智能飲水機(jī)控制系統(tǒng)-畢業(yè)設(shè)計(jì)..doc

I 智能飲水機(jī)控制系統(tǒng) 學(xué)生 XXX 指導(dǎo)教師 XXX 內(nèi)容內(nèi)容摘要摘要 該系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜合電子技術(shù)理論 從生活實(shí)際出發(fā) 完善了飲水機(jī)的功能 設(shè)計(jì)方案中 主要采用 AD590 和光敏三極管作為檢測單元 并運(yùn)用了 MC14433 74LS160 等集成器件 整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能 即測溫?cái)?shù)顯和加熱次數(shù) 自動控制 包括檢測 A D 轉(zhuǎn)換 計(jì)數(shù) 譯碼選通 繼電器控制等電路模塊單元 與 傳統(tǒng)的飲水機(jī)相比 由于采用了自動檢測和控制的電子設(shè)計(jì)技術(shù) 可較好地實(shí)現(xiàn)對水 溫和水質(zhì)的測量和控制 具有較廣泛的應(yīng)用前景 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 檢測單元 溫度傳感器 AD590 自動控制 繼電器 II IntelligentIntelligent waterwater machinemachine controlcontrol systemsystem AbstractAbstract The system of design integrated electronic technology theory from the actual conditions of life improving the function of the drinking fountains The Design project with the main use ofAD590 and phototransistor as a test unit has still used theMC14433 74LS160 such as integrated device The whole design system tries to achieve two functions namely digital temperature measurement and automatic control of the number of heating including detection A D converter Count decoding strobe relay control such circuit modules Compared with the traditional drinking fountains the use of automatic detection and control of electronic design technology can better achieve the right temperature and water quality measurement and control with a wider range of applications KeywordsKeywords Detection Unit Temperature Sensor AD590 Automatic Control Rela III 目 錄 前言 1 1 總體設(shè)計(jì)方案 2 1 1 設(shè)計(jì)方案一 2 1 1 1 方案一方框圖 2 1 1 2 方案論證 2 1 2 設(shè)計(jì)方案二 3 1 2 1 方案二方框圖 3 1 2 2 方案論證 3 1 3 方案比較與選擇 3 2 單元模塊設(shè)計(jì) 4 2 1 直流穩(wěn)壓源電路 4 2 2 溫度檢測電路 5 2 3 A D 轉(zhuǎn)換及顯示電路 6 2 4 光敏檢測及計(jì)數(shù)電路 7 2 4 1 光敏三極管感應(yīng)電路 7 2 4 2 計(jì)數(shù)及繼電器控制電路 8 3 特殊器件介紹 9 3 1 雙積分型 A D 轉(zhuǎn)換器 MC14433 9 3 2 溫度傳感器 AD590 11 3 3 電磁繼電器 12 3 4 計(jì)數(shù)器 74LS161 13 4 系統(tǒng)調(diào)試 14 5 系統(tǒng)功能 指標(biāo)參數(shù) 15 6 結(jié)束語 15 IV 參考文獻(xiàn) 17 1 智能飲水機(jī)控制系統(tǒng) 前言 飲水機(jī)存在于現(xiàn)代每個(gè)家庭生活中 但是目前大部分的飲水機(jī)功能僅限于燒水功 能 對現(xiàn)代人來說 功能還是不完善或者說存在一定的缺陷 比如對水溫沒有顯示裝 置 對加熱次數(shù)沒有合理控制等 這些都與對健康水質(zhì)的追求相矛盾 為了解決以上問題 我結(jié)合所學(xué)電子設(shè)計(jì)理論知識 設(shè)計(jì)了本套智能飲水機(jī)控制 系統(tǒng) 該系統(tǒng)結(jié)合了電子線路設(shè)計(jì) 數(shù)字電子技術(shù) Protel 仿真設(shè)計(jì)軟件等相關(guān)知識 考慮現(xiàn)實(shí)需要來完成的 主要實(shí)現(xiàn)的功能為對飲水機(jī)加熱后的水溫測量及其 3 位半的 數(shù)字顯示和對飲用水加熱次數(shù)進(jìn)行自動控制的功能 功能一可以通過熱敏電阻 經(jīng)過 一些電路變換 電橋電路 感應(yīng)出特定電壓信號 經(jīng)過 A D 轉(zhuǎn)換電路變成相應(yīng)的溫度 直接 3 位半顯示器來實(shí)現(xiàn)顯示 也可以通過集成溫度傳感器比如 AD590 將感應(yīng)電流接 入特定的 A D 轉(zhuǎn)換電路 最后譯碼實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)顯功能 功能二的實(shí)現(xiàn)為利用飲水機(jī)加 熱信號燈會的亮滅狀態(tài) 我們想利用這個(gè)特點(diǎn)和一個(gè)光敏器件結(jié)合 這樣就可以產(chǎn)生 脈沖信號 輸入到計(jì)數(shù)器 根據(jù)設(shè)定的數(shù)值 讓相應(yīng)的計(jì)數(shù)器管腳作為輸出 再利用 輸出的這個(gè)脈沖切斷主電路 用到特定的繼電器 也可以利用飲水機(jī)內(nèi)部加熱電路的 斷開狀態(tài)來通過脈沖感應(yīng)出加熱次數(shù) 再利用脈沖實(shí)現(xiàn)控制 方案二的設(shè)計(jì)模塊中檢測電路 AD 轉(zhuǎn)換電路 控制顯示電路 主要是檢測電路對 整個(gè)功能實(shí)現(xiàn)影響較大 且 A D 轉(zhuǎn)換電路需要放大電路的作用 導(dǎo)致整體誤差的擴(kuò)大 而控制顯示電路采用了單片機(jī)設(shè)計(jì) 不容易實(shí)現(xiàn)微型化 最后對兩種方案進(jìn)行 protel99se 軟件的仿真測試 通過驗(yàn)證比較 方案一電路穩(wěn)定 顯示準(zhǔn)確 決定選取方案一作為最終的設(shè)計(jì)方 案 2 1 總體設(shè)計(jì)方案 1 1 設(shè)計(jì)方案一 1 1 1 方案一方框圖 圖 1 1 1 1 方案一方框圖 1 1 2 方案論證 該方案的設(shè)計(jì)流程方框圖如上所示 分兩塊功能電路 功能一電路采用 AD590 作 為溫度檢測電路來檢測溫度 將傳感器的電流信號 需轉(zhuǎn)換成電壓信號 輸入到 AD 轉(zhuǎn) 換器中 經(jīng)譯碼電路和選通電路最終實(shí)現(xiàn) 3 位半 LED 的數(shù)顯 功能二電路采用光感應(yīng) 器件 光敏三極管 將感應(yīng)脈沖送至 74LS160 計(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù)器設(shè)定了一定的計(jì)數(shù)次數(shù) 當(dāng)達(dá)到此次數(shù)時(shí) 發(fā)出一脈沖送至相應(yīng)控制電路中 進(jìn)而控制繼電器工作 實(shí)現(xiàn)切斷 加熱電路 本方案運(yùn)用溫度傳感器 AD590 和光感應(yīng)器光敏三極管件作為檢測感應(yīng)器件 其中 AD590 的輸出是電流 在輸入到 A D 轉(zhuǎn)換器中需要先轉(zhuǎn)換成電壓信號 該方案整體上易 溫度傳感 器 AD590 A D 轉(zhuǎn)換器 MC14433 電 路 光敏三極 管 MC1413 選通電路 3 位半 LED 顯示 譯碼器 CC4511 計(jì)數(shù)器 74LS161 脈沖傳達(dá)及 控制電路 K 繼電器控 制電路 加熱電路 3 于實(shí)現(xiàn) 采用了很多集成器件 使得整體電路結(jié)構(gòu)完整 清晰 各功能結(jié)構(gòu)簡單 1 2 設(shè)計(jì)方案二 1 2 1 方案二方框圖 圖 1 2 1 1 方案二方框圖 1 2 2 方案論證 該方案的設(shè)計(jì)電路流程圖如上面所示 對比方案一 該方案設(shè)計(jì)檢測電路由光敏 電阻組成的電橋電路和感應(yīng)脈沖電路組成 實(shí)現(xiàn)原理也較為簡單 結(jié)構(gòu)簡潔 但功能 一電路誤差較大 增加整形放大電路的情況下 擴(kuò)大了誤差范圍 同時(shí)也不適用飲水 機(jī)環(huán)境 功能二區(qū)別一方案一在于檢測電路采用了飲水機(jī)內(nèi)部加熱電路的開關(guān)狀態(tài)原 理 感應(yīng)出電路脈沖 從而實(shí)現(xiàn)對加熱次數(shù)的顯示與控制 1 3 方案比較與選擇 兩種方案比較 在功能一方面 方案一運(yùn)用了 AD590 溫度傳感器作為檢測電路器 件 方案二運(yùn)用熱敏電阻構(gòu)成的電橋電路作為檢測電路 雖然兩種方案均能實(shí)現(xiàn)溫度 熱敏電阻 電橋定值 電阻 整形 放大 電路 A D 轉(zhuǎn)換 電路 8051 相關(guān) 接口電路 3 位半數(shù)字 顯示電路 內(nèi)部加熱 電路感應(yīng) 脈沖 計(jì)數(shù)器 74LS161 脈沖傳達(dá) 及控制電 路 K 繼電器控 制電路 加熱電路 4 的數(shù)顯和控制 但方案二電路檢測誤差較大 且一定程度上不適用于飲水機(jī)系統(tǒng)中 而方案一采用 AD590 的集成溫度傳感器作為熱檢測電路 這種檢測方法靈敏度高 線 性度好 適用測溫范圍較飲水機(jī)系統(tǒng)合適 功能二方面 方案一采用光感應(yīng)器件光敏 三極管作為脈沖計(jì)數(shù)來源 且存在一定的誤差 方案二采用內(nèi)部加熱電路的開關(guān)狀態(tài) 作為脈沖來源 穩(wěn)定性較好 不易受外界影響 但是實(shí)現(xiàn)不方便 方案二的設(shè)計(jì)模塊中檢測電路 AD 轉(zhuǎn)換電路 控制顯示電路 主要是檢測電路對 整個(gè)功能實(shí)現(xiàn)影響較大 且 A D 轉(zhuǎn)換電路需要放大電路的作用 導(dǎo)致整體誤差的擴(kuò)大 而控制顯示電路采用了單片機(jī)設(shè)計(jì) 不容易實(shí)現(xiàn)微型化 最后對兩種方案進(jìn)行 protel99se 軟件的仿真測試 通過驗(yàn)證比較 方案一電路穩(wěn)定 顯示準(zhǔn)確 決定選取 方案一作為最終的設(shè)計(jì)方案 2 單元模塊設(shè)計(jì) 2 1 直流穩(wěn)壓源電路 該直流穩(wěn)壓源電路實(shí)現(xiàn)是 5V 的電壓輸出 原理圖如下所示 圖 2 1 1 直流穩(wěn)壓源電路圖 在連接電路中 需要在變壓器的副邊接入保險(xiǎn)絲 FU 以防電路短路損壞變壓器或 其它器件 其額定電流要略大于 Iomax 選 FU 的熔斷電流為 1A 整個(gè)電源電路結(jié)構(gòu)形 式為 220V 電壓經(jīng)過變壓器輸入橋式整流電路中 而后經(jīng)幾個(gè)極性電容濾波接入到可調(diào) 式三端穩(wěn)壓器 CW317 輸入端 穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過流 過熱保護(hù)電路 R1 和 RP1 組成電 壓輸出調(diào)節(jié)電路 輸出電壓 5 Vo 1 25 1 RP1 R1 2 1 由于設(shè)計(jì)要求 5V 根據(jù)上面公式計(jì)算參數(shù)得到 RP1 R1 3 取 R1 240 RP1 為 4 7K 的滑動變阻器 電容 C2 與 RP1 并聯(lián)組成濾波電路 以減少輸出的紋波電壓 二 極管 VD 的作用是防止輸出端與地短路 損壞穩(wěn)壓器 起到保護(hù)穩(wěn)壓管的作用 相關(guān)主 要元器件選擇及數(shù)量下表 2 1 1 表 2 1 1 主要元器件選擇及數(shù)量表 編號名稱規(guī)格數(shù)量 CW317 可調(diào)式穩(wěn)壓器 1 2V 37V 1 5A FU 保險(xiǎn)絲1A Iomax 1 C1 C2極性電容 2200Uf 25V2 D5 二極管 IN41481 2 2 溫度檢測電路 在飲水機(jī)系統(tǒng)溫度檢測電路中 運(yùn)用 AD590 溫度傳感器構(gòu)成 T V 變換電路 如下圖 2 2 1 所示 圖 2 2 1 溫度檢測電路圖 如圖所示 電位器 R2 用于調(diào)整零點(diǎn) R4 用于調(diào)整運(yùn)放 LF355 的增益 調(diào)整方法如 下 在 0 時(shí)調(diào)整 R2 使輸出 VO 0 然后在 100 時(shí)調(diào)整 R4 使 VO 100mV 如此反復(fù)調(diào) 6 整多次 直至 0 時(shí) VO 0mV 100 時(shí) VO 100mV 為止 最后在飲水機(jī)水溫下進(jìn)行校驗(yàn) 例如 若水溫為 25 那么 VO 應(yīng)為 25mV 冰水混合物是 0 環(huán)境 沸水為 100 環(huán)境 要使電路中的輸出為 200mV 可通過增大反饋電阻 圖中反饋電阻由 R3 與電位器 R4 串聯(lián)而成 來實(shí)現(xiàn) MC1403 是高精度集成穩(wěn)壓器 可以提供輸出可調(diào)的基準(zhǔn)電壓 本模塊電路中用到的是電流型 AD590 采用集成運(yùn)算放大器 LF355 構(gòu)成的電路實(shí)現(xiàn) 電壓的輸出 同時(shí)增加了電路的精度和可靠性 溫度檢測電路中用到的主要電子器件 和數(shù)量如表 2 2 1 表 2 2 1 檢測電路中的主要電子器件及數(shù)量表 編號名稱規(guī)格數(shù)量 AD590 溫度傳感器 55 150 1 LF355 運(yùn)算放大器 K 200V Mv 1 R2 R4滑動變阻器2K 100K 2 MC1403 基準(zhǔn)電壓源 30 5 17 5V1 2 3 A D 轉(zhuǎn)換及顯示電路 采用 MC14433 CD4511 MC1413 等集成器件 電路連接圖如圖 2 3 1 所示 圖 2 3 1 A D 轉(zhuǎn)換及顯示電路圖 7 如圖 2 3 1 所示的電路為 3 位半溫度顯示電路 其中 MC14433 為集成電路驅(qū)動器 它含有 7 個(gè)反向驅(qū)動單元 各單元采用達(dá)林頓晶體管電路 因?yàn)?MC14433 的 DS1 DS4 為高電平有效 經(jīng) MC1413 反相后 正好與 4 只共陰極 LED 的千位 百位 十位及個(gè)位 的陰極有效相連 當(dāng) MC14433 在每次 A D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí) EOC 端輸出一個(gè)脈寬為 Tcp 2 的正脈沖 該正 脈沖過后 就在 DS1 DS4 端依次輸出脈寬為 18Tcp 的位選通正脈沖 其中 Tcp 為時(shí)鐘 脈沖周期 當(dāng) DS1 輸出正脈沖時(shí) Q3 Q2 和 Q0 輸出的最高位數(shù)據(jù) 0 或 1 用來表示超量 程 欠量程和極性標(biāo)志等等 當(dāng) Q3 1 時(shí) 最高位顯示 0 表示欠量程 Q3 0 時(shí)最高位顯 示 1 表示超量程 Q2 表示被測電壓極性 即 Q2 1 極性為正 Q2 0 極性為負(fù) 這時(shí) 5V 電壓通過電阻 Rm 使 號點(diǎn)亮 Q0 表示量程 即 Q0 說明輸入電壓在正常范圍內(nèi) Q0 1 表示在正常范圍之外 Rm 和 Rh 分別是負(fù)極性和小數(shù)點(diǎn)顯示的限流電阻 在 DS1 輸出位選通正脈沖后 DS2 DS3 和 DS4 輸出的正脈沖使 Q3 Q0 端輸出相應(yīng) 的 BCD 碼數(shù)據(jù) CD4511 為 7 段譯碼驅(qū)動器 當(dāng)輸入電壓過載時(shí) OR 1 控制 CC4511 的 滅燈端 BI 使顯示燈熄滅 MC14433 提供輸出可調(diào)的基準(zhǔn)電壓 Vref 當(dāng)基準(zhǔn)電壓為 2V 或 200mV 時(shí) 滿量程分 別為 1 999V 或 199 9mV 優(yōu)點(diǎn)為具有自動校零和自動量程轉(zhuǎn)換功能 MC14433 的時(shí)鐘頻率 fcp 與 CP0 CP1 兩端所接電阻 Rc 值有關(guān) 當(dāng) Rc 470K 時(shí) fcp 66KHz 當(dāng) Rc 750K 時(shí) fcp 50KHz 每個(gè) A D 轉(zhuǎn)換周期約需 16400 個(gè)時(shí)鐘脈沖 若時(shí)鐘頻率 fcp 66KHz 是 由式 T N fcp 4N fosc 可得一次 A D 轉(zhuǎn)換所需時(shí)間為 T 0 25s 則測量速度為 4 次 s 積分元件 R1C1 的取值可由下式估算 R1C1 Vimax T1 Vc1 2 3 1 式中 Vc1 VDD Vimax 0 5V T1 4000 fcp 4000 為信號積分階段所需時(shí)鐘脈沖數(shù) 電路中用到的相關(guān)主要電子器件表 2 3 1 表 2 3 1 主要電子器件表 編號名稱規(guī)格數(shù)量 MC14433 雙積分型 A D 轉(zhuǎn)換器 8mW1 LED 共陰極數(shù)碼管 4 CD4511 7 段譯碼驅(qū)動器 3 18V1 2 4 光敏檢測及計(jì)數(shù)電路 8 2 4 1 光敏三極管感應(yīng)電路 為顯示飲水機(jī)加熱次數(shù) 需要檢測加熱電路開關(guān)狀態(tài)次數(shù) 運(yùn)用光敏三極管作為 感應(yīng)器件 將感應(yīng)到的脈沖送到后續(xù)電路中 從而實(shí)現(xiàn)加熱次數(shù)的顯示 光敏感應(yīng)電 路如下所示 圖 2 4 1 1 光敏三極管感應(yīng)電路 2 4 2 計(jì)數(shù)及繼電器控制電路 該電路為功能二實(shí)現(xiàn)的核心電路 運(yùn)用 74LS161 及繼電器等主要器件 電路圖如 下所示 圖 2 4 2 1 計(jì)數(shù)及繼電器控制電路 9 圖 2 4 2 1 為計(jì)數(shù)及繼電器控制電路 它由 74LS161 及繼電器 二極管等組成 可以這樣測試電路效果 當(dāng)接通電源時(shí) 用手擋住 VT2 光敏三極管的光線 其內(nèi)阻增 大 使 VT3 集電極為高電位 這樣使 VT4 VT5 復(fù)合管飽和導(dǎo)通 VD2 發(fā)光二極管發(fā)光 變亮 同時(shí)電流流過繼電器線圈 產(chǎn)生磁場 開關(guān)觸點(diǎn)吸合接通到另一邊 切斷了 220VD 電壓的供應(yīng) 反之 若不用手擋住 VT2 光敏三極管內(nèi)阻較小 VT3 基極為高電 位 使 VT3 導(dǎo)通 其集電極為低電位 這樣 VT4 VT5 復(fù)合管截止 發(fā)光二極管 VD2 不 亮 繼電器線圈中也沒有電流通過 繼電器不工作 開關(guān)觸點(diǎn)繼續(xù)保持 220V 接頭上 電路中 VD1 為繼電器的保護(hù)二極管 當(dāng) VT4 VT5 復(fù)合管從導(dǎo)通突然轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂箷r(shí) 繼電器線圈中會產(chǎn)生一個(gè)較大的反電動勢 反電動勢產(chǎn)生的脈動電流 給 VD1 放電 使繼電器線圈不受損壞 從而達(dá)到保護(hù)繼電器的作用 外接晶體采用 12 000MHz 和兩 個(gè) 30pH 的電容組成 電容 C3 和 C4 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路 接在放大器的反饋回路中 3 特殊器件介紹 3 1 雙積分型 A D 轉(zhuǎn)換器 MC14433 MC14433 是單片集成 3 位半 A D 轉(zhuǎn)換器 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 3 1 1 1 所示 圖 3 1 1 1 MC14433 原理框圖 10 MC14433 屬于雙積分型 A D 轉(zhuǎn)換器 其中集成了雙積分式 A D 轉(zhuǎn)換器所有的 CMOS 模擬電路和數(shù)字電路 具有外接元件少 輸入阻抗高 功耗低 電源電壓范圍寬 精 度高等特點(diǎn) 并且具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能 只要外接少量的阻容件即可構(gòu) 成一個(gè)完整的 A D 轉(zhuǎn)換器 MC14433 采用字位動態(tài)掃描 BCD 碼輸出方式 即千 百 十 個(gè)位 BCD 碼分時(shí)在 Q0 Q3 輪流輸出 同時(shí)在 DS1 DS4 端輸出同步字位選通脈沖 很方便實(shí)現(xiàn) LED 的動態(tài) 顯示 且易于實(shí)現(xiàn)自動控制 MC14433 只有 24 個(gè)引腳 引腳排列如圖 3 1 2 1 其中 VDD 和 VEE 分別接 5V 和 5V 它的主要引腳功能見表 3 1 1 1 表 3 1 1 1 主要引腳功能表 端名功 能 Pin1 VAG 模擬地 為高阻輸入端 被測電壓和 基準(zhǔn)電壓的接入地 Pin2 VR 基準(zhǔn)電壓 此引腳為外接基準(zhǔn)電壓的輸入 端 Pin3 Vx 被測電壓的輸入端 Pin4 Pin6 R1 C1 C1 外接積分元件端 Pin7 Pin8 C01 C02 外接失調(diào)補(bǔ)償電容端 Pin9 DU 更新顯示控制端 Pin10 Pin11 CLK1 CLK0 時(shí)鐘外接元件端 Pin12 VEE 負(fù)電源端 Pin13 Vss 數(shù)字電路的負(fù)電源引腳 Pin14 EOC 轉(zhuǎn)換周期結(jié)束標(biāo)志位 Pin15 OR 過量程標(biāo)志位 當(dāng) Vx VREF時(shí) OR 輸出為 低電平 Pin16 17 18 19 DS4 DS3 DS2 DS1 多路選通脈沖輸出端 Pin20 21 22 23 Q0 Q1 Q2 Q3 BCD 碼數(shù)據(jù)輸出端 11 圖 3 1 2 1 MC14433 引腳圖 MC14433 在 DS1 輸出位選通正脈沖后 DS2 DS3 和 DS4 輸出的正脈沖使 Q3 Q0 端 輸出相應(yīng)的 BCD 碼數(shù)據(jù) DS1 DS4 分別表示千 百 十 個(gè)位選通角 表 3 1 3 1 即 為 MC14433 千位 BCD 碼標(biāo)志意義 如表所示 表 3 1 3 1 MC14433 千位 BCD 碼標(biāo)志意義表 MC14433 千位 BCD 碼標(biāo)志意義 MSD 編碼內(nèi)容 Q3Q2Q1Q0 BCD7 段數(shù)碼顯示 01 1 1 0 01 0 1 0 0 UR1 1 1 1 0 UR1 0 1 1 不顯示 11 1 0 0 4 1 僅顯示 b 和 c 段 10 0 0 0 0 1 僅顯示 b 和 c 段 1 OR0 1 1 1 7 1 僅顯示 b 和 c 段 1 OR0 0 1 1 3 1 僅顯示 b 和 c 段 3 2 溫度傳感器 AD590 AD590 為一種集成溫度傳感器 是一種半導(dǎo)體的單片集成兩端感溫電流源 它是利 用晶體管的 b e 結(jié)壓降的不飽和值VBE與熱力學(xué)溫度T和通過發(fā)射極電流I的下述關(guān)系 12 Vbe K IT lnI q 3 2 來實(shí)現(xiàn)對溫度的檢測 式中 K 波爾茲常數(shù) q 電子電荷絕對值 集成溫度傳感器 具有線性好 精度適中 靈敏度高 體積小 使用方便等優(yōu)點(diǎn) 得到廣泛應(yīng)用 集成 溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出和電流輸出兩種 電壓輸出型的靈敏度一般為 10mV K 溫度 0 時(shí)輸出為 0 溫度 25 時(shí)輸出 2 982V 電流輸出型的靈敏度一般為 1mA K 本設(shè)計(jì)采用電流型 在被測溫度一定時(shí) AD590 相當(dāng)于一個(gè)恒流源 把它和 5 30V 的直流電源相連 并在輸出端串接一個(gè) 1k 的恒值電阻 那么 此電阻上流過 的電流將和被測溫度成正比 此時(shí)電阻兩端將會有 1mV K 的電壓信號 其基本電路如 圖 3 2 1 1 所示 圖 3 2 1 1 AD590 基本電路原理框圖 圖 3 2 1 1 是利用 Ube特性的集成 PN 結(jié)傳感器的感溫部分核心電路 其中 T1 T2 起恒流作用 可用于使左右兩支路的集電極電流 I1 和 I2 相等 T3 T4 是感溫 用的晶體管 兩個(gè)管的材質(zhì)和工藝完全相同 但 T3 實(shí)質(zhì)上是由 n 個(gè)晶體管并聯(lián)而成 因而其結(jié)面積是 T4 的 n 倍 T3 和 T4 的發(fā)射結(jié)電壓 UBE3和 UBE4經(jīng)反極性串聯(lián)后加在電 阻 R 上 所以 R 上端電壓為 UBE 對于 AD590 n 8 這樣 電路的總電流將與熱力學(xué)溫度 T 成正比 將此電流引至 負(fù)載電阻 RL上便可得到與 T 成正比的輸出電壓 由于利用了恒流特性 所以輸出信號 不受電源電壓和導(dǎo)線電阻的影響 圖 3 2 1 中的電阻 R 是在硅板上形成的薄膜電阻 該電阻修正了其電阻值 因而在基準(zhǔn)溫度下可得到 1 A K 的 I 值 3 3 電磁繼電器 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)用于自動控制電路中 它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大 13 電流的一種 自動開關(guān) 繼電器電路如圖 3 3 1 1 所示 圖 3 3 1 1 繼電器電路 本設(shè)計(jì)方案采用電磁式繼電器 該繼電器一般由鐵芯 線圈 銜鐵 觸點(diǎn)簧片等 組成的 只要在線圈兩端加上一定的電壓 線圈中就會流過一定的電流 從而產(chǎn)生電 磁效應(yīng) 銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯 從而帶動銜 鐵的動觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn) 常開觸點(diǎn) 吸合 當(dāng)線圈斷電后 電磁的吸力也隨之消失 銜 鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置 使動觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn) 常閉觸點(diǎn) 吸 合 這樣吸合 釋放 從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通 切斷的目的 對于繼電器的 常 開 常閉 觸點(diǎn) 可以這樣來區(qū)分 繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn) 稱 為 常開觸點(diǎn) 處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為 常閉觸點(diǎn) 3 4 計(jì)數(shù)器 74LS161 74161 是 4 位二進(jìn)制同步加計(jì)數(shù)器 圖 3 4 1 1 為 74LS161 引腳圖 如下所示 圖 3 4 1 1 74LS161 引腳圖 14 圖中 RD 是異步清零端 LD 是預(yù)置數(shù)控制端 A B C D 是預(yù)置數(shù)據(jù)輸入端 EP 和 ET 是計(jì)數(shù)使能端即控制端 ROC 是進(jìn)位輸出端 它的設(shè)置為多片集成計(jì)數(shù)器的級聯(lián) 提供了方便 表 3 4 2 1 為 74161 的功能表 在本設(shè)計(jì)方案中 74161 作為計(jì)數(shù)器 對 光敏檢測電路傳來的脈沖信號計(jì)數(shù) 由于才有 4 位二進(jìn)制的計(jì)數(shù)器 當(dāng)脈沖數(shù)達(dá)到 16 時(shí) 74161 TC 端輸出一進(jìn)位信號 即為一個(gè)上升沿脈沖 作為后續(xù)繼電器電路的控制 信號 表 3 4 2 1 74161 的功能表 清 零 RD 預(yù) 置 LD 使 能 EP ET 時(shí) 鐘 CP 預(yù)置數(shù)據(jù)輸 入 A B C D 輸出 QA QB QC QD L L L L L HL A B C DA B C D HHL 保持 HH L 保持 HHH H 計(jì)數(shù) 4 系統(tǒng)調(diào)試 本課程設(shè)計(jì)是緊貼實(shí)際的理論運(yùn)用設(shè)計(jì) 系統(tǒng)調(diào)試作為其中最為重要的一環(huán) 是 檢測設(shè)計(jì)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求的重要依據(jù) 本設(shè)計(jì)調(diào)試主要是仿真電路和實(shí)物電路的理 論的調(diào)試 即 Protel99 軟件對電路的測試 功能一溫度數(shù)顯電路調(diào)試 電路圖參考總圖附錄 接通電源 VDD 5V VEE 5V Vss 接地 測量零電壓 使輸入電壓 Vi 與 VAG 短接 3 位半數(shù)顯 LED 電路應(yīng)為 0000 接著測量基準(zhǔn)電壓 調(diào)整電位器 RP 使 VREF 的電壓為 VREF 1 999V 用示波器觀 測 MC14433CP0 腳的時(shí)鐘脈沖的波形 并根據(jù)頻率計(jì)算出測量的速度 對于穩(wěn)壓源的輸 入 Vi 1 990V 電壓表應(yīng)顯示 1 990V 并用示波器觀察 C1 腳波形 交換輸入電壓 Vi 的極性 重復(fù)上面步驟 電壓表顯示負(fù)壓 1 990V 最后 用示波器觀測 MC14433 的位 選通信號 DS1 DS4 的波形 再觀測到 EOC 端的正脈沖 依照上面測試步驟 知道電路 中存在電阻不夠匹配 出現(xiàn)不能正確顯示 15 功能二繼電器控制電路按照理論計(jì)算出各電阻 運(yùn)算放大器等參數(shù) 基本達(dá)到設(shè) 計(jì)要求 只要按照設(shè)計(jì)電路的正確接法 均可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示和繼電器控制的功能 當(dāng)然模擬轉(zhuǎn)換的精度和誤差再所難免 然而通過軟件的調(diào)試可以達(dá)到最佳的穩(wěn)定狀態(tài) 更好地實(shí)現(xiàn)電路功能 調(diào)試中注意到 設(shè)計(jì)電路與飲水機(jī)內(nèi)部加熱電路的電氣性能匹 配問題很重要 還有就是 74161 的進(jìn)位信號為上升沿脈沖 而后續(xù)設(shè)計(jì)的控制電路在 上升沿脈沖時(shí)繼電器不工作 故需要在 EOC 輸出端加反相器 從而實(shí)現(xiàn)脈沖控制的加 熱電路切斷 5 系統(tǒng)功能 指標(biāo)參數(shù) 該設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)兩種功能即飲水機(jī)水溫的數(shù)字顯示和加熱次的計(jì)數(shù)控制功能 兩種功能整體結(jié)構(gòu)完整 簡潔 但電路中各參數(shù)匹配要求較高 在指標(biāo)參數(shù)方面 經(jīng) R1C1 Vimax T1 Vc1 Vbe K IT lnI q等公式計(jì)算 算出了各電路器件的參數(shù)值 再經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)試和測試 得到各模塊電路的指標(biāo)參數(shù) 直流穩(wěn)壓源電路將 220V 交流電 壓輸入下 能夠得到滿足要求的 5V 輸出電壓 轉(zhuǎn)換電路中 對 Vi 輸入某一模擬電壓 例如 2 0V 可以看到超量程端顯示 輸入 0 8VD 電壓時(shí) 能夠得到 3 位半 LED 顯示器 上 0 799V 電壓顯示 基本實(shí)現(xiàn)了顯示測量功能 我們還是通過理論上的計(jì)算即公式 V0 1 25 1 RP R1 計(jì)算出輸出電壓 5V 時(shí)需要的電阻參數(shù) 通過多次測量區(qū)平均值的方 法 我們可以得到了設(shè)備的精度參數(shù) 在加熱次數(shù)控制電路模塊中 通過理論上的計(jì)算得到 AD590 分壓電阻 1K 這個(gè)設(shè) 計(jì)中需要計(jì)算的量不是很多 MC14433 CD4511 MC1413 及相關(guān)接口電路中參數(shù)的選擇 在前面已經(jīng)提到過 此外 在數(shù)字電壓顯示部分 我們仿照了參考書中相應(yīng)模塊 借 鑒了相應(yīng)的書籍資料數(shù)據(jù) 進(jìn)行測試和調(diào)節(jié) 看所測的參數(shù)穩(wěn)定 基本穩(wěn)定滿足設(shè)計(jì) 要求 6 結(jié)束語 通過這次課程設(shè)計(jì)的練習(xí) 我收獲很多 不僅提高了自己在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用 方面的實(shí)踐技能 也樹立了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng) 更培養(yǎng)自己綜合運(yùn)用理論知識解決實(shí)際 問題的能力 這是一次深刻的自我實(shí)踐課程的練習(xí) 在電路設(shè)計(jì) 安裝 調(diào)試 整理 資料等環(huán)節(jié)中 我們都碰到了很多的問題 在這一過程中我們通過不斷的學(xué)習(xí) 查資 料 請教老師同學(xué)等方式逐步又解決了問題 同時(shí) 在這一提出問題 解決問題的過程 16 中 懂得了如何去學(xué)習(xí)去運(yùn)用 我的這次課程設(shè)計(jì)是第一次將理論知識運(yùn)用到具體實(shí)踐的學(xué)習(xí) 感觸很深 在開 始的時(shí)候往往沒有頭緒 不知如何下手 通過老實(shí)得值 同學(xué)的幫助 進(jìn)步很大 主 要有如下幾方面的提高 首先 初步掌握了數(shù)字邏輯電路分析和設(shè)計(jì)的基本方法 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和指標(biāo) 初選電路 通過調(diào)查研究 設(shè)計(jì)計(jì)