基于TRIZ理論的反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、 2013屆畢業(yè)設(shè)計（論文）畢業(yè)設(shè)計報告（論文）題 目：基于triz理論的反應(yīng)釜溫度控制 所 屬 系：自動化技術(shù)系 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)

2、計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日

3、學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日摘要在近幾年，微機(jī)技術(shù)的已經(jīng)得到了迅速的發(fā)展，已經(jīng)達(dá)到了比較成熟的階段?，F(xiàn)在基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)越來越多，因為單片機(jī)具有體積小，編程簡單，成本低等優(yōu)點(diǎn)。而目前，對于溫度的采集技術(shù)也獲得的很大的發(fā)展，現(xiàn)在溫度變送器主要有兩種，一種

4、是熱電偶溫度變送器，另一種是熱電阻溫度變送器。而在本次項目中我們用的是pt100鉑電阻溫度變送器。因為此次的溫度控制系統(tǒng)的溫差比較小，所以用熱電阻溫度變送器測量精度會高一些。在本次的項目設(shè)計主題是對反應(yīng)釜中的反應(yīng)物進(jìn)行加熱和制冷操作，我們用到了新型的加熱和制冷系統(tǒng)：半導(dǎo)體加熱制冷片。這種方法代替了傳統(tǒng)的用蒸汽加熱和冷卻水制冷系統(tǒng)。具有控制工藝簡單，成本低的優(yōu)點(diǎn)。本文設(shè)計的溫控系統(tǒng)包括單片機(jī)系統(tǒng)，溫度測量系統(tǒng)，溫度的輸入和顯示，以及半導(dǎo)體制冷器的功率驅(qū)動等部分。溫度測量系統(tǒng)指的是通過pt100溫度傳感器讀取系統(tǒng)當(dāng)前的溫度并通過溫度采集電路對pt100輸出的信號進(jìn)行放大整定后送入單片機(jī)。單片機(jī)是整

5、個溫控的中央處理器，溫度控制算法是在單片機(jī)中進(jìn)行運(yùn)算的。將測量到的當(dāng)前溫度值輸入到單片機(jī)，再通過pid控制算法的運(yùn)算，并進(jìn)行脈寬調(diào)制以pwm輸出控制量。單片機(jī)的pwm輸出要通過半導(dǎo)體加熱制冷片的功率驅(qū)動電路才能驅(qū)動半導(dǎo)體加熱制冷片工作。關(guān)鍵詞：單片機(jī)，加熱制冷，溫度變送器，放應(yīng)釜，脈寬調(diào)制目錄摘要ii第一章：課題研究的背景和意義11.1背景11.2意義1第二章：用triz分析系統(tǒng)22.1項目要求22.2控制要求22.3項目描述：22.3.1smart原則：22.4問題描述：22.5矛盾分析32.5.1物理矛盾32.6三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較52.7物場分析62.8總結(jié)：9第三章：系統(tǒng)硬件設(shè)計103

6、.1單片機(jī)的選型103.1.1stc12c5a60s2/ad/pwm 系列單片機(jī)103.1.2主要性能113.2半導(dǎo)體加熱制冷片123.2.1工作原理123.2.2賽貝克效應(yīng)123.2.3珀爾帖效應(yīng)133.2.4湯姆遜效應(yīng)133.2.5tec1-12712性能參數(shù)143.2.6diy153.3溫度變送器的選擇：153.3.1pt100熱電阻溫度傳感器。153.4多通道rs-232驅(qū)動器/接收器163.5lm324四運(yùn)算放大器173.6穩(wěn)壓器173.6.1lm7805，lm7812183.7系統(tǒng)元器件清單18第四章：系統(tǒng)電路圖204.1pt100信號調(diào)整電路204.2換向電路圖（輸出電路圖）20

7、4.3串口通訊接線圖214.4電源電路圖224.5lcd顯示電路224.5.1液晶顯示模塊的原理224.5.2 1602lcd主要技術(shù)參數(shù)234.5.3引腳功能說明234.6鍵盤電路圖254.6.1矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)與原理254.6.2鍵盤的工作方式254.7系統(tǒng)總電路圖26第五章：系統(tǒng)軟件設(shè)計275.1lcd顯示程序：275.2鍵盤程序：285.3a/d轉(zhuǎn)換程序：315.4主程序32第六章：總結(jié)36致謝37參考文獻(xiàn)：3842第一章：課題研究的背景和意義1.1背景 在精細(xì)化工行業(yè)中,反應(yīng)釜是常用的一種反應(yīng)容器,而溫度是其主要被控制量,是保證產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要因素。反應(yīng)釜利用導(dǎo)熱介質(zhì)通過反應(yīng)釜的夾

8、套來提高釜內(nèi)物料的溫度,通過攪拌機(jī)的攪拌使物料均勻、提高導(dǎo)熱速度,并使其溫度均勻。在反應(yīng)釜里的混合物，剛開始反應(yīng)時需要一定的溫度，所以要加熱，但是溫度不能太高。而很多物質(zhì)的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以溫度會不斷升高，這就要求要進(jìn)行制冷操作。所以本次課題就是設(shè)計一個自動控制系統(tǒng)，來控制反應(yīng)釜里的物質(zhì)的反應(yīng)溫度。這是目前用的場合比較多的控制系統(tǒng)，有很好的發(fā)展前景。1.2意義本次課題設(shè)計是基于單片機(jī)的反應(yīng)釜的溫度控制，這對電子應(yīng)用技術(shù)要求相當(dāng)?shù)母撸瑩Q句話說就是本系統(tǒng)是趨向于微型控制系統(tǒng)。如果此技術(shù)成熟，那么就可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的溫度控制系統(tǒng)，這會大大簡化工藝，縮小成本。有很多大的房展?jié)摿?。所以我們想通過這次的畢業(yè)

9、設(shè)計，來對電子應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行研究。第二章：用triz分析系統(tǒng)2.1項目要求在此項目中，反應(yīng)釜的容積定為100l反應(yīng)物的容量為60l，基于單片機(jī)來控制溫度。要求成本不能超過10000元人民幣，工藝盡可能簡單，對環(huán)境沒有污染，加熱時間不能超過30分鐘。在本項目中要遵循以下的解決問題的標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)1、目的是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)2、成本是否允許2.2控制要求： 反應(yīng)釜里溫度控制在6070，低于60 要進(jìn)行加熱操作，溫度大于70開始制冷操作。2.3項目描述：2.3.1smart原則：s：在30分鐘以內(nèi)把反應(yīng)釜里的反應(yīng)物質(zhì)的溫度控制在60-70；m：溫度在是可測量的；a:溫度控制在一個范圍內(nèi)是可以現(xiàn)實的，這樣有反應(yīng)的余

10、地。如果控制在某一個固定的值上是不太可能實現(xiàn)的。r：實現(xiàn)這個目標(biāo)與什么有關(guān)？控制器的精度？加熱和制冷的方式？溫度的傳熱效率？t：設(shè)計時間在1-2個月以內(nèi)。2.4問題描述：本系統(tǒng)是控制反應(yīng)釜里反應(yīng)物的溫度的，如果溫度不夠會反應(yīng)不完全或是無法反應(yīng)，若是溫度過高，則會產(chǎn)生其它物質(zhì)，甚至?xí)茐姆磻?yīng)物，因此反應(yīng)釜里的溫度不能過高也不能太低，要在要求的范圍內(nèi)。問題是如何把溫度控制在需要的范圍內(nèi)呢？2.5矛盾分析物理矛盾 pc(physical contradictions)規(guī)定之子系統(tǒng) (組件/操作) 必須擁有a-特性以完成必要的功能，以及 non-a 或 anti-a 特性要滿足問題的條件。2.5.1物

11、理矛盾在本項目中，溫度不能太低又不能太高，因此這就要求既要加熱又要制冷，加熱和制冷是一組物理矛盾，下面就討論一下該怎么解決該矛盾。setp1:定義物理矛盾反應(yīng)釜要加熱，但又要制冷。（參數(shù)：17溫度）setp2：參數(shù)在時間/空間上是否交叉否，嘗試用時間或空間分離方法是，嘗試系統(tǒng)級別分離方法step 3 ：參數(shù)分別向三個方向（系統(tǒng)層級）轉(zhuǎn)化的可能性？（a） 加熱和制冷向超系統(tǒng)轉(zhuǎn)化；（b） 加熱和制冷向子系統(tǒng)轉(zhuǎn)化；（c） 加熱和制冷向反系統(tǒng)轉(zhuǎn)化；下面就進(jìn)一步分析系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化所產(chǎn)生的加熱方式：（a） 加熱和制冷向超系統(tǒng)轉(zhuǎn)化用加熱蒸汽加熱、冷卻水制冷先從加熱說起：如果用蒸汽加熱，那首先我們到解決的問題就是

12、加熱蒸汽的來源。也就是說還得用一個鍋爐來產(chǎn)生蒸汽。如果這樣那就需要鍋爐的成本和燃料。 首先鍋爐鍋爐的問題：目前市場上的價格是3000元左右。而且，在鍋爐加熱運(yùn)行中，還要對許多參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，如氣泡的液位壓力，爐膛溫度，出口蒸汽流量、壓力；給水流量等等。這就意味著要要用到很多測量和控制儀表，這無疑使增加了工藝成本和工藝流程的復(fù)雜程度。 燃料問題：現(xiàn)在工業(yè)中鍋爐加熱最常用的燃料是煤和燃料油。這兩種燃料都是不可再生資源，而且還要考慮價格問題。再者，燃燒這些燃料還會產(chǎn)生有害氣體，如：二氧化硫和一氧化碳?xì)怏w等，這些都對環(huán)境會造成一定的污染。接下來就是系統(tǒng)的制冷問題：經(jīng)過調(diào)查，目前最常用的制冷方式是用“冷卻

13、水”制冷。在這里，我們可以選用普通的水作為冷卻液，這樣可以節(jié)省工藝和成本。最后還要考慮一個問題：如何輸送加熱蒸汽和冷卻水和如何進(jìn)行加熱和制冷之間的切換？如何輸送蒸汽和冷卻水的問題：就用管道輸送，不過要有自動控制裝置，以便保證蒸汽和冷卻水的流量穩(wěn)定。如何進(jìn)行加熱和制冷之間的切換：其實只要在控制器設(shè)置好參數(shù)就可以了，比如：如果溫度小于60 ，此時控制器發(fā)出打開蒸汽閥關(guān)閉冷卻水閥的命令；如果溫度大于60 70 ，此時控制器則發(fā)出關(guān)閉兩個閥門的命令；如果溫度大于70 ，此時控制器只發(fā)出打開冷卻水閥門的命令。這樣就可以達(dá)到加熱和制冷之間的切換的目的了。評價：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)1，此方法可行；但根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)2，此方法不

14、可行，因為此方法成本過高，工藝太復(fù)雜。（b）加熱和制冷向子系統(tǒng)轉(zhuǎn)化用電加熱、冷卻水制冷一般用到電加熱的都會想到用電阻絲來加熱，需要解決電能問題。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前用在電阻絲系統(tǒng)的電壓一般都為220v。所以還是比較好獲取的。而制冷操作和(a)方向的一樣，所以在這里就不作解釋了。在這個方案中，由于是使用電加熱的，所以比方案一來的要簡單一點(diǎn)，成本也會有所降低。但是加熱速度沒有蒸汽加熱快。評價：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)1，此方法可行；根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)2、此方法不可行。因為由于制冷的工藝在里面，成本還是會超出規(guī)定的范圍。（c）加熱和制冷向反系統(tǒng)轉(zhuǎn)化用電加熱和電制冷用電加熱這在方案二中已經(jīng)分析過了，是可以實現(xiàn)的。但是如何用電來制

15、冷呢？提到電制冷我們應(yīng)該立刻想到冰箱和空調(diào)的原理。冰箱就是用電能來制冷的。其工作原理是：從低于環(huán)境溫度的物體中吸取熱量，并將其轉(zhuǎn)移給環(huán)境介質(zhì)的過程，稱為制冷。我們可以利用冰箱的制冷方式來這冷反應(yīng)釜?？墒?，這樣加熱和制冷雖然都是使用電能，但是還是屬于兩個獨(dú)立的電路。那能不能一路電路就可以實現(xiàn)加熱和制冷呢？要想解決這個問題先得解決一個疑惑：一路電路怎么會產(chǎn)生兩種工作狀態(tài)呢？我們都知道，電源是有正負(fù)極之分的，電源輸出的電壓也是有方向的，所以只要我們改變電源電壓的方向就有可能會有不同的狀態(tài)。接下來就是要找到什么物質(zhì)在加上不同方向電壓時會有不同工作狀態(tài)的物質(zhì)。當(dāng)然最好是加上不同方向的電壓會有加熱和制冷的

16、效果。到底有沒有這種物質(zhì)呢？或是某個特定的電路呢？利用所學(xué)的知識，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體對電壓的反響有很高的要求，而且半導(dǎo)體有賽貝克效應(yīng)、珀爾帖效應(yīng)和湯姆遜效應(yīng)。而這些效應(yīng)正是半導(dǎo)體的加熱和制冷原理。也就是在給定不同的方向的電壓時半導(dǎo)體會有加熱和制冷的效果，所以起初提出的問題是可以實現(xiàn)的。但是半導(dǎo)體加熱制冷技術(shù)還處于成長期，技術(shù)還不是太純熟，而且功率比較低。那如何解決加熱功率低這個問題呢？經(jīng)過查詢，現(xiàn)在有一種半導(dǎo)體加熱制冷片，就是根據(jù)半導(dǎo)體加熱和制冷原理制成的，加上不同方向的電壓，它的加熱制冷面會換過來。每個個體的尺寸并不是很大，而功率一定，所以我們可以用聚少成多的原理來提高加熱功率。也就說用竟可能多的加

17、熱片。但是具體要用多少，還是要根據(jù)工藝要求來定。但是根據(jù)能量守恒的原理，又出現(xiàn)了新的問題：半導(dǎo)體加熱制冷片在制冷的時候，它的另一面的熱量該如何散去？如果不及時散熱的話會燒壞半導(dǎo)體加熱片的，所以這個問題必須解決。在這里我們選擇一種散熱器來為為之散熱，散熱片的價格也不是很貴，所以總的成本還在工藝要求的范圍內(nèi)?，F(xiàn)在還需解決一個問題：本項目需要多少片半導(dǎo)體加熱制冷片？問題解決：現(xiàn)在我們假設(shè)反應(yīng)釜里的物質(zhì)為水，根據(jù)工藝要求，進(jìn)行以下的計算：經(jīng)過查找：水的密度=1.0kg/m3，比熱容c=4.2kj（kg*k）。加熱水的初始溫度為室溫（20）,水的體積v=60l=0.06m3在這里忽略熱孫水升高1需要吸收

18、的熱量：q=cmt=cvt=4.21.01030.06=252kj=252000 j 一片加熱片使水升高1需要的時間：t=2191s=37min水升高40所需的時間：t=3740=1460 min由于工藝要求是在30 min以內(nèi)完成加熱，所以一共需要：146030=49片我們用的115w的加熱制冷片單價是108元，散熱片是20元。所以總成本為：49（108+20）=6272元評價方案三：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)1，此方法可行。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)2，此方法可行，因為此方法的總成本比較低。2.6三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較方案一方案二方案三優(yōu)點(diǎn)加熱和制冷效果最好加熱和制冷效果也很好成本低，工藝簡單，能源易獲得缺點(diǎn)成本高，工藝復(fù)雜成

19、本高加熱和制冷功率比較低。所以最佳解決方案：用半導(dǎo)體加熱制冷片進(jìn)行加熱和制冷2.7物場分析在技術(shù)系統(tǒng)的“參數(shù)屬性”不明顯的情況下，矛盾矩陣表便無法有效地發(fā)揮作用。這時，矛盾雖不可見，但問題依然存在，并且可以解決。此時，技術(shù)系統(tǒng)問題的“結(jié)構(gòu)屬性”比較明顯，適于使用物質(zhì)場分析法。物場分析法通過建立系統(tǒng)內(nèi)結(jié)構(gòu)化的問題模型來正確地描述系統(tǒng)內(nèi)的問題，用符號語言清楚表達(dá)技術(shù)系統(tǒng)（子系統(tǒng)）的功能，正確地描述系統(tǒng)的構(gòu)成要素及構(gòu)成要素之間的相互聯(lián)系。在本項目中，有兩個物質(zhì)：反應(yīng)釜（s1）和半導(dǎo)體加熱制冷片(s2)；一個物質(zhì)場：熱學(xué)場(f)。根據(jù)這三者的關(guān)系建立如下的物場模型：fs1s2現(xiàn)在我們還得解決兩個問題，

20、第一個是如何很好的利用這個熱場，也就是說如何提高溫度的傳遞效率。第二個問題就是，當(dāng)半導(dǎo)體制冷時，它的另外一面是發(fā)熱的，如果背面溫度過高會嚴(yán)重影響制冷效率甚至?xí)绊懻麄€系統(tǒng)的工作，這樣就要求我們要及時的散掉這些熱量，可該如何散熱呢？下面就讓分別對以上提出的兩個問題進(jìn)行分析與解決：問題1：如何提高溫度傳遞效率？解決問題的最終目的：可以充分利用熱源最終理想解：熱源利用率達(dá)到最大實現(xiàn)最終理想解的障礙：反應(yīng)釜的傳熱效率和系統(tǒng)的溫度損失。解決途徑：找出所有可用的材料和能源方案一：是否可以提高反應(yīng)釜的材料熱導(dǎo)率？方案二：是否可以增大傳熱面積？方案三：是否能增大冷熱物質(zhì)的溫度差？方案四：是否可以在反應(yīng)釜周圍加

21、隔熱層，減少加熱器的溫度損失？方案五：是否可以加上攪拌？下面就來分析問題，并找出最好的解決方案：解決方案一：我們都知道，熱導(dǎo)率是物質(zhì)的一個屬性，某一個特定的物質(zhì)的熱導(dǎo)率是一定的，是無法改變的。所以在這里，我們可以選擇用熱導(dǎo)率大的材料制成的反應(yīng)釜。首先，我們先找到現(xiàn)在用熱導(dǎo)率最大的材料制成的反應(yīng)釜。我們都知道，金屬的熱導(dǎo)率在所有物質(zhì)中最大，所以我們可以直接可以從金屬反應(yīng)釜開始找起。首先我們找到了幾種常用的金屬的熱導(dǎo)率，如下表：材料鋁紫銅黃銅銅鉛鋼不銹鋼鑄鐵銀鎳熱導(dǎo)率w/(m*k)2046593383354517459041188顯然，在這些金屬中，銀的熱導(dǎo)率最大，可是考慮的成本，顯然用銀材料制成

22、的反應(yīng)釜是相當(dāng)昂貴的，所以不適用。銅和鋁的熱導(dǎo)率都很大，而且相差不是很大，所以我們可以從這兩種金屬中選擇?？墒牵F(xiàn)在沒有用銅和鋁材料制成的反應(yīng)釜。這就意味著這兩種材料不可用，只能另選。經(jīng)過黃銅、紫銅、鉛、鑄鐵鎳這些都沒有相對應(yīng)的反應(yīng)釜。現(xiàn)在只剩不銹鋼材料了。 經(jīng)過查詢，目前不銹鋼反應(yīng)釜的價格在3600元人民幣。相對來講，還可以接受。最終選擇了不銹鋼反應(yīng)釜。評價方案一：根據(jù)“實現(xiàn)目的”評價標(biāo)準(zhǔn)，此解決方案可行：成本不是很高，傳熱效率也是目前比較好的。解決方案二：傳熱面積越大，傳熱效率越高，我們可以讓熱源盡可能覆蓋整個反應(yīng)釜，但是一旦傳熱面積增大了，這就意味著成本會增加，而且工藝也會變得復(fù)雜，所以

23、這種方法不是最理想的方法。評價方案二：根據(jù)“實現(xiàn)目的”此方法可行；根據(jù)成本要求，此方案還有待改進(jìn)。解決方案三：我們都知道，溫度差是熱傳導(dǎo)的推動力，溫差變大，推動力也會變大。但是這種方法適合在大型工業(yè)場合，因為每一中熱流體的飽和熱都是一定的，要想改變那就必須改變一些參數(shù)，比如壓強(qiáng)。這樣會大大增加工藝難度，所以這種方法也不適用。評價方案三：根據(jù)“實現(xiàn)目的”此方案可行，但是根據(jù)成本及工藝因素，此方案不可行。解決方案四：在這里我們有兩種保溫方式可以選擇，一種是用普通的保溫材料，另一種是用玻璃真空套來保溫。從成本和實現(xiàn)目的的角度考慮這兩種方法都可以用，但是從外觀和結(jié)構(gòu)角度來考慮，那么用玻璃真空套相對來講

24、要好一些。所以最終確定用玻璃真空套來保溫。評價方案四：根據(jù)“實現(xiàn)目的”此方案可行；但是根據(jù)成本要求，此方案也可行。解決方案五：通過對反應(yīng)釜內(nèi)部的反應(yīng)物進(jìn)行不斷的攪拌，來保證溫度均勻的傳遞，這樣也能達(dá)到提高目的。但是，此方案需要額外加一個攪拌器，而攪拌器又需要額外提供電能，這樣會增加成本。評價方案五：根據(jù)“實現(xiàn)目的”此方案可行；但是根據(jù)成本要求，此方案還有待改進(jìn)。比如，是否可以用現(xiàn)有的電源來為攪拌機(jī)供電，在本方案中，用到的電壓分別為+12v和+5v的。這就需要尋找一個小功率的攪拌機(jī)。最終理想解的確定：通過在上面的分析，不難看出，沒一個方案都是相對獨(dú)立的，方案之間沒有太大的制約性。所以，我們完全可

25、以把這些方案綜合起來再考慮分析一下。在上面的分析中我們已經(jīng)確定了選擇用不銹鋼材料制成的反應(yīng)釜，這是根據(jù)熱導(dǎo)率來選擇的。但是，方案二、四、五的確也都可以達(dá)到提高傳熱效率，所以我們不防把方案一、方案二、方案四和方案五綜合考慮一下，但是前提是，在允許的范圍內(nèi)。看看能不能得到更好的結(jié)果。經(jīng)過把方案一、二、四、五結(jié)合后，最后得到的結(jié)果是：采用帶有玻璃真空保溫套和攪拌機(jī)的不銹鋼反應(yīng)釜，并且要盡可能增大換熱面積。這是目前最好的結(jié)果。問題2：該如何散熱？經(jīng)過上面的物場模型分析我們知道，此項目有兩個物質(zhì)（s1,s2）但是在s2對s1進(jìn)行制冷操作時會s1產(chǎn)生有害作用，那就是熱能。所以在這里需要外加一個物質(zhì)來分擔(dān)這

26、個熱能，這個物質(zhì)就是散熱器（s3）。經(jīng)過改進(jìn)后的物場模型如下：fs3s2s12.8總結(jié)：問題解決完畢，現(xiàn)在進(jìn)行總結(jié)。根據(jù)以上的分析，選擇了最佳的方案，總成本在10000元以內(nèi)。所需要的設(shè)備：1單片機(jī)2反應(yīng)釜3半導(dǎo)體加熱制冷片4溫度傳感器5電源合計10000元。第三章：系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1單片機(jī)的選型單片機(jī)的種類繁多，所以選擇一款合適的單片機(jī)真的不太容易，要考慮的方面。在選擇單片機(jī)的時，并不是功能越強(qiáng)、速度越快的單片機(jī)就越好，還要考慮成本、開發(fā)手段、有無現(xiàn)貨等因素，一般遵循以下原則：（1） 考慮單片機(jī)的速度；（2） 存儲容量；（3） 考慮i/o引腳數(shù)量（4） can接口；（5） a/d轉(zhuǎn)換器；（6

27、） pwm定時器；（7） 價格；（8） 封裝；（9） 工作溫度范圍；（10） 功耗；（11） 工作電壓范圍；（12） 供貨渠道暢通；（13） 單片機(jī)編程環(huán)境；（14） 抗干擾性能好。 在本項目中，由于有模擬量的輸入（1路）和pwm輸出（1路），而且對工作溫度要求比較高，綜合以上的選型原則和工藝的要求，我們選用了stc12c5a60s2/ad/pwm 系列單片機(jī)。3.1.1stc12c5a60s2/ad/pwm 系列單片機(jī)stc12c5a60s2/ad/pwm 系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機(jī)器周期（1t）的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)805

28、1，當(dāng)速度快8-12倍。內(nèi)部集成max810專用復(fù)位電路，2路pwm，8路高速10位a/d轉(zhuǎn)換（25k/s），針對電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合。3.1.2主要性能(1)高速:1 個時鐘 / 機(jī)器周期,增強(qiáng)型 8051 內(nèi)核,速度比普通 8051 快 812 倍(2)寬電壓:5.53.3v,2.23.6v(stc12le5a60s2 系列)(3)增加第二復(fù)位功能腳(高可靠復(fù)位,可調(diào)整復(fù)位門檻電壓,頻率12mhz 時,無需此功能)(4)增加外部掉電檢測電路,可在掉電時,及時將數(shù)據(jù)保存進(jìn)eeprom,正常工作時無需操作eeprom(5)低功耗設(shè)計:空閑模式, (可由任意一個中斷喚醒)(6)低 功耗設(shè)計:掉電

29、模式(可由外部中斷喚醒) ,可支持下降沿 / 上升沿和遠(yuǎn)程喚醒(7)工作頻率:035mhz,相當(dāng)于普通 8051:0420mhz(8)時鐘:外部晶體或內(nèi)部 rc 振蕩器可選,在 isp 下載編程用戶程序時設(shè)置(9) 8/16/20/32/40/48/52/56/60/62k 字節(jié)片內(nèi) flash 程序存儲器,擦寫次數(shù) 10 萬次以上(10) 1280 字節(jié)片內(nèi) ram 數(shù)據(jù)存儲器(11)芯片內(nèi) eeprom 功能,擦寫次數(shù) 10 萬次以上(12) pwm（2路）/pca（可編程計數(shù)器陣列，2路） -也可用來當(dāng)2路d/a使用 -也可用來再實現(xiàn)2個定時器 -也可用來再實現(xiàn)2個外部中斷（上升沿中斷/

30、下降沿中斷均可分別或同時支持(13) a/d轉(zhuǎn)換，共8 路,10 位精度 adc,速度可達(dá) 25 萬次 / 秒；(14) 4 個 16 位定時器,兼容普通 8051 的定時器 t0/t1,2 路 pca 實現(xiàn) 2 個定時器(15)可編程時鐘輸出功能,t0 在 p3.4 輸出時鐘,t1 在 p3.5 輸出時鐘,brt 在 p1.0 輸出時鐘(16)硬件看門狗(w d t )(17)高速 spi 串行通信端口(18)全雙工異步串行口(uart),兼容普通 8051 的串口(19)先進(jìn)的指令集結(jié)構(gòu),兼容普通 8051 指令集,有硬件乘法 / 除法指令(20)通用 i/o 口(36/40/44 個)

31、,復(fù)位后為: 準(zhǔn)雙向口 / 弱上拉(普通 8051 傳統(tǒng) i/o 口) 可設(shè)置成四種模式:準(zhǔn)雙向口 / 弱上拉,推挽 / 強(qiáng)上拉,僅為輸入 / 高阻,開漏 每個 i/o 口驅(qū)動能力均可達(dá)到 20ma,但整個芯片最大不得超過 100ma.3.2半導(dǎo)體加熱制冷片3.2.1工作原理半導(dǎo)體制冷又稱為溫差電致冷或熱電制冷。具有熱電能量轉(zhuǎn)換特性的材料，在通過直流電時有制冷功能，因此而得名熱電制冷?？偟臒犭娦?yīng)由同時發(fā)生的五種不同的效應(yīng)組成，它們是：賽貝克效應(yīng)、珀爾帖效應(yīng)、湯姆遜效應(yīng)、焦耳效應(yīng)和富里葉效應(yīng)。3.2.2賽貝克效應(yīng)在兩種不同導(dǎo)體構(gòu)成的回路中，如果兩個接頭出的溫度不同，回路中有電動勢存在，這種電動

32、勢就稱為賽貝克電動勢或溫差電動勢（圖一）。 圖一 賽貝克效應(yīng)示意圖圖中u是溫差電動勢，它的大小與兩結(jié)點(diǎn)間的溫差成正比，比例常數(shù)為賽貝克系數(shù)（也稱為溫差電動勢率），其值為 ab = u/t式中t為兩結(jié)點(diǎn)間的溫差每種材料都有固定的賽貝克系數(shù)，若用a和b表示這兩種材料的賽貝克系數(shù)，那么由這兩種材料所制成的熱電偶的賽貝克系數(shù)為： ab =|ab|3.2.3珀爾帖效應(yīng)當(dāng)直流電流通過由不同導(dǎo)體連接形成的回路時，在結(jié)點(diǎn)會產(chǎn)生吸熱或放熱的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象被稱為珀爾帖效應(yīng)。因為半導(dǎo)體的珀爾帖效應(yīng)比金屬更為強(qiáng)烈，所以用半導(dǎo)體制作的組件可以達(dá)到較好的致冷效果（圖二）。圖二 半導(dǎo)體致冷示意圖n型元件的載流子是電子，p型

33、元件的載流子是空穴。當(dāng)溫差電偶的n型元件接入直流電正極，p型元件接入負(fù)極時，n型元件中的電子在電場作用下向下移動，在下端與電源的正電荷聚合，聚合時放熱， 同樣p型元件中的空穴在電場作用下向下移動，在下端與電源的負(fù)電荷聚合，聚合時放熱；同時，電子與空穴在上端分離，分離時吸收熱量。當(dāng)改變電流的方向時，吸熱端會變?yōu)榉艧岫?，放熱端會變?yōu)槲鼰岫恕?.2.4湯姆遜效應(yīng)當(dāng)電流通過有溫度梯度的導(dǎo)體時，則在導(dǎo)體和周圍環(huán)境之間進(jìn)行能量交換（圖三）。這種效應(yīng)只涉及一種材料。 圖三 湯姆遜效應(yīng)示意圖在本系統(tǒng)中要求加熱和制冷的功率盡可能大一些、工作溫度范圍（0-80）、性價比要高等。所以我們根據(jù)工藝的要求選用了tec1

34、-12712型號的半導(dǎo)體加熱片。3.2.5tec1-12712性能參數(shù)（1）外形尺寸：50*50*4mm 元件對數(shù) 127（2）導(dǎo)線規(guī)格：引線長1005mm rv標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)線 單頭5mm鍍錫（3）內(nèi)部阻值：1.01.3（環(huán)境溫度231,1khz ac測試）（4）最大溫差：tmax(qc=0) 65以上。（5）工作電流：imax=12（額定電壓啟動時）（6）額定電壓：dc12v（vmax：15.5v）（7）致冷功率：qcmax 115w（8）裝配壓力：85n/cm2（9）工作環(huán)境：溫度范圍 -5583（過高的環(huán)境溫度降直接影響制冷效率）（10）封裝工藝：四周標(biāo)準(zhǔn)704硅橡膠密封（11）包裝標(biāo)準(zhǔn)：泡沫

35、盒包裝,存放條件 環(huán)境溫度-1040（12）存放條件：-4060 3.2.6diy 散熱器：散熱系統(tǒng)主要是傳導(dǎo)冷量和熱量,散熱風(fēng)扇的功率0.16a電壓是12v.散熱系統(tǒng)一套包括(導(dǎo)冷模塊、導(dǎo)熱模塊、散熱風(fēng)扇、風(fēng)扇外罩和鏈接用的螺絲)。3.3溫度變送器的選擇：在工業(yè)中，比較常用的溫度變送器一般有：熱電阻溫度變送器、熱電偶溫度變送器，雙金屬溫度變送器，玻璃管液體溫度計。在本項目中，要求溫度是從20-80，顯然溫度差很小，而且溫度需要遠(yuǎn)傳。而雙金屬溫度計和玻璃管溫度計都是適合用在現(xiàn)場顯示的溫度計，因此不適合在本項目中使用。熱電阻溫變送器和熱電偶變送器都適合遠(yuǎn)傳，但是熱電偶的測溫范圍比在此項目中溫度范

36、圍要大的多，由此會影響溫度信號的測量精度。所以，在本項目中選用熱電阻溫度變送器是最合適不過了。從測量的精度、測溫范圍、性能和使用廣泛程度等因素的考慮，我們選用的是pt100鉑電阻溫度計。3.3.1pt100熱電阻溫度傳感器。1、熱電阻工作原理熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點(diǎn)是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱是阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。與熱電偶的測溫原理不同的是，熱電阻是基于電阻的熱效應(yīng)進(jìn)行溫度測量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此，只要測量出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓?，就可以測量出溫度。目前主要有金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電

37、阻兩類。金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關(guān)系式表示，即rt=rt01+（t-t0）式中，rt為溫度t時的阻值；rt0為溫度t0（通常t0=0）時對應(yīng)電阻值；為溫度系數(shù)。半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值和溫度關(guān)系為rt=aeb/t式中rt為溫度為t時的阻值；a、b取決于半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)的常數(shù)。相比較而言，熱敏電阻的溫度系數(shù)更大，常溫下的電阻值更高（通常在數(shù)千歐以上），但互換性較差，非線性嚴(yán)重，測溫范圍只有-50300左右，大量用于家電和汽車用溫度檢測和控制。金屬熱電阻一般適用于-200500范圍內(nèi)的溫度測量，其特點(diǎn)是測量準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、性能可靠，在程控制中的應(yīng)用極其廣泛。2、熱電阻的信號連接方式

38、熱電阻是把溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值變化的一次元件，通常需要把電阻信號通過引線傳遞到計算機(jī)控制裝置或者其它一次儀表上。工業(yè)用熱電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，與控制室之間存在一定的距離，因此熱電阻的引線對測量結(jié)果會有較大的影響。 目前熱電阻的引線主要有三種方式二線制：在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線來引出電阻信號的方式叫二線制：這種引線方法很簡單，但由于連接導(dǎo)線必然存在引線電阻r，r大小與導(dǎo)線的材質(zhì)和長度的因素有關(guān)，因此這種引線方式只適用于測量精度較低的場合三線制：在熱電阻的根部的一端連接一根引線，另一端連接兩根引線的方式稱為三線制，這種方式通常與電橋配套使用，可以較好的消除引線電阻的影響，是工業(yè)過程控制中的最常用

39、的引線電阻。四線制：在熱電阻的根部兩端各連接兩根導(dǎo)線的方式稱為四線制，其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流i，把r轉(zhuǎn)換成電壓信號u，再通過另兩根引線把u引至二次儀表?？梢娺@種引線方式可完全消除引線的電阻影響，主要用于高精度的溫度檢測。 在本項目中熱電阻采用三線制接法。采用三線制是為了消除連接導(dǎo)線電阻引起的測量誤差。這是因為測量熱電阻的電路一般是不平衡電橋。熱電阻作為電橋的一個橋臂電阻，其連接導(dǎo)線（從熱電阻到中控室）也成為橋臂電阻的一部分，這一部分電阻是未知的且隨環(huán)境溫度變化，造成測量誤差。采用三線制，將導(dǎo)線一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣消除了導(dǎo)線線路

40、電阻帶來的測量誤差。在本項目中，選用的pt100的型號是wzp型鉑電阻，測量范圍是：-200650，采用三線制接法。3.4多通道rs-232驅(qū)動器/接收器收發(fā)器max3222，max3232，max3237和max3241配備專有的低漏失電壓發(fā)射器輸出狀態(tài)，通過雙電荷泵，在3.0v至5.5v供壓下，表現(xiàn)出真正的rs-232協(xié)議器件性能。這些器件只需4個0.1f的外部小電容，用于電荷泵。在保持rs-232協(xié)議輸出電平的前提下，max3222, max3232和max3241可確保120kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率；而max3237在普通操作模式下可確保250kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，在megabaud模

41、式下可確保1mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。max3222,max3232帶有2個接收器和2個驅(qū)動器。max3222的1a關(guān)斷模式特性，可有效降低功耗，并延長便攜式系統(tǒng)中電池的壽命。在關(guān)斷模式中，其接收器保持活動狀態(tài)，同時允許僅用1a的工作電流監(jiān)測外部設(shè)備，諸如：調(diào)制解調(diào)器。max3222,max3232在引腳，封裝和功能上各自兼容符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的max242,max232。在本項目中，選用的是max32323.5lm324四運(yùn)算放大器 lm324內(nèi)部包括有兩個獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償 的運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用, 也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓

42、無關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場合。 lm324的封裝形式為塑封14引線雙列直插式。特點(diǎn) 內(nèi)部頻率補(bǔ)償 直流電壓增益高(約100db) 單位增益頻帶寬(約1mhz) 電源電壓范圍寬：單電源(332v)； 雙電源(1.516v) 低功耗電流，適合于電池供電 低輸入偏流 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流 共模輸入電壓范圍寬，包括接地 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍 輸出電壓擺幅大(0至vcc-1.5v) 溫度漂移指標(biāo)：0.15ppm3.6穩(wěn)壓器穩(wěn)壓器由調(diào)壓電路、控制電路、等組成，當(dāng)輸入電壓或負(fù)載變化時，控制電路進(jìn)行取樣、比較、放大，通過自動調(diào)

43、整線圈匝數(shù)比，從而保持輸出電壓的穩(wěn)定。容量較大的穩(wěn)壓器，還采用電壓補(bǔ)償?shù)脑砉ぷ鳌?.6.1lm7805，lm7812用lm78/lm79系列三端穩(wěn)壓ic來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。該系列集成穩(wěn)壓ic型號中的lm78或lm79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如lm7806表示輸出電壓為正6v，lm7909表示輸出電壓為負(fù)9v。 因為三端固定集成穩(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經(jīng)常采用。 最大輸出電流1.5a，lm78xx系列輸出電壓分別為: 5v;6v;8v;9v;10v;12v;15v;18v;24v

44、 3.7系統(tǒng)元器件清單名 稱型 號封裝形式數(shù)量單片機(jī)stc12c5a60s2pdip-401個通信接口rs2321個多通道rs-232驅(qū)動器/接收器max3232dip-161個顯示器lcd1602dip-201個晶 振12m、1mmaxial0.42個移位寄存器dm74164ndip-141個運(yùn)算放大器lm324塑封14引線雙列直插式1個反相器74ls04dip-141個與門74ls08dip-142個三極管9012to92b4個igbtto-3p4個電阻排4.7k x8dip-162個電阻18個滑動變阻器10k1個瓷片電容30pf、0.1、0.7f7個電解電容10、100f4個4*4矩陣鍵

45、盤1個按鍵anjian1個溫度傳感器pt1001片電源1個半導(dǎo)體加熱片tec1-12712若干片穩(wěn)壓器lm7812，lm78052個二極管1n40074散熱器diy若干第四章：系統(tǒng)電路圖4.1pt100信號調(diào)整電路所謂信號調(diào)整，是指將傳感器輸出的非標(biāo)準(zhǔn)信號處理成標(biāo)準(zhǔn)信號。pt100隨溫度變化輸出的是電阻變化信號，該信號無法用單片機(jī)識別，因此要外加電路時電阻信號變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)信號。標(biāo)準(zhǔn)信號一般為0-5v的電壓信號、4-20ma的電流信號或1-10khz的頻率信號。本項目中使用的標(biāo)準(zhǔn)信號為0-5v的電壓信號，這樣就就可以跟stc12c5a60s2單片機(jī)的a/d轉(zhuǎn)換輸入口（p1.0口）連接進(jìn)行轉(zhuǎn)換了。 由

46、pt100構(gòu)成信號的獲取電路常用的方法有兩種，一種是構(gòu)成常見的電橋電路，另一種就是運(yùn)用恒流源電路，將恒流源通過溫度傳感器，溫度傳感器兩端的電壓即反映溫度的變化。在項目中，考慮到成本的問題，采用電橋電路，原理圖如圖4-1所示：圖4-1pt100信號調(diào)整原理圖4.2換向電路圖（輸出電路圖）由于在本項目中用的是半導(dǎo)體加熱制冷片對反應(yīng)釜進(jìn)行加熱和制冷的，而通過上面的分析，我們已經(jīng)知道半導(dǎo)體加熱制冷片的工作特性是：正電壓時加熱、負(fù)電壓時制冷。這就要求我們設(shè)計一個換向電路，來根據(jù)溫度的變化而改變半導(dǎo)體加熱制冷片上的電壓方向。現(xiàn)有兩種換向電路可供選擇，一種是h橋換向電路，另一種是半橋換向電路。其中，h橋換向

47、電路是利用4個功率管igbt所組成。其工作特點(diǎn)是：4個功率管igbt的柵極驅(qū)動電壓分為兩組。vt1和vt3同時導(dǎo)通和關(guān)斷；vt2和vt4同時導(dǎo)通和關(guān)斷。這樣只要控制兩組柵極的驅(qū)動電壓就可以控制電壓的方向了。而半橋換向電路時利用2個功率管igbt所組成。其工作特點(diǎn)是：在vt1加上正電壓和在vt2負(fù)電壓，當(dāng)vt1導(dǎo)通時，加熱制冷片上的電壓相對于接地來講是正向的，當(dāng)vt1截止vt2導(dǎo)通時，加熱制冷片上的電壓相對于接地來講是反向的。這種換向電路雖然只用到兩個igbt功率管，但是用到了正向和負(fù)向電壓，這就增加了設(shè)備的成本和實現(xiàn)的難度。所以在本項目中所選用的是h橋換向電路。電路原理圖如圖4-2所示：圖4-

48、2換向電路原理圖4.3串口通訊接線圖每一個單片機(jī)都要與pc機(jī)之間進(jìn)行通訊，這就需要通訊接口和驅(qū)動器，在本項目中所用到的通訊接口型號是：rs-232，驅(qū)動器是max3232.原理圖如圖4-3所示：圖4-3串口通訊圖4.4電源電路圖為了保持采集信號的精度，本系統(tǒng)中只用到了+12v和+5v的電壓，所以我們搭建了一個電源電路，如圖4-4所示，以提供+12v和+5v的電壓。圖4-4電源電路圖電路中選用了一個帶中間插頭的變壓器將220v的電壓變?yōu)?0v左右，然后經(jīng)四個二極管整流，這里的二極管型號是1n4007。整流后用一個1000uf的電容進(jìn)行濾波，再經(jīng)過lm7812和lm7805穩(wěn)壓后即提供了+12v和

49、+5v的電壓。為了保證電源波紋較小，在電源與地之間又加了兩個0.1uf的電容。4.5lcd顯示電路4.5.1液晶顯示模塊的原理液晶屏上顯示的字碼是通過在方格（每個方格成為一個像素）中依次連接所得，拼湊成一個個字符，通過控制不同像素的通斷就可以顯示不同的字符或數(shù)字。每個字符占據(jù)8個方格的寬度，11個方格的高度，即11行8列，但是，并不是顯示一個字符一定要用11行8列，也可以是7行8列等。當(dāng)然，數(shù)字液晶顯屏不能夠顯示漢字，因為字符與漢字所占據(jù)的位數(shù)不同。在本項目中，對顯示的要求不是太大，只要顯示數(shù)字就可以了，所以選用的lcd顯示器型號為lcd1602。4.5.2 1602lcd主要技術(shù)參數(shù)顯示容量

50、：162個字符芯片工作電壓：4.5-5.5v工作電流：2.0ma（5.0v）模塊最佳工作電壓：5.0v字符尺寸：2.954.35（wh）mm4.5.3引腳功能說明1602lcd采用標(biāo)準(zhǔn)的14引腳（無背光）或16引腳（帶背光）接口，各引腳說明如下表：編號符號引腳說明編號符號引腳說明1vss電源地9d2數(shù)據(jù)2vdd電源正極10d3數(shù)據(jù)3vl液晶顯示偏壓11d4數(shù)據(jù)4rs數(shù)據(jù)/命令選擇12d5數(shù)據(jù)5r/w讀/寫選擇13d6數(shù)據(jù)6e使能信號14d7數(shù)據(jù)7d0數(shù)據(jù)15bla背光源正極8d1數(shù)據(jù)16blk背光源負(fù)極第1腳：vss為地電源第2腳：vdd接5v正電源第3腳：vl為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電

51、源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10k的電位器調(diào)整對比度。第4腳：rs為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：r/w為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)rs和r/w共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)rs為低電平r/w為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)rs為高電平r/w為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：e端為使能端，當(dāng)e端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第7-14腳：d0-d7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極。通過以上的介紹，所畫的lcd原理圖如圖4-5所示：圖4

52、-51602lcd顯示接線圖4.6鍵盤電路圖4.6.1矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)與原理該方式在按鍵連接較多的情況下會占用大量i/o口，在系統(tǒng)較龐大時無法接受的，因此在按鍵較多時可以考慮矩陣式鍵盤接法或采用專用的鍵盤接口芯片。矩陣式鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上，行線與列線分別連接到按鍵的兩端。4.6.2鍵盤的工作方式與獨(dú)立式鍵盤相類似，矩陣式鍵盤的掃描也有程序查詢方式和中斷處理方式兩種，在實際應(yīng)用中根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。一般cpu比較繁忙的場合應(yīng)采用中斷處理方式。程序查詢方式是利用cpu在完成其他工作的空閑，調(diào)用鍵盤掃描子程序，來處理按鍵輸入。鍵盤掃描程序一般應(yīng)具備下述4點(diǎn)功能。1、 判別鍵盤上有無鍵按下。其方法為列線輸出全為“0”，然后讀取行線的狀態(tài)，若行線為全“1”，則表明鍵盤無按下，若不全為“1”，則表明有鍵按下。2、 去除鍵的抖動。方法與獨(dú)立式鍵盤中采用的方法相同。3、 求按鍵位置。根據(jù)前面介紹的鍵盤掃描方法，逐行逐列進(jìn)行掃描，最后確定被按下