智能飲水機(jī)控制系統(tǒng)-畢業(yè)設(shè)計(jì)

智能飲水機(jī)控制系統(tǒng)學(xué)生：XXX指導(dǎo)教師：XXX內(nèi)容摘要：該系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜合電子技術(shù)理論，從生活實(shí)際出發(fā)，完善了飲水機(jī)的功能。設(shè)計(jì)方案中，主要采用AD590和光敏三極管作為檢測(cè)單元，并運(yùn)用了MC14433、74LS160等集成器件。整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能，即測(cè)溫?cái)?shù)顯和加熱次數(shù)自動(dòng)控制，包括檢測(cè)、A/D轉(zhuǎn)換〔計(jì)數(shù)〕、譯碼選通、繼電器控制等電路模塊單元。與傳統(tǒng)的飲水機(jī)相比，由于采用了自動(dòng)檢測(cè)和控制的電子設(shè)計(jì)技術(shù)，可較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫和水質(zhì)的測(cè)量和控制，具有較廣泛的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：檢測(cè)單元溫度傳感器AD590自動(dòng)控制繼電器IntelligentwatermachinecontrolsystemAbstract:Thesystemofdesignintegratedelectronictechnologytheory,fromtheactualconditionsoflife,improvingthefunctionofthedrinkingfountains.TheDesignprojectwiththemainuseofAD590andphototransistorasatestunithasstillusedtheMC14433,74LS160,suchasintegrateddevice.Thewholedesignsystemtriestoachievetwofunctions,namely,digitaltemperaturemeasurementandautomaticcontrolofthenumberofheating,includingdetection,A/Dconverter(Count),decodingstrobe,relaycontrolsuchcircuitmodules.Comparedwiththetraditionaldrinkingfountains,theuseofautomaticdetectionandcontrolofelectronicdesigntechnology,canbetterachievetherighttemperatureandwaterqualitymeasurementandcontrol,withawiderrangeofapplications.Keywords:DetectionUnitTemperatureSensorAD590AutomaticControlRela目錄前言11總體設(shè)計(jì)方案21.1設(shè)計(jì)方案一21.1.1方案一方框圖21.1.2方案論證21.2設(shè)計(jì)方案二31.2.1方案二方框圖31.2.2方案論證31.3方案比擬與選擇32單元模塊設(shè)計(jì)42.1直流穩(wěn)壓源電路42.2溫度檢測(cè)電路52.3A/D轉(zhuǎn)換及顯示電路62.4光敏檢測(cè)及計(jì)數(shù)電路72.4.1光敏三極管感應(yīng)電路72.4.2計(jì)數(shù)及繼電器控制電路83特殊器件介紹93.1雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器MC1443393.2溫度傳感器AD590113.3電磁繼電器123.4計(jì)數(shù)器74LS161134系統(tǒng)調(diào)試145系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù)156結(jié)束語(yǔ)15參考文獻(xiàn)17智能飲水機(jī)控制系統(tǒng)前言飲水機(jī)存在于現(xiàn)代每個(gè)家庭生活中，但是目前大局部的飲水機(jī)功能僅限于燒水功能，對(duì)現(xiàn)代人來(lái)說(shuō)，功能還是不完善或者說(shuō)存在一定的缺陷，比方對(duì)水溫沒(méi)有顯示裝置，對(duì)加熱次數(shù)沒(méi)有合理控制等，這些都與對(duì)健康水質(zhì)的追求相矛盾。為了解決以上問(wèn)題，我結(jié)合所學(xué)電子設(shè)計(jì)理論知識(shí)，設(shè)計(jì)了本套智能飲水機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)合了電子線路設(shè)計(jì)、數(shù)字電子技術(shù)、Protel仿真設(shè)計(jì)軟件等相關(guān)知識(shí)，考慮現(xiàn)實(shí)需要來(lái)完成的。主要實(shí)現(xiàn)的功能為對(duì)飲水機(jī)加熱后的水溫測(cè)量及其3位半的數(shù)字顯示和對(duì)飲用水加熱次數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制的功能。功能一可以通過(guò)熱敏電阻，經(jīng)過(guò)一些電路變換〔電橋電路〕，感應(yīng)出特定電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路變成相應(yīng)的溫度，直接3位半顯示器來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示；也可以通過(guò)集成溫度傳感器比方AD590，將感應(yīng)電流接入特定的A/D轉(zhuǎn)換電路，最后譯碼實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)顯功能。功能二的實(shí)現(xiàn)為利用飲水機(jī)加熱信號(hào)燈會(huì)的亮滅狀態(tài)，我們想利用這個(gè)特點(diǎn)和一個(gè)光敏器件結(jié)合，這樣就可以產(chǎn)生脈沖信號(hào)，輸入到計(jì)數(shù)器，根據(jù)設(shè)定的數(shù)值，讓相應(yīng)的計(jì)數(shù)器管腳作為輸出，再利用輸出的這個(gè)脈沖切斷主電路〔用到特定的繼電器〕；也可以利用飲水機(jī)內(nèi)部加熱電路的斷開(kāi)狀態(tài)來(lái)通過(guò)脈沖感應(yīng)出加熱次數(shù)，再利用脈沖實(shí)現(xiàn)控制。方案二的設(shè)計(jì)模塊中檢測(cè)電路、AD轉(zhuǎn)換電路、控制顯示電路，主要是檢測(cè)電路對(duì)整個(gè)功能實(shí)現(xiàn)影響較大，且A/D轉(zhuǎn)換電路需要放大電路的作用，導(dǎo)致整體誤差的擴(kuò)大，而控制顯示電路采用了單片機(jī)設(shè)計(jì)，不容易實(shí)現(xiàn)微型化。最后對(duì)兩種方案進(jìn)行protel99se軟件的仿真測(cè)試。通過(guò)驗(yàn)證比擬，方案一電路穩(wěn)定，顯示準(zhǔn)確，決定選取方案一作為最終的設(shè)計(jì)方案。1總體設(shè)計(jì)方案1.1設(shè)計(jì)方案一A/D轉(zhuǎn)換器MC14433電路1.1.1方案一方框圖A/D轉(zhuǎn)換器MC14433電路譯碼器CC4511譯碼器CC4511溫度傳感器AD5903位半LED顯示3位半LED顯示MC1413MC1413選通電路K繼電器控制電路脈沖傳達(dá)及控制電路計(jì)數(shù)器74LS161光敏三極管K繼電器控制電路脈沖傳達(dá)及控制電路計(jì)數(shù)器74LS161光敏三極管加熱電路加熱電路圖1-1方案一方框圖1.1.2方案論證該方案的設(shè)計(jì)流程方框圖如上所示，分兩塊功能電路。功能一電路采用AD590作為溫度檢測(cè)電路來(lái)檢測(cè)溫度，將傳感器的電流信號(hào)〔需轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)〕輸入到AD轉(zhuǎn)換器中，經(jīng)譯碼電路和選通電路最終實(shí)現(xiàn)3位半LED的數(shù)顯；功能二電路采用光感應(yīng)器件〔光敏三極管〕，將感應(yīng)脈沖送至74LS160計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器設(shè)定了一定的計(jì)數(shù)次數(shù)，當(dāng)?shù)竭_(dá)此次數(shù)時(shí)，發(fā)出一脈沖送至相應(yīng)控制電路中，進(jìn)而控制繼電器工作，實(shí)現(xiàn)切斷加熱電路。本方案運(yùn)用溫度傳感器AD590和光感應(yīng)器光敏三極管件作為檢測(cè)感應(yīng)器件，其中AD590的輸出是電流，在輸入到A\D轉(zhuǎn)換器中需要先轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。該方案整體上易于實(shí)現(xiàn)，采用了很多集成器件，使得整體電路結(jié)構(gòu)完整、清晰，各功能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。1.2設(shè)計(jì)方案二1方案二方框圖整形放大電路熱敏電阻整形放大電路熱敏電阻8051相關(guān)接口電路A/D轉(zhuǎn)換電路8051相關(guān)接口電路A/D轉(zhuǎn)換電路電橋定值電阻電橋定值電阻3位半數(shù)字顯示電路3位半數(shù)字顯示電路K繼電器控制電路脈沖傳達(dá)及控制電路內(nèi)部加熱電路感應(yīng)脈沖計(jì)數(shù)器74LS161K繼電器控制電路脈沖傳達(dá)及控制電路內(nèi)部加熱電路感應(yīng)脈沖計(jì)數(shù)器74LS161加熱電路加熱電路圖1-1方案二方框圖1方案論證該方案的設(shè)計(jì)電路流程圖如上面所示，比照方案一，該方案設(shè)計(jì)檢測(cè)電路由光敏電阻組成的電橋電路和感應(yīng)脈沖電路組成，實(shí)現(xiàn)原理也較為簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，但功能一電路誤差較大，增加整形放大電路的情況下，擴(kuò)大了誤差范圍，同時(shí)也不適用飲水機(jī)環(huán)境；功能二區(qū)別一方案一在于檢測(cè)電路采用了飲水機(jī)內(nèi)部加熱電路的開(kāi)關(guān)狀態(tài)原理，感應(yīng)出電路脈沖，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱次數(shù)的顯示與控制。1.3方案比擬與選擇兩種方案比擬，在功能一方面，方案一運(yùn)用了AD590溫度傳感器作為檢測(cè)電路器件，方案二運(yùn)用熱敏電阻構(gòu)成的電橋電路作為檢測(cè)電路，雖然兩種方案均能實(shí)現(xiàn)溫度的數(shù)顯和控制，但方案二電路檢測(cè)誤差較大，且一定程度上不適用于飲水機(jī)系統(tǒng)中。而方案一采用AD590的集成溫度傳感器作為熱檢測(cè)電路，這種檢測(cè)方法靈敏度高，線性度好，適用測(cè)溫范圍較飲水機(jī)系統(tǒng)適宜。功能二方面，方案一采用光感應(yīng)器件光敏三極管作為脈沖計(jì)數(shù)來(lái)源，且存在一定的誤差，方案二采用內(nèi)部加熱電路的開(kāi)關(guān)狀態(tài)作為脈沖來(lái)源，穩(wěn)定性較好，不易受外界影響，但是實(shí)現(xiàn)不方便。方案二的設(shè)計(jì)模塊中檢測(cè)電路、AD轉(zhuǎn)換電路、控制顯示電路，主要是檢測(cè)電路對(duì)整個(gè)功能實(shí)現(xiàn)影響較大，且A/D轉(zhuǎn)換電路需要放大電路的作用，導(dǎo)致整體誤差的擴(kuò)大，而控制顯示電路采用了單片機(jī)設(shè)計(jì)，不容易實(shí)現(xiàn)微型化。最后對(duì)兩種方案進(jìn)行protel99se軟件的仿真測(cè)試，通過(guò)驗(yàn)證比擬，方案一電路穩(wěn)定，顯示準(zhǔn)確，決定選取方案一作為最終的設(shè)計(jì)方案。2單元模塊設(shè)計(jì)2.1直流穩(wěn)壓源電路該直流穩(wěn)壓源電路實(shí)現(xiàn)是+5V的電壓輸出，原理圖如下所示：圖2.1-1直流穩(wěn)壓源電路圖在連接電路中，需要在變壓器的副邊接入保險(xiǎn)絲FU，以防電路短路損壞變壓器或其它器件，其額定電流要略大于Iomax，選FU的熔斷電流為1A。整個(gè)電源電路結(jié)構(gòu)形式為220V電壓經(jīng)過(guò)變壓器輸入橋式整流電路中，而后經(jīng)幾個(gè)極性電容濾波接入到可調(diào)式三端穩(wěn)壓器CW317輸入端，穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)電路。R1和RP1組成電壓輸出調(diào)節(jié)電路，輸出電壓Vo≈1.25(1+RP1/R1)(2.1)Ω的滑動(dòng)變阻器。電容C2與RP1并聯(lián)組成濾波電路，以減少輸出的紋波電壓，二極管VD的作用是防止輸出端與地短路，損壞穩(wěn)壓器，起到保護(hù)穩(wěn)壓管的作用。相關(guān)主要元器件選擇及數(shù)量下表2.1-1。表2.1-1主要元器件選擇及數(shù)量表編號(hào)名稱規(guī)格數(shù)量CW317可調(diào)式穩(wěn)壓器FU保險(xiǎn)絲1A〔Iomax〕1C1、C2極性電容2200Uf/25V2D5二極管IN414812.2溫度檢測(cè)電路在飲水機(jī)系統(tǒng)溫度檢測(cè)電路中，運(yùn)用AD590溫度傳感器構(gòu)成T~V變換電路，如下列圖2.2-1所示：圖2.2-1溫度檢測(cè)電路圖如下圖，電位器R2用于調(diào)整零點(diǎn)，R4用于調(diào)整運(yùn)放LF355的增益。調(diào)整方法如下：在0℃時(shí)調(diào)整R2，使輸出VO=0，然后在100℃時(shí)調(diào)整R4使VO=100mV。如此反復(fù)調(diào)整屢次，直至0℃時(shí)，VO=0mV，100℃時(shí)VO=100mV為止。最后在飲水機(jī)水溫下進(jìn)行校驗(yàn)，例如，假設(shè)水溫為25℃，那么VO應(yīng)為25mV。冰水混合物是0℃環(huán)境，沸水為100℃環(huán)境。要使電路中的輸出為200mV/℃，可通過(guò)增大反應(yīng)電阻〔圖中反應(yīng)電阻由R3與電位器R4串聯(lián)而成〕來(lái)實(shí)現(xiàn)。MC1403是高精度集成穩(wěn)壓器，可以提供輸出可調(diào)的基準(zhǔn)電壓。本模塊電路中用到的是電流型AD590，采用集成運(yùn)算放大器LF355構(gòu)成的電路實(shí)現(xiàn)電壓的輸出，同時(shí)增加了電路的精度和可靠性。溫度檢測(cè)電路中用到的主要電子器件和數(shù)量如表2.2-1。表2.2-1檢測(cè)電路中的主要電子器件及數(shù)量表編號(hào)名稱規(guī)格數(shù)量AD590溫度傳感器-55℃～150℃1LF355運(yùn)算放大器K(200V/Mv)1R2、R4滑動(dòng)變阻器2K、100K2MC1403基準(zhǔn)電壓源V12.3A/D轉(zhuǎn)換及顯示電路采用MC14433、CD4511、MC1413等集成器件，電路連接圖如圖2.3-1所示：圖2.3-1A/D轉(zhuǎn)換及顯示電路圖如圖2.3-1所示的電路為3位半溫度顯示電路，其中，MC14433為集成電路驅(qū)動(dòng)器，它含有7個(gè)反向驅(qū)動(dòng)單元，各單元采用達(dá)林頓晶體管電路。因?yàn)镸C14433的DS1~DS4為高電平有效，經(jīng)MC1413反相后，正好與4只共陰極LED的千位、百位、十位及個(gè)位的陰極有效相連。當(dāng)MC14433在每次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，EOC端輸出一個(gè)脈寬為Tcp/2的正脈沖，該正脈沖過(guò)后，就在DS1~DS4端依次輸出脈寬為18Tcp的位選通正脈沖，其中，Tcp為時(shí)鐘脈沖周期。當(dāng)DS1輸出正脈沖時(shí)，Q3、Q2和Q0輸出的最高位數(shù)據(jù)0或1用來(lái)表示超量程、欠量程和極性標(biāo)志等等。當(dāng)Q3=1時(shí)，最高位顯示0表示欠量程，Q3=0時(shí)最高位顯示1表示超量程；Q2表示被測(cè)電壓極性，即Q2=1極性為正，Q2=0極性為負(fù)，這時(shí)+5V電壓通過(guò)電阻Rm使“-”號(hào)點(diǎn)亮；Q0表示量程，即Q0=說(shuō)明輸入電壓在正常范圍內(nèi)，Q0=1表示在正常范圍之外。Rm和Rh分別是負(fù)極性和小數(shù)點(diǎn)顯示的限流電阻。在DS1輸出位選通正脈沖后，DS2、DS3和DS4輸出的正脈沖使Q3~Q0端輸出相應(yīng)的BCD碼數(shù)據(jù)。CD4511為7段譯碼驅(qū)動(dòng)器，當(dāng)輸入電壓過(guò)載時(shí)，OR=1，控制CC4511的滅燈端BI，使顯示燈熄滅。MC14433提供輸出可調(diào)的基準(zhǔn)電壓Vref，當(dāng)基準(zhǔn)電壓為2V或200mV時(shí)，滿量程分別為1.999V或199.9mV。優(yōu)點(diǎn)為具有自動(dòng)校零和自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換功能。MC14433的時(shí)鐘頻率fcp與CP0、CP1兩端所接電阻Rc值有關(guān)。當(dāng)Rc=470KΩ時(shí)，fcp=66KHz；當(dāng)Rc=750KΩ時(shí)，fcp=50KHz，每個(gè)A/D轉(zhuǎn)換周期約需16400個(gè)時(shí)鐘脈沖，假設(shè)時(shí)鐘頻率fcp=66KHz是，由式T=N/fcp=4N/fosc可得一次A/D轉(zhuǎn)換所需時(shí)間為T=0.25s，那么測(cè)量速度為4次/s。積分元件R1C1的取值可由下式估算：R1C△Vc1(2.3-1)式中，△Vc1=VDD-Vimax-0.5V,T1=4000/fcp,4000為信號(hào)積分階段所需時(shí)鐘脈沖數(shù)。電路中用到的相關(guān)主要電子器件表2.3-1。表2.3-1主要電子器件表編號(hào)名稱規(guī)格數(shù)量MC14433雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器8mW1LED共陰極數(shù)碼管--4CD45117段譯碼驅(qū)動(dòng)器3~18V12.4光敏檢測(cè)及計(jì)數(shù)電路2.4.1光敏三極管感應(yīng)電路為顯示飲水機(jī)加熱次數(shù)，需要檢測(cè)加熱電路開(kāi)關(guān)狀態(tài)次數(shù)，運(yùn)用光敏三極管作為感應(yīng)器件，將感應(yīng)到的脈沖送到后續(xù)電路中，從而實(shí)現(xiàn)加熱次數(shù)的顯示，光敏感應(yīng)電路如下所示：圖2光敏三極管感應(yīng)電路2計(jì)數(shù)及繼電器控制電路該電路為功能二實(shí)現(xiàn)的核心電路，運(yùn)用74LS161及繼電器等主要器件，電路圖如下所示：圖2.4.2-1計(jì)數(shù)及繼電器控制電路圖2-1為計(jì)數(shù)及繼電器控制電路，它由74LS161及繼電器、二極管等組成?？梢赃@樣測(cè)試電路效果，當(dāng)接通電源時(shí)，用手擋住VT2光敏三極管的光線，其內(nèi)阻增大，使VT3集電極為高電位。這樣使VT4，VT5復(fù)合管飽和導(dǎo)通，VD2發(fā)光二極管發(fā)光變亮，同時(shí)電流流過(guò)繼電器線圈，產(chǎn)生磁場(chǎng)，開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)吸合接通到另一邊，切斷了~220VD電壓的供給；反之，假設(shè)不用手擋住VT2，光敏三極管內(nèi)阻較小，VT3基極為高電位，使VT3導(dǎo)通，其集電極為低電位，這樣VT4、VT5復(fù)合管截止，發(fā)光二極管VD2不亮，繼電器線圈中也沒(méi)有電流通過(guò)，繼電器不工作，開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)繼續(xù)保持220V接頭上電路中VD1為繼電器的保護(hù)二極管。當(dāng)VT4、VT5復(fù)合管從導(dǎo)通突然轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂箷r(shí)，繼電器線圈中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較大的反電動(dòng)勢(shì)，反電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的脈動(dòng)電流，給VD1放電，使繼電器線圈不受損壞，從而到達(dá)保護(hù)繼電器的作用。外接晶體采用12.000MHz和兩個(gè)30pH的電容組成，電容C3和C4構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反應(yīng)回路中。3特殊器件介紹3.1雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器MC14433MC14433是單片集成3位半A/D轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-1所示：圖3-1MC14433原理框圖MC14433屬于雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器，其中集成了雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器所有的CMOS模擬電路和數(shù)字電路。具有外接元件少，輸入阻抗高，功耗低，電源電壓范圍寬，精度高等特點(diǎn)，并且具有自動(dòng)校零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能，只要外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個(gè)完整的A/D轉(zhuǎn)換器。MC14433采用字位動(dòng)態(tài)掃描BCD碼輸出方式，即千、百、十、個(gè)位BCD碼分時(shí)在Q0—Q3輪流輸出，同時(shí)在DS1—DS4端輸出同步字位選通脈沖，很方便實(shí)現(xiàn)LED的動(dòng)態(tài)顯示，且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。MC14433只有24個(gè)引腳，引腳排列如圖3-1其中VDD和VEE分別接+5V和－5V，它的主要引腳功能見(jiàn)表3-1。表3-1主要引腳功能表端名功能Pin1(VAG)模擬地，為高阻輸入端，被測(cè)電壓和基準(zhǔn)電壓的接入地Pin2(VR)基準(zhǔn)電壓，此引腳為外接基準(zhǔn)電壓的輸入端Pin3(Vx)被測(cè)電壓的輸入端Pin4-Pin6(R1/C1，C1)外接積分元件端Pin7、Pin8(C01、C02)外接失調(diào)補(bǔ)償電容端Pin9(DU)更新顯示控制端Pin10、Pin11(CLK1、CLK0)時(shí)鐘外接元件端Pin12(VEE)負(fù)電源端Pin13(Vss)數(shù)字電路的負(fù)電源引腳Pin14(EOC)轉(zhuǎn)換周期結(jié)束標(biāo)志位Pin15(OR)過(guò)量程標(biāo)志位，當(dāng)|Vx|>VREF時(shí)，OR輸出為低電平Pin16、17、18、19(DS4、DS3、DS2、DS1)多路選通脈沖輸出端Pin20、21、22、23(Q0、Q1、Q2、Q3)BCD碼數(shù)據(jù)輸出端圖3-1MC14433引腳圖MC14433在DS1輸出位選通正脈沖后，DS2、DS3和DS4輸出的正脈沖使Q3～Q0端輸出相應(yīng)的BCD碼數(shù)據(jù)。DS1～DS4分別表示千、百、十、個(gè)位選通角，表3-1即為MC14433千位BCD碼標(biāo)志意義，如表所示：表3-1MC14433千位BCD碼標(biāo)志意義表MC14433千位BCD碼標(biāo)志意義MSD編碼內(nèi)容Q3Q2Q1Q0BCD7段數(shù)碼顯示+01110不顯示-01010+0UR1111-0UR1011+111004-1(僅顯示"b"和"c"段)-100000-1(僅顯示"b"和"c"段)+1OR01117-1(僅顯示"b"和"c"段)-1OR00113-1(僅顯示"b"和"c"段)3.2溫度傳感器AD590AD590為一種集成溫度傳感器，是一種半導(dǎo)體的單片集成兩端感溫電流源，它是利用晶體管的b-e結(jié)壓降的不飽和值VBE與熱力學(xué)溫度T和通過(guò)發(fā)射極電流I的下述關(guān)系Vbe=KIT*lnI/q(3.2)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè)。式中，K—波爾茲常數(shù)；q—電子電荷絕對(duì)值。集成溫度傳感器具有線性好、精度適中、靈敏度高、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。集成溫度傳感器的輸出形式分為電壓輸出和電流輸出兩種。電壓輸出型的靈敏度一般為10mV/K，溫度0℃時(shí)輸出為0，溫度25℃時(shí)輸出2.982V。電流輸出型的靈敏度一般為1mA/K，本設(shè)計(jì)采用電流型。在被測(cè)溫度一定時(shí)，AD590相當(dāng)于一個(gè)恒流源，把它和5～30V的直流電源相連，并在輸出端串接一個(gè)1kΩ的恒值電阻，那么，此電阻上流過(guò)的電流將和被測(cè)溫度成正比，此時(shí)電阻兩端將會(huì)有1mV/K的電壓信號(hào)。其根本電路如圖3-1所示。圖3-1AD590根本電路原理框圖圖3-1是利用ΔUbe特性的集成PN結(jié)傳感器的感溫局部核心電路。其中T1、T2起恒流作用，可用于使左右兩支路的集電極電流I1和I2相等；T3、T4是感溫用的晶體管，兩個(gè)管的材質(zhì)和工藝完全相同，但T3實(shí)質(zhì)上是由n個(gè)晶體管并聯(lián)而成，因而其結(jié)面積是T4的n倍。T3和T4的發(fā)射結(jié)電壓UBE3和UBE4經(jīng)反極性串聯(lián)后加在電阻R上，所以R上端電壓為ΔUBE。對(duì)于AD590，n＝8，這樣，電路的總電流將與熱力學(xué)溫度T成正比，將此電流引至負(fù)載電阻RL上便可得到與T成正比的輸出電壓。由于利用了恒流特性，所以輸出信號(hào)不受電源電壓和導(dǎo)線電阻的影響。圖3中的電阻R是在硅板上形成的薄膜電阻，該電阻修正了其電阻值，因而在基準(zhǔn)溫度下可得到1μA/K的I值。3.3電磁繼電器繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)〔又稱輸入回路〕和被控制系統(tǒng)〔又稱輸出回路〕，通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。繼電器電路如圖3-1所示：圖3-1繼電器電路本設(shè)計(jì)方案采用電磁式繼電器，該繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)〔常開(kāi)觸點(diǎn)〕吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)〔常閉觸點(diǎn)〕吸合。這樣吸合、釋放，從而到達(dá)了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開(kāi)、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開(kāi)觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。3.4計(jì)數(shù)器74LS16174161是4位二進(jìn)制同步加計(jì)數(shù)器。圖3-1為74LS161引腳圖，如下所示：圖3-174LS161引腳圖圖中RD是異步清零端，LD是預(yù)置數(shù)控制端，A、B、C、D是預(yù)置數(shù)據(jù)輸入端，EP和ET是計(jì)數(shù)使能端即控制端，ROC是進(jìn)位輸出端，它的設(shè)置為多片集成計(jì)數(shù)器的級(jí)聯(lián)提供了方便。表3-1為74161的功能表。在本設(shè)計(jì)方案中，74161作為計(jì)數(shù)器，對(duì)光敏檢測(cè)電路傳來(lái)的脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)，由于才有4位二進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，當(dāng)脈沖數(shù)到達(dá)16時(shí)，74161TC端輸出一進(jìn)位信號(hào)，即為一個(gè)上升沿脈沖，作為后續(xù)繼電器電路的控制信號(hào)。表3-174161的功能表清零RD預(yù)置LD使能EPET時(shí)鐘CP預(yù)置數(shù)據(jù)輸入ABCD輸出QAQBQCQDL××××××××LLLLHL××ABCDABCDHHL××××××保持HH×L×××××保持HHHH××××計(jì)數(shù)4系統(tǒng)調(diào)試本課程設(shè)計(jì)是緊貼實(shí)際的理論運(yùn)用設(shè)計(jì)。系統(tǒng)調(diào)試作為其中最為重要的一環(huán)，是檢測(cè)設(shè)計(jì)是否到達(dá)設(shè)計(jì)要求的重要依據(jù)。本設(shè)計(jì)調(diào)試主要是仿真電路和實(shí)物電路的理論的調(diào)試，即Protel99軟件對(duì)電路的測(cè)試。功能一溫度數(shù)顯電路調(diào)試，電路圖參考總圖附錄。接通電源，VDD=+5V，VEE=-5V，Vss接地，測(cè)量零電壓，使輸入電壓Vi與VAG短接，3位半數(shù)顯LED電路應(yīng)為0000;接著測(cè)量基準(zhǔn)電壓，調(diào)整電位器RP使VREF的電壓為VREF=1.999V。用示波器觀測(cè)MC14433CP0腳的時(shí)鐘脈沖的波形，并根據(jù)頻率計(jì)算出測(cè)量的速度。對(duì)于穩(wěn)壓源的輸入，Vi=1.990V，電壓表應(yīng)顯示1.990V，并用示波器觀察C1腳波形。交換輸入電壓Vi的極性，重復(fù)上面步驟，電壓表顯示負(fù)壓1.990V。最后，用示波器觀測(cè)MC14433的位選通信號(hào)DS1～DS4的波形，再觀測(cè)到EOC端的正脈沖。依照上面測(cè)試步驟，知道電路中存在電阻不夠匹配，出現(xiàn)不能正確顯示。功能二繼電器控制電路按照理論計(jì)算出各電阻、運(yùn)算放大器等參數(shù)，根本到達(dá)設(shè)計(jì)要求。只要按照設(shè)計(jì)電路的正確接法，均可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示和繼電器控制的功能，當(dāng)然模擬轉(zhuǎn)換的精度和誤差再所難免，然而通過(guò)軟件的調(diào)試可以到達(dá)最正確的穩(wěn)定狀態(tài)，更好地實(shí)現(xiàn)電路功能。調(diào)試中注意到，設(shè)計(jì)電路與飲水機(jī)內(nèi)部加熱電路的電氣性能匹配問(wèn)題很重要，還有就是74161的進(jìn)位信號(hào)為上升沿脈沖，而后續(xù)設(shè)計(jì)的控制電路在上升沿脈沖時(shí)繼電器不工作，故需要在EOC輸出端加反相器，從而實(shí)現(xiàn)脈沖控制的加熱電路切斷。5系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù)△Vc1、Vbe=KIT*lnI/q等公式計(jì)算，算出了各電路器件的參數(shù)值；再經(jīng)過(guò)系統(tǒng)調(diào)試和測(cè)試，得到各模塊電路的指標(biāo)參數(shù)：直流穩(wěn)壓源電路將220V~交流電壓輸入下，能夠得到滿足要求的+5V輸出電壓；轉(zhuǎn)換電路中，對(duì)Vi輸入某一模擬電壓例如2.0V，可以看到超量程端顯示，輸入0.8VD電壓時(shí)，能夠得到3位半LED顯示器上0.799V電壓顯示，根本實(shí)現(xiàn)了顯示測(cè)量功能,我們還是通過(guò)理論上的計(jì)算即公式V0=1.25(1+RP/R1)計(jì)算出輸出電壓+5V時(shí)需要的電阻參數(shù)。通過(guò)屢次測(cè)量區(qū)平均值的方法，我們可以得到了設(shè)備的精度參數(shù)。在加熱次數(shù)控制電路模塊中，通過(guò)理論上的計(jì)算得到AD590分壓電阻1K。這個(gè)設(shè)計(jì)中需要計(jì)算的量不是很多，MC14433、CD4511、MC1413及相關(guān)接口電路中參數(shù)的選擇在前面已經(jīng)提到過(guò)，此外，在數(shù)字電壓顯示局部，我們仿照了參考書(shū)中相應(yīng)模塊，借鑒了相應(yīng)的書(shū)籍資料數(shù)據(jù)，進(jìn)行測(cè)試和調(diào)節(jié)，看所測(cè)的參數(shù)穩(wěn)定，根本穩(wěn)定滿足設(shè)計(jì)要求。6結(jié)束語(yǔ)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)的練習(xí)，我收獲很多，不僅提高了自己在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用方面的實(shí)踐技能，也樹(shù)立了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)，更培養(yǎng)自己綜合運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，這是一次深刻的自我實(shí)踐課程的練習(xí)，在電路設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、整理資料等環(huán)節(jié)中，我們都碰到了很多的問(wèn)題，在這一過(guò)程中我們通過(guò)不斷的學(xué)習(xí)、查資料、請(qǐng)教老師同學(xué)等方式逐步又解決了問(wèn)題,同時(shí)，在這一提出問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程中，懂得了如何去學(xué)習(xí)去運(yùn)用。我的這次課程設(shè)計(jì)是第一次將理論知識(shí)運(yùn)用到具體實(shí)踐的學(xué)習(xí)，感觸很深，在開(kāi)始的時(shí)候往往沒(méi)有頭緒，不知如何下手，通過(guò)老實(shí)得值、同學(xué)的幫助，進(jìn)步很大，主要有如下幾方面的提高：首先，初步掌握了數(shù)字邏輯電路分析和設(shè)計(jì)的根本方法，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和指標(biāo)，初選電路，通過(guò)調(diào)查研究，設(shè)計(jì)計(jì)算，確定電路方案；選測(cè)元器件，連接仿真電路，獨(dú)立進(jìn)行測(cè)試，并通過(guò)調(diào)試改良方案，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果