基于80c52單片機(jī)的數(shù)字電加熱恒溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(共47頁)

1、密級(jí)：公開基于(jy)80C52單片機(jī)的電加熱數(shù)字(shz)恒溫(hngwn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Design of Digital Constant Temperature Control System for Electric Heating based on 80C52 MCU學(xué) 院：電氣工程學(xué)院專 業(yè) 班 級(jí)：自動(dòng)化1104班學(xué) 號(hào)：110302415學(xué) 生 姓 名：劉東洋指 導(dǎo) 教 師：關(guān)新 （副教授） 2015年6月 PAGE 11摘 要溫度對(duì)日常(rchng)的生活影響極大且無時(shí)不在，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制對(duì)生活乃至生產(chǎn)(shngchn)發(fā)展都具有重要的意義。很多生產(chǎn)領(lǐng)域中都需大量的加熱設(shè)備來

2、進(jìn)行生產(chǎn)，如用加熱爐來實(shí)現(xiàn)(shxin)熱處理，用坩鍋電阻爐來融化金屬及具有不同用途的溫度控制箱等。用單片機(jī)對(duì)不同溫度控制箱進(jìn)行控制在很大程度上為設(shè)備控制帶來了方便、使用簡(jiǎn)單、控制靈活等特點(diǎn)，同時(shí)還可以最大限度地提高溫度參數(shù)的精確程度，保證了生產(chǎn)的穩(wěn)步進(jìn)行，增加了生產(chǎn)的效率。因此，智能化溫度控制技術(shù)的研究有較大的研究意義。 本智能化溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用資料較多的80C52微型控制器，配以DS18B20數(shù)字溫度傳感器及nRF401芯片利用微功率短距離無線通信技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程溫度控制，該系統(tǒng)能夠在25米以內(nèi)遠(yuǎn)程控制溫度。單片機(jī)利用檢測(cè)到的數(shù)字溫度信號(hào)與設(shè)定的溫度上、下限值進(jìn)行對(duì)比，由對(duì)比結(jié)果輸出是否

3、運(yùn)行半導(dǎo)體制冷器指令以控制設(shè)備。本設(shè)計(jì)添加了普通的數(shù)碼管來顯示溫度值及LED燈來顯示常用電路的工作狀況，增加了系統(tǒng)的靈活性和完整性。關(guān)鍵詞：溫度箱；80C52；單片機(jī)；控制；模擬AbstractThe temperature has great influence on daily life and has no time, and it has important significance for the control of the temperature to control the life and the development of production. In the field

4、 of production are subject to a lot of heating equipment to produce, such as heating furnace to realize heat treatment, crucible resistance furnace to molten metal and with different uses of the temperature control box. With the chip on the different temperature control box control in a great extent

5、 for the equipment control brought convenient, easy to use, flexible to control, at the same time, it can maximally improve the accurate degree of parameters such as temperature, ensure production steadily, increase the production efficiency. Therefore, the research of the intelligent temperature co

6、ntrol technology has the significance of the research.The intelligent temperature control system design using a lot of materials AT80C52 micro controller and with DS18B20 digital temperature sensor and nRF401 chip with micro power short distance wireless communication technology for remote temperatu

7、re control, the system can in 25 meters remote control asked. Single chip microcomputer is used to detect the digital temperature signal and set the temperature, the lower limit of the comparison, from the results of the comparison of the output of the relay to control equipment. This design adds a

8、common digital tube to display the temperature and LED lamp to show the working condition of the common circuit, and increase the flexibility and integrity of the systemKey word：Temperature；AT80C52；SCM；Control；Simulation目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc423290790 摘 要 PAGEREF _Toc423290790 h I HYPE

9、RLINK l _Toc423290791 Abstract PAGEREF _Toc423290791 h II HYPERLINK l _Toc423290793 第1章 緒論(xln) PAGEREF _Toc423290793 h 1 HYPERLINK l _Toc423290794 1.1 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景(bijng)、發(fā)展歷史及意義 PAGEREF _Toc423290794 h 1 HYPERLINK l _Toc423290795 1.2 溫度(wnd)控制系統(tǒng)的目的 PAGEREF _Toc423290795 h 1 HYPERLINK l _Toc42329079

10、6 1.3 溫度控制系統(tǒng)完成的功能 PAGEREF _Toc423290796 h 1 HYPERLINK l _Toc423290797 1.4 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc423290797 h 2 HYPERLINK l _Toc423290798 1.5 本章小結(jié) PAGEREF _Toc423290798 h 3 HYPERLINK l _Toc423290799 第2章 總體設(shè)計(jì)方案 PAGEREF _Toc423290799 h 4 HYPERLINK l _Toc423290800 2.1 方案的系統(tǒng)構(gòu)想 PAGEREF _Toc423290800 h 4 HYPE

11、RLINK l _Toc423290801 2.2 系統(tǒng)方案的確定 PAGEREF _Toc423290801 h 4 HYPERLINK l _Toc423290802 2.2.1 傳感器方案 PAGEREF _Toc423290802 h 4 HYPERLINK l _Toc423290803 2.2.2 短距離無線通信模塊方案 PAGEREF _Toc423290803 h 5 HYPERLINK l _Toc423290804 2.2.3 系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)處理模塊方案 PAGEREF _Toc423290804 h 6 HYPERLINK l _Toc423290805 2.3 器件的選

12、用 PAGEREF _Toc423290805 h 7 HYPERLINK l _Toc423290806 2.3.1 數(shù)字式溫度傳感器的選擇 PAGEREF _Toc423290806 h 7 HYPERLINK l _Toc423290807 2.3.2無線收發(fā)芯片的選擇 PAGEREF _Toc423290807 h 8 HYPERLINK l _Toc423290808 2.3.3 常用的無線收發(fā)芯片 PAGEREF _Toc423290808 h 9 HYPERLINK l _Toc423290809 2.3.4 鍵盤顯示模塊的選擇 PAGEREF _Toc423290809 h 1

13、0 HYPERLINK l _Toc423290810 2.3.5 溫度控制模塊的選擇 PAGEREF _Toc423290810 h 10 HYPERLINK l _Toc423290811 2.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc423290811 h 11 HYPERLINK l _Toc423290812 第3章 硬件電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc423290812 h 12 HYPERLINK l _Toc423290813 3.1 設(shè)計(jì)原則 PAGEREF _Toc423290813 h 12 HYPERLINK l _Toc423290814 3.2 引腳連接 PAGERE

14、F _Toc423290814 h 12 HYPERLINK l _Toc423290815 3.2.1 晶振電路 PAGEREF _Toc423290815 h 12 HYPERLINK l _Toc423290816 3.3 無線控制接收發(fā)射器 PAGEREF _Toc423290816 h 12 HYPERLINK l _Toc423290817 3.4 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc423290817 h 13 HYPERLINK l _Toc423290818 3.5 顯示電路 PAGEREF _Toc423290818 h 14 HYPERLINK l _Toc42

15、3290819 3.6 DS18B20溫度傳感器電路(dinl) PAGEREF _Toc423290819 h 14 HYPERLINK l _Toc423290820 3.7 加熱(ji r)電路 PAGEREF _Toc423290820 h 15 HYPERLINK l _Toc423290821 3.7.1 半導(dǎo)體制冷器，工作(gngzu)原理 PAGEREF _Toc423290821 h 15 HYPERLINK l _Toc423290822 3.7.2 比例積分電路 PAGEREF _Toc423290822 h 16 HYPERLINK l _Toc423290823 3.

16、8 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc423290823 h 20 HYPERLINK l _Toc423290824 3.9 收發(fā)電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc423290824 h 20 HYPERLINK l _Toc423290825 3.10 本章小結(jié) PAGEREF _Toc423290825 h 21 HYPERLINK l _Toc423290826 第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc423290826 h 22 HYPERLINK l _Toc423290827 4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)整體思路 PAGEREF _Toc423290827 h 22 HYPE

17、RLINK l _Toc423290828 4.2 系統(tǒng)程序流圖 PAGEREF _Toc423290828 h 23 HYPERLINK l _Toc423290829 4.2.1 上位機(jī)主程序 PAGEREF _Toc423290829 h 23 HYPERLINK l _Toc423290830 4.2.2 下位機(jī)主程序 PAGEREF _Toc423290830 h 24 HYPERLINK l _Toc423290831 4.3 收發(fā)控制子程序 PAGEREF _Toc423290831 h 25 HYPERLINK l _Toc423290832 4.3.1 發(fā)送控制子程序 PAG

18、EREF _Toc423290832 h 25 HYPERLINK l _Toc423290833 4.3.2 接收控制子程序 PAGEREF _Toc423290833 h 26 HYPERLINK l _Toc423290834 4.4 溫度控制模塊的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc423290834 h 27 HYPERLINK l _Toc423290835 4.4.1 溫度測(cè)量子程序 PAGEREF _Toc423290835 h 27 HYPERLINK l _Toc423290836 4.4.2 PID控制子程序 PAGEREF _Toc423290836 h 28 HYPERLI

19、NK l _Toc423290837 4.4.3 讀出溫度子程序 PAGEREF _Toc423290837 h 28 HYPERLINK l _Toc423290838 4.5 子程序流程圖 PAGEREF _Toc423290838 h 30 HYPERLINK l _Toc423290839 4.5.1 復(fù)位應(yīng)答子程序流程圖 PAGEREF _Toc423290839 h 30 HYPERLINK l _Toc423290840 4.5.2 寫入子程序 PAGEREF _Toc423290840 h 31 HYPERLINK l _Toc423290841 第5章 系統(tǒng)的調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

20、PAGEREF _Toc423290841 h 32 HYPERLINK l _Toc423290842 5.1 調(diào)試步驟 PAGEREF _Toc423290842 h 32 HYPERLINK l _Toc423290843 5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 PAGEREF _Toc423290843 h 32 HYPERLINK l _Toc423290844 5.3 本章小結(jié) PAGEREF _Toc423290844 h 33 HYPERLINK l _Toc423290845 第6章 結(jié)論 PAGEREF _Toc423290845 h 34 HYPERLINK l _Toc423290846 參

21、考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc423290846 h 1 HYPERLINK l _Toc423290847 致謝 PAGEREF _Toc423290847 h 3 HYPERLINK l _Toc423290848 附錄1 PAGEREF _Toc423290848 h 4 HYPERLINK l _Toc423290849 附錄2 PAGEREF _Toc423290849 h 5沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文第1章 緒論(xln)1.1 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景(bijng)、發(fā)展歷史及意義隨著技術(shù)的不斷(bdun)發(fā)展，以及溫度控制在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用應(yīng)用，智能化的溫度控制系統(tǒng)已成為研究

22、發(fā)展的方向1。尤其近年來，在我們生活得各個(gè)領(lǐng)域溫度控制系統(tǒng)都取得了廣泛的應(yīng)用，可是溫度控制領(lǐng)域卻一直沒有得到很好的開發(fā)，針對(duì)這種情況，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單適用的溫度控制系統(tǒng)，具備普遍的使用前景與實(shí)際意義。溫度是科學(xué)研究中占有重要的地位，物理、化學(xué)、生物等學(xué)科與溫度都息息相關(guān)。近年來的實(shí)驗(yàn)研究中，像電力領(lǐng)域、化工領(lǐng)域、石油領(lǐng)域、冶金領(lǐng)域、航空控制領(lǐng)域、機(jī)械設(shè)備制造領(lǐng)域、糧食存儲(chǔ)領(lǐng)域、酒場(chǎng)生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)，溫度的控制往往是該領(lǐng)域生產(chǎn)過程中最重要的控制指標(biāo)之一2。例如，發(fā)電廠中鍋爐的溫度只能控制在我們需要的范圍之內(nèi)；許多化學(xué)反應(yīng)的條件是適當(dāng)?shù)臏囟认?；煉油過程中，原油的提煉也是在溫度和壓力不同的條件下提煉出汽油、柴

23、油、煤油等。如果沒有標(biāo)準(zhǔn)的溫度狀態(tài)，很多的電子設(shè)備很難正常運(yùn)行，如果沒有合適的溫度，那些農(nóng)民種出來的糧食就很容易變質(zhì)，靠其生產(chǎn)的酒類的品質(zhì)也就沒有了保障。所以，溫度對(duì)于各行各業(yè)都非常重要。目前單片機(jī)廣泛的應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品，當(dāng)前的電子設(shè)備中大量的使用溫度檢測(cè)與溫度控制系統(tǒng)。隨著溫度控制器應(yīng)用范圍的擴(kuò)大和需求的多樣，各種智能的溫度控制系統(tǒng)被人們開發(fā)。1.2 溫度控制系統(tǒng)的目的設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)具體的內(nèi)容有：當(dāng)給定的溫度處于最低狀態(tài)時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)半導(dǎo)體制冷器器用來給環(huán)境加溫，當(dāng)溫度緩慢上升并超過設(shè)定的下限值時(shí)，溫控系統(tǒng)停止加溫；當(dāng)實(shí)際溫度高于設(shè)定的溫度上限值時(shí)，報(bào)警器報(bào)警，同時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)半

24、導(dǎo)體制冷器給系統(tǒng)降溫，使溫度降落到上限溫度以下。當(dāng)溫度下降到上限溫度以下時(shí)，停止降溫。溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)，加溫降溫系統(tǒng)不工作。設(shè)計(jì)的LED數(shù)字顯示當(dāng)前的溫度，數(shù)值精確度為小數(shù)點(diǎn)一位。1.3 溫度控制系統(tǒng)完成的功能本系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的是對(duì)溫度進(jìn)行高精度控制與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度準(zhǔn)確控制：當(dāng)溫度低于給定最低溫度時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)半導(dǎo)體制冷器器用來給環(huán)境加溫，當(dāng)溫度逐漸上升到給定下限溫度以上時(shí)，停止加溫；當(dāng)溫度高于設(shè)定上限溫度時(shí)，報(bào)警器報(bào)警，同時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)半導(dǎo)體制冷器給系統(tǒng)降溫，使溫度降落到上限溫度以下。當(dāng)溫度下降到上限溫度以下時(shí)，停止降溫。溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)，加溫降溫系統(tǒng)不工作。

25、LED即時(shí)顯示溫度，精確到小數(shù)點(diǎn)一位。1.4 國內(nèi)外發(fā)展(fzhn)現(xiàn)狀隨著(su zhe)信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們?yōu)榱?wi le)將人類從繁重、危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解脫出來，對(duì)已經(jīng)有的技術(shù)運(yùn)用到人們生活的各個(gè)領(lǐng)域。隨著移動(dòng)通信需求和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集量的增加，加之有線傳輸?shù)馁M(fèi)用日益增長，人們正逐漸認(rèn)識(shí)到在許多檢測(cè)領(lǐng)域采用無線傳輸?shù)谋匾?,5。在過去的幾年中，無線通訊領(lǐng)域取得了很大的進(jìn)展，這其中包括數(shù)字電路和射頻電路制作工藝的進(jìn)步、低功耗電路、高能電池以及微電子技術(shù)的采用。以上諸多方面的發(fā)展使移動(dòng)通信設(shè)備更加靈巧、經(jīng)濟(jì)、可靠。與上述技術(shù)一樣，數(shù)字通信技術(shù)和數(shù)字調(diào)制技術(shù)的發(fā)展也發(fā)揮了很大的作用，他們使

26、無線通信網(wǎng)絡(luò)向更加經(jīng)濟(jì)、更加容易操作的方向發(fā)展。所以如果我們能夠很好地了解無線通信的基本原則以及這些技術(shù)的特點(diǎn)，就能更好地理解并完成傳感數(shù)據(jù)的無線采集。無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)可分為兩大類：一是基于蜂窩的接入技術(shù)，如蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)(CDPD)，通用分組無線傳輸技術(shù)(GPRS) 、EDGE 等。二是基于局域網(wǎng)的技術(shù)，如 IEEE802.11 WLAN、Bluetooth、IrDA、Home-RF、微功率短距離無線通信技術(shù)等6。與目前已經(jīng)具備相當(dāng)規(guī)模的無線長距離通信網(wǎng)絡(luò)(如蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng))相比，短距離無線通信系統(tǒng)在基本結(jié)構(gòu)、服務(wù)范圍、應(yīng)用層次及通信業(yè)務(wù)(數(shù)據(jù)、話音)上，均有很大的不同。在2.4GHz非授

27、權(quán)頻段上，目前已經(jīng)云集了藍(lán)牙、Wi-Fi、Zigbee等多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)無線協(xié)議。，具有帶寬高（ 2Mbps），雙向傳輸，抗干擾性強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)（短距離無線技術(shù)范圍），耗電少的優(yōu)點(diǎn)，用于無線鍵鼠等室內(nèi)場(chǎng)合7。Nordic公司等公司已成功推出nRF401芯片，2.4G全球開發(fā)ISM頻段免許可證使用。同時(shí)許多公司也相繼推出基于nRF401的無線傳輸模塊。nRF401模塊是一款新型單片射頻收發(fā)器件，工作于2.4 GHz2.5 GHz ISM頻段8,9。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊，并融合了增強(qiáng)型ShockBurst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。nRF401功耗低

28、，在以-6dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流也只有9mA;接收時(shí)，工作電流只有12.3mA，多種低功率工作模式(掉電模式和空閑模式)使節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。至此這種基于此頻段的通信方式已日漸趨向成熟10。同樣隨著傳感器及電子電路的發(fā)展，集成的溫度檢測(cè)器件的完善性及集成性也得到了大大的提高。類似美國DALLAS公司推出的數(shù)字測(cè)溫芯片DS18B20層出不窮，國內(nèi)外的研究在這方面的研究也趨近完善13。進(jìn)入(jnr)21世紀(jì)后，智能(zh nn)溫度控制器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬溫度控制器和網(wǎng)絡(luò)溫度控制器、研制單片測(cè)溫控溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。（1）提高溫度(wnd)控制

29、器測(cè)溫精度和分辨力在20世紀(jì)90年代中期最早推出的智能溫度控制器，采用的是8位A/D轉(zhuǎn)換器，其測(cè)溫精度較低，分辨力只能達(dá)到2C。目前，國外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能溫度傳感器，所用的是912位A/D轉(zhuǎn)換器，分辨力一般可達(dá)0.50.0625C。為了提高多通道智能溫控器的轉(zhuǎn)換速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器11。（2）增加溫度控制器測(cè)試功能新型智能溫度控制器的測(cè)試功能也在不斷增強(qiáng)。例如，采用DS1629型單線智能溫度傳感器增加了實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘（RTC），使其功能更加完善。DS1624還增加了存儲(chǔ)功能，利用芯片內(nèi)部256字節(jié)的E2PROM存儲(chǔ)器，可存儲(chǔ)用戶的短信息。另外，智能溫

30、度控制器正從單通道向多通道的方向發(fā)展，這就為研制和開發(fā)多路溫度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了良好條件15,16。智能溫度控制器都具有多種工作模式可供選擇，主要包括單次轉(zhuǎn)換模式、連續(xù)轉(zhuǎn)換模式、待機(jī)模式，有的還增加了低溫極限擴(kuò)展模式，操作非常簡(jiǎn)便。對(duì)某些智能溫度控制器而言，主機(jī)(外部微處理器或單片機(jī))還可通過相應(yīng)的寄存器來設(shè)定其A/D轉(zhuǎn)換速率，分辨力及最大轉(zhuǎn)換時(shí)間。1.5 本章小結(jié)本系統(tǒng)介紹的設(shè)計(jì)是用于日常生活較常用的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)溫度的無線控制，可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)前溫度的測(cè)量并顯示當(dāng)前的溫度值，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)需求溫度的調(diào)節(jié)。該設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于控制簡(jiǎn)單方便，也充分利用了單片機(jī)的控制優(yōu)勢(shì)。第2章 總體設(shè)計(jì)方案溫濕度的檢測(cè)(jin

31、c)有許多方法，可供選擇的器件(qjin)和運(yùn)用的技術(shù)也有多種。因此，系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案應(yīng)在滿足系統(tǒng)整體(zhngt)性能指標(biāo)的前提下，充分考慮系統(tǒng)使用的環(huán)境，所選的結(jié)構(gòu)要盡量簡(jiǎn)單實(shí)用、易于實(shí)現(xiàn)，器件的選用要著眼于合適的參數(shù)、穩(wěn)定的性能、較低的功耗、低廉的成本以及較好的互換性能。2.1 方案的系統(tǒng)構(gòu)想本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的在于控制花房溫度。能夠在遠(yuǎn)距離控制溫度。為了達(dá)到目的應(yīng)該有如下幾個(gè)模塊：收發(fā)模塊；溫度采集模塊；制冷加熱模塊；中央處理模塊；溫度報(bào)警模塊；顯示模塊。實(shí)現(xiàn)方案設(shè)想：溫度采集模塊將溫度信號(hào)采集經(jīng)過轉(zhuǎn)換將溫度信號(hào)傳給cpu，并由收發(fā)電路發(fā)送給中央處理單元，如果溫度不在給定范圍之內(nèi)，報(bào)警器

32、報(bào)警。同時(shí)單片機(jī)發(fā)出指令給半導(dǎo)體制冷加熱器件調(diào)整溫度。以控制溫度在合理的范圍內(nèi)，達(dá)到對(duì)溫度的控制目的。2.2 系統(tǒng)方案的確定2.2.1 傳感器方案?jìng)鹘y(tǒng)的模擬式傳感器具有測(cè)量轉(zhuǎn)換速度快，溫度測(cè)量范圍寬的優(yōu)點(diǎn)。但是模擬傳感器的模擬信號(hào)需要先經(jīng)過取樣、放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路處理，再將轉(zhuǎn)換得到的表示溫濕度值的數(shù)字信號(hào)交由微處理器或 DSP 處理。被測(cè)信號(hào)從敏感元件接收的非電物理量開始，到轉(zhuǎn)換為微處理器可處理的數(shù)字信號(hào)之間，設(shè)計(jì)者須考慮的線路環(huán)節(jié)較多，相應(yīng)測(cè)試裝置中元器件數(shù)量難以下降，隨之影響產(chǎn)品的可靠性及小型化。而且模擬信號(hào)在長距離傳輸過程中，容易受到電磁干擾而導(dǎo)致誤差產(chǎn)生。在多點(diǎn)溫濕度檢測(cè)的場(chǎng)合，各被測(cè)

33、點(diǎn)到測(cè)試裝置之間引線距離往往不同，各敏感元件參數(shù)的不一致性，都將會(huì)導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生，并且難以完全清除。另外，模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的精度也不可能很高，存在一定非線性，互換性較差。采用具有直接數(shù)字量輸出的傳感器能夠避免上述問題。數(shù)字式傳感器能把被測(cè)模擬量直接換成數(shù)字量輸出，可以直接與數(shù)字設(shè)備（計(jì)算機(jī)，計(jì)數(shù)器，數(shù)字顯示系統(tǒng)等）相聯(lián)，用微控制器、DSP 或計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號(hào)的處理、濾波、壓縮。它的信號(hào)原則上不受放大器和信號(hào)處理系統(tǒng)的溫度漂移的影響，具有極高的抗干擾能力1718。數(shù)字式傳感器具有高的測(cè)量精度和分辨率，穩(wěn)定性好，信號(hào)易于處理、傳送和自動(dòng)控制，便于動(dòng)態(tài)及多路測(cè)量，讀數(shù)直觀，安裝方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，工作可靠性高

34、。雖然存在反應(yīng)速度較慢，溫度測(cè)量的范圍不寬的缺點(diǎn)，數(shù)字式傳感器技術(shù)的發(fā)展仍受到人們?cè)絹碓蕉嗟闹匾?。考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和溫濕度傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)及發(fā)展?fàn)顩r，確定溫度傳感器采用數(shù)字式。2.2.2 短距離無線通信模塊(m kui)方案藍(lán)牙技術(shù)作為(zuwi)一種近距離無線連接的全球性開放規(guī)范，已經(jīng)得到(d do)了全球眾多大企業(yè)的支持。藍(lán)牙技術(shù)同時(shí)支持語音和數(shù)據(jù)傳輸，使用跳頻擴(kuò)頻技術(shù)，本身包括糾錯(cuò)機(jī)制，可靠性高，藍(lán)牙規(guī)范的核心部分協(xié)議允許多個(gè)設(shè)備進(jìn)行相互定位、連接和交換數(shù)據(jù)，并能實(shí)現(xiàn)互操作和交互式應(yīng)用。但是藍(lán)牙設(shè)備價(jià)格昂貴，通訊距離近，藍(lán)牙 RF 定義了三種功率等級(jí)（100mw、25mw 和 1 mw），

35、當(dāng)藍(lán)牙設(shè)備功率為1 mw 時(shí)，其發(fā)射范圍一般為10m19。紅外線傳輸是使用紅外線波段的電磁波來進(jìn)行較近距離的傳輸。IrDA具有技術(shù)成熟、體積小、功率低、傳輸速率高、連接方便、簡(jiǎn)單易用、數(shù)據(jù)傳輸干擾少、保密性強(qiáng)、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。也存在著只能視距傳輸、移動(dòng)時(shí)不能傳輸、LED 易磨損等缺點(diǎn)。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，世界上主要的芯片廠商都推出了無線收發(fā)芯片。短距離無線通信系統(tǒng)的大部分功能都集成到一塊芯片內(nèi)部，一般使用單片數(shù)字信號(hào)射頻收發(fā)芯片，加上微控制器和少量外圍器件構(gòu)成專用或通用無線通信模塊。所有高頻元件包括電感、振蕩器等已經(jīng)全部集成在芯片內(nèi)部，一致性良好，性能穩(wěn)定且不受外界干擾。射頻芯片一般

36、采用 FSK 調(diào)制方式，工作于 ISM 頻段，通信模塊一般包含簡(jiǎn)單透明的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議或使用簡(jiǎn)單的加密協(xié)議，發(fā)射功率、工作頻率等所有工作參數(shù)全部通過軟件設(shè)置完成，用戶不用對(duì)無線通信原理和工作機(jī)制有較深的了解，只要依據(jù)命令字進(jìn)行操作即可實(shí)現(xiàn)基本的數(shù)據(jù)無線傳輸功能。新一代短距離無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)具有體積小、功耗低、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且開發(fā)簡(jiǎn)單快速，可以方便地嵌入到各種設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的無線連接，因此，較適合搭建小型網(wǎng)絡(luò)，在工業(yè)、民用領(lǐng)域得到較為廣泛的應(yīng)用20?？紤]系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、傳輸距離，確定該部分電路設(shè)計(jì)使用無線收發(fā)芯片。無線收發(fā)芯片的可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)，通訊協(xié)議簡(jiǎn)單透明

37、，技術(shù)成熟。使用該種方案無線通訊接口與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接口電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。2.2.3 系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)處理模塊方案溫度數(shù)據(jù)在采集后通常要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的記錄、顯示和對(duì)測(cè)控系統(tǒng)的控制。對(duì)于一般的工業(yè)測(cè)量與控制，多采用專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)控。專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是把采集系統(tǒng)作為一個(gè)獨(dú)立完整(wnzhng)的功能實(shí)體，用單片機(jī)或 DSP 來控制整個(gè)系統(tǒng)。最主要(zhyo)的特征是系統(tǒng)軟、硬件規(guī)模完全根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的要求配置，獨(dú)立性、可擴(kuò)展性好，因此(ync)系統(tǒng)具有較高的性價(jià)比。根據(jù)微處理器的不同，專用計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可分為 DSP 應(yīng)用系統(tǒng)和單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)21,22。DSP 和單片機(jī)都是構(gòu)成專用計(jì)算機(jī)

38、系統(tǒng)的核心芯片，DSP 主要用于復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理，DSP 芯片中具有各種特殊功能的計(jì)算模塊，采用流水線結(jié)構(gòu)，提高了 DSP 的運(yùn)行速度。由于 DSP 主要應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)處理，因此外部 I/0 接口比較少，不便于系統(tǒng)擴(kuò)展，因此多數(shù) DSP 系統(tǒng)還要通過單片機(jī)來進(jìn)行外部接口擴(kuò)展，這導(dǎo)致了 DSP 的成本較高，另外，DSP 具有一定的專用性，開發(fā)過程比較復(fù)雜，不便于通用。單片機(jī)是把微型機(jī)的主要部分集中在一個(gè)芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī)。由于它的結(jié)構(gòu)與指令都按照工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的，故又稱微控制器（Microcontroller Unit），也可稱微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomput

39、er）。通常由微型計(jì)算機(jī)和外圍設(shè)備組成，包括微處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（存放程序指令或數(shù)據(jù)指令的ROM、RAM 等）、輸入/輸出接口（I/O）及其它功能部件如定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等。單片機(jī)受集成度限制，片內(nèi)存儲(chǔ)容量較小，一般 ROM 只有 48K 字節(jié)，RAM 小于256 字節(jié)，通過外部擴(kuò)展，ROM、RAM 可擴(kuò)展至 64K 字節(jié)。與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比，具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、功能易擴(kuò)展、測(cè)控能力強(qiáng)、可靠性高。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)正在被各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用23,24。采用單片機(jī)具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、開發(fā)容易，功能易擴(kuò)展、測(cè)控能力強(qiáng)、可靠性高的特點(diǎn)。尤其適用于系統(tǒng)中沒有復(fù)雜的計(jì)算處理、對(duì)采集速度要求不高的數(shù)據(jù)采集處理系

40、統(tǒng)。對(duì)于不要求高速的一般的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，采用 DSP 是不經(jīng)濟(jì)的方案。在單片機(jī)能夠滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)處理速度要求的情況下，單片機(jī)無異是首選的信息處理單元。2.3 器件的選用2.3.1 數(shù)字式溫度傳感器的選擇隨著溫度傳感器智能化、集成化技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)字式溫度傳感器也得到了快速發(fā)展，世界上許多公司推出了新型的數(shù)字溫度傳感器系列。這些產(chǎn)品的出現(xiàn)極大的豐富了設(shè)計(jì)工程師的選擇對(duì)象。在如此眾多的產(chǎn)品中選擇出合適的器件，應(yīng)該把握以下幾點(diǎn)：外圍電路應(yīng)該盡量簡(jiǎn)單；測(cè)溫的精度、分辨率要合適，以便減少不必要的電路和軟件開發(fā)成本；溫度傳感器采用的總線負(fù)載能力如何，能否滿足多點(diǎn)測(cè)溫的需要；占用MCU 的I/O 引腳數(shù)

41、情況如何，因?yàn)镸CU 的系統(tǒng)資源非常寶貴，輸入通道有限，多點(diǎn)溫度測(cè)量時(shí)，如果測(cè)量的點(diǎn)數(shù)超過了輸入通道時(shí)，就要添加多路復(fù)用器，這將增加成本和開發(fā)時(shí)間，應(yīng)盡量節(jié)約；與 MCU 的通信協(xié)議應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，溫度測(cè)量的軟件開發(fā)難度、成本要盡量小。目前在數(shù)字溫度傳感器中采用的串行總線主要有Philips公司的I2C總線，Motorola 公司的 SPI 總線，National Semiconductor 公司的 Microwireplus總線，Dallas Semiconductor 公司的 1-Wire 總線和 Siemens 公司的 Profibus總線等。常用的數(shù)字溫度傳感器主要有：（1）AD7418

42、是是美國模擬器件公司（ADI）推出的單片溫度測(cè)量與控制用集成電路(jchng-dinl)。其內(nèi)部包含有帶隙溫度傳感器和10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器。測(cè)溫范圍為-55+125，具有10 位數(shù)字輸出(shch)溫度值，分辨率為0.25，精度(jn d)為2，轉(zhuǎn)換時(shí)間為1530ms。具有體積小、編程簡(jiǎn)單、使用容易、測(cè)量精度高，并且不易受環(huán)境千擾等優(yōu)點(diǎn)。AD7418 可以級(jí)聯(lián)至多8 片在同一個(gè) I2C 總線上16。（2）LM74 是美國國家半導(dǎo)體公司推出的集成了帶隙式溫度傳感器、-型 A/D 數(shù)轉(zhuǎn)換器，并具有 SPI/Microwire 兼容總線接口的數(shù)字溫度傳感器。具有抗干擾能力強(qiáng)、分辨力高、線性度好、

43、成本低等優(yōu)點(diǎn)。在傳感器通電工作后自動(dòng)按一定速率對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)，并在片內(nèi)寄存器中存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換的溫度值，主機(jī)可以在任意時(shí)刻讀出傳感器溫度值。LM74 具有休眠模式，在休眠時(shí)消耗的電流不超過 10A，適用于對(duì)功率消耗有嚴(yán)格限制的系統(tǒng)。 LM74 的模數(shù)轉(zhuǎn)換器為 12 位外加符號(hào)位，因此在其有效工作范圍內(nèi)可達(dá) 0.0625的分辨率，轉(zhuǎn)換時(shí)間為425ms。（3） MAX6575L/H 是美國 MAXIM 公司的一種單總線式數(shù)字溫度傳感器，具有較好的線性、較低的功耗，而且編程簡(jiǎn)單，調(diào)試容易，使用方便。測(cè)溫范圍為-40+125，其誤差范圍：在 25時(shí)優(yōu)于3， 在 85時(shí)優(yōu)于4.5，在 125時(shí)優(yōu)于5。但是 MA

44、X6575L/H 在其測(cè)溫范圍內(nèi)非線性誤差較大，因此，當(dāng)它用于高精度溫度測(cè)量時(shí)，必須對(duì)其進(jìn)行非線性補(bǔ)償。它最多允許在一根 MCU 的I/O 總線上同時(shí)掛接8 個(gè) MAX6575L/H 進(jìn)行多點(diǎn)溫度測(cè)量。為了避免多個(gè)傳感器同時(shí)測(cè)溫時(shí)有重疊的現(xiàn)象，MAX6575 提供了“L”和“H”兩種型號(hào)的傳感器，它們的使用方法相同，而且每一種型號(hào)的傳感器又可以通過時(shí)間選擇引腳。但是，MAX6575L 的遠(yuǎn)距離傳輸特性并不理想，傳輸范圍只能在5m 以內(nèi)，超過此范圍將采集不到被測(cè)溫度數(shù)據(jù)，這也是這種器件的一個(gè)弊端。（4） DS18B20是美國(mi u)Dallas半導(dǎo)體公司的新一代數(shù)字式溫度傳感器，它具有(jy

45、u)獨(dú)特的單總線接口方式，即允許在一條(y tio)信號(hào)線上掛接數(shù)十甚至上百個(gè)數(shù)字式傳感器，從而使測(cè)溫裝置與各傳感器的接口變得十分簡(jiǎn)單，克服了模擬式傳感器與微機(jī)接口時(shí)需要的 A/D 轉(zhuǎn)換器及其它復(fù)雜外圍電路的缺點(diǎn)，而且，可以通過總線供電，由它組成的溫度測(cè)控系統(tǒng)非常方便，而且成本低、體積小、可靠性高。DS18B20 的測(cè)溫范圍-55+125，最高分辨率可達(dá)0.0625，由于每一個(gè) DS18B20 出廠時(shí)都刻有唯一的一個(gè)序列號(hào)并存入其ROM 中，因此 CPU 可用簡(jiǎn)單的通信協(xié)議就可以識(shí)別，從而節(jié)省了大量的引線和邏輯電路。Dallas 公司的單總線技術(shù)具有較高的性能價(jià)格比，有以下特點(diǎn)：1）適用于低速

46、測(cè)控場(chǎng)合，測(cè)控對(duì)象越多越顯出其優(yōu)越性；2）性價(jià)比高，硬件施工、維修方便，抗干擾性能好；3）具有 CRC 校驗(yàn)功能，可靠性高；4）軟件設(shè)計(jì)規(guī)范，系統(tǒng)簡(jiǎn)明直觀，易于掌握。由于 DS18B20 獨(dú)特的單總線接口方式在多點(diǎn)測(cè)溫時(shí)有明顯的優(yōu)勢(shì)，占用 MCU 的 I/O 引腳資源少，和 MCU 的通信協(xié)議比較簡(jiǎn)單，成本較低，傳輸距離遠(yuǎn)，所以，選用 DS18B20 做為溫度測(cè)量的傳感器。無線收發(fā)芯片的選擇無線收發(fā)芯片的種類和數(shù)量比較多，在設(shè)計(jì)中選擇合適芯片可以提高產(chǎn)品開發(fā)周期、節(jié)約成本。在選擇時(shí)，應(yīng)主要參考以下幾點(diǎn)：(1) 收發(fā)芯片的數(shù)據(jù)傳輸是否需要進(jìn)行曼徹斯特編碼采用曼徹斯特編碼的芯片，在編程上會(huì)需要較高

47、的技巧和經(jīng)驗(yàn)，需要更多的內(nèi)存和程序容量，并且曼徹斯特編碼大大降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，一般僅能達(dá)到標(biāo)稱速率的 1/3，而采用串口傳輸?shù)男酒?，?yīng)用及編程非常簡(jiǎn)單，傳送的效率很高，標(biāo)稱速率就是實(shí)際速率，編程方便。(2) 收發(fā)芯片所需的外圍元件數(shù)量芯片外圍元器件的數(shù)量直接關(guān)系到系統(tǒng)的復(fù)雜程度和成本，因此應(yīng)該選擇外圍元件少的收發(fā)芯片。(3) 功耗大多數(shù)無線收發(fā)芯片是應(yīng)用在便攜式產(chǎn)品上的，因此功耗也非常重要，應(yīng)該根據(jù)需要選擇綜合功耗較小的產(chǎn)品(4) 發(fā)射功率在同等條件下，為了保證(bozhng)有效和可靠的通信，應(yīng)該選用(xunyng)發(fā)射功率較高的產(chǎn)品。(5) 收發(fā)(shuf)芯片的封裝和管腳數(shù)較少的管腳以

48、及較小的封裝，有利于減少 PCB 面積降低成本，適合便攜式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，也有利于開發(fā)和生產(chǎn)。2.3.3 常用的無線收發(fā)芯片nRF903 單片射頻收發(fā)器芯片工作在 915MHz 國際通用的 ISM 頻段；GMSK/GFSK 調(diào)制和解調(diào)， 抗干擾能力強(qiáng)；采用 DDS+PLL 頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性好；靈敏度高達(dá)-100dBm ， 最大發(fā)射功率達(dá)+10dBm；數(shù)據(jù)速率可達(dá) 76.8 Kbit/s；170 個(gè)頻道，適合需要多信道工作的特殊場(chǎng)合；可方便地嵌入各種測(cè)量和控制系統(tǒng)中進(jìn)行無線數(shù)據(jù)雙向傳輸，在儀器儀表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)遙測(cè)遙控系統(tǒng)等中應(yīng)用。TH72011 是Melexis 公

49、司的單片射頻發(fā)射芯片，頻率范圍380MHz450MHz，采用VCO+PLL 頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性好；FSK 調(diào)制方式，抗干擾能力強(qiáng)；FSK 頻偏和中心頻率可獨(dú)立調(diào)節(jié)；寬電壓范圍1.95.5V，靜態(tài)電流小，工作電流可在3.5mA10.7 mA 調(diào)節(jié)；發(fā)射功率可在-12 dBm+10dBm 調(diào)節(jié)，數(shù)據(jù)速率可達(dá)40Kbit/s?？汕度敫鞣N測(cè)量和控制系統(tǒng)中進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸，在保安系統(tǒng)、微功耗遙測(cè)遙控系統(tǒng)等中應(yīng)用。nRF401 是挪威 Nordic VLSI 公司推出的單芯片 RF 收發(fā)機(jī)，專為在 433MHz ISM (工業(yè)、科研和醫(yī)療) 頻段工作而設(shè)計(jì)。該芯片集成了高頻發(fā)射、高頻接收、PLL 合

50、成、FSK 調(diào)制、FSK 解調(diào)、雙頻道切換等功能，具有性能優(yōu)異、功耗低、使用方便等特點(diǎn)。nRF401 的外圍元件很少，僅10 個(gè)左右。只包括一個(gè) 4MHz 基準(zhǔn)晶振(可與MCU 共享)、一個(gè)PLL環(huán)路濾波器和一個(gè)VCO 電感，收發(fā)天線合一，沒有調(diào)試部件，這給研制及生產(chǎn)帶來了極大的方便?；趎RF401成本低、可靠性高、外圍設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)將nRF401 做為無線收發(fā)芯片的首選23。2.3.4 鍵盤顯示模塊的選擇顯示單元是人機(jī)交互的窗口，是傳遞儀表工作狀態(tài)和檢測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵性設(shè)備，通常的顯示器件有液晶顯示器（LCD）和數(shù)碼管顯示器（LED）。液晶顯示器在使用(shyng)中有許多注意事項(xiàng)：不

51、能對(duì)它長期施加直流電，否則(fuz)易造成顯示器的老化；必須注意防潮；防止施加過大的壓力；對(duì)于使用的環(huán)境溫度要特別注意，溫度不能太高也不能太低；防止(fngzh)紫外線的直接照射；要特別注意防靜電，焊接顯示器時(shí)烙鐵要接地?？梢娨壕э@示器在使用中有眾多的限制條件，但它同時(shí)也有一定的優(yōu)勢(shì)，其中最明顯的就是低功耗，消耗電流一般是 pA 級(jí)的。數(shù)碼管顯示器不同與液晶顯示器，它對(duì)電源沒有特殊要求，受環(huán)境溫度的影響不大，不怕陽光的照射，也沒有嚴(yán)格的防靜電要求，而且它的顯示亮度要比液晶顯示器亮許多，適于安裝在室內(nèi)、室外、黑暗和光線強(qiáng)的各種環(huán)境中，但它的耗電量明顯高于液晶顯示器。本系統(tǒng)由于要適合在不同環(huán)境條件

52、下使用，所以選用數(shù)碼管顯示器。本系統(tǒng)采用3位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示當(dāng)前溫度。在本系統(tǒng)中，鍵盤由四個(gè)鍵組成，即溫度增加鍵、溫度減小鍵、確認(rèn)鍵和取消鍵。因按鍵很少，所以采用獨(dú)立式鍵盤。2.3.5 溫度控制模塊的選擇溫度控制單元是系統(tǒng)的執(zhí)行器件，是系統(tǒng)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是系統(tǒng)中最重要的一部分。目前制冷系統(tǒng)主要包括空氣循環(huán)制冷系統(tǒng)、蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)、使用氨水的吸收式制冷系統(tǒng)和近幾年發(fā)展起來的半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)。目前制熱技術(shù)主要有太陽能吸收熱量、煤炭燃燒制造熱量、熱泵和近幾年發(fā)展起來的半導(dǎo)體制熱系統(tǒng)。其中半導(dǎo)體制冷制熱是利用特種半導(dǎo)體材料通過直流電時(shí)產(chǎn)生低溫高溫的一種制冷制熱方式，由于它彌補(bǔ)了其它制冷制熱方式不足，

53、在當(dāng)今世界的人下制冷制熱技術(shù)中占有獨(dú)特的地位。所以本系統(tǒng)選擇半導(dǎo)體制冷制熱器件。2.4 本章小結(jié)針對(duì)設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)的目的，對(duì)各部分所需的硬件進(jìn)行選擇，分析其經(jīng)濟(jì)效益，選擇最合適的器件用來進(jìn)行硬件電路圖的繪制。第3章 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 設(shè)計(jì)(shj)原則DS18B20采用單總線接口(ji ku)模式，可以只用一條線就可以與單片機(jī)相連(xin lin)實(shí)現(xiàn)雙向通訊。其測(cè)量范圍在55+125之間，測(cè)量精度在10+85內(nèi)精度是0.5，并且其能夠并聯(lián)8個(gè)，能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量。使溫度精度更加準(zhǔn)確25。在溫度控制上，采用半導(dǎo)體制冷器作為調(diào)節(jié)溫度的器件。 HYPERLINK /view/212653.ht

54、m t _blank 珀?duì)柼?yīng)使其控制溫度的方式就是調(diào)節(jié)其倆端的電流大小和方向，從而達(dá)到控制溫度加熱還是制冷的目的。3.2 引腳連接3.2.1 晶振電路為使單片機(jī)能夠高效的工作，加上的晶振振蕩器電路，其中晶振是12MHZ，并聯(lián)電容是47uf。完成晶振振蕩電路。圖3.1晶振電路3.3 無線控制接收發(fā)射器nRF401作為單芯片RF 收發(fā)機(jī)，設(shè)計(jì)的工作頻段在433MHz ISM。該芯片采用FSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)，其工作速率最高為20K，它的天線設(shè)計(jì)為差分天線。因此它能使用價(jià)格相對(duì)便宜的pcb天線，在市場(chǎng)上性價(jià)比非常高nRF401 僅 10 個(gè)左右外圍元件。只包括一個(gè) 4MHz 基準(zhǔn)晶振(可與 MCU

55、共享)、一個(gè) PLL環(huán)路濾波器和一個(gè) VCO 電感，收發(fā)天線合一，沒有調(diào)試部件，這給研制及生產(chǎn)帶來了極大的方便9 10?；?jy)nRF401性價(jià)比，其優(yōu)異(yuy)的性能，我認(rèn)為適合本系統(tǒng)(xtng)設(shè)計(jì)及研發(fā)。適合做無線收發(fā)裝置，用于對(duì)溫度的遠(yuǎn)程控制。3.4 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在選擇CPU時(shí)，針對(duì)本系統(tǒng)只是對(duì)溫度的控制，集成性不高，可以采用單片機(jī)作為系統(tǒng)的CPU。其性價(jià)比要高于其他復(fù)雜的pc機(jī)。再考慮成本時(shí)，由于本系統(tǒng)是適用于花房、糧倉等不需要運(yùn)算速度特別快。精度特變高的系統(tǒng)。所以單片機(jī)完全能夠完成其功能。由設(shè)計(jì)的要求，只要做很小集成度的最小系統(tǒng)應(yīng)用在一些小的控制單元。其應(yīng)用特點(diǎn)是:（

56、1）全部I/O口線均可供用戶使用； （2）內(nèi)部存儲(chǔ)器容量有限（只有4KB地址空間）； （3）應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。圖 3-2 最小系統(tǒng)圖單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖3-2所示，本系統(tǒng)采用的是AT80C52單片機(jī)。其特點(diǎn)是一個(gè)低電壓，高性能 HYPERLINK /view/22318.htm t _blank CMOS 8位 HYPERLINK /view/1012.htm t _blank 單片機(jī)，具有8KB可反復(fù)擦寫的ROM，及256BRAM。和其他CMOS單片機(jī)相似，具有40個(gè)引腳。其中32個(gè)雙向I/O口，含有2個(gè)中斷源，3個(gè)十六位可編寫計(jì)數(shù)器，其中P3口可作為第二功能引腳實(shí)現(xiàn)其他功能。而且其內(nèi)存

57、單元可以擴(kuò)展。AT80C52 中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1 和XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器可以與晶振構(gòu)成單片機(jī)的自激振蕩電路，也是單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)工作的前提，其晶振頻率越高，單片機(jī)的運(yùn)算速度越快。本系統(tǒng)采用頻率為12MHZ的晶振與電容并聯(lián)構(gòu)成震蕩電路。雖然對(duì)電容要求不大，但是電容的大小影響單片機(jī)工作的穩(wěn)定性，在選擇電容式由于晶振選用的是陶瓷晶振，所以在用電容時(shí)使用2個(gè)47uf的電容與其并聯(lián)構(gòu)成單片機(jī)最小電路。3.5 顯示(xinsh)電路在選擇顯示電路時(shí)考慮選用(xunyng)利用74l47驅(qū)動(dòng)3個(gè)共陽極數(shù)碼管，掃描(somio)方式為動(dòng)

58、態(tài)掃描，這樣節(jié)省了單片機(jī)I/O口資源的占用。圖33 顯示電路圖3.6 DS18B20溫度傳感器電路圖3-4 溫度傳感器電路引腳圖3.7 加熱電路3.7.1 半導(dǎo)體制冷(zhlng)器，工作(gngzu)原理在本系統(tǒng)中溫度控制采用(ciyng)半導(dǎo)體制冷器。為了使半導(dǎo)體制冷器（TEC）能夠正常運(yùn)行，必須保證單電源驅(qū)動(dòng)電路不僅能夠提供足夠大的功率，而且還能改變方向。這就需要功率放大電路：橋式推挽電路（BTL），其工作特點(diǎn)是在理想條件下其電流波形為正弦波。如圖3-5當(dāng)輸入電壓0時(shí)管Q1、Q4導(dǎo)通似的負(fù)載TEC上獲得正半周電壓，當(dāng)輸入端為負(fù)電壓時(shí)，管Q2、Q3導(dǎo)通，使得負(fù)載TEC上獲得負(fù)半周電壓。由于

59、其采用電橋式的聯(lián)接方式，其目的是為了提高電源利用率。與OCL和OTL功放相比，BTL在同等電壓負(fù)載條件下能夠把輸出功率提高3到4倍，達(dá)到75%。相對(duì)系統(tǒng)來說，不僅僅要求能夠達(dá)到要求還有要能夠省電。為此我是用BTL電路作為TEC的驅(qū)動(dòng)電路26。半導(dǎo)體制冷器的工作特點(diǎn)是，其制冷加熱的條件是通過電流的正反方向進(jìn)行調(diào)節(jié)，在溫度控制上，采用半導(dǎo)體制冷器作為調(diào)節(jié)溫度的器件。它是典型的 HYPERLINK /view/212653.htm t _blank 珀?duì)柼?yīng)器件，其利用N型半導(dǎo)體與P型半導(dǎo)體的熱量傳遞造成溫度差，用來升高溫度或者降低溫度11。其控制溫度的方式就是調(diào)節(jié)其倆端的電流大小和方向，從而達(dá)到

60、控制溫度加熱還是制冷的目的。整個(gè)電路采用的是對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，U3A 和 U3B 分別接成同相放大器和反向放大器，放大倍數(shù)均為 ；Q1Q4 選用相同參數(shù)的場(chǎng)效應(yīng)管，跨導(dǎo)為gm；電阻 R1R6 的阻值均為 R；ZD1、ZD2 為穩(wěn)壓管，其穩(wěn)壓值為Uz，正向?qū)〞r(shí)壓降為UD。當(dāng)輸入端的信號(hào)為正時(shí)，運(yùn)放 U3A 的輸出為正，U3B 的輸出為負(fù)，場(chǎng)效應(yīng)管 Q1、Q3 導(dǎo)通，Q2、Q4 截止，電流從 TEC 的“+”端流向“-”端；當(dāng)輸入端信號(hào)為負(fù)時(shí)，運(yùn)放 U3A 的輸出為負(fù)，U3B 的輸出為正，場(chǎng)效應(yīng)管Q2、Q4 導(dǎo)通，Q1、Q3 截止，電流從TEC 的“-”端流向“+”端。實(shí)現(xiàn)了對(duì)通過 TEC 電流方向的