【基于单片机的热水器控制系统的总体硬件设计案例】4500字

基于单片机的热水器控制系统的总体硬件设计案例综述目录TOC\o"1-3"\h\u13975基于单片机的热水器控制系统的总体硬件设计案例综述 1240321.1系统总体硬件框图与工作原理 1108391.2温度传感器 2165591.2.1温度传感器DS18B20 26061.2.2DS18B20的结构 318801.3水压传感器及A/D转换 4209341.1.1水压传感器 4271.1.2ADC0832结构及原理 5161741.4电磁开关电路及原理 528041.4.1光电隔离器的原理 659051.4.2电磁继电器的原理 6176891.5单片机控制系统 786631.6LED数码管显示电路 9320811.7按键电路设计 101.1系统总体硬件框图与工作原理经过对所要设计的控制系统的功能要求进行分析，可以设计系统的完整硬件设计框图，如图3-1所示。在系统的总体框图中，系统的工作原理如下：MCU89S52充当控制核心并协调整个系统的工作。当前，水温由数字温度传感器检测。数字信号直接发送到MCU89S52。单片机的处理将当前温度值显示在LED数字管上。另一种方法是通过使用水箱中的水压传感器测量水压来测量水位。水压传感器的输出应转换为模拟量为0-5V的数字量。它被发送到MCU89S52进行A/D处理。水位值显示在LED数字管上。此按钮用于设置所需的温度值。MCU将设定温度与当前温度进行比较。如果当前温度低于设定值，请关闭电子开关并打开加热装置。自动供水设置水位的上限和下限，当水位低于下限时，电子开关将关闭，并开始供水。电子开关自动打开，浇水停止。连续感测温度和水位达到控制目的。图3-1系统总体硬件框图 1.2温度传感器1.2.1温度传感器DS18B20温度传感器选择DS1820数字温度计，它以9位数字量的形式反映设备的温度值。DS1820通过单线接口发送和接收信息，因此中央微处理器和DS1820之间仅需要一根连接线（包括地线）。可以从数据线本身获得用于读取，写入和温度转换的电源，而无需外部电源。每个DS1820都有其自己的芯片序列号，因此可以将多个DS1820同时连接到电缆总线，从而可以将温度传感器放置在多个位置。此功能对于HVAC环境控制，建筑物，设备或机械中的温度感测以及过程监视和控制非常有用。图3-2DS18B20引脚排列与封装形式表3-1DS18B20引脚说明引脚符号说明1GND接地2DQ数据输入/输出脚。对于单线操作：漏极开路3VDD可选的VDD引脚。DS18B20虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口少等优点。DS18B290温度测量原理：DS18B20使用独特的温度测量技术来测量温度。这是通过计算时钟周期来完成的。内部计数器对受温度影响的振荡器的脉冲进行计数。在低温下，振荡器脉冲无法通过门电路。计数器设置为-55C。同时，当计数器重置为当前温度值时，电路补偿振荡器的温度系数，并且计数器再次开始计数，直到返回零为止。如果门电路仍未闭合，则系统会重复上述过程。1.2.2DS18B20的结构DS18B20的简单通信功能通过时分完成。单线信号包括复位脉冲，响应脉冲，写“0”，写“1”和读“1”。他们有严格的时隙概念。DS18B20的系统操作以ROM命令（5）和存储命令（6）的形式表示。操作协议初始化DS18B20，发送复位脉冲，发送ROM功能命令，处理数据，发送保存命令，处理数据，各种任务都有相应的时序图。DS18B20传感器的高精度和兼容性允许使用单根电缆直接编码和传输温度数据。通信方便，传输距离长，抗干扰性好。与常规温度相比，传感器系统系统得到简化。系统扩展和维护非常方便。图3-3DS18B20的内部结构1.3水压传感器及A/D转换水位传感器输出的信号为模拟信号，由于输出微弱，因此需要将其放大并转换为0-5V电压信号，然后发送至ADC0832进行转换，其输出是将串行数字数据发送至单个芯片。89S52进行处理。传感器和AD转换的示意图如图3-4所示。图3-4模拟量输入及AD转换电路结构1.1.1水压传感器力学传感器的种类繁多，电阻应变压力传感器，半导体应变压力传感器，电感压力传感器，压阻压力传感器，电容压力传感器，谐振压力传感器和电容加速度传感器是使用最广泛的，但使用最广泛的是低价格，高精度和线性。我推荐这个。它是压阻式压力传感器。当在水箱底部安装压力传感器时，传感器检测到的压力值取决于水位，经过处理和计算后，收集到的模拟信号可以转换为水位并显示在一个芯片上。微型计算机。1.1.2ADC0832结构及原理图3-5ADC0832芯片引脚图ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片，最高分辨率可以达到256级，可以针对常见的模拟转换要求进行调整。通过多路复用内部电源输入和参考电压，芯片的模拟电压输入将在0至5V之间。芯片转换时间仅为32S。根据双倍的数据输出，数据验证可以减少数据错误，转换速度快，稳定性强。独立的芯片使能输入使多个设备连接和处理器控制更加方便。通过DI数据输入端子可以轻松实现通道功能选择。1.4电磁开关电路及原理要实现自动控制，就要有能自动闭合的开关，使用电磁开关（继电器），其中当电流流过继电器时，电磁感应在铁芯中产生磁性，从而拉动开关片以接通外部电路。为了确保稳定的电流流过电磁继电器，前端必须有相应的控制组件，并且必须选择光电隔离设备以隔离不稳定的组件。为了稳定光电隔离前端的发光，必须驱动信号前端以提供稳定的信号电流。仅当发光部分稳定时，才能稳定输出下一个信号。控制加热和供水的电路如图3-6所示。控制电路的工作原理：单片机根据处理结果从控制端口输出低电平控制信号，并通过前向驱动器获得稳定的信号。光电绝缘体的前端发光，电路打开，随后的电路打开，功和输出电压被分压，晶体管被打开，电磁继电器被打开，并且碎屑被释放。开关关闭，下一个操作完成。电路开始工作。图3-6电磁开关控制电路1.4.1光电隔离器的原理光电隔离器（opticalcoupler，英文缩写为OC）亦称光耦合器，这称为光耦合器。光耦合器以光为媒介来传输电信号。由于它对输入和输出电信号具有出色的隔离效果，因此被广泛用于各种电路中。现在，它已成为功能最丰富的电子设备之一。光耦合器通常由三部分组成：发光，光接收和信号放大。输入的电信号使发光二极管（LED）发出特定波长的光，该光被光电探测器接收以生成光电流，然后将其放大并发射。这样就完成了从电到光然后到输入，输出和绝缘的电的转换。向发光二极管提供偏置电流，然后通过电阻器将信号电压连接至发光二极管，从而使光电晶体管接收具有增大或减小的偏置电流的光信号，并跟随输出电流。输入信号电压线性变化。光耦合器还可以在开-关状态下运行以传输脉冲信号。传输脉冲信号时，输入信号与输出信号之间存在一定的延迟时间，结构不同的光电耦合器的输入和输出延迟时间也有很大差异。光耦合器的输入和输出彼此分开，并且电信号传输是单向的，因此具有出色的电隔离和抗干扰能力。另外，由于光耦合器的输入端子是电流型低阻抗器件，因此具有很强的共模抑制功能。因此，可以大大提高作为远程信息传输中的终端分离因子的信噪比。作为用于数字计算机通信和实时控制的信号隔离接口设备，它可以大大提高计算机工作的可靠性。光耦合器的主要优点如下：信号在一个方向上传输，输入端和输出端完全电隔离，输出信号不影响输入端，抗干扰功能强，操作简便稳定并且没有连接。使用寿命长，传输效率高。1.4.2电磁继电器的原理继电器是一种电子控制器件，有一个控制系统（也称为输入回路）和一个控制系统（也称为输出回路）。常用于自动控制电路。它实际上是一个“自动开关”，它使用较小的电流来控制较大的电流。流。因此，它充当电路中的自调节，安全保护和转换电路。电磁继电器通常由铁芯，线圈，电枢，接触线等组成。电磁继电器的工作原理并不复杂，它主要利用电磁感应原理工作。当电流流过线圈时，线圈产生磁场，并且线圈中心的铁芯被磁化以产生磁力，并且电枢通过电磁吸引力的作用被吸引到铁芯上。这次，电枢驱动支撑杆以分离弹簧，从而打开两个连续闭合的触点。当继电器线圈中的电流被切断时，铁芯失去磁性，电枢作用在铁芯上以恢复其原始状态，并且触点再次闭合。通常有三种类型的接触点。一个是静态触点，当继电器线圈未通电时处于导通状态，另一个是常闭触点。第二个是处于打开状态的静态触点，通常称为打开触点，另一个是可移动触点，并且静态触点通常处于闭合状态，而静态触点通常处于打开状态，一个处于打开状态状态。打开状态。另一个是关闭的。过渡接触的形式。当线圈通电时，常闭触点与闭合状态分离，因此也称为动态断开触点，常开触点称为动态闭合触点。这是过度接触，即先切换然后断开的过渡。触点和转换触点在制造之前是分开的。1.5单片机控制系统单片机系统有基本的时钟电路和复位电路，单芯片计算机的频率通常为11.0592M。复位电路具有一个手动且由电源供电的自动复位电路和一个RST复位信号复位端子，当引脚在两个机械周期中保持高电平时，可以执行复位操作。完成它。复位电路如图所示。图3-7手动复位电路图3-8自动复位电路单片机的时钟信号是由外部接的晶振产生，晶振的连接电路如图：图3-9单片机晶振电路单片机芯片上集成了各种功能部件：中央处理器（CPU），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），计时器/计数器和各种输入/输出（I/O）接口相互连接以形成完整的单片机。89S52单片机采用40针双列直插式封装（DIP方法）。在微控制器的40个引脚中，有2个用于主电源的专用引脚，2个用于外部晶体振动的引脚，4个用于控制和其他电源的多引脚引脚以及32个输入/输出（I/O）引脚。AT89S52微控制器是一款低功耗，高性能COMS8位微控制器，具有8KB在线可编程闪存。芯片引脚如图3-10所示。图3-10单片机芯片封装引脚1.6LED数码管显示电路7段LED数码管是利用7个LED（发光二极管）外加一个小数点的LED组合而成的显示设备，它可以显示10个数字，包括0-9，小数点。这种类型的数字管可以分为两种类型：共阴极和共阳极。公共阳极将所有LED的阳极连接到公共节点和阴极。A.对于每个LED，b，c，d，e，f，g和dp（小数点）的公共阴极将所有LED的阳极连接到公共节点。每个LED的阳极为a，b，c，d，e，f，g和dp（十进制），如图3-11所示。图3-11数码管原理电路根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。静态显示驱动器：每个数码管的每个部分都由微控制器的I/O端口或二进制至十进制解码器（例如BCD代码）驱动。静态驱动程序的优点是简单的编程和更高的显示亮度，但缺点是它占用更多的I/O端口。动态显示驱动器：动态驱动器连接到具有相同名称的所有数字电子管的8个显示笔划“a，b，c，d，e，f，g，dp”的末尾，并且位选通信号是独立的I/。O控制当单片机输出字体代码时，所有数字管都接收相同的字体代码，但是显示字体的数字管取决于单片机计数器的门控制。您只需要显示数字电子管。当频闪控制打开时，字体以位显示。图3-12单片机与数码管连接电路1.7按键电路设计按键是用来向系统提供操作人员命令的接口，因此，准确识别每个键的行为和状态是系统正常运行的关键。大多数按钮使用机械弹性开关，并且命令级别已更改。但是，按键上的抖动是不可避免的，并且为了稳定行为，必须消除抖动的影响，以防止可以在硬件和软件中解决的抖动。硬件防抖电路：利用RC积分器电路对干扰脉冲的吸收效应，并选择电路的时间常数，可以消除按钮抖动信号通过滤波电路时的抖动效应。滤波和防抖电路图如图2-12所示。当您按下K位时，电容器C上的电压为0，非门