超声波雾化器

1、超声波雾化器 摘 要 在日常生活中雾化器得到了广泛的应用，但是现有的雾化器都需要手工控 制开启和关闭并且不具备对室内空气温湿度的监测，人们在使用过程中存在过 度加湿和干烧的问题，不仅给室内空气舒适度造成负面影响并且还存在安全隐 患。因此开发设计一种价格低廉、功耗低、具有自动控制功能的雾化器显得尤 为必要。本设计采用智能控制，以 AT80S51 单片机为核心，外接辅助电路，通 过实现加湿器的防干烧、声光报警、智能开启和关闭以及室内温湿度的显示功 能基本实现雾化器的智能化。 关键词：单片机；智能；雾化器；相对湿度；传感器； 目 录 第 1 章 绪论 .5 1.1 概况 .5 1.2 本文研究内容

2、.5 第 2 章 CPU 最小系统设计.5 2.1 总体设计方案 .6 2.2 CPU 的选择.7 2.3 数据存储器扩展 .8 2.4 复位电路设计 .9 2.5 时钟电路设计 .10 2.6 CPU 最小系统图.11 第 3 章 输入输出接口电路设计 .11 3.1 传感器的选择 .11 3.2 检测接口电路设计 .12 3.2.1 A/D转换器选择.12 3.2.2 模拟量检测接口电路图.12 3.3 输出接口电路设计 .13 3.4 人机对话接口电路设计 .13 第 4 章 系统设计与分析 .15 4.1 系统原理图 .15 4.2 系统原理综述 .15 文献 .17 第 1 章 绪论

3、 1.1 概况 用途功能：超声波加湿器是采用超声波高频振荡的原理，将水雾化为一至 五微米的超微粒子，通过风动装置，将水雾扩散到空气中，从而达到均匀加湿 空气的目的。 现状： 现有生产五个系列的产品，其基本单元均为组合或者说集成式超声 波雾化器，其整体还有电源系统、供水系统、水雾输送系统等，另根据不同的 使用场所、不同形式、不同要求设计的不锈钢机体，组装为不同的超声波工业 加湿设备。现有生产五个系列的产品，所具有的差别主要是在应用领域不同、 控制方式不同、雾化量不同等几个方面。首先，应用领域五个系列多种领域； 其次；每个领域有侧重不同的控制方式；第三，每个场所有不同的加湿量。 1.2 本文研究内

4、容 根据任务书内容进行描述（要完成的功能以及设计的内容）根据任务书内容进行描述（要完成的功能以及设计的内容） 系统软件实现的功能：系统软件实现的功能： 1) 通过 LED 显示温湿度值及水位； 2) 比较监测到的水位，发现低水位时自动掉电并声光报警； 3) 根据相对湿度值控制加湿器的开关。 本课题研究主要涉及以下方面：本课题研究主要涉及以下方面： 1）通过对控制系统的功能及要求确定总体设计方案 2）系统硬件电路的设计与开发 3）系统软件程序的设计与调试 4）系统性能测试 本设计将采用智能控制，以本设计将采用智能控制，以 AT80S51AT80S51 单片机为核心，外接辅助电路，通过单片机为核心

5、，外接辅助电路，通过 实现加湿器的防干烧、声光报警、智能开启和关闭以及室内温湿度的显示功能实现加湿器的防干烧、声光报警、智能开启和关闭以及室内温湿度的显示功能 基本实现加湿器的智能化。基本实现加湿器的智能化。 第 2 章 cpu 最小系统设计 2.1 总体设计方案 根据任务书中的设计要求以及设计内容，画出总体方案框图，并简要说明各模 块功能。 电子式互感器电子式互感器 采集器采集器 合并单元 智能终端 过程层交换机 . . 图图 2.12.1 过程层原理框图过程层原理框图 表表 1.11.1 变电站情况变电站情况 图图 1-11-1 自动加湿器功能原理图自动加湿器功能原理图 温度检测：利用 D

6、S18B20 数字温度传感器检测环境实时温度 湿度检测：两个温度传感器分别采集室内空气的干湿球温度，并将采集的 温度传送至单片机。单片机对这两个数据加以处理并结合室内湿度要求加湿器 项目名称本期规模 变压器2 台 35kV 进线2 回 10kV 出线6 回 10kV 电容器组2 台 35kV 外桥接线电气主接线 10kV 单母分段接线 单片机 温度传感器 1 温度传感器 2 1602LCD 显示屏 水位传感器 加湿器开关 声光报警器 的 开启和闭合 液位检测：利用 BZ0504 液位开关检测水槽实时液位。判断有水时输出 0V，无水时 5V。 单片机控制：我们标配的是 AT80S51，作为核心部

7、件，实现对内部功能的 控制。 液晶显示：利用 1602 液晶显示模块。显示实时的温湿度。 声光报警：当检测的液位低于安全值时，蜂鸣器响且 LED 灯闪亮，提醒用 户给水槽加水。 2.2 CPU 的选择 根据设计要求以及设计内容，说明 CPU 的型号，并简要介绍所选择 CPU 的内部 资源以及引脚结构图。 T89C2051 是一种带 2K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除 只读存储器可以反复擦除 1000 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造， 与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合 在单个芯

8、片中，ATMEL 的 AT89S51 是一种高效微控制器，AT89C2051 是它的一种精简版本。 AT89S51 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排 列如图 2-1 所示 图图 2-22-2 AT89S51AT89S51 芯片引脚图芯片引脚图 AT89S51 共有 40 个引脚，大致可分为 4 类：电源引脚、时钟电路引脚、I/O 引脚、控 制线引脚。根据开发的需要和单片机的结构，我们就可以实现单片机的自动工作，即实现 自动化！ 2.3 数据存储器扩展 结合设计题目说明扩展数据存储器必要性，阐明控制的数据存储器型号，并简 要概括其性能，再加上 CPU 与数据

9、存储器的硬件原理图。 扩展数据存储器电路常用 RAM 芯片：Intel 6116(2KB)、6264(8KB)、 62256(32KB)等。 RAM 是用来存放各种数据的，MCS-51 系列 8 位单片机内部有 128BRAM 存储 器，CPU 对内部 RAM 具有丰富的操作指令。但是，当单片机用于实时数据采集 或处理大批量数据时，仅靠片内提供的 RAM 是远远不够的。此时，我们可以利 用单片机的扩展功能，扩展外部数据存储器。实训 6 的参考程序 1 就是一个扩 展 RAM 的使用实例。 常用的外部数据存储器有静态 RAM（Static Random Access MemorySRAM）和动态

10、 RAM（Dynamic Random Access MemoryDRAM） 两种。前者读/写速度高，一般都是 8 位宽度，易于扩展，且大多数与相同容量 的 EPROM 引脚兼容，有利于印刷板电路设计，使用方便；缺点是集成度低，成 本高，功耗大。后者集成度高，成本低，功耗相对较低；缺点是需要增加一个 刷新电路，附加另外的成本。 MCS-51 单片机扩展片外数据存储器的地址线也 是由 P0 口和 P2 口提供的，因此最大寻址范围为 64KB（0000HFFFFH） 。 一 般情况下，SRAM 用于仅需要小于 64KB 数据存储器的小系统，DRAM 经常用于需 要大于 64KB 的大系统。 图图

11、2-32-3 数据存储扩展电路图数据存储扩展电路图 2.4 复位电路设计 阐述复位电路的重要性；画出复位电路原理图，说明复位条件以及复位过程 复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位 信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源 插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。图 3-3 所示的 RC 复位电路可以实现上述基本功 能，图 3 为其输入-输出特性。但解决不了电源毛刺（A 点）和电源缓慢下降（电池电压不 足）等问题 而且调整 RC 常数改变延时会令驱动能力变差。左边的电路为高电平复位有效 右边为低电平 Sm 为手动复位开关

12、Ch 可避免高频谐波对电路的干扰。 图图 2-42-4 上电及手动复位电路图上电及手动复位电路图 2.5 时钟电路设计 阐述时钟电路的重要性；画出时钟电路原理图，说明复电容参数值以及晶振频 率 时钟电路用于产生 MCS-51 单片机工作时所必须的时钟控制信号，MCS-51 单片机的内部电路在时钟信号的控制下，严格的执行指令进行工作，在执行指 令时，CPU 首先要到程序存储器中取出所需要的指令操作码，然后译码，并由 时序电路产生一系列控制信号去完成指令所规定的操作。CPU 发出的时序信号 有两类，一类用于片内对各个功能部件的控制，另一类用于对片外存储器或 I/O 端口的控制。 MCS-51 单片

13、机各功能部件的运行都是以时钟信号为基准， 有条不紊地一拍一拍地工作，因此时钟频率直接影响单片的速度，时钟电路的 质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟设计电路有两种方式，一种 是内部时钟方式，一种是外部时钟方式。 图图 2-52-5 时钟电路设计图时钟电路设计图 2.6 CPU 最小系统图 根据上述 4 节图，形成完整的 CPU 最小系统图 图图 2-62-6 CpuCpu 最小系统图最小系统图 第 3 章 输入输出接口电路设计 3.1 传感器的选择 根据所要检测或要控制的任务，首先确定传感器，并介绍传感器的性能等特性。 传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信

14、息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传 输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的 首要环节。 3.2 检测接口电路设计 3.2.1A/D 转换器选择 根据设计参数以及要求，选择 A/D 转换器芯片，并介绍其性能特性，转换精度。 模数转换器即 A/D 转换器，或简称 ADC，通常是指一个将模拟信号转变为 数字信号的电子元件。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输 出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。 故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参 考标准为最大的可转换信号大小

15、。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考 信号的大小。 模数转换器最重要的参数是转换的精度与转换速率，通常用输出的数 字信号的二进制位数的多少表示精度，用每秒转换的次数来表示速率。转换器 能够准确输出的数字信号的位数越多，表示转换器能够分辨输入信号的能力越 强，转换器的性能也就越好。高精度高速度的 A/D 转换器在军事，太空，医疗 等尖端领域有著致关重要的地位。 3.2.2 模拟量检测接口电路图 画出有传感器、CPU、AD 转换器等电路连接图，即完整的模拟量检测硬件电路。 图图 3-2-23-2-2 模拟量检测接口电路图模拟量检测接口电路图 3.3 输出接口电路设计 图图 3-33-3 单片机

16、与时钟、液晶显示器及按键接口电路图单片机与时钟、液晶显示器及按键接口电路图 3.4 人机对话接口电路设计 该部分主要是设计键盘和显示器，根据设计具体情况设计合理的键盘和显示。 键盘是由若干按键组合而成的，常采用矩阵式连接，称为矩阵式键盘，即 每条水平线和垂直线在交叉处通过一个按键加以连接。当需要的键数比较多时， 采用矩阵连接可以减少 I/O 口的占用。 利用 LED 点阵式显示模块不仅可以显示数字，也可显示所有西文字母和符 号，与由单个发光二极管组合连成的显示器相比，具有焊点少、连线少，所有 亮点在同平面、亮度均匀、外形美观等优点，可以代替数码管、符号管和米字 管。如果将多块组合，可以构成大屏

17、幕显示屏，用于汉字、图形、图表等等的 显示，因此被广泛用于机场、车站、码头、银行及许多公共场所的指示、说明、 广告等场合。 第 4 章系统设计与分析 4.1 系统原理图 图图 4-14-1 超声波雾化器原理图超声波雾化器原理图 4.2 系统原理综述 该雾化器具有以下特点：分体式，即超声雾化头与电源和电路部分完全分离； 便携式，体积小、即插即用、设 有自保功能；高可靠，可全天候工作；雾化量 大，与别墅的山水盆景配套可发生云雾缭绕的动感；特别适合过 分干燥的环境 对空气加湿，以利人的呼吸；在水中加入适量的某种溶剂，给被污染的居住环 境消毒，以预防疾 病（如把生活用醋定时雾化，可预防流感） 。 此主

18、题相关图 片如下： 一、电路工作原理。 该雾化器电路如图所示，电源变压器 （）经降压（ ）送整流和 、滤波后给电路提供工作电压。雾化器工作电路由振荡器、换能器和 水位控 制电路等组成。 振荡器和换能器。 电路中的振荡器是一种由高频压电陶瓷片（超声 换能器）组成的工作振荡器， 其振荡频率为（决定于选定的 ） 。晶体三极管和电容器、等构成电容三点 式振荡器电路。 和电感等效并联的谐振频率比工作频率低，其作用是决定工作振荡器 的振荡幅度； 和电感等效串联的谐振频率比工作频率高，其作用是决 定工作振荡器的反馈量，以保证振荡器起振和维 持电路的可靠振荡。压电陶瓷 片具有很大的等效电感，它除决定电路的工作频率外，同时又是雾化器的 工 作负载。若更换压电陶瓷片，无需调整电路其他参数，其振荡器频率也 能自动跟踪新的压电陶瓷片的频率 而工作。 水位控制和偏置电路。 电路中的超声换能器（又称雾化头）和其上 安装的两根水位控制触针， 他们是浸没