1、X X學(xué)院單片機(jī)原理與應(yīng)用課程論文課程論文題目基于單片機(jī)的空氣凈化機(jī)的設(shè)計(jì)院系名稱專業(yè)班級）計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)號）指導(dǎo)教師2018年5月 日一緒論1.引言空氣凈化器具有濾去塵埃、消除異味及有害氣體、雙重滅菌、釋放負(fù)離子等功能。它通過電機(jī)使室空氣循環(huán)流動，被污染的空氣通過機(jī)的空氣過濾器后將各種污染物清除或吸附，然后經(jīng)過裝在出風(fēng)口的負(fù)離子發(fā)生器，將空氣不斷電離，產(chǎn)生大量負(fù)離子，被微風(fēng)送出，形成負(fù)離子氣流，達(dá)到清潔、凈化空氣的目的。目前，國外空氣凈化器產(chǎn)品普遍采用的凈化技術(shù)主要有：紫外線凈化、光觸媒凈化、等離子體凈化、過濾凈化和接地的陽極板之問所形成的高壓電場通過時(shí)，由于陰極發(fā)生電暈放電、氣體被

2、電離，此時(shí)，帶負(fù)電的氣體離子，在電場力的作用下，向陽極板運(yùn)動，在運(yùn)動中與粉塵顆粒相碰，則使塵粒荷以負(fù)電，荷電后的塵粒在電場力的作用下，亦向陽極運(yùn)動，到達(dá)陽極后，放出所帶的電子，塵粒則沉積于陽極板上，從而得到凈化的氣體。該技術(shù)只對顆粒物等大粒子氣體有效果，主要用于除塵。圖1-1靜電除塵器的工作原理圖三硬件設(shè)計(jì)1.溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)顯示器鍵盤時(shí)鐘電路復(fù)位電路電源AT89S51單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換器放大電路外部控制電路傳感器采集信號圖3-1 主電路圖框圖2.信號采集電路的設(shè)計(jì)如圖3-2所示是設(shè)計(jì)中熱敏電阻測量原理電路，由電源、電阻電橋、運(yùn)放和輸出四部分組成。電源部分包括R4、R6、C1、U1B。R4

3、、R6為分壓電路，C1主要濾除Vcc中的紋波，U1B為LM324運(yùn)算放大器，工作于電壓更隨方式，其特點(diǎn)是輸入阻抗高、輸出阻抗低，為后級電橋提供穩(wěn)定的電流。電橋由R1、R2、R3、R13組成，當(dāng)外界溫度發(fā)生變化時(shí)，通過調(diào)節(jié)R13使電路產(chǎn)生補(bǔ)償電壓，屬于電位補(bǔ)償。運(yùn)放電路由R7、R8、R9、R10及U1A組成，這是一種靈敏度較高的電橋放大電路，放大倍數(shù)由R9/R8得到。輸出電阻由R4、R12、R14、D1組成，調(diào)節(jié)R14可以調(diào)整輸出電壓幅度。D1主要用于防止輸出負(fù)電壓，保護(hù)后級A/D電路。圖3-2信號采集電路3.復(fù)位電路如何進(jìn)行復(fù)位呢？只要在單片機(jī)的RST引腳上加上高電平，就可以了，復(fù)位時(shí)間不少于

4、5ms。為了達(dá)到這個要求，需要在外部設(shè)計(jì)復(fù)位電路。復(fù)位電路的實(shí)現(xiàn)可以用多種方法，但是從功能上一般分為兩種：一種是電源復(fù)位，即外部的復(fù)位電路在系統(tǒng)通上電源之后直接使單片機(jī)工作，單片機(jī)的起停通過電源控制。另一種方法是在復(fù)位電路中設(shè)計(jì)按鍵開關(guān)，通過按鍵開關(guān)觸發(fā)復(fù)位電平控制單片機(jī)的復(fù)位。從原理上說，一般采用高電復(fù)位電路。這種復(fù)位電路的工作原理是：通電時(shí)，電容兩端相當(dāng)于短路，于是RST引腳上為高電平，然后電源通過電阻對電容充電，RST端電壓慢慢下降，降到一定程序，即為低電平，單片機(jī)開始正常工作。圖3-3單片機(jī)的復(fù)位電路4.顯示與鍵盤電路的設(shè)計(jì)1）顯示選用的是共陰極七段碼LED數(shù)碼管顯示。圖3-4共陰極七

5、段碼LED數(shù)碼管芯片引腳在該設(shè)計(jì)中采用的LED數(shù)碼管用的是共陰極接法，其中LED的18號引腳分別接芯片74LS164的AH引腳，用LED數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示。圖3-5單片機(jī)的顯示和鍵盤連接圖2）用AT89S51單片機(jī)芯片串行口的方式0的輸出方式，在串行口外接移位寄存器74LS164，構(gòu)成鍵盤和顯示器接口，其硬件接口如圖3-5圖中只畫出三位LED靜態(tài)顯示和16個按鍵，根據(jù)需要可以擴(kuò)展）。采用靜態(tài)顯示，軟件設(shè)計(jì)比較簡單，節(jié)約CPU的資源。5.單片機(jī)的選擇1 AT89S5單片機(jī)芯片引腳功能說明1）主電源引腳Vss和Vcc Vss接地。 Vcc正常操作時(shí)為+5伏電源。圖3-6 AT89S51芯片引腳圖2

6、）控制或與其它電源復(fù)用引腳RST/VPD，ALE/PROG和EA/Vpp。 RST/VPD 當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳上出現(xiàn)兩個機(jī)器周期的高電平由低到高跳變），將使單片機(jī)復(fù)位。在Vcc掉電期間，此引腳可接上備用電源，由VPD向部提供備用電源，以保持部RAM中的數(shù)據(jù)。 ALE/PROG正常操作時(shí)ALE的功能是允許地址鎖存）提供并把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器，ALE引腳以不變的頻率振蕩器的頻率）周期性地發(fā)出正脈沖信號。因此，它可用作對外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。但要注意，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過一個ALE脈沖，ALE 端可以驅(qū)動吸收或輸出電流）八個LSTTL電路。對于EPROM型單片機(jī)，

7、在EPROM編程期間，此引腳接收編程脈沖功能）。外部程序存儲器讀選通信號輸出端，在從外部程序存儲取指令或數(shù)據(jù)）期間，在每個機(jī)器周期兩次有效。同樣可以驅(qū)動八LSTTL輸入。EA/Vpp為部程序存儲器和外部程序存儲器選擇端。當(dāng) EA/Vpp為高電平時(shí)，訪問部程序存儲器，當(dāng) EA/Vpp 為低電平時(shí)，則訪問外部程序存儲器。對于EPROM型單片機(jī)，在EPROM編程期間，此引腳上加EPROM編程電源12VVpp）。6.A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)1）A/D轉(zhuǎn)換器芯片ADC0809簡介。8路模擬信號的分時(shí)采集，片有8路模擬選通開關(guān)，以及相應(yīng)的通道抵制鎖存用譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s左右。ADC0809的引腳圖如

8、圖3-7所示。圖3-7ADC0809引腳圖圖中多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用一個A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟(jì)的多路數(shù)據(jù)采集方法。地址鎖存與譯碼電路完成 表3-1 通道選擇表CBA被選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7對A、B、C 3個地址位進(jìn)行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。 ADDBADDCADDAVCCGNDIN0IN4IN2IN6IN1IN7IN3IN5ALE8位模擬開關(guān)地址鎖存與譯碼EOCOEA/D轉(zhuǎn)換器DOD

9、1D2D3D4D7D6D5三態(tài)輸出鎖存緩沖器圖3-8ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)CLKSCTAR=+5V, Vref(-=-5V。3）、AT89S51單片機(jī)與ADC0809的接口電路連接主要涉及兩個問題。一是8路模擬信號通道的選擇，二是A/D轉(zhuǎn)換完成后轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送。如圖3-11所示模擬通道選擇信號A、B、C分別接最低三位地址A0、A1、A2即P0.0、P0.1、P0.2），而地址鎖存允許信號ALE由P2.0控制，則8路模擬通道的地址為0FEF8H0FEFFH.此外，通道地址選擇以作寫選通信號，這一部分電路連接如圖3-12所示。ALEAT89S51INTWRP2.0 RD&A0A7IN1IN2I

10、N3IN4IN5IN6IN7IN0CLK A B CD0 D7EOCADC0809STALEOE74LS373圖3-10 ADC0809與AT89S51的連接從圖中可以看到，把ALE信號與START信號接在一起了，這樣連接使得在信號的前沿寫入鎖存）通道地址，緊接著在其后沿就啟動轉(zhuǎn)換。啟動A/D轉(zhuǎn)換只需要一條MOVX指令。在此之前，要將P2.0清零并將最低三位與所選擇的通道好像對應(yīng)的口地址送入數(shù)據(jù)指針DPTR中。例如要選擇IN0通道時(shí)，可采用如下兩條指令，即可啟動A/D轉(zhuǎn)換：MOV DPTR , #FE00H ；送入0809的口地址MOVX DPTR , A ；啟動A/D轉(zhuǎn)換IN0）注意：此處的

11、A與A/D轉(zhuǎn)換無關(guān)，可為任意值。A0A1A2P2.0&ABCALESTART圖3-11 ADC0809的驅(qū)動ALESTARTA/D啟動地址鎖存寄存器清“0”圖3-12信號的時(shí)間配合7.控制電路及控制方法3-7-1設(shè)計(jì)中所選擇的控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法在設(shè)計(jì)中使用的是調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制燃料的進(jìn)給量，從而控制燃料產(chǎn)生的煙塵的溫度，使得靜電除塵器所在環(huán)境的溫度達(dá)到控制，從而可以使靜電除塵器在合適的溫度下工作，也提高了工作的效率。在設(shè)計(jì)中使用的電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的方法為轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速法。設(shè)計(jì)中的控制方法使用的是PID控制方法。3-7-2電機(jī)的調(diào)速方法1） 普通三相鼠籠式。這種電機(jī)只能通過變頻器改變電源頻率和

12、電壓調(diào)速。2） 三相繞線式電機(jī)，可以通過改變串接在轉(zhuǎn)子線圈上的電阻改變電機(jī)的機(jī)械特性達(dá)到調(diào)速的目的。這種方式常 用在吊車上。長時(shí)間工作大功率的繞線式電機(jī)調(diào)速不用電阻串接，因?yàn)殡娮钑拇罅康碾娔?。通常是串可控硅，通過控制可控硅的導(dǎo)通角控制電流。相當(dāng)于改變回路中的電阻達(dá)到同上效果 。轉(zhuǎn)子的電能經(jīng)可控硅組整流后，再逆變送回電網(wǎng)。這種方式稱為串級調(diào)速。配上好的調(diào)速控制柜，據(jù)說可以和直流電機(jī)調(diào)速相比美。3） 多極電機(jī)。這種電機(jī)有一組或多組繞組。通過改變接在接線合中的繞組引線接法，改變電機(jī)極數(shù)調(diào)速。最常見的4/2極電機(jī)用接。4） 三相整流子電機(jī)。這是一種很老式的調(diào)速電機(jī)，現(xiàn)在很用了。這種電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它

13、的轉(zhuǎn)子和直流電機(jī)轉(zhuǎn)子差不多，也有換向器，和電刷。通過機(jī)械機(jī)構(gòu)改變電刷相對位置，改變轉(zhuǎn)子組繞組的電動勢改變電流而調(diào)速。這種電機(jī)用的是三相流電，但是，嚴(yán)格上來說，其實(shí)它是直流機(jī)。原理是有點(diǎn)象串礪直流機(jī)。圖3-13 電機(jī)的調(diào)速電路,存放于R2中 MOV 29H,R2 。本次偏差ei(K送29H MOV R3,27H 。Ki送R3 LCALL SMUL 。求得Pi MOV 30H,R4 。Pi的高字節(jié)送30H MOV 31H,R5 。Pi的低字節(jié)送31H MOV R2,29H 。ei(K送R2 MOV R3,2AH 。上次偏差ei(K-1送R3 LCALL CPL1 LCALL SUM 。求得ei(K

14、-ei(K-1,存放于R2中 MOV R3,26H 。Kp送R3 LCALL SMUL 。求得Pp,高字節(jié)存R4，低字節(jié)存R5 MOV R2,30H 。Pi送R2R3 MOV R3,31H LCALL DSUM 。求得Pi+PP MOV 30H,R4 。結(jié)果高字節(jié)送30H MOV 31H,R5 。結(jié)果低字節(jié)送31H MOV R2,29H 。本次偏差ei(K送R2 MOV R3,2BH 。上上次偏差ei(K-2送R3 LCALL SUM 。求得ei(K+ei(K-2,存放于R2中 MOV R3,2AH 。上次偏差ei(K-1送R3 LCALL CPL1 。eiK-1取補(bǔ)碼 LCALL SUM 。

15、求得ei(K+ei(K-2-ei(K-1,存放于R2中 LCALL SUM 。求得ei(K+ei(K-2-2ei(K-1,存放于R2中 MOV R3,28H 。Kd送R3 LCALL SMUL 。求得Pd,高字節(jié)存R4，低字節(jié)存R5 MOV R2,30H 。取Pi+Pp MOV R3,31H LCALL DSUM 。求得Pi+Pp+Pd,高字節(jié)存R4，低字節(jié)存R5 MOV R2,2CH 。取上次計(jì)算的P(K-1 MOV R3,2DH LCALL DSUM 。求得本次P(K=Pi+Pp+Pd+P(K-1 MOV 2CH,R4 。結(jié)果高字節(jié)存2CH MOV 2DH,R5 。結(jié)果低字節(jié)送2DH MOV 2BH,2AH 。E(K-1送E(K-2 MOV 2AH,29H 。ei(K送e