智能儀表課設(shè)上交

1、遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)智能儀器原理與設(shè)計(jì)智能儀器原理與設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文）題目：題目： 超級電容能量檢測儀設(shè)計(jì)超級電容能量檢測儀設(shè)計(jì) 院（系）：院（系）： 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 學(xué)學(xué) 號：號： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 起止時(shí)間：起止時(shí)間： 20132013年年1212月月30-130-1月月1010日日 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）I課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評語課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評語院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室： 測控技術(shù)與儀器 注：成績：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算學(xué) 號學(xué)生姓名專業(yè)班級課程設(shè)計(jì)題目超級電容器能量檢測儀設(shè)

2、計(jì)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)任務(wù)：8 個超級電容串聯(lián)，設(shè)計(jì)一個單片機(jī)系統(tǒng)能夠檢測每個超級電容的兩端的電壓并利用鍵盤顯示指定的超級電容的電壓和電流。設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)要求：1、能夠測定每個超級電容兩端的電壓；2、能夠測量流過超級電容的電流；3、能夠檢測電容箱內(nèi)的溫度，當(dāng)溫度超過規(guī)定的溫度時(shí)報(bào)警；4、按下不同的按鍵能夠顯示相應(yīng)的參數(shù)；5、對測試的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；6、完成任務(wù)書的編寫，字?jǐn)?shù)應(yīng)在 4000 字以上；7、盡可能降低設(shè)計(jì)中的硬件成本。技術(shù)參數(shù)：技術(shù)參數(shù)：1、電壓、電流及溫度的測量誤差小于 1%；2、電容箱內(nèi)溫度最高不超過 45 度；3、電容單體工作電壓0-2.5V, 電容單體電阻小于等于

3、25毫歐；4、電容單體容量大于等于 3000F，額定工作電流 200A，額定工作電壓 0-380V。進(jìn)度計(jì)劃1、 布置任務(wù)，查閱資料，理解掌握系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。 （2 天 ）2、 確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，選擇控制核心和外圍器件。（1 天 ）3、 確定硬件電路。（2 天 ）4、 按系統(tǒng)的要求，設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件流程，并編寫程序。 （2 天）5、 上機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的模擬運(yùn)行、答辯，撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書。 （2 天）指導(dǎo)教師評語及成績平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 指導(dǎo)教師簽字： 總成績： 年 月 日 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）II摘 要超級電容器能量檢測儀主要用于超級電容器的充放電測試儀，近年來，由于超級電容器容量的增加

4、，這些電容器被應(yīng)用到電動車上，作為起動發(fā)動機(jī)或幫助車輛提速的電源，此外還可用于其他機(jī)電設(shè)備的儲能管理。本設(shè)計(jì)是基于 AT89S52 單片機(jī)的超級電容器能量檢測儀控制系統(tǒng)，系統(tǒng)分為硬件和軟件兩部分，其中硬件包括：單片機(jī)、電流傳感器、溫度傳感器、數(shù)據(jù)存儲器、顯示、鍵盤；軟件包括：顯示程序設(shè)計(jì)和溫度報(bào)警程序設(shè)計(jì)。編寫程序結(jié)合硬件進(jìn)行調(diào)試，在切換按鈕的作用下，能夠顯示電流和電壓值。另外，本系統(tǒng)通過軟件消除了由按鍵引起的誤差，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。本設(shè)計(jì)從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)選取了體積小、精度相對高的數(shù)字式溫度傳感元件DS18B20 作為溫度采集器、電流傳感器 CSNK591 作為電流采集器，單片機(jī)AT89

5、S52 作為主控芯片，數(shù)碼管作為顯示輸出，完成了超級電容器能量檢測儀設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；溫度傳感器；電流傳感器；顯示。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）III目 錄第 1 章 緒論.1第 2 章 課程設(shè)計(jì)的方案.22.1 概述 .22.2 系統(tǒng)方案論證 .22.3 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu) .3第 3 章 硬件設(shè)計(jì).43.1 單片機(jī)外圍電路 .43.2 鍵盤電路 .53.3 溫度檢測電路 .53.4 報(bào)警電路接口設(shè)計(jì) .63.5 電流檢測電路.73.6 電壓檢測電路.73.7 數(shù)據(jù)存儲接口電路的設(shè)計(jì).83.8 A/D 轉(zhuǎn)換電路 .93.9 顯示電路.103.10 電源模塊設(shè)計(jì).10第 4 章 軟件設(shè)計(jì).114.

6、1 主程序流程圖 .114.2 鍵盤子程序流程圖 .12第 5 章 系統(tǒng)仿真與誤差分析.135.1 系統(tǒng)仿真 .135.2 誤差分析 .14第 6 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié).15參考文獻(xiàn).16附錄 I .17附錄 II.18本科生課程設(shè)計(jì)（論文）1第 1 章 緒論超級電容是 20 世紀(jì)七八十年代發(fā)展起來的一種介于電池和傳統(tǒng)電容之間的新型儲能元件，比同體積的電解電容容量大 2000-6000 倍，功率密度比電池高10-100 倍，可以放大電流沖放電，充電效率高，沖放電循環(huán)次數(shù)可達(dá) 100000 次以上，并且免維護(hù)。超級電容的出現(xiàn)填補(bǔ)了傳統(tǒng)的靜電電容和化學(xué)電源之間的空白，并以其優(yōu)越的性能及廣闊的應(yīng)用前景受

7、到了各個國家的重視。2007 年 1 月號的美國“探索”雜志，認(rèn)為超級電容是能量儲存的一項(xiàng)革命性發(fā)展，并將在某些領(lǐng)域取代傳統(tǒng)電池。電容的測量常見的有容抗法、脈沖調(diào)制檢測法等，這些方法大部分的電路組成均是由分離器件實(shí)現(xiàn)的，因此結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率高。本設(shè)計(jì)介紹一種電容測量方法，它以單片機(jī)為核心，加上 A/D 轉(zhuǎn)換器以及少量外圍元件即可構(gòu)成一個線路簡單、可靠性好、準(zhǔn)確度適宜的電容測量儀。本設(shè)計(jì)采用霍爾閉環(huán)電流傳感器CSNK591 檢測電容的電流，采用運(yùn)算放大器檢測電容兩端的電壓，將采集到的電壓進(jìn)行濾波和隔離，將檢測的電流和電壓進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，輸出的信號經(jīng)過驅(qū)動芯片進(jìn)行 LED 顯示。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的

8、要求本設(shè)計(jì)采用 DS18B20 溫度傳感器進(jìn)行儀器箱內(nèi)溫度的檢測，當(dāng)溫度超過設(shè)定值時(shí)，將檢測到的數(shù)字信號送入單片機(jī)，單片機(jī)輸出信號驅(qū)動蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警然后做出相應(yīng)的處理。該設(shè)計(jì)還采用 4 個獨(dú)立按鍵即電壓切換按鍵、電流切換按鍵、報(bào)警處理按鍵和顯示按鍵更好地完成了系統(tǒng)的功能。設(shè)計(jì)是基于 AT89S52 單片機(jī)的超級電容器能量檢測儀控制系統(tǒng)，系統(tǒng)分為硬件和軟件兩部分，其中硬件包括：單片機(jī)、電流傳感器、溫度傳感器、數(shù)據(jù)存儲器、顯示、鍵盤；軟件包括：顯示程序設(shè)計(jì)和溫度報(bào)警程序設(shè)計(jì)、鍵盤子程序編寫程序結(jié)合硬件進(jìn)行調(diào)試，在切換按鈕的作用下，能夠顯示電流和電壓值。另外，本系統(tǒng)通過軟件消除了由按鍵引起的誤差，提

9、高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）2第 2 章 課程設(shè)計(jì)的方案2.1 概述本次設(shè)計(jì)主要是綜合應(yīng)用所學(xué)知識，設(shè)計(jì)超級電容器能量檢測儀，并在實(shí)踐的基本技能方面進(jìn)行一次系統(tǒng)的訓(xùn)練。能夠較全面地鞏固和應(yīng)用智能儀器課程中所學(xué)的基本理論和基本方法，并初步掌握智能儀器設(shè)計(jì)的基本方法。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)系統(tǒng)通過電流傳感器和信號采集電路檢測電容兩端電流和電壓，然后進(jìn)行濾波、放大、A/D 轉(zhuǎn)換后送入 AT89S52 單片機(jī)，在結(jié)合其外圍的矩陣鍵盤輸入、LED 顯示、報(bào)警電路，完成電容器能量檢測儀設(shè)計(jì)。2.2 系統(tǒng)方案論證根據(jù)任務(wù)要求，考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及器件成本問題。傳感器選擇方案、控制電路選擇方案、顯示電

10、路選擇方案如下。方案一：采用模擬溫度傳感器 AD590K，AD590K 具有較高精度和重復(fù)性（重復(fù)性優(yōu)于 0.1） ，其良好的非線性可以保證優(yōu)于0.1的測量精度。但其測量的值需要經(jīng)過運(yùn)算放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換再傳給單片機(jī)，硬件電路較復(fù)雜，調(diào)試也會相對困難，所以本系統(tǒng)不宜采用此法。方案二：采用數(shù)字溫度傳感器 DS18B20,測量范圍55125只需一根口線即實(shí)現(xiàn)與 MCU 的雙向通訊，具有連接簡單，高精度，高可靠性等特點(diǎn)。并且,DS18B20 支持一主多從,若想實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫,可方便擴(kuò)展。綜合以上兩種方案，本設(shè)計(jì)采用第二種方案，利用數(shù)字溫度計(jì) DS18B20 作為溫度傳感器。方案一：采用串行口驅(qū)動、靜態(tài)顯示

11、，利用單片機(jī)的串行口輸出數(shù)據(jù)，顯示多位數(shù)碼，可節(jié)省大量的 I/O 口，但每個數(shù)碼管必須有一個驅(qū)動芯片，且每位段碼須接一個限流電阻，所須元件多，硬件電路比較復(fù)雜。方案二：采用串行口驅(qū)動、動態(tài)掃描顯示，利用單片機(jī)的串行口輸出數(shù)據(jù)，顯示多位數(shù)碼，多個數(shù)碼管可共用驅(qū)動芯片和限流電阻。這樣既可以簡化硬件電路，又可以節(jié)省大量的 I/O 口線，為功能擴(kuò)展留下空間。綜合以上兩種方案，本設(shè)計(jì)采用方案二：串行口驅(qū)動、動態(tài)顯示。根據(jù)系統(tǒng)具體指標(biāo)要求，可以對每一個具體部分進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）32.3 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu)根據(jù)超級電容器能量檢測儀設(shè)計(jì)功能要求，并結(jié)合對 52 系列單片機(jī)的資源分析，即單片機(jī)軟

12、件編程自由度大，可用編程實(shí)現(xiàn)各種控制算法和邏輯控制。所以采用 AT89S52 作為系統(tǒng)的控制核心。將采樣得到的電流和電壓信號經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)并顯示，按下不同的切換按鍵后可以顯示相應(yīng)的電壓值或電流值。同時(shí)將溫度傳感器采集到的溫度值傳給單片機(jī)，當(dāng)溫度超過設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)輸出信號驅(qū)動報(bào)警電路。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 2.1 所示。 圖 2.1 系統(tǒng)方框圖單片機(jī)電流檢測電路電壓檢測電路鍵盤電路溫度檢測電路報(bào)警電路顯示電路復(fù)位電路本科生課程設(shè)計(jì)（論文）4第 3 章 硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件部分由外圍電路、鍵盤電路、顯示電路、報(bào)警電路及電源電路組成，本設(shè)計(jì)單片機(jī)硬件資源的分配：P1.0P1.7 用于 LED

13、 顯示作用。P2.3 用于蜂鳴器報(bào)警的控制。P3.1P3.4 用于鍵盤電路的控制。P2.4P2.6 用于 LCD 顯示模塊的控制端口的控制3.1 單片機(jī)外圍電路 單片機(jī)最小系統(tǒng)包括晶振電路、復(fù)位電路等，單片機(jī)從 0000H 單元開始執(zhí)行程序，并提供了單片機(jī)的時(shí)間基準(zhǔn)。在單片機(jī)的 XTAL1 和 XTAL2 兩個管腳，接一只晶振及兩只電容就構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘電路。電路中，電容 C1 和 C2 對震蕩電路有微調(diào)的作用，石英晶體選擇 6MHz 或 12MHz 都可以，其結(jié)果只是機(jī)器周期時(shí)間不同，影響計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)初值，此設(shè)計(jì)取 12MHz。其圖如圖 3.1 所示。EA/VP31X119X218RESE

14、T9INT012INT113T014T115P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P0.039P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P0.633P0.732P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728RD17WR16PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U1AT89S52EA/VPX1X2RSTINT0INT1T0T1P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P0.0P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2

15、.5P2.6P2.7RDWRPSENALE/PTXDRXDP0.1P0.2Y112MHzC230pFC130pFX2C110uFR210KS1SW-PBRSTR11kVCCX1本科生課程設(shè)計(jì)（論文）5 圖 3.1 單片機(jī)的外圍電路本科生課程設(shè)計(jì)（論文）63.2 鍵盤電路根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)采用三個按鍵的鍵盤電路，S1、S2、S3 和 S4 這些按鍵都是以開關(guān)狀態(tài)來設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)的，當(dāng)所設(shè)置的功能鍵按下時(shí)，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)該完成該按鍵所設(shè)定的功能，因此，鍵盤信息輸入是與軟件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。S1 電流切換按鍵，S2 電壓切換按鍵，S3 進(jìn)入顯示狀態(tài)功能按鍵，S4為報(bào)警處理按鍵，通過以上按鍵即

16、可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)需要的控制要求。鍵盤電路如圖3.2 所示。圖 3.2 鍵盤電路3.3 溫度檢測電路本設(shè)計(jì)選用 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻有所不同，DS18B20 可直接將被測溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號，以供單片機(jī)處理，具有連線簡單、微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、精度高等特點(diǎn)。信息經(jīng)過單線接口送入 DS18B20 或從 DS18B20 送出，因此從微處理器到DS18B20 僅需連接一條信號線和地線。讀、寫和執(zhí)行溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供，而不需要外部電源。DS18B20 特點(diǎn)介紹：（1）獨(dú)特的單線接口方式，與單片機(jī)通信只需一個引腳，DS18B20 與微處理器連接時(shí)

17、僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。（2）測溫范圍為-55 +125 。（3）用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值。（4）可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：+3.0+5.5 V。S1S2S3R310KR410KR510KP3.0P3.1P3.2VCCS4R61KP3.3本科生課程設(shè)計(jì)（論文）7 圖 3.3 測溫電路3.4 報(bào)警電路接口設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用蜂鳴器發(fā)聲進(jìn)行報(bào)警，蜂鳴器的正極接到 VCC（5V）電源上面，蜂鳴器的負(fù)極接到三極管的發(fā)射極 E，三極管的基級 B 經(jīng)過限流電阻 R1 后由單片機(jī)的 P2.3 引腳控制，當(dāng)電容箱內(nèi)溫度超過 45時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警單片機(jī)P2.3 引腳輸出

18、低電平，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警。圖 3.4 報(bào)警電路S1S2S3R310KR410KR510KP3.0P3.1P3.2V CCR174K 7V CCV CC3D Q2G ND1IC2D S18B20S4R61KP3.3P2.0U 1BUZZERR141KQ 1PN PR151KR1610V CCD 1LEDP2.3本科生課程設(shè)計(jì)（論文）83.5 電流檢測電路據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，采用霍爾電流傳感器檢測電容電流，其優(yōu)點(diǎn)比傳統(tǒng)的基于電阻采樣的電路精度高，安全性能高，抗干擾能力強(qiáng)，本設(shè)計(jì)選用 Hony-well 公司的基于磁補(bǔ)償原理的霍爾閉環(huán)電流傳感器 CSNK591，線性精度

19、達(dá)到 0.1%，總體精度達(dá)到 0.5%，響應(yīng)速度小于 1s。 圖 3.5 CSNK591 電流傳感器 當(dāng)霍爾電流傳感器檢測電容電流，檢測出的電流經(jīng)過電阻 R 換算出電壓，輸出電壓經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換進(jìn)行顯示，如圖 3.6 所示。圖 3.6 CSNK591 電流傳感器檢測電路3.6 電壓檢測電路根據(jù)設(shè)計(jì)通過多路開關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)對 8 個電容兩端電壓分別采集，電壓采集完，通過濾波、放大電路經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)，單片機(jī)輸出信號進(jìn)行顯示。+-GND+GND-i工作電源U0測量電壓輸出+5-5+5-5R本科生課程設(shè)計(jì)（論文）9 圖 3.7 電壓采集電路3.7 數(shù)據(jù)存儲接口電路的設(shè)計(jì)AT24C04 是

20、 4K 位串行 CMOS E2PROM。采用 I2C 總線和單片機(jī)進(jìn)行通信，其電路見圖 3.8。 圖 3.8 AT24C04 接口電路圖圖中 1、2、3 腳是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址，在 89S52 上它們都能接地，第 5 腳和第 8 腳分別為正、負(fù)電源。AT24C04 中帶有片內(nèi)地址寄存器，每寫入或讀出一個數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動加 1，以實(shí)現(xiàn)對下一個儲存單元的讀寫，所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。23674U 123674U 2R1010KR810KR910KC71uFR121KR131KR111KV CCV CCV 1、V CCR185.1KR195.1KV CCA 11V

21、CC5WP6SCL7SD L8A 22A 33G ND4A T24C04P2.1P2.2本科生課程設(shè)計(jì)（論文）103.8 A/D 轉(zhuǎn)換電路本設(shè)計(jì)采用 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809。ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器，由于輸出級有8位三態(tài)輸出鎖存器，因而ADC0809的數(shù)據(jù)輸出端可以直接與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線連接。 ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動 A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑?/p>

22、指示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當(dāng)OE輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。ADC0809 作為模擬量檢測接口電路的核心部分，起著極為關(guān)鍵的作用，一定要仔細(xì)按要求使用 ADC0809 轉(zhuǎn)換器。 圖 3.9 A/D 轉(zhuǎn)換電路IN-026msb2-1212-220IN-1272-3192-418IN-2282-582-615IN-312-714lsb2-817IN-42EOC7IN-53ADD-A25IN-64ADD-B24ADD-C23IN-75ALE22ref(-)16ENABLE9START6ref(+)12CLOCK10U4ADC

23、0809P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7V1、123U5A74HC00INT0123U6A74HC02123U7A74HCO2WRP2.7RDCLK3D2SD4CD1Q5Q6U8ASW-PBCLK3D2SD4CD1Q5Q6U9ASW-PBVCCVCCVCCVCCALEVCCP2.7本科生課程設(shè)計(jì)（論文）113.9 顯示電路動態(tài)顯示的特點(diǎn)是將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。這樣一來，就沒有必要每一位數(shù)碼管配一個鎖存器，從而大大地簡化了硬件電路。選亮數(shù)碼管采用動態(tài)掃描顯示。所謂動態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選，利用

24、發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時(shí)都在顯示。動態(tài)顯示的亮度比靜態(tài)顯示要差一些，所以在選擇限流電阻時(shí)應(yīng)略小于靜態(tài)顯示電路中的。 圖 3.10 顯示電路3.10 電源模塊設(shè)計(jì)監(jiān)測系統(tǒng)主要控制部分電源需要用 5V 直流電源供電，其電路如圖 3.9 所示，220V 交流電源供電。其中，C1、C2、C3、C4 分別為輸入端和輸出端濾波電容，發(fā)光二極管顯示電源是否供電。這樣輸出的電壓一般能滿足要求。圖 3.11 電源電路T11234D1D4C11000uF/16VC41000uF/16VC20.33uF/400VC30.33uF/400VVin1GND3+5V2U1LM 109H

25、AC 220VLND9、1R194K7VCCabfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpcom9DS1abfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpcom9DS3abfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpcom9DS2VCCVCC20Q112Q213Q314Q415Q516Q617Q718Q819OE1LE11D12D23D34D45D56D67D78D89GND10MAX7219P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P2.4P2.5P2.6本科生課程設(shè)計(jì)（論文）12第 4 章 軟件設(shè)計(jì)4.1 主程序流程圖主程序采用中斷嵌套方

26、式設(shè)計(jì)，各功能模塊可直接調(diào)用。主程序完成系統(tǒng)的初始化，包括電壓信號的采集、電流信號的采集，采集的電壓、電流送入A/D 轉(zhuǎn)換，在切換開關(guān)的作用下顯示相應(yīng)的電壓、電流，中斷程序完成溫度監(jiān)控報(bào)警功能，當(dāng)溫度超過設(shè)定溫度后，進(jìn)行報(bào)警并處理。 圖 4.1 主程序流程圖開始初始化是否超溫電壓檢測電流檢測A/D 轉(zhuǎn)換顯示N報(bào)警并降溫Y本科生課程設(shè)計(jì)（論文）13有鍵閉合否延時(shí)去抖有鍵閉合否鍵盤子程序P1.1=1電流轉(zhuǎn)換返回YYYYNNNP1.2=1P1.3=1P1.4=1電壓轉(zhuǎn)換顯示界面報(bào)警處理NNYY4.2 鍵盤子程序流程圖當(dāng)通電或復(fù)位以后，系統(tǒng)進(jìn)入鍵盤管理狀態(tài)，當(dāng)檢測到有鍵閉合時(shí)先去除抖動，這里采用軟件延

27、時(shí)的方法，延時(shí)一段時(shí)間后，再確定是否有鍵閉合。鍵盤設(shè)定：用于溫度設(shè)定。共三個按鍵。 S1（P1.1）: 電流切換按鍵；S2（P1.2）: 電壓切換按鍵；S3（P1.3）: 進(jìn)入顯示狀態(tài)功能按鍵；S3（P1.4）: 報(bào)警處理按鍵；系統(tǒng)上電后，數(shù)碼管全部顯用示為零，根據(jù)按 S3 按鍵,進(jìn)入顯示的狀態(tài)，根據(jù)相應(yīng)的要求，利用 S1、S2 按鍵切換，顯示電流或電壓，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)溫度超過設(shè)定值，按 S4 按鍵處理。圖 4.2 子程序流程圖本科生課程設(shè)計(jì)（論文）14第 5 章 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與誤差分析 5.1 系統(tǒng)仿真仿真是通過對系統(tǒng)模型的實(shí)驗(yàn)來研究存在或設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)，又稱模擬。當(dāng)所研究的系統(tǒng)造價(jià)昂貴、實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性大

28、或需要很長的時(shí)間才能了解系統(tǒng)參數(shù)變化所引起的后果時(shí)，仿真是一種特別有效的研究手段。本文采用單片機(jī)開發(fā)板進(jìn)行模擬仿真，本設(shè)計(jì)采用 3 個數(shù)碼管進(jìn)行顯示，在切換開關(guān)的作用下顯示電流或電壓。系統(tǒng)初始化后的界面 圖 5.1 初始化界面在電壓切換開關(guān)，檢測其中一個電容兩端的電壓，通過濾波和放大電路的作用下經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換的信號送入單片機(jī)進(jìn)行顯示。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）15 圖 5.2 電壓顯示界面在電流切換開關(guān)的作用下，通過霍爾電流傳感器檢測，測量一個電容時(shí)通的電流圖 5.4 電流顯示界面通過仿真，檢測單體電容的電壓為 2.3V 符合本設(shè)計(jì)要求的電容單體工作電壓 0-2.5V，在檢測單體電容的同時(shí)，用

29、霍爾電流傳感器檢測此時(shí)電路的電流，符合本設(shè)計(jì)的要求，綜上所述通過單片機(jī)的仿真，本系統(tǒng)符合設(shè)計(jì)要求5.2 誤差分析本電容測量方案測量準(zhǔn)確度主要由兩部分誤差確定：一部分出自 A/D 轉(zhuǎn)換單元；另一部分來自外接運(yùn)放及模擬開關(guān)。同時(shí)還對被測電容有一定的限制，當(dāng)被測電容的漏電特性不良時(shí)會引起附加測試誤差，這是測試時(shí)需注意的地方。所選擇的電流檢測裝置是霍爾閉環(huán)電流傳感器 CSNK591，其精度達(dá)到 0.5%即產(chǎn)生的誤差為。5 10 4本設(shè)計(jì)采用的模數(shù)轉(zhuǎn)換為 ADC0809 此芯片為 8 位轉(zhuǎn)換器，其精度達(dá)到1/256，因此符合本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）16第 6 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)設(shè)計(jì)是基于

30、AT89S52 單片機(jī)的超級電容器能量檢測儀控制系統(tǒng)，系統(tǒng)分為硬件和軟件兩部分，其中硬件包括：單片機(jī)、電流傳感器、溫度傳感器、數(shù)據(jù)存儲器、顯示、鍵盤；軟件包括：顯示程序設(shè)計(jì)和溫度報(bào)警程序設(shè)計(jì)、鍵盤子程序編寫程序結(jié)合硬件進(jìn)行調(diào)試，在切換按鈕的作用下，能夠顯示電流和電壓值。另外，本系統(tǒng)通過軟件消除了由按鍵引起的誤差，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。采用霍爾閉環(huán)電流傳感器 CSNK591 檢測電容的電流，采用運(yùn)算放大器檢測電容兩端的電壓，將采集到的電壓進(jìn)行濾波和隔離，將檢測的電流和電壓進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換，輸出的信號經(jīng)過驅(qū)動芯片進(jìn)行 LED 顯示。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求本設(shè)計(jì)采用 DS18B20 溫度傳感器進(jìn)行儀

31、器箱內(nèi)溫度的檢測，當(dāng)溫度超過設(shè)定值時(shí)，將檢測到的數(shù)字信號送入單片機(jī)，單片機(jī)輸出信號驅(qū)動蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警然后做出相應(yīng)的處理。該設(shè)計(jì)還采用 4 個獨(dú)立按鍵即電壓切換按鍵、電流切換按鍵、報(bào)警處理按鍵和顯示按鍵。本電容測量方案測量準(zhǔn)確度主要由兩部分誤差確定：一部分出自 A/D 轉(zhuǎn)換單元；另一部分來自外接運(yùn)放及模擬開關(guān)。同時(shí)還對被測電容有一定的限制，當(dāng)被測電容的漏電特性不良時(shí)會引起附加測試誤差，這是測試時(shí)需注意的地方。本設(shè)計(jì)本著安全性、可靠性、穩(wěn)定性和易擴(kuò)展性等設(shè)計(jì)原則，對各方案進(jìn)行了細(xì)心的比較，并對設(shè)計(jì)中使用的芯片進(jìn)行了仔細(xì)的分析，力求設(shè)計(jì)出一個安全、穩(wěn)定、可靠的溫度控制系統(tǒng)。因此，本系統(tǒng)的安全性和可擴(kuò)

32、展性都比較好。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）17參考文獻(xiàn)1 王祁.智能儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20092 梅麗鳳，王艷秋.單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京：北京交通大學(xué)出版社，2009 3 孫傳友,孫曉斌.測控系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)M.北京：北京航空大學(xué)出版社，20074 孫余凱，吳鳴山.傳感器應(yīng)用電路 300 例.北京：電子工業(yè)出版社，20085 付家才.單片機(jī)控制工程實(shí)踐技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20046 程德福,王君.傳感器原理及應(yīng)用M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20077 趙廣林. protel 電路設(shè)計(jì)與制版M.北京：電子工業(yè)出版社，20058 王洪君.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.濟(jì)南：山東大學(xué)出版

33、社，2009本科生課程設(shè)計(jì)（論文）18附錄 IS1S2S3R310KR410KR510KP3.0P3.1P3.2EA/VP31X119X218RESET9INT012INT113T014T115P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P0.039P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P0.633P0.732P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728RD17WR16PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U1AT89S52EA/VPX1X2RSTINT0INT1T0T1P1.

34、0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P0.0P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7RDWRPSENALE/PTXDRXDP0.1P0.2Y112MHzC230pFC130pFX2C110uFR210KS1SW-PBRSTR11kVCCC40.33uF/400VC50.33uF/400VAC220V50HzVin1GND3+5V2U2IN-026msb2-1212-220IN-1272-3192-418IN-2282-582-615IN-312-714lsb2-817IN-42EOC7IN-53ADD-A25IN-64ADD-B24ADD-C23IN-75ALE22ref(-)16ENABLE9START6ref(+)12CLOCK10U4ADC0809P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7V1、123U5A74HC00INT0123U6A74HC02123U7A74HCO2WRP2.7RDCLK3D2SD4CD1Q5Q6U8ASW-PBCLK3D2SD4CD1Q