间常数值unsigned char Data_Buffer4=1,2,3,4;unsigned int D4=0,0,0,0;sbit key3= P32;int AD_CHANNEL=0;unsigned int m;unsigned char code116;unsigned char code216;int n1,n2; bit flag=0;void delayms(uint xms)uchar i,j;for(i=xms;i0;i-)for(j=110;j0;j-);void keyscan() if(key3=0) delayms(5);if(key3=0)AD_CHANNEL=3; void LCD_display() DispZimu(1,0,n1,code1); DispZimu(2,0,n2,code2)