1、自動控溫的韌化機控制裝置的設計摘要:隨著微處理器控制技術的發展,溫度的測量與控制技術作為工業中應用最廣泛的技術之一與單片機控制系統實現了完美的結合,在很大程度上的滿足了溫度控制在生產和生活的各種需求。本次設計不僅實現了以 STM32F103ZET6 單片機為的控制系統設計,而且還實現了單片機對溫度和控制。溫度系統把 Pt100溫度傳感器作為主要元件,然后結合配套的溫度變送器,將這個信號處理,并將處理后的溫度模擬變量通過 ADS1115 模數轉換器轉換成 0-65535 中一個數值,最后把這個值送到單片機中進行計算,處理,對比。將到的溫度經過單片機程序送到LCD1602 液晶屏上顯示出來。硬件電

2、路主要包括STM32F103ZET6 單片機最小系統,Pt100 溫度電路,溫度變送器,LCD1602 顯示電路和等系統。程序主要包括主程序,溫度子程序,溫度處理子程序,按鍵,LCD 顯示程序等等。除此以外還有工位的卡緊與松開裝置的設計等。:STM32F103ZET6 單片機;Pt100 溫度傳感器;ADS1115 AD 轉換模塊;The Design of the Control device of the automatic temperature-controlling toughening MachineAbstract: With the development of micropr

3、osor control technology, temperaturemeasurement and control technology, as one of the most widely used technologies inindustry, has been perfectly combined with single-chipputer control system.To a large extent, it meets the needs of temperature control in production and life. This design not only r

4、ealizes the design of the control system based on STM32F103ZET6single chip single chipputer, but also realizes the collection and control of temperature by puter. The temperature acquisition system adopts Pt100 temperaturesensor and temperature transmitter, and converts the collectedog valueo digita

5、l ty is sing,ty through ADS1115og-to-digital converter. Finally, the digitalconvertedo digitalty. Send to the single chipputer for procomparison. Single chipputer can display the collected temperature onLCD1602 LCD screen in real time. The hardware circuit mainly includesSTM32F103ZET6 single chipput

6、er minimum system, Pt100 temperatureacquisition circuit, temperature transmitter, LCD1602 display circuit and alarm system. The program mainly includes the main program, reading temperature subroutine,temperature prosing subroutine, keystroke, LCD display program and so on. Inaddition, there is the

7、design of cling and loosening device of the sion, and so on.Keywords:STM32F103ZET6 single chipputer; Pt100 temperature sensor;ADS1115 AD convermodule;目錄第 1 章緒論 11.1 引言 11.2工作背景、內容及意義 21.2.1的研究背景 21.2.2的主要內容 21.2.2的研究意義 2第 2 章總體方案設計 32.1 系統總體設計 32.2 系統主控模塊 32.2.1 STM32F103ZET6 的簡介 32.2.2 STM32F103ZET

8、6 的最小系統 5第 3 章硬件電路設計 83.1 溫度傳感器模塊的選擇與設計 83.2 A/D 轉換模塊的選擇與設計 93.3 顯示電路的選擇與設計 113.4 按鍵輸入電路的設計 123.5 蜂鳴器電路的設計 133.6 步進電機驅動模塊設計 143.7 輸出模塊設計第 章設計致謝參考文獻附錄附錄 1 程序20附錄 2 原理圖 201.1 引言在現代化工業生產中,溫度不僅是一個工業設計中非常常見的指標,同時也是一個產品生產中重要的工藝參數。溫度與大多數材料的物理特性和化學特性密切相關,并且溫度還存在于物理變化和化學變化過程中,在現代化自動生產的一個重要任務就是密切關注溫度的變化以及將溫度控

9、制在要求的范圍內。生產不同的產品和不同的生產方式對于工藝的要求也有所不同,因此,溫度的控制也用了不同的方式實現,傳統的溫度測量方法是用一般的溫度計讀數。溫度計不能跟上由于環境溫度的變化引起的溫度升高或降低,這種方消耗大量的人力和物力,而且對溫度值的快速變化不同步測量,控制效果不佳。由于誤差也是人類所不能被忽略的影響之用人工控制溫度這種方法,不僅對于工人而言勞動強度大,而且無法實現對溫度的精確控制,所以需要尋求更好的溫度控制和溫度測量方法。隨著微電子硬件和微電腦的不斷被開發,以及微電腦測控技術的日益完善,因為它控制的邏輯方便和簡單,控制方式靈活,有效,用戶反饋良能絕佳。因此,此項令人喜歡的技術被

10、越來越多的人使用,速度很快,在不長的時間和一定的區域內被廣大電子者采納。所以,在航空航天領域,軌道交通控制方面,冶金工藝要求方面,電力控制領域,電信和通信行業,石油和化工提煉過程中把這項控制技術完美的融合在一起,而且這項技術技術在的日常生活中,就像扶梯和直梯運用了不一樣的控制技術,微波爐和冰箱的溫度和定時設定和控制也是用了這項技術,電視機這個每個家庭必備的家用電器,由于這個技術的開發讓電視機有了越來越多的功能,玩具與控制的結合讓小孩子的同年變得更加豐富多彩,智能相機把生活中的每個瞬間得到了,全自動洗衣機讓不愿意做家務的人得到了,智能空調等方面得到了更加廣泛的應用。這項技術的應用,使得的一些應用

11、這項技術的高科技產品,前景更加的廣闊,特別是在引進計算機控制技術后,許多智能化儀器儀表和測控系統,社會的儀器儀表設備與傳統的儀器設備相比較發生了天翻地覆的變化,這種變化是可以看到的,這滿足了讓工業生產的自動化、智能化的發展的技術要求。因此,智能單片機控制方法被越來越多的人開發和應用。SCM 是由CPU,RAM,ROM, I/O 接口,中斷系統以及集成器件這幾部分組成,把外加的功率和振動的部分融合在一起就可以對數字信息進行處理和控制。因此,單片機控制系統廣泛應用于現代化工業控制中。此系統具有不占空間,小巧易拿,價格實惠,運行穩定和適應各種控制系統等諸多優點,所以用單片機進行溫度的測量和控制,將大

12、大提高溫度測量的精度與控制系統的靈活性和可靠性。1.2工作背景、內容及意義1.2.1的研究背景在微電子技術和微電腦的發展之前,大多數的爐溫度控制需要進行手動操作,根據生產工藝要求設置溫度,增加對爐的供電時間來使爐內的溫度增加,使用這種方式加熱就很難實現線性,并且對恒溫保持的影響非常大,更不能實現實時的控制,除了控制對象簡單的工藝要求是可以實現的,其他的很難實現。為了實現完全自動化的過程控制,實現對溫度控制實時性,高精度,高穩定性的生產工藝要求,智能溫度實時控制系統的研究是非常有意義的。當在溫度控制中使用,主要是通過人工控制方式,就是根據加熱需要的時間來估計熱到預定溫度需要的一些條件,然后使用一

13、個普通的溫度計來測量,和控制加熱的時間。這種控制方式不僅讓勞動工人感覺特別的累,而且對溫度變化快的時候不能調節到需要的范圍內,所以就無法實現精確的控制。所以,必須改善加熱爐溫度控制的模式,以減輕了勞動強度和提高控制精度。1.2.2的主要內容使用單片機測量爐的溫度,并對溫度進行處理,控制,以滿足要求。使用溫度傳感器,溫度變送器電路和AD 轉換電路,然后讓單片機的端口獲取這個數字量進行處理,通過單片機和按鍵輸入模塊對溫度的進行相應的設定、控制、測量以及顯示電路的設計來實現自動控溫的功能,再實現對工位的卡緊和松開功能達到韌化機實現汽車 PVC管路的造型進行和成型的所需要達到的技術指標。自動控制溫度的

14、智能化、自動化使得工人在工作時減少了工作量,在生產作效率而且還為公司降低了花銷。省了原材料的消耗,不僅提高了工1.2.2的研究意義單片機可以對加熱、降溫過程進行相應的控制,這就讓生產過程的自動化發展了起來。生產過程自動化是保持穩定生產,降低消耗,提高勞動條件,確保安全生產,提高生產效率的重要。溫度控制系統來控制溫度對企業具有重要的意義:1.降低工人工作強度,使得工作環境變的比以前好了。由于單片機系統控制溫度,不再需要工人不斷的來來回回的巡查溫度和檢查加熱爐的運行情況,并可以將工人的工作區域與加熱區域分離開,不會危害工人的健康。2.提高控制精度。SCM 可以實時控制溫度,減少加熱滯后的溫度,提高

15、加熱的精度。3.提高工作效率,降低成本,系統由SCM 控制可以更快實現溫度控制的效果,加快了 工人完成生產任務的時間,減少了能源的損耗,生產成本少了很多,這就讓工作能輕松,按時的完成生產任務。4.提高企業可控制電加熱技術的應用水平。此技術開發和應用能鍛煉企業技術的能力。2.1 系統總體設計該系統使用STM32F103ZET6 作為處理器,其他電路主要包括:LM1117-5 電源模塊供電電路,Pt100 溫度傳感器模塊檢測電路,溫度變送器模塊放大電路,AD 轉換模塊模數轉換電路,按鍵輸入模塊輸入設定溫度電路,蜂鳴器電路,LCD1602 液晶顯示模塊顯示實時溫度電路,步進電機驅動模塊卡緊PVC 管

16、電路以及加熱模塊出電路。使用Pt100 溫度傳感器測量爐的溫度,將測量到的溫度模擬量經過的輸ADS1115 模塊 AD 轉換后,轉換得到的數字量傳到STM32F103ZET6 單片機內,單片機將得到的溫度與設定的控制溫度比較,通過單片機對溫度的設定、控制、測量和顯示電路的設計來實現自動控溫和實時顯示溫度的功能,再實現對工位中PVC 管道的卡緊和松開功能,來實現汽車PVC 管路的造型進行設計框圖如圖 2.1 所示。和成型的功能。系統總體圖 2.1 系統總體設計框圖2.2 系統主控模塊2.2.1 STM32F103ZET6 的簡介STM32F 系列屬于中的 32 位 ARM 微控制器,該系列是意法

17、半導體(ST)公ARM 處理器,它為實現司。ARM 的 Cortex-M3 處理器是一代的MCU 的需要提供了低成本的、縮減的引腳數目、降低的系統功耗,同時提供卓越的計算性能和先進的中斷系統響應。ARM 的Cortex-M3 是 32 位的RISC 處理器,提供額外的代碼效率,在通常 8 和 16 位系統的性能。STM32F103ZET6 管腳圖,如圖 2.2 所示。空間上發揮了 ARM 內核的高圖 2.2 STM32F103ZET6 管腳圖Stm32 的內核:ARM 32 位的Cortex-M3 CPU,具有最高 72MHz 的工作頻率,在器的 0 等待周期時可達 1.25DMips/MHz

18、(Dhrystone 2.1),以及單周期乘法和硬件除法。器:256K 至 512K 字節的閃存程序器,高達 64K 字節的SRAM,帶 4 個片選的靜態器控制器,支持 CF 卡、SRSRAM、NOR 和 NAND器,并行LCD 接口,兼容 8080/6800 模式。時鐘、復位和電源管理,具有 2.0-3.6 伏供電和 I/O 引腳、上電/斷電復位(POR/PDR)、可編程電壓監測器(PVD)、4-16MHz 晶體振蕩器、內嵌經出廠調校的 8MHz 的 RC 振蕩器、內嵌帶校準的 40kHz 的 RC 振蕩器以及帶校準功能的 32kHz RTC 振蕩器。低功耗,具有睡眠、停機和待機模式,以及

19、VBAr 為RTC 和后備寄存器供電。模數轉換器,具有 2 個 12 位模數轉換器,1us 轉換時間(多達 16 個輸入通道),轉換范圍:0 至 3.6V,雙采樣和保持功能,溫度傳感器。 DMA,2 個 DMA 控制器,共 12 個 DMA 通道:DMA1 有 7 個通道,DMA2 有 5 個通道;支持的外設:定時器、API、USB、IIC 和 UART,多達 112 個快速I/O 端口(僅Z 系列有超過 100 個引腳),26/37/51/80/112 個I/O 口,所有I/O 口一塊映像到 16 個外部中斷;幾乎所有的端口均可5V 信號。調試模式,串行單線調試(SWD)和 JTAG接口,多

20、達 8 個定時器,3 個 16 位定時器,每個定時器有多達 4 個用于輸入捕獲/輸出比較/或脈沖計數的通道和增量編輸入,1 個 16 位帶死區控制和緊急剎車,高級控制定時器,2 個看門狗定時器(獨立的和窗口型的),系統用于電機控制的時間定時器:24 位自減型計數器,多達 9 個通口:2 個I2C 接口(支持SMBus/PMBus),3 個 USART 接口(支持ISO7816 接口,LIN,IrDA 接口和調制解調控制),2 個SPI 接口(18M 位/秒),CAN 接口(2.0B 主動),USB 2.0 全速接口。2.2.2 STM32F103ZET6 的最小系統STM32 的最小系統主要有

21、五個部分組成:電源電路、時鐘源電路、BOOT 啟動電路、調試接口電路、復位電路。(1)電源電路:LM1117 是一個低壓差電壓調節器系列。其壓差在 1.2V 輸出,負載電流 為 800mA 時為 1.2V。它與國家半導體的工業標準器件 LM317 有相同的管腳排列。 LM1117 有可調電壓的版本,通過 2 個外部電阻可實現 1.2513.8V 輸出電壓范圍。另外還有 5 個固定電壓輸出(1.8V、2.5V、2.85V、3.3V 和 5V)的型號。電源電路原理圖如圖 2.3 所示。圖 2.3 電源電路原理圖(2)時鐘源電路:石英晶振就是用石英材料做成的石英晶體諧振器,俗稱晶振。起產生頻率的作用

22、,具有穩定,性能良好的,廣泛應用于各種電子產品中。晶振的作用是為最小系統提供最基本的時鐘信號,電容的作用是保證晶振輸出的震蕩頻率更加穩定。時鐘源電路原理圖如圖 2.4 所示。圖 2.4 時鐘源電路原理圖(3)BOOT 啟動電路:所謂啟動,一般來說就是指下好程序后,重啟時,SYSCLK的第 4 個上升沿,BOOT 引腳的值將被鎖存。用戶可以通過設置BOOT1 和BOOT0引腳的狀態,來選擇在復位后的啟動模式。BOOT 引腳功能介紹如表 2.1 所示。 BOOT 啟動電路原理圖如圖 2.5 所示。表 2.1 BOOT 引腳功能介紹圖 2.5 BOOT 啟動電路原理圖(4)調試接口電路:JTAG 是

23、一種國際標準測試協議(IEEE 1149.1 兼容),主要用于測試。現在多數的高級器件都支持 JTAG 協議,如 ARM、DSP、FPGA 器件等。標準的JTAG 接口是 4 線:TMS、TCK、TDI、TDO,分別為模式選擇、時鐘、數據輸入和數據輸出線。JTAG 編程方式是編程,傳統生產流程中先對進行預編程然后再裝到板上,簡化的流程為先固定器件到電路板上,再用JTAG 編程,從而大大加快工程進度。JTAG 接口可對 DSP原理圖如圖 2.6 所示。的所有進行編程。調試接口電路(5)復位電路:STM32 有三種復位方式:系統復位、電源復位和后備域復位。采用電源復位的方式,當RST 引腳被拉低產

24、生外部復位時,產生復位脈沖,從而使系統復位。復位電路原理圖如圖 2.7 所示。圖 2.7 復位電路原理圖3.1 溫度傳感器模塊的選擇與設計溫度傳感器的選擇:目前,溫度傳感器的分類方法都很多種,沒有確定的分類方法。有根據輸出的模擬溫度傳感器和數字溫度傳感器的兩種。把溫度測量方法這個方面分為有接觸溫度傳感器和非接觸式溫度傳感器這兩種。根據類型這個分類方式可分為以下三種:有分立式溫度傳感器(含敏感元件),模擬集成的溫度傳感器和智能溫度傳感器(即數字式溫度傳感器)。從測量原理可分為變電阻式溫度傳感器,這種傳感器根據電阻溫度不阻的大小不同這個原理制作出來;電勢式溫度傳感器(熱電偶);壓電效應頻率,光學反

25、應的溫度傳感器等,每一種溫度傳感器都有自己獨特的用途和特點,在不同的場合應該應用不能同的傳感器,這也是需要對他們的優點和缺點都有所了解,才能選出適合本次設計的溫度傳感器。使用體積膨脹這類的溫度傳感器,不需要供電。電阻溫度傳感器分為 是用銅做的電阻,精度不是特別的高,便宜,容易買到;鉑電阻,不僅精度相比較銅電阻變得更高了,而且價格也相應的了;熱敏電阻,對于溫度的變化不夠靈敏,反應速度慢,但他有精度高的優點。熱電效應溫度傳感器,雖然這個傳感器有溫度范圍寬,測量精度高的有點,但是測量溫度的時候需要增加冷端補償,這就需要花費的錢。使用壓電效應和頻率改變溫度傳感器的輸出值可以用作標準。使用隨光學的變化而

26、變化的溫度傳感器是適用于高溫非接觸測量。溫度傳感器是最早開發,應用最廣泛的類型的傳感器。常用的熱電阻,熱敏電阻和熱電偶溫度傳感器。而在半導體的支撐技術之下,本世紀相繼開發出熱電偶傳感器,半導體PN 結溫度傳感器和集成溫度傳感器。相應地,根據波和材料之間的相互作用的規律,相繼開學溫度傳感器,紅外線傳感器和微波傳感器。解決方案一:選擇熱電偶傳感器原件熱電偶作為溫度測量具有結構簡單,精度高,寬的測量范圍,具有良好的靈敏度的優點,是最廣泛使用的溫度測量。解決方案二:選擇熱電阻傳感器在工業上熱電阻被廣泛應用于測量-200+500的溫度,隨著科學和熱電阻溫度計測量范圍技術的發展可達到-272.5的低溫端,

27、高端可測量到 1000。熱敏電阻溫度傳感器的特性是精度高,適用于低的溫度測量。而在 560以下的溫度測量時,輸出信號比熱電偶測量更容易。這個系統的選擇加熱爐溫度的通常的室溫的范圍內是 0150,范圍窄也低,要求的精度也不高,考慮到熱敏電阻,熱電偶和熱敏電阻的特性,選擇更好是熱電阻。此外,鉑電阻,耐熱性和鐵和鎳和銅的電阻等相比,各有其特點。因為鉑電阻穩定性,性能可靠的,所以這種設計選擇的常用Pt100 鉑電阻作為溫度傳感器。由于本設計的控制溫度范圍在室溫 0150,由于鉑電阻的精度高,所以本設計選擇方案二。Pt100 溫度傳感器是一種轉換溫度變量可以傳輸標準的輸出信號儀器。它主要用于測量和控制工

28、業過程和溫度參數。傳感器變送器通常包括兩部分:傳感器和信號轉換器。傳感器主要是熱電偶或電阻;信號轉換器主要由測定單元,信號處理和轉換單元的(由于在工業中使用的熱敏電阻和熱電偶分度表是標準化的,所以該信號轉換器作為單獨的產品也被稱為發射機),一些發射機增加了顯示單元,有的還具有現場總線的功能。在醫療,電力,工業,溫度的計算和高精度恒溫設備,應用范圍很廣。Pt100 溫度變送器采用熱電偶、熱電阻作為測溫元件,從測溫元件輸出信號送到變送器模塊,經過穩壓濾波、運算放大、非線性校正、V/I 轉換、恒流及反向保護等電路處理后,轉換成與溫度成線性關系的 420mA 電流信號 0-5V/0-10V 電壓信號,

29、RS485數字信號輸出。此溫度變送器廣泛的應用在石油、化工、化纖;紡織、橡膠、建材;電力、冶金、;食品等工業領域現場測溫過程控制;特別適用于計算機測控系統,也可與儀表配套使用。本產品的優勢:精度高,量程、零點外部連續可調,穩定性能好,正遷移可達 500%、負遷移可達 600%,二線制、三線制、四線制,阻尼可調、耐過壓,固體傳感器設計,無機械可動、維修量少,重量輕,全系列結構、互換性強,小型化,接觸介質的膜片材料可選,單邊抗過壓強,低壓澆鑄鋁合金殼體。Pt100 溫度傳感器、溫度傳感器變送器如圖 3.1 所示。圖 3.1 Pt100 溫度傳感器、溫度傳感器變送器3.2 A/D 轉換模塊的選擇與設

30、計A/D 轉換模塊的選擇:模數轉換器即 A/D 轉換器,或簡稱 ADC,通常是指一個將模擬信號轉變為數字信號的電子元件。通常的模數轉換器是將一個輸入電壓信號轉換為一個輸出的數字信號。由于數字信號本身不具有實際意義,僅僅表示一個相對大小。故任何一個模數轉換器都需要一個參考模擬量作為轉換的標準,比較常見的參考標準為最大的可轉換信號大小。而輸出的數字量則表示輸入信號相對于參考信號的大小。模數轉換器的工作原理:逐次近法、雙積分法、電壓頻率轉換法。(1)逐次近法逐次近式 A/D 是比較常見的一種 A/D 轉換電路,轉換的時間為微秒級。采用逐次近法的 A/D 轉換器是由一個比較器、D/A 轉換器、緩沖寄存

31、器及控制邏輯電路組成。基本原理是從到低位逐位試探比較,好像用天平稱物體,從重到輕逐級增減砝碼進行試探。逐次近法的轉換過程是:初始化時將逐次近寄存器各位清零;轉換開始時,先將逐次近寄存器最置 1,送入 D/A 轉換器,經D/A 轉換后生成的模擬量送入比較器,稱為 Vo,與送入比較器的待轉換的模擬量 Vi 進行比較,若 VoVi,該位 1 被保留,否則被清除。然后再置逐次近寄存器次為 1,將寄存器中新的數字量送 D/A 轉換器,輸出的 Vo 再與 Vi 比較,若 VoVi,該位 1 被保留,否則被清除。重復此過程,直至近寄存器最低位。轉換結束后,將逐次近寄存器中的數字量送入緩沖寄存器,得到數字量的

32、輸出。逐次近的操作過程是在一個控制電路的控制下進行的。(2)雙積分法積分法的 A/D 轉換器由電子開關、積分器、比較器和控制邏輯等采組成。基本原理是將輸入電壓變換成與其平均值成正比的時間間隔,再把此時間間隔轉換成數字量,屬于間接轉換。積分法 A/D 轉換的過程是:先將開關接通待轉換的模擬量 Vi,Vi 采樣輸入到積分器,積分器從零開始進行固定時間T 的正向積分,時間 T 到后,開關再接通與 Vi 極性相反的基準電壓 VREF,將 VREF 輸入到積分器,進行反向積分,直到輸出為 0V 時停止積分。Vi 越大,積分器輸出電壓越大,反向積分時間也越長。計數器在反向積分時間內所計的數值,就是輸入模擬

33、電壓 Vi 所對應的數字量,實現了 A/D 轉換。(3)電壓頻率轉換法采用電壓頻率轉換法的 A/D 轉換器,由計數器、控制門及一個具有恒定時間的時鐘門控制信號組成,它的工作原理是 V/F 轉換電路把輸入的模擬電壓轉換成與模擬電壓成正比的脈沖信號。電壓頻率轉換法的工作過程是:當模擬電壓 Vi 加到 V/F 的輸入端,便產生頻率F 與 Vi 成正比的脈沖,在一定的時間內對該脈沖信號計數,時間到,統計到計數器的計數值正比于輸入電壓 Vi,從而完成 A/D 轉換。解決方案一:選擇MC14433MC14433 是 31/2 BCD 輸出,雙積分型 A/D 轉換,約 110 次/秒的轉換率,工作需要+5V

34、 電源,199.9 mV 或 1.999 V 的基準的模擬輸入電壓相應為 200mV 或 2V。解決方案二:選擇 ADS1115ADS1115 是具有 16 位分辨率的高精度模數轉換器(ADC),采用超小型的無引線QFN-10 封裝或 MSOP-10 封裝。ADS1113/4/5 在設計時考慮到了精度、功耗的簡易性。ADS1115 具有一個板上基準和振蕩器。數據通過一個IIC 兼容型串行接 口進行傳輸,可以選擇 4 個 IIC 從地址。ADS1115 采用 2.0V 至 5.5V 的單工作電源。ADS1115 能夠以高達每秒 860 個采樣數據(SPS)的速率執行轉換操作。ADS1115 具有

35、一個板上可編程增益放大器(PGA),該 PGA 可提供從電源電壓到低至256mV 的輸入范圍,因而使得能夠以高分辨率來測量大信號和小信號。另外,ADS1115 還具有一個輸入多路復用器(MUX),可提供 2 個差分輸入或 4 個單端輸入。ADS1115 可工作于連續轉換模式或單觸發模式,后者在一個轉換完成之后將自動斷電,從而極大地降低了空閑狀態下的電流消耗。ADS1115 具有-40至+125的規定溫度范圍。根據MC14433 和 ADS1115 的特性,ADS1115 的采樣速度和轉換速度快,工作電源范圍廣泛,使用起來比MC14433 方便。ADS1115 具有 16 位分辨率,滿足誤差要求

36、,故選擇 ADS1115 作為本次設計的 AD 轉換模塊。ADS1115 模塊原理圖如圖 3.2 所示。圖 3.2 ADS1115 模塊原理圖3.3 顯示電路的選擇與設計在單片機系統,常用的顯示電路有數碼管顯示,LCD 顯示。解決方案一:數碼管顯示器采用七段碼顯示,在數碼管每一段都相當于一個發光二極管。共陽極的數碼管,其中每個發光二極管的陽極是連在一起的,成為第公共柵極線,發光二極管陰極變段選線。對于共陰極數碼管,則反之,發光二極管的陰極連一起,陽極則為段選線。它們的驅動方式是不同的。當你需要點亮共陽極數碼管一段的同時,公共部分接連,此段的段選線連低電平。因此該段被點亮。當需點亮共用陰極數碼管

37、得一段的時候,公共部分需要接收低電平,段選線則選擇高點平,這時才點亮。解決方案二:LCD 顯示電路大都是采用 LCD01602 液晶顯示屏。LCD01602 液晶顯示屏也被稱為 1602 字符液晶,它是一種特殊的用于顯示字母,數字,符號等的點陣型液晶模塊。它是由許多 5X7 或者 5X11 的點陣的字符組合,每個點陣字符誰可以顯示一次一個字符的,有各間隔之間的距離,也有每行之間的空間,字符之間的間距和行距。LCD1602 是指內容的顯示,可顯示兩行,每行 16 字符液晶顯示模塊(顯示字符和數字)。其微功耗,體積小,液晶顯示屏顯示內容豐富,超薄等諸多優點,在袖珍儀表和低功耗應 用中得到越來越廣泛

38、的應用。數碼管與LCD 背光沒有太大的差異,都是有相同的TN 面板。背照射型,CCFL 二極管和極管,比較好的二極管,節能,環保,地方小,亮度高,款式新穎,但價格昂貴。LCD 相比來說不錯,可調范圍是相當高的。所以,本次設計選擇解決方案二。LCD1602 顯示電路原理圖如圖 3.3 所示。圖 3.3 LCD1602 顯示電路原理圖3.4 按鍵輸入電路的設計單片機組成的小系統中,有的需要人機交互功能,按鍵是最常見的輸入方式。最常見的按鍵電路大致有,一對一的直接連接和動態掃描的矩陣式連接兩種。解決方案一:在獨立式鍵盤中,按鍵的相互獨立,每個按鍵都各連一根輸入線,每根輸入線上按鍵工作狀態都不會影響其

39、它輸入線。所以,通過檢測輸入線的電平狀態就能很輕松的判斷按鍵是否被按下了。獨立式鍵盤電路的配置相當靈活,而且的結構相對簡單。但各個按鍵都需占用一根輸入線,按鍵數量相對多時,輸浪費大,顯得電路結構很繁雜,所以此種按鍵應適用于按鍵較少或者操作速度較高場合。解決方案二:矩陣式鍵盤可由行線和列線組成,按鍵位在行、列的交叉點上,分別連按鍵開關的兩端。行線通過上拉電阻連到 VCC 上。平時若無按鍵的動作的時候,則行線處于低電平狀態,當有按鍵按下的時候,列線電平則應該為低電平,行線電平為高電平。這是識別矩陣式是否被按下的重要依據。因此,各按鍵彼此將相互影響,所以必須得將行、列線信號配合起來并作適合處理,才能

40、確定閉合鍵位置。很明顯來看,在按鍵數量較多場合,矩陣式鍵盤與獨立式鍵盤相比而言,是要節省很多的I/O 口。由于本系統只需要 4 個按鍵,分別控制進入數值加、數值減、確認和退出。故選擇獨立式鍵盤。按鍵輸入電路原理圖如圖 3.4 所示。圖 3.4 按鍵輸入電路原理圖3.5 蜂鳴器電路的設計在單片機控制系統中,為了安全生產,對于一些重要數據或系統關鍵重要部位,都有緊急狀態裝置系統,來提醒操作注意,或者采取緊急措施。其方法就是把PC數據或記過PC 進行數據處理濾波,然后數據的標度變換之后,與參數數據給定值或者設定值范圍進行比較,如果高于上限值(或低于下限值)則進行為正常的采樣值,進行控制與顯示。,否則

41、就作在現實工作過程中,很容易碰到由于偶然造成的未控制加熱爐的溫度從而造成工業上的事故,對于工業生產可能造成非常不好的影響,所以對于溫度進行過限有著很重要的現實意義。此次設計是針對工業生產中的溫度的自動控制來控制裝置,低溫加熱的控制達到工業生產的范圍。也可以調整測量的溫度的范圍,達到設定值。不僅在溫度低于限定值是可以,在溫度超過限定溫度是,亦可以進行,避免因未及警造成損失。該電路采用一個小功率三極管 Q1 驅動蜂鳴器 BELL,當單片機接收到超額溫度信號或信號時,輸出腳BEEP 輸出高點平,Q1 導通,致使蜂鳴器 BELL 得電工作,發出聲。同時,電路中的發光二極管指示出電路的工作狀態。電路如圖

42、 3.5 所示。圖 3.5 蜂鳴器電路3.6 步進電機驅動模塊設計步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制電機,是現代數字程序控制系統中的主要執行元件,應用極為廣泛。在非超載的情況下,電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數,而不受負載變化的影響,當步進驅動器接收到一個脈沖信號,它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度,稱為步距角,它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量,從而達到準確定位的目的;同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度,從而達到調速的目的。步進電機是一種感應電機,它的工作原理是利用電子電路,將直流電變成分時供電的,多相時序控制電流,用這種電流為步進電機供電,步進電機才能正常工作,驅動器就是為步進電機分時供電的,多相時序控制器。雖然步進電機已被廣泛地應用,但步進電機并不能像普通的直流電機,交流電機在常規下使用。它必須由雙環形脈沖信號、功率驅動電路等組成控制系統方可使用。因此用好步進電機卻非易事,它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業知識。步進電機作為執行元件,是機電的關鍵產品之一,廣泛應用在各種自動化控制系統中。隨著微電子和計算