电气课程设计 基于单片机消毒柜控制电路设计

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1、1 设计任务书2 基于单片机消毒柜控制电路设计22.1 系统的组成及工作原理22.1.1 系统设计要求2 22.1.2 系统组成框图 22.1.3 系统工作原理3 22.2 硬件电路设计2.2.1 方案论证 2.2.2 方案确定 2.2.3 单片机最小系统设计2.2.4 温度转换与放大电路2.2.5 数模转换电路2.2.6 温度控制电路2.2.7 显示模块 2.3 系统软件设计2.3.1 系统软件设计原理72.3.2 中断服务程序设计82.3.3 系统子程序设计错. 误 !未定义书签。3556111213错误 ! 未定义书签。1415162.4仿真结果与分析22参考文献 : 2627附录 3：

2、1 设计任务书1 .设计任务设计一台消毒柜控制系统2 . 设计要求(1) 显示消毒柜温度、保持时间；(2) 可以键盘设定消毒柜温度、定时时间；(3) 可以实现实时中断功能；(4) 消毒后自动关机；(5) 测温误差： 0.5：(6)定时误差：f 20 s/月。2基于单片机消毒柜控制电路设计2.1 系统的组成及工作原理2.1.1 系统设计要求2A.设置三个功能键：消毒、保温、停止；B.按下消毒键，加热装置进行加热，当温度达到125度时，停止加热，具加热的时间可通过键盘设定；C.按下保温键，在50度以下接通加热器，达到70度关闭，一直持续工作，其 加热的时间可通过键盘设定；D.按下停止键，就停止工作

3、；E.采用的是PT-100铝热电阻测温，A/D转换采用的是ADC0809;F.采用的是7279芯片管理键盘显示。1.1.2 系统组成框图电桥电路电压放大f A/D数码显示功能键盘单片机加热装置图2-1 系统组成框图1.1.3 系统工作原理3本次设计采用铝热电阻 PT-100温度传感器实现从温度到电阻值的转换，PT-100的温度每上升1度，其阻值就增大0.38欧姆，电桥将PT-100电阻值的变化转换成电压 变化、再经集成运放 TL084放大成0-5V的电压（值不会超过5V）,然后经ADC0809 转换成8位数字的信号送89C51单片机系统，89C51单片机对所采集的数据经滤波、 变换等处理后送入

4、7279显示模块中进行显示，从而完成对温度的采集。89C51单片机 再对键盘的扫描结果和即时温度值的处理，实现对温度的控制，系统设计了加热，保温，停止三键，按下加热功能键时，单片机控制加热器，开始进行加热，当温度到达 125度 时停止加热，按下保温键时，温度小于 50度，加热器开始加热，温度超过70度，停止加热，当按下停止键时,一切程序停止运作。在此基础上，设置了一个校时键，当按下校时键时，无论加热器加热与否，要到达设定的时间才停止工作。如此达到实验要求。完成实验。2.2 硬件电路设计2.2.1 方案论证方案一：本方案采用的是新型的温度传感器LM35 构成前端温度传感电路， LM35输出可以从

5、0度开始，该器件采用的是塑料封装 TO992,工作的电压430V。LM35 前端电路直接与ADC0809 温度采样电路相连接。 系统采用的是以 51 单片机为核心的微电脑控制，主要通过单片机启动 ADC0809 电路，对前端电路直接进行采样，得到采样的数字值由单片机将其经数学变换处理，转换成真正的温度值。键盘控制则采用的是以 HD7279 为核心的键盘显示电路，由它来控制消毒、保温、停止等功能， 并设置校时键， 随时设置当前工作状态和需要保持的时间。 7279 键盘显示电路带有 8 个数码管，用来显示当前系统工作情况，如倒计时时间，实时温度等。加热器与单片机用继电器来隔开，继电器用来智能控制消

6、毒柜的加热。本方案的特点是：前端温度电路直接采用 LM35 温度传感器，具有转换速度快，灵 敏度高的特点，但是测量精度不够，抗干扰性能差的，受工作环境因素的影响较大。方案一电路原理图如下所示:图2-2方案一电路原理图方案二：在此次实验中也可以采用铝热电阻温度传感器PT-100,由含铝热电阻PT-100为桥臂的电桥，过程中其温度的变化将引起 PT-100电阻值的改变，最终转变成电压的变化， 但电桥输出的电压最多只能有几十毫伏， 所以必须经 ICL7650 放大后才能输出05V的电压，达到实验所要求的电压，再经 ADC0809转换成8位数字信号送至单片机。单片机开发系统对所采集的数据经过滤波、变换

7、等处理后送到 7279进行显示，以实现对温度的测量。测量出即时温度值之后要进行的就是根据温度的值和 7279对键盘的扫描结果进行相应的处理，比如加热、保温、停止等，这些就需要靠软件程序来辅助完成，还要通过加热装置来进行相应的操作，从而完成此次设计的要求。加热器是由单片机控制，安全管理加热器的启动与停止，加热装置将单片机核心系统与加热器隔离，防止加热器的高温对系统造成损伤，起到了以小电流控制大电流而安全控制的作用。2.2.2 方案确定由于设计要求最高的温度需要达到了125，而LM35 系列传感器达不到要求的这个温度，而且价格也高。所以不采用这一方案。而在实验中已经采用过方案二，并且成功的测量出了

8、温度值，因此对用 PT-100 测温的性能及参数都比较了解，做起来也是得心应手，对整个电路如何调试，分析，工作原理都比较熟悉，就算是出现了什么问题也能很好的得到解决，所以我最终决定采用方案二。2.2.3 单片机最小系统设计主控机系统采用了 Atmel 公司的 89C51 单片机，它包含有128 字节数据存储器，内置 4K 的电可擦除FLASH ROM ，可以进行重复的编程，大小可以满足主控机软件系统设计，故不必再扩展程序存储器。复位电路和晶振电路是89C51 工作所需的最简的外围电路。单片机最小系统电路图如图 2-3 所示。89C51 的复位端是一个史密特触发输入， 高电平有效， 而系统中的时

9、钟接口和 CAN总线接口的复位信号都是低电平有效。在复位电路中，按一下复位开关就使在RS 端出现一段时间的高电平，经过74LS14 的一次反相整形，提供给单片机复位端。再经过一次反相整形，通过I/ORST 端提供给外部接口电路。外接12M 晶振和两个20P 电容组成系统的内部时钟电路。UI图2-3单片机最小系统电路图2.2.4 温度转换与放大电路温度转换与放大电路模块如图2-4所示，它主要由电桥电路和放大电路构成。本电 路主要采用的是以PT-100为核心的电桥电路，将当前温度的变化转换成电阻的变化， 从而造成电桥的不平衡，使得电桥输出在一定范围的微小且精确电压，再由放大电路对 这个微小电压进行

10、放大，放大之后才送到 ADC0809的IN0 口进行采样转换。4图2-4温度转换与放大电路电桥电路如图2-5中所示，电桥电路中采用的是 PT100铝热电阻作为一条桥臂,构成温度传感器，PT- 100铝热电阻是利用阻值随温度而变化的特性来测量温度，PT-100 的温度每上升1度，其阻值相应增大0.38欧姆，且在0c500c范围内的电阻温度曲 线的线性度都比较好。消毒柜要求的温度范围是0-130C之间，在这范围之内PT-100的线性度是最好的，它有很好的稳定性和测量精度，测温范围比较宽。5图2-5电桥电路铝热电阻与温度之间的关系近似线性关系如下：在一200C0c范围，温度为tC时的阻值Rt的表达式

11、为：R R01 At Bt2 A(t 100)t3(2-1)在温度为0c650c范围内：_ 2Rt R0(1 At Bt )(2-2)式中的分度常数为：A = 3.96847 10 3 ( 1/),B = 5.847 40 7 ( 1/C) , C = 422X10 12 ( 1 /C)R0是在0 c时阻值为100Q卜面列出柏热电阻在0c100c时的电阻值:0123456789oc100.0100.4100.8101.2101.6102.0102.3102.7103.1103.510103.9104.3104.7105.1105.5105.8106.2106.6107.0107.420107.

12、8108.2108.6109.0109.3109.7110.1110.5110.9111.330111.7112.1112.4112.8113.2113.6114.0114.4114.8115.240115.5115.9116.3116.7117.1117.5117.9118.2118.6119.050119.4119.8120.2120.5120.9121.3121.7122.1122.5122.960123.2123.6124.0124.4124.8125.2125.5125.9126.3126.770127.1127.5127.8128.2128.6129.0129.4129.7130.

13、1130.580130.9131.3131.7132.0132.4132.8133.2133.6133.9134.390134.7135.1135.5135.8136.2136.6137.0137.4137.7138.1100138.5电桥计算：U A c c VdDU BVDDR2 RR R0RtRU UA UB (JR JR)VdDR2 Rt R1 R0设 Ri R2Rtr0R( R0 为 100Q),/ R0 RR0 、/U () VddR1 % R R1poDD当T=0C时，Rt R0即R 0,电桥处于平衡表2-6钳热电阻与温度之间的关系表(2-3)(2-4)R0 R0U () V D

14、D 0R1 R0 Ri R0(2-5)R 7zuOJG5n*5CXKrX14DA7A小网KLYD)G2SO二，KMaFZK旗PPm;Usc8S3JQRI7 lOTtTCORIO 工8RH18R16RU .R)4 ICOFil M电路原理图经过详细的硬件调试和软件调试之后， 系统工作正常， 7279模块 8位数码管前三位实时显示当前温度在000-150 范围内，第四位显示“ - ”，后四位倒计时显示分和秒。按下“消毒键”时，系统接通加热器，点亮加热指示灯，当温度到达到 125度时，停止加热；按下“保温键”，当温度低于 50 度时，系统启动加热，当温度高于 70 度时，系统停止加热；按下“停止键”

15、时，系统回到初始状态。若按下“校时键”，输入 2 位数字后，再按“确认键”，则系统启动定时，倒计时显示当前时间，当时间走到 00.00 时，系统复位，停止消毒/ 保温。3 参考文献 :1 张友德：单片微型机原理、应用与实验，上海复旦大学出版社， 2000.11 ， P7-P212 陈黎娟、聂鹏程：单片微型计算机实验教程，南昌航空大学， 2006.2 ， P17-P323沈美明、温冬婵：IMB PG匚编语言程序设计，清华大学出版社，1991.6, P12-P224吴金戍、郭庭吉：89C5H1片机实践与应用，清华大学出版社，2002.9, P132-P1435 王福瑞：单片微机测控系统设计大全，北

16、京航空大学出版社， 1998.4 ， P7-P156 何立民：单片机应用技术选编，北京航空航天大学出版社， 2001， P18-P437 邬宽明：单片机外围器件实用手册，北京航空航天大学出版社， 1998， P56-P768 鲍健等：用单片机直接驱动液晶显示器，量子电子学报，2005.02 ， P32-P429 王春林：中国电子报第四版. 中国电子报社， 2006.2, P43-P54附录 3：源程序ORG 0000HLJMP MAIN_1 ORG 000BH LJMP INT_T0 MAIN_1:MOV SP,#67HMOV R7,#50HMOV R0,#20HM_0: CLR AMOV R

17、0,A INC R0DJNZ R7,M_0 ACALL CHUSHI MOV TMOD,#01H MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH MOV IE,#82H CLR P1.6CLR TR0MAIN_2:ACALL DIR_0 LCALL DIRLCALL HOT_NOT LCALL A_D LCALL KEYCJNE A,#0FFH,M_1SJMP MAIN_2M_1:CJNE A,#0AH,M_2M_2:JNC M_3ACALL SKEY SJMP MAIN_2M_3: CJNE A,#0AH,M_4ACALL MKEY_1 SJMP MAIN_2M_4: CJNE A,#

18、0BH,M_5ACALL MKEY_2 SJMP MAIN_2M_5: CJNE A,#0CH,M_6;主程序入口地址；跳入主程序;中断入口地址;跳入中断子程序;堆栈段地址；清工作单元；调用初始化子程序；定时器 T0；定时器赋初值；开中断；指示灯初始化；不启动定时；调显示处理子程序；调显示程序；调温度控制子程序；调采样子程序；调键盘扫描程序；判断是否有键按下,若有则跳M_1；跳转到 MAIN_20A 相等 ,不相则转M_2；键号大于0A 转 M_3；小于则调用数键处理程序；跳转到MAIN_2；判断键号是否与0A 相等 ,不等则转 M_4；调用定时键子程序；跳转至 MAIN_2；判断键号是否与0

19、B 相等 ,不等则转 M_5；相等则调用确定键子程序；跳转到MAIN_2；判断键号是否与0C 相等 ,不等则转M_6ACALL XIAODU SJMP MAIN_2 M_6: CJNE A,#0DH,M_7ACALL BAOWEN SJMP MAIN_2M_7: CJNE A,#0EH,M_8ACALL STOP M_8:SJMP MAIN_2A_D:MOV R0,#50HMOV R7,#0AHMOV DPTR,#0A000HLP7:MOVX DPTR,AMOV R6,#1EH DJNZ R6,$MOVX A,DPTR MOV R0,AINC R0DJNZ R7,LP7 ACALL FMAX

20、ACALL FMIN ACALL AVG MOV A,5AH MOV B,#100 MUL ABMOV A,B MOV 60H,A LCALL ER_SHI RETER_SHI: MOV A,60H MOV R0,#42H MOV R7,#3LP:MOV B,#0AHDIV ABXCH A,BMOV R0,A XCH A,BDEC R0DJNZ R7,LPRETFMAX: MOV R7,#09H MOV R0,#50HLP11: MOV A,R0；若相等则跳转到消毒子程序；跳转到MAIN_2；判断键号是否与0D 相等 ,不等则跳转到 M_7；若相等则调用保温子程序跳转到 MAIN_2；判断键号

21、是否与0E 相等 ,不等则转到M_8；调用停止子程序；跳转到MAIN_2；建立存放采样值单元首地址；采样次数； 0 通道地址；启动A/D 转换；延时120 微秒；采样；采样值放 R0 所指单元；修改地址；采样 10 次；调用去最大值子程序；调用去最小值子程序；调用求平均值子程序；滤波值存放于A 中；最高温度设为100 度； 0 到 100显示；采集的温度值存放于 A 中；二进制转化为十进制；返回；温度值送A；显缓区首地址；循环次数为 3； 10送寄存器 B;修改指针3次950H 为首的单元;取第一个数放A中INC R0 CLR C SUBB A,R0 JC DONE MOV A,R0 DEC

22、R0 XCH A,R0 INC R0 MOV R0,ADONE: DJNZ R7,LP11 RETFMIN: MOV R7,#08H MOV R0,#50HLP1:MOV A,R0INC R0CLR CSUBB A,R0 JNC DONE1 MOV A,R0 DEC R0XCH A,R0 INC R0MOV R0,ADONE1: DJNZ R7,LP1 RETAVG: MOV R7,#08H MOV R6,#03H MOV R0,#50H MOV R3,#00H MOV R4,#00HLP2:MOV A,R0ADD A,R4 MOV R4,A MOV A,R3 ADDC A,#00H MOV

23、R3,A INC R0DJNZ R7,LP2LP3:MOV A, R3RRC A MOV R3,A MOV A,R4 RRC A MOV R4,A;指向第二个数;泊进位标志1、 2 个数比较DONE;修改指针;交换;循环比较;子程序结束;去最小值程序;取数1 个数放入 A 中1;清借位1、 2 个数A 中数大，没借位转;大数放A中1;大数放A中1;记数值不为零，继续比较 ;求平均值子程序;取数;清存放和的单元1 个数1 个数放 R4 中4 中放和的底位;加进位R3 中1;记数器不为零，循环DJNZ R6,LP3MOV 5AH,R4 RETCHUSHI: CLR P1.0MOV R6,#0CH

24、DJNZ R6,$- 字符;查good字符;初始化定时单元;初始化加热指示灯MOV A,#0A4H ACALL STFS MOV R6,#2 DJNZ R6,$ SETB P1.0 MOV 43H,#0AH MOV 44H,#0BH MOV 45H,#0AH MOV 46H,#0DH MOV 47H,#0EH MOV 35H,#60H CLR P1.5RETDIR_0: JB 01H,D_1JNB 02H,D_1 CLR 02HMOV R0,#44H MOV A,35H ACALL A_R0 MOV A,31H ACALL A_R0D_1:RETA_R0 : MOV R2,A SWAP A A

25、NL A,#0FH MOV R0,A INC R0MOV A,R2ANL A,#0FH MOV R0,A INC R0 RETSKEY: JNB 01H,S_2MOV R0,22HMOV R0,AINC 22HMOV A,22HCJNE A,#46H,S_1S_1:JC S_2MOV 22H,#44HS_2:RETA 中放键值;指向下一个数码管STOP: CLR TR0CLR 03HCLR 04HCLR P1.5SETB P1.4CLR P1.6CLR P1.7MOV 44H,#0BHMOV 45H,#0AHMOV 46H,#0DHMOV 47H,#0EH RET;停止定时;停止加热;停止保温

26、;指示灯熄灭;加热膜停止加热goodMKEY_1:SETB TR0SETB 01H MOV 22H, #44H RETXIAODU:SETB 03HCLR 04HCLR P1.4SETB P1.5 SETB P1.7 RETBAOWEN: SETB 04HCLR 03HCLR 05HSETB P1.6 RETMKEY_2: JNB 01H,ML0MOV R0, #44HMOV A,R0 ANL A,#0FH SWAP A;键按下，执行消毒;保温键按下，执行保温;换区1111 则转LL01 则转LL2LL8AMOV R2, A INC R0 MOV A, R0 ANL A, #0FH ORL A

27、, R2 MOV 35H,A CLR 01H DEC 35HMOV 31H,#59H SETB TR0ML0:RETINT_T0: PUSH ACCPUSH PSWMOV PSW, #08H MOV TL0,#0B0HMOV TH0,#3CH INC 30HMOV A,30HCJNE A,#0AH,L2L2:JC L6SETB 02HMOV 30H,#00HMOV A,31HADD A,#99H DA AMOV 31H,AJNZ L6MOV 31H,#59H MOV A,35H ADD A,#99H DA AMOV 35H,AJNZ L6CLR 02H MOV 35H,#00H LCALL S

28、TOPL6:POP PSWPOP ACC RETIHOT_NOT: JB 03H,LL0 JB 04H,LL2 AJMP LL8LL0:MOV A,60HCJNE A,#50H,LL1LL1:JC LL 9SJMP LL7LL2:MOV A,60HCJNE A,#3CH,LL3LL3:JC LL4SETB P1.4CLR P1.5CLR 05HSJMP LL8LL4:MOV A,60HCJNE A,#28H,LL5LL5:JNC LL6CLR P1.4CLR 05HSETB P1.5SJMP LL8LL6:CLR 05HSJMP LL8LL7:CLR P1.5SETB P1.4SJMP LL8

29、LL9:CLR P1.4SETB P1.5LL8:RETKEY:ACALLKEY1CJNE A,#0FFH,LPP1CLR 00HRETLPP1:JB 00H,LPP2SETB 00HACALL KEYNUM RETLPP2:MOV A,#0FFHRET;读键值子程序KEY1: CLR P1.0MOV R6,#0CHDJNZ R6,$MOV A,#15HACALL STFS MOV R6,#6 DJNZ R6,$；温度值与80 度比较,不相等 LL1；小于则转LL9；跳转到 LL7；温度值送A；温度值与60 度比较,不相等转LL3；小于则转到 LL4;p1.4置1,不加热;p1.5置0,加热指

30、示灯熄灭；停止标志为 0；跳转到 LL8；温度值送A；温度值与40 度比较 ,不相等转LL5；温度大于40 转 LL6；小于则执行加热；加热指示灯点亮；跳转到 LL8;调用读键值子程序ACALL STJSSETB P1.0RETSTJS: MOV R7,#08HS_0:SETB P1.1SETB P1.2MOV R6,#02HDJNZ R6,$MOV C,P1.2RLC ACLR P1.1MOV R6,#1DJNZ R6,$DJNZ R7,S_0RET;根据键值求键号KEYNUM :MOV B,AMOV R2,#00HMOV R7,#0FHKEY_0:MOV A,R2ADD A,#0AHMOV

31、C A,A+PCCJNE A,B,KEY_1SJMP KEY_2KEY_1:INC R2DJNZ R7,KEY_0KEY_2:MOV A,R2RETTAB0: DB 1CH,1DH,1EH,1FH,14HDB 15H,16H,17H,0CH,0DHDB 0EH,0FH,04H,05H,06HSTFS:MOV R6,#50DJNZ R6,$MOV R7,#8ST_1:RLC AMOV P1.2,CSETB P1.1MOV R6,#2DJNZ R6,$CLR P1.1MOV R6,#2DJNZ R6,$DJNZ R7,ST_1RETDIR:MOV R5,#08HMOV R0,#40HMOV R1,

32、#97HDIR1: CLR P1.0MOV R6,#0C0HDJNZ R6,$MOV A,R1ACALL STFSMOV R6,#04HDJNZ R6,$CJNE R0,#45H,DIR2MOV A,R0ADD A,#1CHAJMP DIR3DIR2:MOV A,R0ADD A,#0DHDIR3:MOVC A,A+PCACALL STFSMOV R6,#02HDJNZ R6,$SETB P1.0INC R0DEC R1DJNZ R5,DIR1RETTAB:DB 7EH,30H,6DH,79H,33HDB 5BH,5FH,70H,7FH,7BHDB 01H,7BH,7EH,7EH,3DHDB 0FEH,0B0H,0EDH,0F9H,0B3H,0DBH,0DFH,0F0H,0FFH,0FBHDB 7EHEND