基于单片机温度控制系统设计的电源设计部分_课程设计任务书(26页).docx
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1、-基于单片机温度控制系统设计的电源设计部分_课程设计任务书-第 23 页课程设计任务书学 院专 业学生姓名班级学号课程设计题目基于单片机温度控制系统设计-电源设计实践教学要求与任务:1) 构成单片机温度控制系统2) 电源硬件设计3) 仿真分析4) 线路版设计5) 实验调试6) THFCS-1现场总线控制系统实验7) 撰写实验报告工作计划与进度安排:1) 第12天,查阅文献,构成单片机温度控制系统2) 第3天,电源硬件设计3) 第4天,仿真分析4) 第5天,线路版设计5) 第6天,实验调试6) 第79天,THFCS-1现场总线控制系统实验7) 第10天,撰写实验报告指导教师: 201 年 月 日
2、专业负责人:201 年 月 日学院教学副院长:201 年 月 日摘 要温度控制系统广泛应用于工业控制领域,如钢铁厂、化工厂、火电厂等锅炉的温度控制系统,电焊机的温度控制系统等。温度控制系统在国内各行各业的应用虽然己经十分广泛,但从国内生产的温度控制器来讲,总体发展水平仍然不高,同日本、美国、德国等先进国家相比,仍然有着较大的差距。成熟的温控产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主,它们只能适应一般温度系统控制,而用于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表,国内技术还不十分成熟,形成商品化并广泛应用的控制仪表较少.随着我国经济的发展及加入WTO,我国政府及企业对此都非常重视,对相关企业资源进
3、行了重组,相继建立了一些国家,企业的研发中心,开展创新性研究,使我国仪表工业得到了迅速的发展。音频放大电路主要以单相桥式整流及三端集成稳压器为主。完成将输入220v,50Hz的市电,输出为稳定的5V的直流电。通过软件Proteus完成基本的电路原理图并进行防真和调试,使其满足基本设计要求。在构建好电路的每一个环节后要对5V简易直流稳压电源进行仿真分析。目前,温度控制器产品从模拟、集成温度控制器发展到智能数码温度控制器。智能温控器(数字温控器)是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结合,特点是能输出温度数据及相关的温度控制量,适配各种控制器,并且它是在硬件的基础上通过软件来实现控制功能的,其智
4、能化程度也取决于软件的开发水平,现阶段正朝着高精度高质量的方向发展,相信以我国的实力,温控技术在不久的将来一定会为于世界前列。关键词:温度控制系统, Proteus, PID, 直流稳压电源目录1引言32 5V电源电路设计 42.1变压器部分设计 42.2单项桥式整流电路设计 42.3滤波电路设计 52.4三端稳压器MC7805设计 62.4.1 7805概述 62.4.2 基本特征 62.4.3基本参数 72.5 电源5V总体设计 73对稳压电源的要求及稳压电源的技术指标 83.1 稳压直流源设计 83.2 控制要求 93.2.1稳定性好 93.2.2 输出电阻小 93.2.3输出电压纹波小
5、 93.2.4电压温度系数小 103.3 5V稳压电源的proteus仿真图 104温度控制的总体设计和思路 114.1温度控制方框图 114.2 AT89S52单片机的结构114.3温度传感器的选择 124.4 温度采集电路 134.5 数码管温度显示电路 144.6温度控制电路 144.7 数码管动态显示 154.8 DS18B20初始化 164.9系统流程图 175调试 186 结束语 197参考文献 20附录 211引言二十一世纪是科技高速发展的信息时代,电子技术、微型单片机技术的应用更是空前广泛,伴随着科学技术和生产的不断发展,需要对各种参数进行温度测量。因此温度一词在生产生活之中出
6、现的频率日益增多,与之相对应的,温度控制和测量也成为了生活生产中频繁使用的词语,同时它们在各行各业中也发挥着重要的作用。如在日趋发达的工业之中,利用测量与控制温度来保证生产的正常运行。在农业中,用于保证蔬菜大棚的恒温保产等。温度是表征物体冷热程度的物理量,温度测量测试工农业生产过程中一个很重要而普遍的参数。温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重要的作用。由于温度测量的普遍性,温度传感器的数量在各种传感器中居首位。而且随着科学技术和生产的不断发展,温度传感器的种类还是在不断增加丰富来满足生产生活中的需要。在单片机温度测量系统中的关键是测量温
7、度、控制温度和保持温度,温度测量是工业对象中主要的被控参数之一。因此,单片机温度测量则是对温度进行有效的测量,并且能够在工业生产中得到了广泛的应用,尤其在电力工程、化工生产、机械制造、冶金工业等工业领域中,担负着重要的测量任务。在日常生活中,也可广泛适用于地热、空调器、电加热器等各种家庭温室测量及工业设备温度测量场合。但温度是一个模拟量,如果采用适当的技术和元件,将模拟的温度量转化为数字量虽不困难,但电路较复杂,成本较高。2 5V电源电路设计现代社会要求制造业对产品温度需求的高精度反应,生产出高精度、安全、低成本和高质量的产品。本设计是要设计一个+5V直流电源供电,这里没有直接的+5V电压,而
8、直流电源的输入电压为220V的电网电压,在正常情况下,这一电网电压是远远的高于本设计所需的电压值,因而需要先使用变压器,将220V的电网电压降低后,再进行下一阶段的处理。2.1变压器部分设计变压器是这一部分电源电路起始部分,将220V的电网电压转变为本设计所需的较低的电压,就可以进行下一阶段的整流部分。一般规定V1为变压器的高压侧,V2为变压器的低压侧,V1侧的线圈要比V2侧的线圈要多,这样就可以将220V的电网电压降低,如图1所示: 图1.变压器2.2单项桥式整流电路设计单相桥式整流电路,就是将交流电网电压转换为所需电压,整流电路由四只整流二极管组成。下面简单介绍一下单相桥式整流电路的工作原
9、理,为简便起见,这里所选的二极管都是理想的二极管,二极管正向导通时电阻为零,反向导通时电阻大无穷。在v2的正半周,电流从变压器副边线圈的上端流出,经过二极管D1,再由二极管D4流回变压器,所以D1、D4正向导通,D2、D3反向截止,产生一个极性为上正下负的输出电压。在v2的负半周,其极性正好相反,电流从变压器副边线圈的下端流出,经过二极管D2,再由二极管D3流回变压器,所以D1、D4反向截止,D2、D3正向导通。桥式整流电路利用了二极管的单向导电性,利用四个二极管,是它们交替导通,从而负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。单相桥式整流电路如图2所示:图2.单项桥式整流电路2.3滤波电路设计本
10、设计的滤波电路采用的是电解电容和二极管并联方式滤波,简单的讲就是电容两端电压升高时,电容充电,电压降低时,电容放电,让电压降低时的坡度变得平缓,从而起到滤波的作用。这里选用电解电容是因为电解电容单位体积的电容量非常大,价格比其他种类相比具有相当大的优势,因为其组成材料都是普通的工业材料,比如铝等等。电解电容并联二极管,有效防止了电压反相。滤波电路如图3所示:图3. 滤波电路整流电路中的电容越大越好,可以减小电路中的脉动。但并不是电容越大电流就越大,要是需要大电流的话,可以在稳压电路的基础上加扩流电路2.4三端稳压器MC7805设计三端稳压器MC78M05CT将输出电压稳定在+5V上,三端稳压器
11、如图4所示:图4.三端稳压器2.4.1 7805概述7805是我们最常用到的稳压芯片了,它的使用方便,用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源,它的输出电压为5v。它有很多的系列如ka7805,ads7805,cw7805等,性能有微小的差别,最常用是lm7805,下图为其结构见图: 图5.7805引脚图其中1接整流器输出的+电压,2为公共地(也就是负极),3就是我们需要的正5V输出电压了。2.4.2 基本特征:输出电流可达1.5A ,不需外接补偿元件 内含限流保护电流,防止负载短路烧毁元件 内含结温过热保护电路,防止结温过热烧毁器件 内含功耗限制电路,防止烧毁输出驱动器晶体管2.4.3基本参
12、数:输出电压:4.75-5.25V; 纹波抑制比:78dB; 静态电流:4.2-8mA; 输出电阻:17m;输出噪音电压:40uV; 输出电压温度系数-1.1mV/C;2.5 电源5V总体设计电源模块为系统板上其它模块提供5V电源,电源输入有两种方式,一种为交直流电源从电源插座输入,输入的电压要求,直流输入应大于7.5V,交流输入应大于5V,通过7805三端稳压器得到5V的直流电源供给系统其它模块工作,另一种为从USB接口获取5V电源,只要用相应配套的USB线从电脑主机获取5V直流电源,在电源模块中加有保护电路,即电路中有短路,不会对7805三端稳压器及电脑主机电源有损害。其电路原理图如图6所
13、示图 6 电源设计图3对稳压电源的要求及稳压电源的技术指标3.1 稳压直流源设计稳定直流源设计的一般思路是让输入电压先通过电压变压器,再通过整流网络,然后经过滤波网络最后经过稳压网络。方案1.我们可以采用以桥式整理电路实现整流的目的,以大电容作为滤波电路,然后接负载。但是这样做有以下不足之处,如负载的影响很大,电压不可调以及没有保护电路等一下列问题。我们采用某些芯片,可以解决以上的问题。方案2.以全波整流电路作为整流网络,以极性电容作为滤波网络,采用固定式三端集成稳压电路7805和7905设计制作连续可调的双极型直流稳压电源。如下图所示,220V(幅值311V)50Hz市电经变压器220:25
14、输出两组独立的25V交流,经桥堆整流、大电容滤波后分别经过集成稳压块LM7805C与LM7905C作用得到5V的直流输出。稳压电源一般由变压器、整流器和稳压器三大部分组成,如图7所示。图7直流电源系统方框图电源变压器:将电网提供的220V交流电压转换为各种电路设备所需的交流电压。整流电路:利用单向导电器件将交流电转换成脉动直流电路。滤波电路:利用储能元件(电感或电容)把脉动直流电转换成比较平坦的直流电。稳压电路:利用电路的调整作用使输出电压稳定的过程称为稳压。3.2 控制要求 3.2.1稳定性好当输入电压Usr(整流、滤波的输出电压)在规定范围内变动时,输出电压Usc的变化应该很小一般要求 。
15、由于输入电压变化而引起输出电压变化的程度,称为稳定度指标,常用稳压系数S 来表示:S的大小,反映一个稳压电源克服输入电压变化的能力。在同样的输入电压变化条件下,S越小,输出电压的变化越小,电源的稳定度越高。通常S约为。3.2.2 输出电阻小负载变化时(从空载到满载),输出电压Usc,应基本保持不变。稳压电源这方面的性能可用输出电阻表征。输出电阻(又叫等效内阻)用rn 表示,它等于输出电压变化量和负载电流变化量之比。rn 反映负载变动时,输出电压维持恒定的能力,rn 越小,则Ifz 变化时输出电压的变化也越小。性能优良的稳压电源,输出电阻可小到1欧,甚至001欧。3.2.3输出电压纹波小所谓纹波
16、电压,是指输出电压中50赫或100赫的交流分量,通常用有效值或峰值表示。经过稳压作用,降低的倍数反比于稳压系数S 。3.2.4电压温度系数小当环境温度变化时,会引起输出电压的漂移。良好的稳压电源,应在环境温度变化时,有效地抑制输出电压的漂移,保持输出电压稳定,输出电压的漂移用温度系数KT来表示: 3.3 5V稳压电源的proteus仿真图图8 稳压电源仿真图输入电容C1、C2用于抑制纹波电压,输出电容C3、C4用于消振,缓冲冲击性负载,保证电路工作稳定。同时由于输出电容C3、C4的存在,容易发生电容放电而损坏稳压器,RV1和RV2是滑动变阻器,可以调节输出的电压。R1和R2是限流电阻,防止线路
17、电流太大。4温度控制的总体设计和思路4.1温度控制方框图单片机温度控制系统采用的装置有单片机、温度传感器和温度调节设备组成起结构硬件结构图所示。数据显示温度采集AT89S52单片机温度控制键盘图9温度控制系统硬件结构图4.2 AT89S52单片机的结构AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash,使AT89S52为众多嵌入式控制应用
18、系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能: 8k字节Flash,256字节RAM,32 位I/O 口线,看门狗定时器,2 个数据指针,三个16 位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。另外,AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。 AT89S52的结构如图3.1所示。由于它的广泛使用使得市面价格较8155、8255、8279要低,
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