微波糧食烘干控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、1. 概述1.1 設(shè)計(jì)的目的和意義我國(guó)是世界上最大的糧食生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)家，年總產(chǎn)糧食約5億噸。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)糧食收獲后在脫粒、晾曬、貯存、運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程中的損失達(dá)15%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織規(guī)定的5%的標(biāo)準(zhǔn)。在這些損失中，每年因氣候潮濕，濕糧食來(lái)不及曬干或未達(dá)到安全水分造成霉變、發(fā)芽等損失的糧食高達(dá)5%，若按年產(chǎn)5億噸糧食計(jì)算，相當(dāng)于2500萬(wàn)噸糧食。若每人每天食用1斤糧食，可供6。8萬(wàn)人一年的用量，約合人民幣250億元。吉林省是農(nóng)業(yè)大省，糧食年產(chǎn)量約為225億公斤，由于糧食含水量的問(wèn)題，每年損失約占7%，約為15。75億公斤，折合人民幣約為14億元左右。這些數(shù)字是驚人的，因此發(fā)展糧食干燥機(jī)械化技術(shù)

2、，改變傳統(tǒng)靠天吃飯的被動(dòng)局面，使到手的糧食損失降低到最低點(diǎn)，從這一意義上說(shuō)，糧食干燥的現(xiàn)代化比田間的農(nóng)業(yè)機(jī)械化更為重要，也是糧食豐產(chǎn)、豐收的重要保障條件。本畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)一個(gè)微波糧食烘干控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)是以89c51單片機(jī)為核心，利用單片機(jī)來(lái)控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)和磁控管的工作時(shí)間，從而將糧食的含水量控制在安全水之下。1.2 國(guó)內(nèi)外糧食烘干技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r與趨勢(shì)現(xiàn)在很多糧食大國(guó)對(duì)糧食都采用微波或紅外烘干技術(shù)，使糧食的質(zhì)量得到明顯的提高，而加工成本卻得到明顯下降，如美國(guó)和加拿大采用的是大型全自動(dòng)、人機(jī)界面的微波或紅外烘干加工系統(tǒng)。而國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的糧食谷物烘干處理方式都是熱風(fēng)式烘干（燃油或燃煤），用于糧

3、庫(kù)、農(nóng)場(chǎng)、種籽，和飼料加工等企業(yè)。由卸糧、提升、清理、檢廳，烘前倉(cāng)、烘后倉(cāng)、熱風(fēng)爐（油爐、煤爐）、電器及控制等單元組成。我國(guó)現(xiàn)有的糧食烘干設(shè)備存在以下問(wèn)題： 1、 烘干時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，一般在23小時(shí)/噸2、 熱風(fēng)爐需要燃煤或燃油，造成了能源的大量消耗，而且造成了大量的空氣污染。3、 由于是燃煤或燃油，很容易造成糧食的燒焦或火災(zāi)，對(duì)糧食也不衛(wèi)生。4、 烘干不均勻，很難將水量控制在安全水范圍內(nèi)，造成了糧食和飼料的大量損失。5、 整個(gè)工藝流程復(fù)雜，設(shè)備成本高，能耗大。由于微波加熱迅速、均勻、高效節(jié)能、易于控制及安全環(huán)保，并且加熱、防霉、殺菌同步進(jìn)行，與傳統(tǒng)的加熱方式相比有非常獨(dú)到、非常優(yōu)越的特點(diǎn)，所以與先

4、進(jìn)的控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，微波烘干谷物、糧食等技術(shù)在我國(guó)將會(huì)被廣泛采用。1.3 微波的應(yīng)用近年來(lái)，微波技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用十分活躍。由于它具有快速、高效、資源回收利用率高、不會(huì)造成二次污染、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而受到人們的青睞。目前，微波技術(shù)主要應(yīng)用于環(huán)保領(lǐng)域的以下幾個(gè)方面：1、制取活性炭生產(chǎn)工業(yè)。以往多采用傳統(tǒng)的氯化鋅法制取活性炭，要消耗大量?jī)?yōu)質(zhì)原材料，而且制取過(guò)程熱利用率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、成本高。現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)正在開發(fā)微波氯化鋅快速制取活性炭技術(shù)，可以有效地改變這種狀況。在微波輻射下，物料內(nèi)部迅速被加熱，由于氯化鋅和水分子急劇揮發(fā)，造成物料有更顯著的多孔結(jié)構(gòu)，表面積增加。實(shí)驗(yàn)證明，采

5、用這種新技術(shù)，具有污染小、節(jié)能、縮短生產(chǎn)時(shí)間、操作易控制等優(yōu)點(diǎn)，很有推廣價(jià)值。2、分解二氧化硫。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，大氣中二氧化硫的排放量日漸增加。采用微波碳還原法處理二氧化硫，將微波輻射到活性炭的表面，在微波作用下，通過(guò)吸附微波的循環(huán)方式，使二氧化硫與活性炭發(fā)生反應(yīng)，生成二氧化碳和單質(zhì)硫。單質(zhì)硫可用作化工原料，不存在二次污染。該技術(shù)裝置簡(jiǎn)單，投資少，使用方便，受到有關(guān)企業(yè)的歡迎。3、分離、吸收原油乳液。當(dāng)原油從地下被開采出來(lái)時(shí)，含有一種可以分離出油料的乳液，但其中有為一種頑固性穩(wěn)定乳液，通常只能大量廢棄，其結(jié)果是在產(chǎn)油區(qū)形成一個(gè)個(gè)黑色的“沼澤湖”。這種“沼澤湖”占據(jù)大片土地，且數(shù)量還在不斷增

6、長(zhǎng)，成為亟待解決的環(huán)境問(wèn)題。為解決這一問(wèn)題，國(guó)外科研機(jī)構(gòu)開發(fā)出了原油淤泥微波脫油技術(shù)，并已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。在操作中，首先用微波輻射原始乳液，然后再以連續(xù)流動(dòng)的方式離心分離，其中油料回收率為，殘余固體可以進(jìn)行填埋處理。該裝置便于攜帶，可以流動(dòng)作業(yè)。此外，微波輻射制備的高吸油樹脂對(duì)浮油有很好的吸收作用，可以大幅度縮短完成聚合物交聯(lián)反應(yīng)過(guò)程所需要的時(shí)間，使吸油效率得到明顯提高，因而將越來(lái)越多地得到應(yīng)用。4、回收電路板。目前，全球每年報(bào)廢的電路板數(shù)以百萬(wàn)計(jì)。如采用填埋法處理這些電路板，會(huì)滲出劇毒重金屬元素，造成地下水污染。美國(guó)科學(xué)家開發(fā)出的微波回收法，先將電路板粉碎，放入坩鍋中用微波加熱，使其中的有機(jī)

7、物揮發(fā)出來(lái)，再繼續(xù)加熱到左右，余下的玻璃和金屬等廢料便熔化形成玻璃化物質(zhì)，這種物質(zhì)冷卻后，金、銀和其它金屬就以小珠的形式分離出來(lái)，方便回收利用，余下的玻璃物質(zhì)則可回收用作建筑材料。5、抵御電磁波輻射。鑒于電磁波輻射已成為新的環(huán)境污染因素，科研人員正在開展微波吸收材料的研究與開發(fā)。研究表明，用鐵砂制備鐵氧體微波吸收劑，對(duì)電磁波有較大的衰減作用，將成為一種物美價(jià)廉的抵御電磁波輻射材料。微波是頻率在300兆赫到300千兆赫的電磁波(波長(zhǎng)1米 - 1毫米），通常是作為信息傳遞而用于雷達(dá)、通訊技術(shù)中。而近代應(yīng)用中又將它擴(kuò)展為一種新能源，在工農(nóng)業(yè)上用作加熱、干燥；在化學(xué)工業(yè)中催使化學(xué)反應(yīng)；在科研中激發(fā)等離

8、子體等。家用微波爐就是微波能應(yīng)用的一個(gè)典型例子。1. 4 微波加熱烘干的原理通常，一些介質(zhì)材料由極性分子和非極性分子組成，在微波電磁場(chǎng)作用下，極性分子從原來(lái)的熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)向依照電磁場(chǎng)的方向交變而排列取向。產(chǎn)生類似摩擦熱，在這一微觀過(guò)程中交變電磁場(chǎng)的能量轉(zhuǎn)化為介質(zhì)內(nèi)的熱能，使介質(zhì)溫度出現(xiàn)宏觀上的升高，這就是對(duì)微波加熱最通俗的解釋。 由此可見(jiàn)微波加熱是介質(zhì)材料自身?yè)p耗電磁場(chǎng)能量而發(fā)熱。對(duì)于金屬材料，電磁場(chǎng)不能透入內(nèi)部而是被反射出來(lái)，所以金屬材料不能吸收微波。水是吸收微波最好的介質(zhì)，所以凡含水的物質(zhì)必定吸收微波。 有一部份介質(zhì)雖然是非極性分子組成，但也能在不同程度上吸收微波，其原理。微波加熱的特點(diǎn)：

9、 1、加熱速度快 常規(guī)加熱如火焰、熱風(fēng)、電熱、蒸汽等，都是利用熱傳導(dǎo)的原理將熱量從被加熱物外部傳入內(nèi)部，逐步使物體中心溫度升高，稱之為外部加熱。要使中心部位達(dá)到所需的溫度，需要一定的時(shí)間，導(dǎo)熱性較差的物體所需的時(shí)間就更長(zhǎng)。 微波加熱是使被加熱物本身成為發(fā)熱體，稱之為內(nèi)部加熱方式，不需要熱傳導(dǎo)的過(guò)程，內(nèi)外同時(shí)加熱，因此能在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到加熱效果。2、均勻加熱 常規(guī)加熱，為提高加熱速度，就需要升高加熱溫度，容易產(chǎn)生外焦內(nèi)生現(xiàn)象。微波加熱時(shí)，物體各部位通常都能均勻滲透電磁波，產(chǎn)生熱量，因此均勻性大大改善。3、節(jié)能高效 在微波加熱中，微波能只能被加熱物體吸收而生熱，加熱室內(nèi)的空氣與相應(yīng)的容器都不會(huì)發(fā)熱，

10、所以熱效率極高，生產(chǎn)環(huán)境也明顯改善。4、易于控制 微波加熱的熱慣性極小。若配用微機(jī)控制，則特別適宜于加熱過(guò)程加熱工藝的自動(dòng)化控制。5、低溫殺菌、無(wú)污染微波能自身不會(huì)對(duì)食品污染，微波的熱效應(yīng)雙重殺菌作用又能在較低的溫度下殺死細(xì)菌，這就提供了一種能夠較多保持食品營(yíng)養(yǎng)成份的加熱殺菌方法。6、選擇性加熱 微波對(duì)不同性質(zhì)的物料有不同的作用，這一點(diǎn)對(duì)干燥作業(yè)有利。因?yàn)樗肿訉?duì)微波的吸收最好，所以含水量高的部位，吸收微波功率多于含水量較低的部位這就是選擇加熱的特點(diǎn)。烘干木材、紙張等產(chǎn)品時(shí)，利用這一特點(diǎn)可以做到均勻加熱和均勻干燥。 值得注意的是有些物質(zhì)當(dāng)溫度愈高、吸收性愈好，造成惡性循環(huán)，出現(xiàn)局部溫度急劇上升

11、造成過(guò)干，甚至炭化，對(duì)這類物質(zhì)進(jìn)行微波加熱時(shí)，要注意制定合理的加熱工藝。7、安全無(wú)害 在微波加熱、干燥中，無(wú)廢水、廢氣、廢物產(chǎn)生，也無(wú)輻射遺留物存在，其微波泄漏也確保大大低于國(guó)家制定的安全標(biāo)準(zhǔn)，是一種十分安全無(wú)害的高新技術(shù)。 1.5 采取的控制方案 本畢業(yè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要利用單片機(jī)來(lái)控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)和磁控管的工作時(shí)間,采取的控制方案涉及到弱電和強(qiáng)電的隔離問(wèn)題。關(guān)于弱電和強(qiáng)電的隔離有如下幾種電路控制方案。方案一的電路圖1-1如下：圖1-1 方案一方案二的電路圖1-2如下：圖1-2 方案二考慮到電路的安全和干擾問(wèn)題，我采用moc3041光耦器件，該器件內(nèi)含有過(guò)零檢測(cè)電路。本畢業(yè)設(shè)計(jì)的微波糧食烘干控制

12、系統(tǒng)應(yīng)用的控制方案電路圖1-3如下： 圖1-3 方案三2.計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)2.1 單片機(jī)89c51的介紹at89c51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（fperomflash programmable and erasable read only memory）的低電壓，高性能cmos8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用atmel高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，atmel的at89c51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 圖2-1 at89c51引腳圖1

13、.主要特性： 與mcs-51 兼容 4k字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年 全靜態(tài)工作：0hz-24hz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 128*8位內(nèi)部ram 32可編程i/o線 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 5個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 2管腳說(shuō)明： vcc：供電電壓。 gnd：接地。 p0口：p0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當(dāng)p1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高電阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash編程時(shí)，p0 口作為原碼輸入口，當(dāng)fiash進(jìn)行

14、校驗(yàn)時(shí)，p0輸出原碼，此時(shí)p0外部必須被拉高。 p1口：p1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p1口作為第八位地址接收。 p2口：p2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)ttl門電流，當(dāng)p2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取

15、時(shí)，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 p3口：p3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個(gè)ttl門電流。當(dāng)p3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口，如下表所示： p3.0 rxd（串行輸入口） p3.1 txd（串行輸出口） p3.2 /（外部中斷0） p3.3 /（外部中斷1）

16、p3.4 /t0（記時(shí)器0外部輸入） p3.5/ t1（記時(shí)器1外部輸入） p3.6 /（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） p3.7 /（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） p3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持rst腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ale/：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ale脈沖。如想禁止al

17、e的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時(shí)， ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無(wú)效。 ：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的信號(hào)將不出現(xiàn)。 /vpp：當(dāng)保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。 xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工

18、作電路的輸入。 xtal2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 3振蕩器特性 xtal1和xtal2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，xtal2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 4芯片擦除 整個(gè)perom陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持ale管腳處于低電平10ms 來(lái)完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外，at89c51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到

19、零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，cpu停止工作。但ram，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存ram的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 2.2、 光耦元件的介紹光電耦合器是把發(fā)光器件和光敏器件組裝在一起，通過(guò)光線實(shí)現(xiàn)耦合，構(gòu)成電光電的轉(zhuǎn)換器件。將電信號(hào)送入光電耦合器輸入端的發(fā)光器件時(shí)，發(fā)光器件將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，光信號(hào)經(jīng)光接收器接收，并將其還原成電信號(hào)。由于輸出與輸入之間沒(méi)有直接的電氣聯(lián)系，信號(hào)傳輸是通過(guò)光電耦合的，所以也稱為光電隔離器。光電耦合器的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)光電耦合器由發(fā)光源和受光器兩部分組成，并封閉

20、在同一不透明的管殼內(nèi)由絕緣的透明樹脂隔開，如圖3-11所示。發(fā)光源引出的管腳為輸入端，受光器引出的管腳為輸出端。光電耦合器的封裝形式有管形，雙列直插式和光導(dǎo)纖維連接形式。光電耦器械的發(fā)光源常用砷化鎵紅外發(fā)光二極管，受光器常用光電三極管，光敏晶閘管和光敏集成電路等。光電耦合器具有如下特點(diǎn)：1、 光電耦器的信號(hào)傳遞采取電光電的形式，發(fā)光部分和受光部分不接觸，因此具有很高的絕緣電阻，可以達(dá)到10個(gè)億歐姆以上。并能承受2000伏以上的高壓，因而被合的兩個(gè)部分可以自成系統(tǒng)，也不需要“共地”，絕緣和隔離性都很好，能夠避免輸出端對(duì)輸入端可能產(chǎn)生的反饋和干擾。2、 光電耦器的發(fā)光二極管是電流驅(qū)動(dòng)器件，動(dòng)態(tài)電阻

21、很小，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)外的噪音干擾信號(hào)形成低阻抗旁路，所以具有很強(qiáng)的抑制噪音干擾能力。3、 光耦合器作為開關(guān)應(yīng)用時(shí)，具有耐用、可靠性高和速度快等優(yōu)點(diǎn)，響應(yīng)時(shí)間一般為數(shù)us以內(nèi)，高速型光耦合器的響應(yīng)時(shí)間有的甚至小于10ns。光耦合器的用途很多，如作為高壓開關(guān)，信號(hào)隔離轉(zhuǎn)換，脈沖系統(tǒng)間的電平匹配以及各種邏輯電路等。 輸 輸 入 出 圖2-2 光電耦合器的結(jié)構(gòu)和符號(hào)221、光耦器件的典型應(yīng)用光耦器件主要用于微機(jī)接口電路中的光電隔離、功率驅(qū)動(dòng)電路中的光電隔離和遠(yuǎn)距離的隔離傳送等，以下分別介紹。1、機(jī)接口電路中的光電隔離微機(jī)有多個(gè)輸入端口，接收來(lái)自遠(yuǎn)處現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備傳來(lái)的狀態(tài)信號(hào)，微機(jī)對(duì)這些信號(hào)處理后，輸出各種控制信

22、號(hào)去執(zhí)行相應(yīng)的操作。在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較惡劣時(shí)，會(huì)存在較大的噪聲干擾，若這些干擾隨輸入信號(hào)一起進(jìn)入微機(jī)系統(tǒng)，會(huì)使控制準(zhǔn)確性降低，產(chǎn)生誤動(dòng)作。因而，可在微機(jī)的輸入和輸出端，用光耦作接口，對(duì)信號(hào)及噪聲進(jìn)行隔離。典型的光電耦合電路如圖4-24所示。該電路主要應(yīng)用在ad轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號(hào)輸出，及由cpu發(fā)出的對(duì)前向通道的控制信號(hào)與模擬電路的接口處，從而實(shí)現(xiàn)在不同系統(tǒng)間信號(hào)通路相聯(lián)的同時(shí)，在電氣通路上相互隔離，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)將模擬電路和數(shù)字電路相互隔離，起到抑制交叉串?dāng)_的作用。對(duì)于線性模擬電路通道，要求光電耦合器必須具有能夠進(jìn)行線性變換和傳輸?shù)奶匦?，或選擇對(duì)管，采用互補(bǔ)電路以提高線性度，或用vf變換后再用數(shù)字光

23、耦進(jìn)行隔離。圖2-3 典型的光電耦合電路2 、功率驅(qū)動(dòng)電路中的光電隔離在微機(jī)控制系統(tǒng)中，大量應(yīng)用是對(duì)開關(guān)量的控制，這些開關(guān)量經(jīng)過(guò)微機(jī)的io輸出，而i/o的驅(qū)動(dòng)能力有限，一般不足以驅(qū)動(dòng)一些點(diǎn)磁執(zhí)行器件，需加接驅(qū)動(dòng)接口電路，為避免微機(jī)受到干擾，須采取隔離措施。如晶閘管所在的主電路一般是交流強(qiáng)電回路，電壓較高，電流較大，不易與微機(jī)直接相連，可應(yīng)用光耦合器將微機(jī)控制信號(hào)與晶閘管觸發(fā)電路進(jìn)行隔離。電路實(shí)例如下圖2-4所示。在馬達(dá)控制電路中，也可采用光耦來(lái)把控制電路和馬達(dá)高壓電路隔離開。馬達(dá)靠mosfet或igbt功率管提供驅(qū)動(dòng)電流，功率管的開關(guān)控制信號(hào)和大功率管之間需隔離放大級(jí)。在光耦隔離級(jí)放大器一級(jí)大

24、功率管的連接形式中，要求光耦具有高輸出電壓、高速和高共模抑制。 圖2-4 光藕在驅(qū)動(dòng)中的應(yīng)用電路222 遠(yuǎn)距離的隔離傳送在計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，測(cè)控系統(tǒng)與被測(cè)和被控設(shè)備之間不可避免地要進(jìn)行長(zhǎng)線傳輸，信號(hào)在傳輸過(guò)程中很易受到干擾，導(dǎo)致傳輸信號(hào)發(fā)生畸變或失真。在通過(guò)較長(zhǎng)電纜連接的相距較遠(yuǎn)的設(shè)備之間，常因設(shè)備間的地線電位差，導(dǎo)致地環(huán)路電流，對(duì)電路形成差模干擾電壓。為確保長(zhǎng)線傳輸?shù)目煽啃?，可采用光電耦合隔離措施，將兩個(gè)電路的電氣連接隔開，切斷可能形成的環(huán)路，使它們相互獨(dú)立，提高電路系統(tǒng)的抗干擾性能。若傳輸線較長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)干擾嚴(yán)重，可通過(guò)兩級(jí)光電耦合器將長(zhǎng)線完全“浮置”起來(lái)，如下圖2-5所示。長(zhǎng)線的“浮置”去掉

25、了長(zhǎng)線兩端間的公共地線，不但有效消除了各電路的電流經(jīng)公共地線時(shí)所產(chǎn)生噪聲電壓形成相互串?dāng)_，而且也有效地解決了長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)和阻抗匹配問(wèn)題。同時(shí)，受控設(shè)備短路時(shí)，還能保護(hù)系統(tǒng)不受損害。受控設(shè)備i/o接口光耦3光耦1主機(jī)光耦4光耦2圖2-5 光藕在遠(yuǎn)距離傳輸中的應(yīng)用2.3 晶閘管元件的介紹晶閘管，也稱可控硅，在早期的中文獻(xiàn)中也有人稱為硅可控整流器。它是目前應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體功率開關(guān)元件。晶閘管隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展和進(jìn)步，現(xiàn)在型號(hào)和品種十分齊全，整流電流從數(shù)安培到千安培，目前已形成了單向晶閘管scr（silicon controlled rectificer），雙向晶閘管triac，和可關(guān)斷晶閘管gto(

26、gate turn-off thyristor)這三種最基本的結(jié)構(gòu)。晶閘管在單片機(jī)應(yīng)用的各種場(chǎng)合有很大的作用。在工業(yè)上的電機(jī)控制，電磁閥控制；在文藝舞臺(tái)的燈光控制；在各種特殊的專用設(shè)備中，例如充電機(jī)，穩(wěn)壓器等都有著十分普通的應(yīng)用。以晶閘管做成的各種固態(tài)繼電器，由于無(wú)吸動(dòng)機(jī)構(gòu)、無(wú)噪聲、體積少、可靠性高、不用維修等一系列優(yōu)點(diǎn)，已越受用戶的歡迎。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用晶閘管作為功率元件，是一種不可逆轉(zhuǎn)的方向。231 晶閘管的原理及特性晶閘管雖然型號(hào)繁多，但不外是單向、雙向和可關(guān)斷三種結(jié)構(gòu)。由于這三種結(jié)構(gòu)的形式及原理有所不同，但本次畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)用到了雙向晶閘管。下面我們對(duì)它進(jìn)行具體介紹。雙向晶閘管也稱

27、雙向三極半導(dǎo)體開關(guān)元件（bidirectional triode thyristor），它和單向晶閘管的區(qū)別是：第一，它觸發(fā)之后是雙向?qū)ǖ?；第二，在門極中所加的觸發(fā)信號(hào)不管是正的還是負(fù)的都可以使雙向晶閘管導(dǎo)通。雙向晶閘管可看作由兩個(gè)單間晶閘管反向并聯(lián)組成。雙向晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理及表示符號(hào)如圖2-6所示 電極2 mt2 電極2 mt2n p n p nn 門極 g 電極1 mt1 電極1 mt1 g 門極 （a） (b) 圖2-6 雙向晶閘管內(nèi)部結(jié)構(gòu)雙向晶閘管是從n型硅單晶片的兩側(cè)擴(kuò)散p型材料，形成pnp結(jié)構(gòu)；然后分別在兩個(gè)p型材料上再形成n型材料，從而形成五層三端特殊的npnpn結(jié)構(gòu)，如圖

28、2-6（a）所示。它的表示符號(hào)如圖2-6（b）所示。由于雙向晶閘管是雙向?qū)ǖ?，故它的電極不能稱陰、陽(yáng)極。為了區(qū)別雙向晶閘管的兩個(gè)電極，一般把和門極g接近的電極稱電極1，它也是參考電極；另一個(gè)電極稱電極2。電極1用mt1表示，電極2用mt2表示。雙向晶閘管在觸發(fā)之后，主電路的電流可雙向流過(guò)；而在控制觸發(fā)方面，雙向晶閘管也具有雙向性，故雙向晶閘管在觸發(fā)時(shí)，四種觸發(fā)方式：第一象限觸發(fā)：mt2+，g+。這時(shí)對(duì)于參考電極mt1而言，電極mt2的電壓為正；門極g的觸發(fā)電流為正。第二象限觸發(fā)：mt2+，g。這時(shí)電極mt2的電壓為正；門極g觸發(fā)電流為負(fù)。第三象限觸發(fā)：mt2，g。這時(shí)電極mt2的電壓為負(fù)；門

29、極g觸發(fā)電流為負(fù)。第四象限觸發(fā)：mt2，g+。 這時(shí)電極mt2的電壓為負(fù)；門極g觸發(fā)電流為正。絕大多數(shù)雙向晶閘管的最高觸發(fā)靈敏度在第一、三象限。觸發(fā)靈敏度較差的是第二象限。最差的是第四象限。所以一般不采用第四象限的觸發(fā)方式。雙向晶閘管是雙向?qū)ǖ?，它從一個(gè)方向過(guò)零進(jìn)入反向阻斷狀態(tài)只是一個(gè)十分短暫的時(shí)間，一般只是用于60hz或頻率小于60hz的正弦電壓電源中。當(dāng)負(fù)載是感性的時(shí)候，由于電流的滯后性，有可能會(huì)使得電壓在過(guò)零時(shí)電流仍然存在而導(dǎo)致雙向晶閘管失控。為了使它能夠正確工作，應(yīng)抑制雙向晶閘管中的電壓上長(zhǎng)率t,也就是在雙向晶閘管兩個(gè)主電極mt1、mt2之間加上rc回路。2.4 adc0809芯片的

30、介紹adc0809是由8位a/d轉(zhuǎn)換芯片，它是采用逐次逼近的方法完成a/d轉(zhuǎn)換的。adc0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由單一+5v電源供電；片內(nèi)帶有鎖存功能的8路模擬多路開關(guān)，可對(duì)8路0-5v的輸入模擬電壓信號(hào)分時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，完成一次轉(zhuǎn)換約需100us；片內(nèi)具有多路開關(guān)的地址譯碼器和鎖存電路、高阻抗斬波器，穩(wěn)定的比較器，256r電阻t型網(wǎng)絡(luò)和樹狀電子開關(guān)以及逐次逼近寄存器。輸出具有ttl三態(tài)鎖存緩沖器，可直接接到單片機(jī)數(shù)據(jù)總線上；通過(guò)適當(dāng)外接電路，adc0809可對(duì)0-5v的雙極性模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。adc0809是28腳雙列直插式封裝，引腳如圖2-7所示。圖2-7 adc0809的引腳結(jié)構(gòu)圖各引腳功能如下：

31、 d7d0:8位數(shù)字量輸出引腳。in0in7：8路模擬量輸入引腳。vcc：+5v工作電壓。gnd：接地。ree（+）：參考電壓正端。ree（-）：參考電壓負(fù)端。start：a/d轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端。ale：地址鎖存允許信號(hào)輸入端。（以上兩信號(hào)用于啟動(dòng)a/d轉(zhuǎn)換）eoc：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平。oe：輸出允許控制端，用于打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。clk：時(shí)鐘信號(hào)輸入端。a、b、c：地址輸入線，經(jīng)譯碼后可選通in0in7八個(gè)通道中的一個(gè)通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換。a、b、c的輸入與被選通的通道的關(guān)系如表2-1所示。表2-1地址輸入與被選通的通道的關(guān)系被選通的通道cbain0

32、000in1001in2010in4100in5101in6110in71112.5 移位寄存器74ls164的介紹74ls164 為串行輸入、并行輸出8位移位寄存器并且74ls164為普通的ttl電路，價(jià)格低，并且鍵值讀入、顯示驅(qū)動(dòng)均可使用該芯片完成。接一片74ls164可擴(kuò)展一個(gè)8位并行口，用以連接一位七段數(shù)碼管led，段選口作靜態(tài)顯示或作為鍵盤中的列地址線使用。本畢業(yè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的顯示電路部分運(yùn)用了74ls164芯片，在顯示電路中的主要功能的串行輸入并行輸出。下表為74ls164芯片的各管腳標(biāo)號(hào)及其功能：表2-2 74ls164芯片的各管腳標(biāo)號(hào)表 本畢業(yè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的顯示電路部分運(yùn)用了74ls1

33、64芯片，在顯示電路中的主要功能的串行輸入并行輸出。26 7407芯片的介紹7407緩沖器為集電極開路六正相高電壓驅(qū)動(dòng)器，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-8所示圖2-8 7407內(nèi)部結(jié)構(gòu)真值表為表2-3所示：表2-3 7407 真值表7407緩沖器內(nèi)部電路為oc門電路，即“與非”門電路，它的最大負(fù)載電流為40ma，截止時(shí)耐壓30v，足以直接驅(qū)動(dòng)光電耦合器。27 霍爾傳感器的介紹hzl201霍爾齒輪hzl201霍爾齒輪傳感器是一種用于測(cè)量速度、角度、轉(zhuǎn)速、長(zhǎng)度等的新型傳感器。由傳感黑色金屬齒輪或齒條的齒數(shù)并轉(zhuǎn)換成電壓脈沖信號(hào)來(lái)測(cè)量物體的速度、轉(zhuǎn)速等參量。并轉(zhuǎn)換成電壓脈沖信號(hào)來(lái)測(cè)量物體的速度、轉(zhuǎn)速等參量。電參

34、數(shù)表2-4如下表2-4參數(shù)符號(hào)量值單位工作電壓vcc5-20v工作電流icc15ma輸出低電平vol0.4v輸出高電平voh(vcc-1)v 工作距離d1-2.5mm它的特點(diǎn)：傳感黑色金屬目標(biāo)；輸出幅度與齒輪轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，低速性能優(yōu)異；工作頻率高，可達(dá)100khz；抗電磁干擾；有電源極性反向保護(hù)；安裝維修方便。2.8 濕度傳感器的介紹 hs1101（濕敏電容）:是基于獨(dú)特工藝設(shè)計(jì)的電容元件，專利的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu);高精度2%；極好的線性輸出；1-99%rh濕度量程；-40到100攝氏度的溫度工作范圍；響應(yīng)時(shí)間5秒；濕度輸出受溫度影響極??；防腐蝕性氣體；常溫使用無(wú)需溫度補(bǔ)償；無(wú)需校準(zhǔn)；電容與濕度變化0

35、.34pf/%rh;典型值180pf55%rh;長(zhǎng)期穩(wěn)定性及可靠性，年漂移量0.5%rh/年。實(shí)物圖如下： 圖2-9 濕度傳感器（hs1101）3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)工作原理 本設(shè)計(jì)的微波糧食烘干控制系統(tǒng)是利用微波加熱原理，充分體現(xiàn)了微波加熱快、加熱均勻、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，采用單片機(jī)89c51來(lái)控制微波加熱器件磁控管的工作時(shí)間。從而經(jīng)過(guò)該系統(tǒng)烘干后的糧食被控制在安全水之下。具體的系統(tǒng)工作過(guò)程包括向系統(tǒng)輸送糧食、微波加熱、系統(tǒng)輸送出糧食三大過(guò)程。如圖31系統(tǒng)構(gòu)成圖所示： 圖31系統(tǒng)構(gòu)成圖 通過(guò)自動(dòng)定量給料器將糧食送到間歇運(yùn)行的傳輸帶上,通過(guò)刮板將糧食自動(dòng)攤平,厚度為30mm，判斷糧食輸送到位之后，

36、磁控管開始對(duì)輸送到位的糧食進(jìn)行微波加熱，同時(shí)對(duì)糧食的濕度進(jìn)行監(jiān)控測(cè)量，并判斷此時(shí)的糧食是否達(dá)到安全水之下，如果糧食已達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)，電機(jī)開始旋轉(zhuǎn)，把烘干的糧食輸送到收料器中。同時(shí)又把將要烘干的部分糧食輸送到微波加熱板中。這樣就完成了本系統(tǒng)的一次循環(huán)過(guò)程。下面具體講解單片機(jī)是怎么對(duì)本系統(tǒng)的工作過(guò)程進(jìn)行控制的。單片機(jī)對(duì)本系統(tǒng)控制的工作過(guò)程分為兩大部分，分別是對(duì)糧食輸送的控制和對(duì)磁控管工作的時(shí)間的控制。 （1）對(duì)糧食輸送的控制當(dāng)單片機(jī)89c51上電復(fù)位后開始工作時(shí)，控制磁控管不工作，電機(jī)開始工作，是為把將要烘干的糧食輸送到微波加熱板上。單片機(jī)此時(shí)開始對(duì)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，是為了確保糧食輸送到位，單片

37、機(jī)的計(jì)數(shù)過(guò)程是這樣的：當(dāng)霍爾傳感器掃描到一個(gè)磁鋼時(shí)，霍爾傳感器發(fā)生一次脈沖輸入單片機(jī)，由于微波加熱板的長(zhǎng)度為2m，傳送輪子的周長(zhǎng)為1m，傳送輪子上有8個(gè)磁鋼，所以傳送輪子需要旋轉(zhuǎn)2圈，也就是發(fā)生17個(gè)脈沖信號(hào)，應(yīng)能確保將要烘干的糧食輸送到位了。這時(shí)單片機(jī)產(chǎn)生一次中斷，控制電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)。這樣單片機(jī)就完成了對(duì)糧食輸送的控制工作。（2）對(duì)磁控管工作的時(shí)間的控制當(dāng)確保把將要烘干的糧食輸送到位之后，單片機(jī)產(chǎn)生一次中斷，控制電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)和磁控管開始對(duì)輸送到位的糧食進(jìn)行微波加熱，同時(shí)單片機(jī)對(duì)送入微波加熱板內(nèi)的糧食進(jìn)行持續(xù)的監(jiān)控測(cè)量糧食的濕度，并判斷微波加熱板內(nèi)的糧食是否達(dá)到安全水標(biāo)準(zhǔn)。如果微波加熱板內(nèi)的糧食

38、達(dá)到了安全水之下，單片機(jī)又產(chǎn)生一次中斷，控制磁控管的微波加熱停止，電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)單片機(jī)要控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)為2圈，保證把烘干后的糧食輸送到收料器中和把將要烘干的糧食輸送到磁控管的微波加熱板上。就這樣循環(huán)的運(yùn)行下去。3.2 控制硬件設(shè)計(jì) 321 系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)濕度信號(hào)采樣a/d轉(zhuǎn)換單片機(jī)信號(hào)處理輸出控制信號(hào)要求設(shè)計(jì)的微波糧食烘干控制系統(tǒng)是根據(jù)單片機(jī)來(lái)控制磁控管的工作時(shí)間和電機(jī)旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，從而把糧食控制在安全水之下。其過(guò)程如下：先要電機(jī)工作，磁控管不工作，是為了把將要烘干的糧食輸送到微波加熱上。同時(shí)通過(guò)計(jì)霍爾傳感器發(fā)出脈沖的個(gè)數(shù)，來(lái)確保將要烘干的糧食輸送是否到位了。收到設(shè)定的個(gè)數(shù)之后，產(chǎn)生一

39、次中斷，說(shuō)明糧食已經(jīng)輸送到位了。此時(shí)單片機(jī)控制電機(jī)不工作、磁控管開始工作；是為對(duì)輸送到位的糧食進(jìn)行微波加熱烘干，同時(shí)對(duì)輸送到位的糧食進(jìn)行持續(xù)的監(jiān)控測(cè)量糧食的濕度，如果微波加熱的糧食已經(jīng)達(dá)到了安全水標(biāo)準(zhǔn)，單片機(jī)又產(chǎn)生一次中斷。控制電機(jī)工作、磁控管不工作，之后要計(jì)脈沖；為了確保把烘干后的糧食輸送到收料器中和把第二次將要烘干的糧食輸送到微波加熱板的指定位置，就形成了一個(gè)循環(huán)。322 系統(tǒng)的組成框圖顯示電路控制執(zhí)行電路命令鍵輸入89c51應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集傳感器 通過(guò)系統(tǒng)的組成框圖可把該微波糧食烘干系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分可分為輸入輸出接口設(shè)計(jì)、人機(jī)接口設(shè)計(jì)和控制接口設(shè)計(jì)。下面我們來(lái)依次介紹本畢業(yè)設(shè)計(jì)的微波糧

40、食烘干系統(tǒng)所應(yīng)用的這三部的設(shè)計(jì)。323 輸入輸出接口設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的輸入輸出接口設(shè)計(jì)主要包括數(shù)據(jù)采集電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，該系統(tǒng)應(yīng)用的電路圖如圖3-2所示圖3-2數(shù)據(jù)采集電路的主要元件是濕度傳感器，濕度傳感器主要由濕敏元件構(gòu)成，濕度的變化引起了濕度傳感器內(nèi)部電容rh的改變，在相對(duì)濕度為55%時(shí)，rh的典型值為180pf。電容式濕度傳感器hs1101是用集成工藝制造的濕度傳感器，它在1%99%范圍內(nèi)能按恒定比率輸出一個(gè)與濕度成正比的電壓，通過(guò)對(duì)此電壓的測(cè)量，就可得到所需要的濕度值。濕度傳感器對(duì)糧食的濕度信號(hào)進(jìn)行采樣，要通過(guò)采樣電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)采樣到糧食的濕度信號(hào)之后，通過(guò)兩級(jí)lm358芯片的放大，每一

41、級(jí)的放大倍數(shù)為：，最后把放大的模擬信號(hào)輸入adc0809，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。a/d變換器工作原理 ：模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的功能是把輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，使微處理機(jī)能夠從傳感器或其它模擬信號(hào)獲得信息。a/d轉(zhuǎn)換器的種類很多，但目前應(yīng)用較廣泛的主要有兩種類型：逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器和雙積分式a/d轉(zhuǎn)換器。324 人機(jī)接口設(shè)計(jì)該微波糧食烘干控制系統(tǒng)的人機(jī)接口設(shè)計(jì)電路包括兩個(gè)部分為顯示電路的命令鍵輸入電路。下面依次對(duì)它們進(jìn)行介紹：本系統(tǒng)的顯示電路使用串行口的靜態(tài)led驅(qū)動(dòng)接口。利用串行口和移位寄存器作為顯示器的驅(qū)動(dòng)接口，可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，節(jié)省cpu的i/o線。圖3-3是一個(gè)使用89c51串行口的靜態(tài)led顯示

42、接口。 圖3-3用串行口的靜態(tài)led顯示接口單片機(jī)89c51的串行口設(shè)定工作在方式0狀態(tài)。在方式0時(shí)，89c51的串行口起一個(gè)移位寄存器的作用，rxd引腳作為輸入或輸出移位時(shí)鐘。輸出時(shí)以字節(jié)為單位輸出，d07位首先送出接著送d1位，最后是d7位。一個(gè)字節(jié)輸出完畢后89c51內(nèi)部自動(dòng)對(duì)串行口發(fā)送中斷標(biāo)志t1置位。在程序中可測(cè)試t1以確定是否發(fā)送完畢。電路中使用串行輸入并行輸出的移位寄存器74ls164。74ls164的功能是把串行輸入的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿休敵?，?dāng)時(shí)鐘端cp有一個(gè)正跳變信號(hào)時(shí)，輸出端q0至q7的數(shù)據(jù)移位一次，qn移至qn+1，數(shù)據(jù)輸入端da和db的值相與后送入q0，q7原來(lái)的數(shù)據(jù)丟失。

43、當(dāng)下一級(jí)74ls164的da和db端接上一級(jí)的q7端時(shí)，q7原來(lái)的數(shù)據(jù)移至下一級(jí)74ls164的q0端。mr端是復(fù)位控制端，wr為低電平時(shí)，q0至q7均輸出低電平。顯示接口電路中不需要復(fù)位操作，所以wr端接+5v。89c51的串行數(shù)據(jù)由rxd端輸出，送到74ls164輸入端da和db，移位時(shí)鐘由89c51的txd端輸出，經(jīng)7408組成的同相驅(qū)動(dòng)器后接到所有的74ls164的時(shí)鐘端cp上。顯示器使用8個(gè)共陽(yáng)極七段led，組成8位十六進(jìn)制數(shù)字顯示器，采用非掃描即靜態(tài)顯示方。每一片74ls164的8個(gè)輸出q7q0經(jīng)過(guò)限流電阻后分別接到一個(gè)led顯示器的ag端以及小數(shù)點(diǎn)dp端,只要89c51不發(fā)出移位

44、時(shí)鐘，顯示的數(shù)據(jù)就保持不變。顯示器程序中有一個(gè)段碼表。碼表就是把所要顯示字型的字段控制數(shù)據(jù)按所顯示數(shù)值的大小，順序排成一個(gè)表，并放在程序存儲(chǔ)中。例如要顯示的數(shù)字是十六進(jìn)制數(shù)0f及十進(jìn)制小數(shù)，空字符等.則段碼表的首地址單元存放顯示0.，1.到f.的段碼，20h單元存放不顯示的段碼，這樣就形成段了段碼表，即顯示子程序中的sgtab。當(dāng)需要顯示0時(shí)，則把地址為sgtab的存儲(chǔ)單元的內(nèi)容0c0h送到串行口輸出，經(jīng)74ls164接收后驅(qū)動(dòng)七段led顯示出”0”。段碼字節(jié)的d0對(duì)應(yīng)于74ls164的q7即a段，d7對(duì)應(yīng)于q0端dp段。sgtab上段碼表的首地址，要顯示的數(shù)據(jù)為段碼表的偏移量,偏移量字節(jié)中d

45、0d3代表顯示數(shù)字0f，d4小數(shù)點(diǎn)的顯示狀態(tài)，h表示不顯示。使用移位寄存器組成的顯示接口電路，可以接很多的七段led顯示器。由于移位寄存器是一個(gè)個(gè)串聯(lián)的，增加led顯示器不需要增加單片機(jī)的i/o線，只需修改相應(yīng)的顯示控制程序。所以最大的顯示位數(shù)主要由cp線的驅(qū)動(dòng)能力和傳送數(shù)據(jù)時(shí)間長(zhǎng)短決定。如果用驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)的74s241驅(qū)動(dòng)器作為移位時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，則顯示位數(shù)可接到20位以上。該接口電路的優(yōu)點(diǎn)是顯示位數(shù)多，顯示亮度大，顯示程序簡(jiǎn)單，主序不必掃描顯示器接口，故有更多是時(shí)間用于完成其它任務(wù)。本系統(tǒng)的命令鍵輸入電路如圖3-4所示 圖3-4 命令鍵輸入電路命令鍵輸入電路的關(guān)鍵部分是鍵盤，它是最簡(jiǎn)單的單片機(jī)輸入

46、接口，通過(guò)鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)對(duì)話。鍵盤上閉合鍵的識(shí)別是由專用硬件實(shí)現(xiàn)的，成為編碼鍵盤，靠軟件實(shí)現(xiàn)的稱為非編碼鍵盤。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為了節(jié)省硬件，通常采用非編碼鍵盤，在這種鍵盤結(jié)構(gòu)中，單片機(jī)對(duì)它的控制不外乎有以下三種方式： 程序控制掃描方式：這種方式只有當(dāng)單片機(jī)空閑時(shí)，才調(diào)用鍵盤掃描子程序，響應(yīng)鍵盤的輸入請(qǐng)求。 定時(shí)掃描方式：?jiǎn)纹瑱C(jī)對(duì)鍵盤的掃描也可采用定時(shí)掃描方式，即每個(gè)一定的時(shí)間對(duì)鍵盤掃描一次。在這種掃描方式中，通常利用單片機(jī)內(nèi)的定時(shí)器，產(chǎn)生10ms 的定時(shí)中斷，cpu響應(yīng)定時(shí)器溢出中斷請(qǐng)求，對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，以響應(yīng)鍵盤輸入請(qǐng)求。 中斷掃描方式對(duì)鍵盤定時(shí)掃描控制方式的主要

47、優(yōu)點(diǎn)是能及時(shí)響應(yīng)鍵入的命令或數(shù)據(jù)，便于用戶對(duì)正在執(zhí)行的程序進(jìn)行干預(yù)。這種控制方式，不管鍵盤上有無(wú)鍵閉合，cpu總是定時(shí)的關(guān)心鍵盤狀態(tài)，因?yàn)槿斯ゆI入動(dòng)作極慢，有時(shí)操作員對(duì)正在運(yùn)行的系統(tǒng)很少甚至不會(huì)干預(yù)，所以在大多數(shù)情況下，cpu對(duì)鍵盤進(jìn)行空掃描。為了進(jìn)一步提高cpu的效率，可采用中斷方式，當(dāng)鍵盤上有鍵閉合時(shí)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，cpu響應(yīng)中斷，執(zhí)行中斷服務(wù)程序，判別鍵盤上閉合鍵的鍵號(hào)，并作相應(yīng)處理。 對(duì)鍵盤/顯示器接口設(shè)計(jì)的兩個(gè)要求：1.功能技術(shù)要高。2.可靠性好。但是系統(tǒng)不同，要求就不同，接口設(shè)計(jì)也就不同。對(duì)一個(gè)鍵盤/顯示器接口設(shè)計(jì)應(yīng)從整個(gè)系統(tǒng)出發(fā)，綜合考慮軟、硬件的特點(diǎn)，合理分配軟、硬件的比重。在應(yīng)

48、用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一般都是把鍵盤和顯示器放在一起考慮。本系統(tǒng)控制器的鍵盤采用掃描工作方式，這四個(gè)按鍵分別是復(fù)位鍵和外中斷控制鍵、功能加1鍵和功能減1鍵，直接把這些低電平觸發(fā)信號(hào)分別接到at89c51的ret、p1.6和p1.7引腳上。有鍵按下時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入鍵盤掃描服務(wù)程序，判斷哪個(gè)鍵被按下，并執(zhí)行相應(yīng)的操作。如果s4鍵被按下，系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位功能；如果s3鍵被按下，系統(tǒng)產(chǎn)生外部中斷；如果s1鍵被按下，系統(tǒng)控制的磁控管的工作時(shí)間延長(zhǎng)10秒；如果s2鍵被按下，系統(tǒng)控制的磁控管的工作時(shí)間減少10秒。325 控制接口設(shè)計(jì)本畢業(yè)設(shè)計(jì)的微波糧食烘干控制系統(tǒng)的控制接口設(shè)計(jì)部分采用交流電磁式接觸器的功率接口。繼電器中切

49、換電路能力較強(qiáng)的電磁式繼電器稱為接觸器。接觸器的觸點(diǎn)數(shù)一般較多。交流電磁式接觸器由于線圈的工作電壓要求是交流電，所以通常使用雙向晶閘管驅(qū)動(dòng)或使用一個(gè)直流繼電器作為中間繼電器控制。圖3-5是交流接觸器的接口電路圖。 圖3-5 交流接觸器接口由于本畢業(yè)設(shè)計(jì)的微波糧食烘干控制系統(tǒng)所控制的是高功率的電機(jī)和磁控管，所以利用交流接觸器來(lái)控制它們。此接口電路就是用來(lái)控制交流接觸器c的。從而控制了所要控制的電機(jī)和磁控管。交流接觸器c由雙向晶閘管t驅(qū)動(dòng)。雙向晶閘管的選擇要滿足：額定工作電流為交流接觸器線圈工作電流的23倍；額定工作電壓為交流接觸器線圈工作電壓的23倍。對(duì)于工作電壓220v的中、小型交流接觸器，可

50、以選擇3a、600v的雙向晶閘管。光電耦合器moc3041的作用是觸發(fā)雙向晶閘管t以及隔離單片機(jī)系統(tǒng)和接觸器系統(tǒng)。光電耦合器moc3041的輸入端接7407，由單片機(jī)89c51的p1.0端控制。p1.0輸出低電平時(shí)，雙向晶閘管t導(dǎo)通，接觸器c吸合。p1.0輸出高電平時(shí)，雙向晶閘管關(guān)斷，接觸器c釋放。moc3041內(nèi)部帶有過(guò)零控制電路，因此雙向晶閘管t工作在過(guò)零觸發(fā)方式。接觸動(dòng)作時(shí),電源電壓較低，這時(shí)接通用電器，對(duì)電源的影響較小。該接口電路還應(yīng)用了雙向晶閘管型觸發(fā)電路，下面對(duì)它進(jìn)行介紹：輸出端的雙向晶閘管導(dǎo)通，觸發(fā)外部的雙向晶閘管t導(dǎo)通。當(dāng)p1.0輸出高電平時(shí)，moc3021輸出端的雙向晶閘管關(guān)

51、斷，外部雙向晶閘管t也關(guān)斷。電阻r1的大小由下3-1式計(jì)算： （3-1式）r1取300 。由于串入阻r1，使得觸發(fā)電路有一個(gè)最小觸發(fā)電壓，低于這個(gè)電壓時(shí)，t才導(dǎo)通。最小觸發(fā)電壓vt由下3-2式計(jì)算： （3-2式）對(duì)應(yīng)的最小控制角為： （3-3式）即控制角不能小于，也只有在時(shí)，內(nèi)部雙向晶閘管才導(dǎo)通。當(dāng)外接的雙向晶閘管功率較大時(shí)，需要較大16t，這時(shí)最小控制角度比較大，可能會(huì)超出使用的要求。解決的方法是在大功率晶閘管和moc3041之間再加入一個(gè)觸發(fā)用的晶閘管，這個(gè)觸發(fā)用的晶閘管的限流電阻可以用得比較小，所以最小控制角也可以做得比較小。當(dāng)負(fù)載為感性負(fù)載時(shí)，由于電壓上升率較大，有可能超過(guò)moc302

52、1允許的范圍。在阻斷狀態(tài)下，晶閘管的pn結(jié)相當(dāng)于一個(gè)電容，如果突然受到正向電壓，充電電流流過(guò)門極pn結(jié)時(shí)，起了觸發(fā)電流的作用。當(dāng)電壓上升率較大時(shí)，就會(huì)造成moc3041的輸出晶閘管誤導(dǎo)通。因此，在moc3061的輸入回路中加入r2和c1組成的rc回路，降低電壓上升率在允許的范圍內(nèi)。經(jīng)計(jì)算r2取2 k （3-4式）經(jīng)計(jì)算r2取2 k晶閘管，來(lái)減少晶閘管在導(dǎo)通時(shí)對(duì)電源的影響。這種觸發(fā)方式稱為過(guò)零觸發(fā)。326 protel原理圖設(shè)計(jì) protel原理圖的設(shè)計(jì)過(guò)程一般可以按照下圖所示的流程圖進(jìn)行：設(shè)置電路圖紙大小 在工作平面上放置元件原理圖的布線 編輯與調(diào)整存盤與打印具體說(shuō)來(lái)可以分為以下的步驟：1 設(shè)

53、置圖紙 根據(jù)實(shí)際電路的復(fù)雜程度來(lái)設(shè)置圖紙的大小，設(shè)置圖紙的過(guò)程實(shí)際是一個(gè)建立工作平面的過(guò)程。2 放置元件 這個(gè)階段，就是用戶根據(jù)實(shí)際電路的需要，從元件庫(kù)里取出所需的元件放置到工作平面上。用戶可以根據(jù)元件之間的走線等聯(lián)系對(duì)元件在工作平面上的位置進(jìn)行調(diào)整、修改，并對(duì)元件的編號(hào)、封裝進(jìn)行定義和設(shè)定等，為下一步工作打好基礎(chǔ)。3 原理圖的布線 該過(guò)程實(shí)際就是一個(gè)畫圖的過(guò)程。用戶利用protel 99 se提供的各種工具、指令進(jìn)行布線，將工作平面上的器件用具有電氣意義的導(dǎo)線、符號(hào)連接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)完整的電路原理圖。4 編輯與調(diào)整 在這一階段，用戶利用protel 99 se提供的各種強(qiáng)大功能對(duì)所繪制的原理

54、圖進(jìn)行進(jìn)一步地調(diào)整和修改，以保證原理圖的美觀和正確。這就需要對(duì)元件位置的重新調(diào)整，導(dǎo)線位置的刪除、移動(dòng)，更改圖形尺寸、屬性及排列。5 進(jìn)一步完善 用戶在此階段，可以充分利用protel 99 se的強(qiáng)大功能來(lái)對(duì)原理圖進(jìn)行進(jìn)一步的補(bǔ)充和完善。如利用protel 99 se的繪圖工具繪制一些不具有電氣意義的圖形或者加入一些文字說(shuō)明等。6 原理圖的輸出 該部分是對(duì)設(shè)計(jì)完的原理圖進(jìn)行存盤、輸出打印，以供存檔。這個(gè)過(guò)程實(shí)際是對(duì)設(shè)計(jì)的圖形文件輸出的管理過(guò)程，是一個(gè)設(shè)置打印參數(shù)和打印輸出的過(guò)程。327 pcb的設(shè)計(jì)印制電路板（pcb）是電子產(chǎn)品中電路元件和器件的支撐件，它提供電路元件和器件之間的電器連接。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，pcb的密度越來(lái)越高。pcb設(shè)計(jì)的好壞對(duì)抗干擾能力影響很大。因此，在進(jìn)行pcb設(shè)計(jì)時(shí)，必須應(yīng)遵循pcb設(shè)計(jì)的一般原則，并符合抗干擾技術(shù)的要求。主要應(yīng)遵循以下原則：1、布局首先，要考慮pcb尺寸大小。pcb尺寸多大時(shí)，印制線條長(zhǎng)，阻抗增加，抗干擾能力下降，成本也增加；過(guò)小，則散熱不好，且臨近線條易受干擾。在確定pcb尺寸后，再確定特殊元件的位置。最后，根據(jù)電路的功能單元，對(duì)電路的全部元器件進(jìn)