实验实训（设计）温湿度控制系统实训报告

实验实训（设计）计划系（部）信息工程系专业电子信息工程实验实训（设计）报告项目名称温湿度控制系统专业电信班企业指导老师成绩评定绵阳职业技术学院实验实训（设计）进度检查及成绩评定表日期内容执行情况指导教师签名学生姓名专业班级学号评分项目评分比例（）分数分数指导教师评分40评阅教师评分30成绩汇总评阅教师评分4030指导教师过程评语评分签字年月日评阅教师报告评语评分签字年月日答辩小组答辩评语评分签字年月日摘要“电子实训实验与综合实训”是高职院校电子，通信，电气，计算机等相关专业学生主要的实践性教学环节，对于培养和提高学生的创新能力，解决实际问题的能力有着十分重要的作用。在内容上，力求适合高职院校培养人才的方向，具有通用性，针对性，实用性。从加强实践性教学环节出发，注重实践技能的培养，选择具有代表性和实用性的实验，实训项目，训练目的明确，实验，实训相关理论和技能的介绍翔实，具体，设计了合理的实验，实训方法，操作步骤和过程，列有实验，实训记录，还要求写出实验，实训报告。实验，实训项目的编写结构充分考虑了实验，实训教学的可操作性，结构完整，选用灵活，即可配合模拟电路，数字电路的课程理论教学，又可作为实践教学独立设课的教学用书。随着科学技术的不断进步，自动化技术的发展速度正在不断加快，涉及的领域也越来越广了，在现代建设中发挥了重要的作用，改变着我国工业现代化的整体面貌，对人们的生活方式和思想观念也发生了重大的影响。在信息科学，计算机科学和新能源等推动下，不断智能化，网络化，集成化的方向发展。随着科学技术的发展和高新技术的广泛应用，电子技术在国民经济的各个领域所起的作用越来越大，并在深深地渗透到人们的生活，工作和学习的各个方面。新的世纪已经跨入以电子技术为基础的信息化社会，层出不穷的电子新业务,电子新设施几乎无处不在,举目可见。掌握一定的电子技术知识和技能是电子信息时代对每个电子专业人员提出的要求和召唤,也是学习本专业的需要。电子电工实训的目的和意义电子电工实训是职业教育中的重要实践教学环节。通过实训让我们了解手工锡焊和收音机的基本知识，使我们掌握焊接的工具、要求、方法，了解现代电子工艺中焊接的方法，掌握常用电子元器件的读数、检测、使用等方法，了解收音机的基本工作原理和检修方法；让我们了解电子产品的工作特点和简单的维修方法，训练我们获得电子装配工艺等方面的职业技能。我们通过学习基本理论，学会运用基本知识，训练基本技能，增强实践能力，以达到培养应用型本科人材有着十分重要的意义。电子技术实习主要目的是培养我们的动手能力，使我们能够识别常见的电子元器件，能够操作相应的电工工具，使用相关的仪器，了解电子设备制作、装调的全过程，掌握查找及排除电子电路故障的常用方法。引言11概述111课题研究的目的及意义112实训课题现状分析12总体设计121系统设计方案论证122系统结构框图13硬件设计131元器件的选择1311单片机STC12C5A32S21312传感器选择1313MAX232资料简介1314时钟芯片DS1302中文资料1315双运放LM35814PCB制版的历程1总结1参考文献11ALIUMDESIGNER10电路设计标准教程12百度文库错误未定义书签。3实训参考资料错误未定义书签。附录11原理图纸1引言在工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。其中，温度控制也越来越重要。在工业生产的很多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用单片机对温度进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的控制问题。单片机是一种集CPU、RAM、ROM、I/O接口和中断系统等部分于一体的器件，只需要外加电源和晶振就可实现对数字信息的处理和控制。因此，单片机广泛用于现代工业控制中。随着“信息时代”的到来，作为获取信息的手段传感器技术得到了显著的进步，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。由于传感器能将各种物理量、化学量和生物量等信号转变为电信号，使得人们可以利用计算机实现自动测量、信息处理和自动控制，但是它们都不同程度地存在温漂和非线性等影响因素。传感器主要用于测量和控制系统，它的性能好坏直接影响系统的性能。因此，不仅必须掌握各类传感器的结构、原理及其性能指标，还必须懂得传感器经过适当的接口电路调整才能满足信号的处理、显示和控制的要求，而且只有通过对传感器应用实例的原理和智能传感器实例的分析了解，才能将传感器和信息通信和信息处理结合起来，适应传感器的生产、研制、开发和应用。另一方面，传感器的被测信号来自于各个应用领域，每个领域都为了改革生产力、提高工效和时效，各自都在开发研制适合应用的传感器，于是种类繁多的新型传感器及传感器系统不断涌现。温度传感器是其中重要的一类传感器。其发展速度之快，以及其应用之广，并且还有很大潜力。为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对温度传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。本文利用单片机结合传感器技术而开发设计了这一温度监控系统。文中传感器理论与单片机实际应用有机结合，详细地讲述了基于单片机STC12C5A60S2和温湿度传感器DHT11的温度控制系统的设计方案与软硬件实现方案。系统包括数据采集模块，单片机控制模块，显示模块和温度设置模块，驱动电路五个部分。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。1概述11课题研究的目的及意义随着社会的发展，温度的测量及控制变得越来越重要。温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数。在工业生产过程中为了高效地进行生产，必须对生产工艺过程中的主要参数，如温度，压力，流量，速度等进行有效的控制。其中温度的控制在生产过程中占有相当大的比例。准确测量和有效控制温度是优质，高产，低耗和安全生产的重要条件。在工业的研制和生产中，为了保证生产过程的稳定运行并提高控制精度，采用微电子技术是重要的途径。它的作用主要是改善劳动条件，节约能源，防止生产和设备事故，以获得好的技术指标和经济效益。本课题采用单片机STC12C5A60S2来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标。作为控制系统中的一个典型实验设计，单片机温度控制系统综合运用了微机原理、自动控制原理、传感器原理、模拟电子技术、数字控制技术、键盘显示技术等诸多方面的知识，是对所学知识的一次综合测试。12实训课题现状分析由于现代工艺越来越多的需要对实时温度进行监测和控制，而且需要的精度越来越高。所以温度控制系统国内外许多有关人员的重视，得到了十分广泛的应用。温度控制系统发展迅速，而且成果显著。由于单片微处理器的性能日益提高、价格又不断降低，使其性能价格比的优势非常明显。因此，如何将单片微处理器应用到锅炉温度自动控制领域，为越来越多的生产厂家所重视。目前先进国家各种炉窑自动化水平较高，装备有完善的检测仪表和计算机控制系统。其计算机控制系统已采用集散系统和分布式系统的形式，大部分配有先进的控制算法，能够获得较好的工艺性能指标。单片微型计算机是随着超大规模集成电路的技术的发展而诞生的。由于它具有体积小，功能强，性价比高等优点，所以广泛应用于电子仪表，家用电器，节能装置，军事装置，机器人，工业控制等诸多领域，使产品小型化，智能化，既提高了产品的功能和质量又降低了成本，简化了设计。2总体设计21系统设计方案论证实现温湿度控制的方法主要有以下几种。方案一采用纯硬件的闭环控制系统。该系统的优点在于速度较快，但可靠性比较差控制精度比较低、灵活性小、线路复杂、调试、安装都不方便。且要实现题目所有的要求难度较大。方案二FPGA/CPLD或采用带有IP内核的FPGA/CPLD方式。即用FPGA/CPLD完成采集，存储，显示及A/D等功能，由IP核实现人机交互及信号测量分析等功能。这种方案的优点在于系统结构紧凑，可以实现复杂的测量与与控制，操作方便；缺点是调试过程复杂，成本较高。方案三单片机与高精度温湿度传感器结合的方式。即用单片机完成人机界面，系统控制，信号分析处理，由前端温度传感器完成信号的采集与转换。这种方案克服了方案一、二的缺点，所以本课题任务是基于单片机和温湿度传感器实现对温度的控制。22系统结构框图系统主要包括数据采集模块，单片机控制模块，显示模块和温度设置模块，驱动电路,报警电路，六个部分。系统框图如图1所示。图1系统框图温湿度传感器单片机键盘控制复位电路显示电路报警电路控制电路3硬件设计31元器件的选择311单片机STC12C5A32S2高速1个时钟/机器周期，增强型8051内核，速度比普通8051快812倍宽电压5533V，2236V（STC12LE5A60S2系列）增加第二复位功能脚（高可靠复位，可调整复位门槛电压，频率70RH的湿度条件下保持5小时以上。74温度影响气体的相对湿度，在很大程度上依赖于温度。因此在测量湿度时，应尽可能保证湿度传感器在同一温度下工作。如果与释放热量的电子元件共用一个印刷线路板，在安装时应尽可能将DHT11远离电子元件，并安装在热源下方，同时保持外壳的良好通风。为降低热传导，DHT11与印刷电路板其它部分的铜镀层应尽可能最小，并在两者之间留出一道缝隙。75光线长时间暴露在太阳光下或强烈的紫外线辐射中，会使性能降低。76配线注意事项DATA信号线材质量会影响通讯距离和通讯质量,推荐使用高质量屏蔽线。8、封装信息12349、DHT11引脚说明PIN名称注释1VDD供电355VDC2DATA串行数据，单总线3NC空脚，请悬空4GND接地，电源负极10、焊接信息手动焊接，在最高260的温度条件下接触时间须少于10秒。11、注意事项1避免结露情况下使用。2长期保存条件温度1040，湿度60以下。313MAX232资料简介一、引脚介绍第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生12V和12V两个电源，提供给RS232串口电平的需要。第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚R1IN、12脚R1OUT、11脚T1IN、14脚T1OUT为第一数据通道。8脚R2IN、9脚R2OUT、10脚T2IN、7脚T2OUT为第二数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。第三部分是供电。15脚GND、16脚VCC5V。二、主要特点1、符合所有的RS232C技术标准2、只需要单一5V电源供电3、片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生10V和10V电压V、V4、功耗低，典型供电电流5MA5、内部集成2个RS232C驱动器6、内部集成两个RS232C接收器下图为MX232双串口的连接图，可以分别接单片机的串行通信口或者实验板的其它串行通信接口三、MAX232应用电路，注意电容接法。232是电荷泵芯片，可以完成两路TTL/RS232电平的转换，它的的9、10、11、12引脚是TTL电平端，用来连接单片机的。MAX232心得MAX232DIP16封装现主要有这些型号MAX232CPE、MAX232EPE。下面对MAX232的型号标识进行解析MAX232后缀第一个字母，表示应用级别。“C”商业级；“E”工业级。例MAX232CPE商业级；MAX232后缀第二个字母，表示封装。PPDIP封装；SSOP封装。例MAX232CPEDIP封装；MAX232后缀第三个字母，表示引脚数。E16PIN。例MAX232CPE16脚。MAX232CPE，MAX232EPE分别是DIP和SOP封装MAX232MAX232A的区别是前者传输速率是120外部电容1UF；后者是200外部电容01UF；MAX232MAX232A两种IC都有DIP和SOP封装，所以不带A的应该是MAX232芯片。MAX232A对应的是MAX232ACPE，MAX232AEPE。但是实测MAX232和MAX232A用01UF1UF10UF电容都是可以工作的。但是四个电容一定都要接上，曾以为只用一个串口，C4没接东西，结果死活下载不了程序，后来解决了，特写下总结TTL电平逻辑1为5V，逻辑0为0V。RS232电平逻辑1为3V15V，逻辑0为3V15V。也就是说我们所转换的数据电平5V3V15V，0V3V15V即可。我们的MAX232是5V供电的，5V3V15V的转换是很容易满足的，0V3V15V就需要内部产生一个负压电源然后去转换输出。MAX232的一般外接4个电容，C对地之间，C对地之间的电容用于稳定电荷泵输出的电压，由于C1C1之间的电容加上C2和C2之间的电容。由于都是由VCC对它们进行循环充电，产生的V2VCC，V2VCC。这样也基本满足232的电平要求了。CMOS电平的转换同理。单片机的串口是TTL电平，在实际应用时，需要将TTL电平转换成RS232电平。RS232的接口芯片MAX232看MAX232的原理框图，需要注意二点1、需要外接电容01U电容，或1U的胆电容或电解电容，之所以需要电容，是因为RS232电平工作在9V9V，需要电容将5V电压转换成RS232电平所需要的10V和10V；电路上叫电荷泵。2、RS232的逻辑电平和TTL是正好相反的。在框图上，输入和输出之间的逻辑是反的；对于TTL电平，当没有232信号发出时，是高电平；对于RS232来说，这时，TX端是89V电压，相对于0V来说；如果有了信号，那就是从9V9V交错变化的一系列信号，测试RS232接口电路的好坏。1、判断芯片是否正常，见MAX232框图，使用万用表测量2和6脚，只要2脚的电压在8V9V，6脚在8V9V，可以断定芯片是好的；2、在RS232没有发信号时，TX端电压为RS32的高电平，即8V9V，当发信号时，数据在变化，说明RS232的端口是好的；RS232的驱动能力是比较强的，至少在10几米以上，用在2030米甚至更远；这时，最好使用屏蔽线效果会更好一些。制作AT89S51单片机器编程器的电路图此主题相关图片如下MAX232获得正负电源的另一种方法在单片机控制系统中，我们时常要用到数/模D/A或者模/数A/D变换以及其它的模拟接口电路，这里面要经常用到正负电源，例如9V，9V12V，12V。这些电源仅仅作为数字和模拟控制转换接口部件的小功率电源。在控制板上，我们有的只是5V电源，可又有很多方法获得非5V电源。1、外接；2、DCDC变换在这里我介绍一块大家常用的芯片MAX232。MAX232是TTLRS232电平转换的典型芯片，按照芯片的推荐电路，取振荡电容为UF时，若输入为5V，输出可以达到14V左右，输入为0V，输出可以达到14V，在扇出电流为20MA的时候，处处电压可以稳定在12V和12V。因此，在功耗不是很大的情况下，可以将MAX232的输出信号经稳压块后作电源使用。314时钟芯片DS1302中文资料概述DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片,内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM,通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟/日历电路提供秒分时日日期月年的信息,每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信,仅需用到三个口线1RES复位,2I/O数据线,3SCLK串行时钟时钟/RAM的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信DS1302工作时功耗很低,保持数据和时钟信息时功率小于1MWDS1302是由DS1202改进而来,增加了以下的特性双电源管脚用于主电源和备份电源供应VCC1,为可编程涓流充电电源附加七个字节存储器它广泛应用于电话传真便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等产品领域下面将主要的性能指标作一综合实时时钟具有能计算2100年之前的秒分时日日期星期月年的能力还有闰年调整的能力318位暂存数据存储RAM串行I/O口方式使得管脚数量最少宽范围工作电压2055V工作电流20V时,小于300NA读/写时钟或RAM数据时有两种传送方式单字节传送和多字节传送字符组方式8脚DIP封装或可选的8脚SOIC封装根据表面装配简单3线接口与TTL兼容VCC5V可选工业级温度范围4085与DS1202兼容在DS1202基础上增加的特性对VCC1有可选的涓流充电能力双电源管用于主电源和备份电源供应备份电源管脚可由电池或大容量电容输入附加的7字节暂存存储器1DS1302的基本组成和工作原理DS1302的引脚功能排列及描述如下图所示管脚描述X1X232768KHZ晶振管脚GND地RST复位脚I/O数据输入/输出引脚SCLK串行时钟VCC1,VCC2电源供电管脚2DS1302内部寄存器CH时钟停止位存器2的第7位12/24小时标志CH0振荡器工作允许BIT71,12小时模式CH1振荡器停止BIT70,24小时模式WP写保护位寄存器2的第5位AM/PM定义WP0寄存器数据能够写入AP1下午模式WP1寄存器数据不能写入AP0上午模式TCS涓流充电选择DS二极管选择位TCS1010使能涓流充电DS01选择一个二极管TCS其它禁止涓流充电DS10选择两个二极管DS00或11,即使TCS1010,充电功能也被禁止315双运放LM358LM358里面包括有两个高增益、独立的、内部频率补偿的双运放，适用于电压范围很宽的单电源，而且也适用于双电源工作方式，它的应用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运放的地方使用。LM358引脚图及引脚功能LM358封装有塑封8引线双列直插式和贴片式两种。LM358的特点内部频率补偿低输入偏流低输入失调电压和失调电流共模输入电压范围宽，包括接地差模输入电压范围宽，等于电源电压范围直流电压增益高约100DB单位增益频带宽约1MHZ电源电压范围宽单电源330V；双电源15一15V低功耗电流，适合于电池供电输出电压摆幅大0至VCC15V4PCB制版的历程41新建工程42新建原理图43新建原理图库44新建元器件库45新建元器件封装库46导入元件封装库及网络列表47PCB元件布局48PCB手动布线49打印PCB图总结实习目的和要求通过上课以及上机操作，使同学们对ALTIUMDESIGNER软件有初步的认识，并通过做作业的方式强化对软件的操作，以及认识。进一步熟悉软件画图和元件封装的流程，还有各项参数的设置等等。实习心得与体会刚开始我画得很慢而且遇到很多问题，比如很多元件找不到或者找错等等，都在寻求老师的帮助下一步步熟练起来。有很多