基于單片機兩種液體混合裝置論文(終稿)

1、摘要 隨著電子科技的飛速發(fā)展，單片機在日常生活中應(yīng)用的越來越廣泛。本文以STC89C52單片機為核心器件，制作了兩種液體的混合控制裝置。由于器材限制，用步進電機具有精確步進角的特點模擬了開關(guān)的開度，用步進電機所轉(zhuǎn)動的角度來表示兩種液體的體積，利用按鍵的狀態(tài)模擬了液位過高和過低的信號指示，同時用LCD1602液晶顯示屏作為人機交互界面，使結(jié)果更加清楚直觀。總體設(shè)計符合一般的液體混合裝置的要求，且精度較高，操作簡單易懂。關(guān)鍵字： 單片機 步進電機 液體混合 LCD1602液晶顯示目錄一 問題重述.11.1 設(shè)計要求.1二 設(shè)計方案與論證.12.1 顯示電路的選擇.12.2 步進電機的選擇.12.3

2、 電機驅(qū)動電路的選擇.12.4 總方案設(shè)計框圖.2三 單元模塊設(shè)計.23.1 按鍵控制電路.23.2 單片機最小系統(tǒng)電路.33.3 LCD1602顯示電路.43.4 步進電機的驅(qū)動電路.53.5 總電路仿真圖.6四 軟件模塊設(shè)計流程圖.74.1 主循環(huán)函數(shù)的流程圖.74.2 定時器0的中斷服務(wù)子程序.84.3 定時器1的中斷服務(wù)子程序.94.4 外部中斷0和外部中斷1的中斷服務(wù)子程序.10五 實物圖及測試分析.105.1 實物圖.105.2 測試結(jié)果及誤差分析.11六 設(shè)計總結(jié).11七 參考文獻.11八 附錄.128.1 元件清單.128.2 源程序代碼.121、問題重述1.1 設(shè)計要求：設(shè)計

3、兩種液體的混合裝置控制系統(tǒng)，采用步進電機來精確控制體積比，并且加入人機交互界面，符合一般液體混合控制系統(tǒng)的要求。2、設(shè)計方案論證及總體設(shè)計方案在MCU的選擇上直接選取物美價廉的STC89C52型號的單片機。在這里主要討論顯示電路的選擇、步進電機的選擇以及電機驅(qū)動電路的選擇。2.1 顯示電路的選擇2.1.1 方案比較：方案一：選用七段數(shù)碼管做顯示設(shè)備方案二：選用LCD1602液晶顯示屏做顯示設(shè)備2.1.2 方案論證：方案一：七段數(shù)碼管操作方便，并且顯示效果良好價格也低廉。但是在界面切換到記錄數(shù)據(jù)的時候并不是十分直觀，在與單片機相接的時候還要在加驅(qū)動，加大了工作量，并且數(shù)碼管的耗能較大。方案二：L

4、CD1602液晶顯示屏顯示清晰，切換顯示界面也很直觀，可直接與單片機相連，方便快捷且耗能較少。但是價格較高，操作起來較復(fù)雜。2.1.3方案選擇：綜合各個方面，選擇LCD1602作為顯示設(shè)備。2.2 步進電機的選擇2.2.1 方案比較：方案一：選擇高精度普通型步進電機方案二：選擇一般減速型步進電機2.2.2 方案論證：方案一：高精度的步進電機具有精密的步進角，且具有較大的轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速更高，但是價格較貴。方案二：減速型步進電機雖步進角較大但是具有減速齒輪，因此理論上可以更加的控制步進角的大小，并且價格較低但是轉(zhuǎn)矩較小，且轉(zhuǎn)速不快。2.2.3 方案選擇：綜合方案設(shè)計要求以及經(jīng)濟條件，選擇一般減速型步進

5、電機28BYJ-48；2.3 電機驅(qū)動電路的選擇2.3.1 方案比較方案一：選擇三極管放大電路用作電機的驅(qū)動線路方案二：選擇電機的驅(qū)動芯片ULN2003作為驅(qū)動電路2.3.2 方案論證方案一：用三極管作為驅(qū)動線路雖然價格低廉，但是可移植性較差，不可擴展到其他的驅(qū)動上。方案二：利用ULN2003作為步進電機的驅(qū)動芯片，價格雖沒有三極管便宜但是可移植性較好，做成模塊可移植到其他的電機驅(qū)動線路上2.3.3 方案選擇：綜合各方面性能和資源的可回收性來說，選擇用ULN2003作為驅(qū)動電路。2.4 總方案設(shè)計框圖：圖1 總方案設(shè)計圖3、單元模塊設(shè)計3.1 按鍵控制電路 圖2 按鍵控制電路圖放置八個按鍵開關(guān)

6、，P3.0為設(shè)置液體體積比的啟動按鍵；P1.4、P1.5、P1.6為設(shè)置液體體積比的選擇按鍵；P3.1為輸入液體的總開關(guān)按鍵；P3.4為輸出液體的總開關(guān)按鍵；P1.7為是否有輸出的指示燈；P3.2和P3.3接在單片機的外部中斷上，用來外部中斷來檢測液位的過高或者過低；3.2 單片機最小系統(tǒng)電路圖3 單片機最小系統(tǒng)圖單片機的最小系統(tǒng)（如圖3）就是單片機能夠正常工作所必須具備的部分。包括三個部分，分別是復(fù)位電路、晶振電路和電源電路。3.3 LCD1602顯示電路 圖4 LCD1602液晶顯示屏接線圖1602液晶也叫1602字符型液晶（如圖4），它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊

7、,顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。3.4 步進電機的驅(qū)動電路圖5 步進電機的驅(qū)動接線圖步進電機的控制方式分為三種，單四拍、雙四拍和單雙八拍。而單雙八拍的控制最準確，因此選用單雙八拍控制。表1  28BYJ-48步進電機參數(shù)表供電電壓相數(shù)相電阻步進角度減速比啟動頻率P.P.S轉(zhuǎn)矩g.cm噪聲dB絕緣介電強度5V450±10%5.625/641:6455030035600VAC由上表可看到減速比為1:64，而步進角為5.625°，此處就表示了一個脈沖理論上可以轉(zhuǎn)動的角度應(yīng)該為5.625/64，為0.08789&

8、#176;，所以減速型步進電機的步進角在理論上可以達到很小的值，可以精確地控制其轉(zhuǎn)動的角度。而實際上由于轉(zhuǎn)動的幅度太小，它根本不會轉(zhuǎn)，因此控制的轉(zhuǎn)動角度跨度其實應(yīng)該大一點。在本文中，選擇的步進角度為每次10°，這樣看起來步進清楚直觀，而且在混合比例的控制上也更加方便。3.5 總電路仿真圖圖6 總電路圖利用proteus軟件制作了相應(yīng)的原理圖，用網(wǎng)絡(luò)標號代替了導(dǎo)線，使界面看起來清晰直觀，各個模塊都單獨為一塊，不僅方便移植而且更方便識別。4、軟件模塊設(shè)計4.1 主循環(huán)設(shè)計流程圖 圖7 主循環(huán)設(shè)計流程圖4.2 定時器0的中斷服務(wù)子程序圖8 定時器0的中斷子程序4.3 定時器1的中斷服務(wù)子程

9、序圖9 定時器1的中斷子程序4.4 外部中斷0和外部中斷1的中斷服務(wù)子程序 圖10 外部中斷0的中斷子程序 圖11 外部中斷1的中斷子程序5、實物圖及測試分析5.1 實物圖圖12 實物連接圖 5.2 測試結(jié)果及誤差分析5.2.1 測試結(jié)果表二 步進電機的實際轉(zhuǎn)動角度與設(shè)定角度設(shè)置轉(zhuǎn)動角度10°90°180°270°360°450°720°實際轉(zhuǎn)動角度10°89°182°271°358°453°725°5.2.2 誤差分析由于該四相八拍的步進電機的減速比為6

10、4，步進角為5.625°，因此理論上來說4096個脈沖剛好會轉(zhuǎn)動360°，而實際上其減速比不是正好為64，根據(jù)其內(nèi)部的構(gòu)造來算的話，大概4076個脈沖才會轉(zhuǎn)360°，將其改正后會在使其轉(zhuǎn)動更加精確。在本文中在此處已經(jīng)做過了修正，但是在實測時還是會有一點誤差，而這個誤差是步進電機本身帶來的誤差，越便宜的步進電機這個誤差會越難以消除。6、 設(shè)計總結(jié)在緊張的三個星期中，我們實驗小組終于排除了困難，完成了液體混合裝置系統(tǒng)的設(shè)計與制作。在實驗中，我們用上了平時上課老師教給我們的知識，讓我們的設(shè)計有了更多的思路，讓我們學(xué)到了很多書本上沒有的知識，同時也讓我們學(xué)習了許多課外的知

11、識，不僅檢驗了我所學(xué)習的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計過程中，與同學(xué)分工設(shè)計，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習，相互監(jiān)督。學(xué)會了合作，學(xué)會了運籌帷幄，學(xué)會了寬容，學(xué)會了理解，也學(xué)會了做人與處世。在發(fā)現(xiàn)問題和解決問題后，最終我們的設(shè)計還是成功了。 本次課程設(shè)計主要從硬件和軟件兩個方面結(jié)合說明設(shè)計的總體思路和實現(xiàn)過程,預(yù)期的設(shè)計目的是：精確控制步進電機的步進角以此來模擬液體的流量大小。在設(shè)計過程中，曾經(jīng)遇到很多的障礙，設(shè)計圖經(jīng)過許多次的修改最后才定下來，但在調(diào)試的過程中又出現(xiàn)了問題需要修改原理圖；在編程那里花費的時間是最多的，編程的過程是要考慮

12、到程序的可行性和是否與硬件兼容。而在程序設(shè)計師上怎么實現(xiàn)多種功能而不相互沖突是一大難題！在設(shè)計中有好多問題都是忽略了仿真與實物的差別，導(dǎo)致結(jié)果的不精確，經(jīng)過多次試驗終于克服了困難。通過此次課程設(shè)計我們有了更深的認識,只有在設(shè)計制作的過程中不斷的學(xué)習才能有更新的進步。不論在什么地方、什么崗位我門都要不斷學(xué)習，學(xué)以致用。才能把我們的工作做的更好。7、參考文獻1劉樂善.微型計算機接口技術(shù)及應(yīng)用.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20012王東峰，單片機C語言應(yīng)用100例，北京，電子工業(yè)出版社，20093禹言春，例說51單片機，西安，西安電子科技大學(xué)出版社,2007 4陳海宴，51單片機原理及應(yīng)用，北京，北京航空航天大學(xué)出版社，2