1、基于TRIZ理論的反應(yīng)堆溫度控制摘要近年來，計算機技術(shù)發(fā)展迅速，已達(dá)到較為成熟的階段。基于單片機的溫度控制系統(tǒng)越來越多，因為單片機具有體積小、編程簡單、成本低等優(yōu)點。目前，溫度的采集技術(shù)也取得了長足的發(fā)展。現(xiàn)在溫度變送器主要有兩種，一種是熱電偶溫度變送器，另一種是熱電阻溫度變送器。在本項目中，我們使用了 PT100 鉑電阻溫度變送器。因為溫控系統(tǒng)的溫差比較小，所以熱電阻溫度變送器的測量精度會更高。該項目的設(shè)計主題是加熱和冷卻反應(yīng)器中的反應(yīng)物。我們使用一種新型的加熱和冷卻系統(tǒng)：半導(dǎo)體加熱和冷卻片。這種方法取代了使用蒸汽加熱和冷卻水的傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)。具有控制過程簡單、成本低的優(yōu)點。本文設(shè)計的溫度控制

2、系統(tǒng)包括單片機系統(tǒng)、溫度測量系統(tǒng)、溫度輸入與顯示、半導(dǎo)體制冷機的電源驅(qū)動。測溫系統(tǒng)是指通過PT100溫度傳感器讀取系統(tǒng)當(dāng)前溫度，并通過溫度采集電路對PT100輸出的信號進(jìn)行放大、設(shè)定后致給單片機。單片機是整個溫度控制的中央處理器，溫度控制算法在單片機中運行。將測得的當(dāng)前溫度值輸入單片機，再通過PID控制算法的運算，進(jìn)行脈寬調(diào)制，輸出PWM控制量。單片機的PWM輸出可以通過半導(dǎo)體加熱冷卻芯片的電源驅(qū)動電路驅(qū)動半導(dǎo)體加熱冷卻芯片工作。關(guān)鍵詞: 單片機, 加熱冷卻, 溫度變送器, 卸料釜,脈寬調(diào)制目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc358288043 摘要 PAGE

3、REF _Toc358288043 h 二 HYPERLINK l _Toc358288044 第一章：項目研究的背景和意義 PAGEREF _Toc358288044 h 1 HYPERLINK l _Toc358288045 1.1背景 PAGEREF _Toc358288045 h 1 HYPERLINK l _Toc358288046 1.2含義 PAGEREF _Toc358288046 h 1 HYPERLINK l _Toc358288047 第 2 章：使用 PAGEREF _Toc358288047 h TRIZ 2分析系統(tǒng) HYPERLINK l _Toc358288048

4、 2.1項目要求 PAGEREF _Toc358288048 h 2 HYPERLINK l _Toc358288049 2.2控制要求 PAGEREF _Toc358288049 h 2 HYPERLINK l _Toc358288050 2.3項目描述： PAGEREF _Toc358288050 h 2 HYPERLINK l _Toc358288051 2.3.1 SMART原則： PAGEREF _Toc358288051 h 2 HYPERLINK l _Toc358288052 2.4問題描述： PAGEREF _Toc358288052 h 2 HYPERLINK l _Toc

5、358288053 2.5矛盾分析 PAGEREF _Toc358288053 h 3 HYPERLINK l _Toc358288054 2.5.1物理矛盾 PAGEREF _Toc358288054 h 3 HYPERLINK l _Toc358288055 2.6三種方案優(yōu)缺點對比 PAGEREF _Toc358288055 h 5 HYPERLINK l _Toc358288056 2.7物場分析 PAGEREF _Toc358288056 h 6 HYPERLINK l _Toc358288057 2.8總結(jié)： PAGEREF _Toc358288057 h 9 HYPERLINK

6、l _Toc358288058 第 3 章：系統(tǒng)硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc358288058 h 10 HYPERLINK l _Toc358288059 3.1 MCU PAGEREF _Toc358288059 h 10的選擇 HYPERLINK l _Toc358288060 3.1.1 STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機 PAGEREF _Toc358288060 h 10 HYPERLINK l _Toc358288061 3.1.2主要業(yè)績 PAGEREF _Toc358288061 h 11 HYPERLINK l _Toc358288062 3.2半導(dǎo)體加

7、熱和冷卻片 PAGEREF _Toc358288062 h 12 HYPERLINK l _Toc358288063 3.2.1工作原理 PAGEREF _Toc358288063 h 12 HYPERLINK l _Toc358288064 3.2.2塞貝克效應(yīng) PAGEREF _Toc358288064 h 12 HYPERLINK l _Toc358288065 3.2.3珀耳帖效應(yīng) PAGEREF _Toc358288065 h 13 HYPERLINK l _Toc358288066 3.2.4湯姆遜效應(yīng) PAGEREF _Toc358288066 h 13 HYPERLINK l

8、_Toc358288067 3.2.5 TEC1-12712性能參數(shù) PAGEREF _Toc358288067 h 14 HYPERLINK l _Toc358288068 3.2.6 DIY PAGEREF _Toc358288068 h 15 HYPERLINK l _Toc358288069 3.3溫度變送器選型： PAGEREF _Toc358288069 h 15 HYPERLINK l _Toc358288070 3.3.1PT100熱電阻溫度傳感器。 PAGEREF _Toc358288070 h 15 HYPERLINK l _Toc358288071 3.4多通道RS-23

9、2驅(qū)動器/接收器 PAGEREF _Toc358288071 h 16 HYPERLINK l _Toc358288072 3.5LM324四路運算放大器 PAGEREF _Toc358288072 h 17 HYPERLINK l _Toc358288073 3.6監(jiān)管機構(gòu) PAGEREF _Toc358288073 h 17 HYPERLINK l _Toc358288074 3.6.1LM7805 、 LM7812 PAGEREF _Toc358288074 h 18 HYPERLINK l _Toc358288075 3.7系統(tǒng)組件清單 PAGEREF _Toc358288075 h

10、18 HYPERLINK l _Toc358288076 第 4 章：系統(tǒng)電路圖 PAGEREF _Toc358288076 h 20 HYPERLINK l _Toc358288077 4.1 PT100信號調(diào)整電路 PAGEREF _Toc358288077 h 20 HYPERLINK l _Toc358288078 4.2換向電路圖（輸出電路圖） PAGEREF _Toc358288078 h 20 HYPERLINK l _Toc358288079 4.3串行通訊接線圖 PAGEREF _Toc358288079 h 21 HYPERLINK l _Toc358288080 4.4電

11、源電路圖 PAGEREF _Toc358288080 h 22 HYPERLINK l _Toc358288081 4.5LCD顯示電路 PAGEREF _Toc358288081 h 22 HYPERLINK l _Toc358288082 4.5.1液晶顯示模組原理 PAGEREF _Toc358288082 h 22 HYPERLINK l _Toc358288083 4.5.2 1602LCD主要技術(shù)參數(shù) PAGEREF _Toc358288083 h 23 HYPERLINK l _Toc358288084 4.5.3引腳功能說明 PAGEREF _Toc358288084 h 23

12、 HYPERLINK l _Toc358288085 4.6鍵盤電路圖 PAGEREF _Toc358288085 h 25 HYPERLINK l _Toc358288086 4.6.1矩陣鍵盤的結(jié)構(gòu)與原理 PAGEREF _Toc358288086 h 25 HYPERLINK l _Toc358288087 4.6.2鍵盤的工作原理 PAGEREF _Toc358288087 h 25 HYPERLINK l _Toc358288088 4.7系統(tǒng)一般電路圖 PAGEREF _Toc358288088 h 26 HYPERLINK l _Toc358288089 第 5 章：系統(tǒng)軟件設(shè)計

13、 PAGEREF _Toc358288089 h 27 HYPERLINK l _Toc358288090 5.1LCD顯示程序： PAGEREF _Toc358288090 h 27 HYPERLINK l _Toc358288091 5.2鍵盤程序： PAGEREF _Toc358288091 h 28 HYPERLINK l _Toc358288092 5.3 A/D轉(zhuǎn)換程序： PAGEREF _Toc358288092 h 31 HYPERLINK l _Toc358288093 5.4主程序 PAGEREF _Toc358288093 h 32 HYPERLINK l _Toc358

14、288094 第 6 章：總結(jié) PAGEREF _Toc358288094 h 36 HYPERLINK l _Toc358288095 至 PAGEREF _Toc358288095 h 37 HYPERLINK l _Toc358288096 參考文獻(xiàn)： PAGEREF _Toc358288096 h 38第一章：研究背景及意義1.1 背景在精細(xì)化工中，反應(yīng)釜是常用的反應(yīng)容器，溫度是主要控制量，是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。反應(yīng)釜利用導(dǎo)熱介質(zhì)通過反應(yīng)釜夾套使釜內(nèi)物料升溫，攪拌機的攪拌使物料均勻，提高導(dǎo)熱速度，使物料溫度均勻。反應(yīng)器中的混合物在反應(yīng)開始時需要一定的溫度，所以需要加熱，但溫度不能太

15、高。許多物質(zhì)的反應(yīng)是放熱的，所以溫度會不斷升高，需要冷藏。所以本課題是設(shè)計一個自動控制系統(tǒng)來控制反應(yīng)器內(nèi)物質(zhì)的反應(yīng)溫度。這是目前應(yīng)用較多的一種控制系統(tǒng)，具有良好的發(fā)展前景。1.2 意義本課題的設(shè)計基于基于單片機的反應(yīng)器溫度控制，對電子應(yīng)用的技術(shù)要求相當(dāng)高。換句話說，該系統(tǒng)往往是一個微控制系統(tǒng)。如果這項技術(shù)成熟，可以替代傳統(tǒng)的溫控系統(tǒng)，將大大簡化工藝，降低成本。房屋交易會有很多巨大的潛力。因此，我們想通過這個畢業(yè)設(shè)計，對電子應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行研究。第 2 章：使用 TRIZ 分析系統(tǒng)2.1 項目要求本項目將反應(yīng)器的容積設(shè)定為100L反應(yīng)物的容量，60L基于單片機控制溫度。所需費用不超過1萬元，工藝盡量

16、簡單，不污染環(huán)境，加熱時間不超過30分鐘。本項目應(yīng)遵循以下問題解決標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)一、目的是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn) 2. 費用是否可以接受？2.2 控制要求：反應(yīng)釜內(nèi)溫度控制在60 70，低于60 2.3 項目說明：2.3.1SMART原則：S：在30分鐘內(nèi)將反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物的溫度控制在 60M：溫度可測；A：溫度控制在一個圓圈是現(xiàn)實的，所以有反應(yīng)的空間。如果控制在一個固定值，它是不可能實現(xiàn)的。R：這與實現(xiàn)這個目標(biāo)有什么關(guān)系？控制器的精度？加熱和冷卻的方式？溫度傳熱效率？T：設(shè)計時間不到1-2個月。2.4 問題描述：該系統(tǒng)控制反應(yīng)器中反應(yīng)物的溫度。如果溫度不夠，反應(yīng)將不完全或無法反應(yīng)。如果溫度過高，會產(chǎn)生其他物質(zhì)

17、，甚至?xí)茐姆磻?yīng)物。因此，反應(yīng)器內(nèi)的溫度不能超過高度，不能過低，應(yīng)在要求的范圍內(nèi)。問題是如何將溫度控制在所需的范圍內(nèi)？2.5 矛盾分析物理矛盾 PC（物理矛盾） - 指定的子系統(tǒng)（組件/操作）必須具有 A 屬性才能執(zhí)行必要的功能，以滿足具有非 A 或反 A 屬性的問題的條件。2.5.1身體矛盾在這個項目中，溫度不能太低或太高，所以需要加熱和冷卻。加熱和冷卻是一組物理矛盾。下面討論如何解決這個矛盾。Setp1 ：定義物理矛盾反應(yīng)器需要加熱，但需要冷藏。 （參數(shù)：17溫度）Setp2 : 參數(shù)是否在時間/空間上交叉不，試試時間或空間分離的方法可以，試試系統(tǒng)級分離法第三步：三個方向（系統(tǒng)級）參數(shù)轉(zhuǎn)換

18、的可能性？將加熱和冷卻轉(zhuǎn)換為超級系統(tǒng)；加熱和冷卻轉(zhuǎn)化為子系統(tǒng)；加熱和冷卻轉(zhuǎn)換為逆系統(tǒng)；下面進(jìn)一步分析系統(tǒng)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的加熱方式：將加熱和冷卻轉(zhuǎn)換為超級系統(tǒng)加熱蒸汽加熱，水冷卻先從加熱說起：如果用蒸汽加熱，我們首先要解決的問題就是加熱蒸汽的來源。也就是說，必須使用鍋爐來產(chǎn)生蒸汽。如果是這樣，那么將需要鍋爐和燃料的成本。首先是鍋爐和鍋爐的問題：目前市場上的價格在3000元左右。而且，在鍋爐的加熱運行中，需要對氣泡液面壓力、爐膛溫度、出口蒸汽流量、壓力等諸多參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測；給水流量等。這意味著必須使用大量的測控儀器，這無疑增加了工藝成本和工藝復(fù)雜性。燃料問題：當(dāng)今工業(yè)鍋爐加熱最常用的燃料是煤和燃料油。兩種

19、燃料都是不可再生資源，也有價格方面的考慮。此外，燃燒這些燃料還會產(chǎn)生二氧化硫、一氧化碳等有害氣體，對環(huán)境造成一定的污染。接下來是系統(tǒng)的冷卻問題：經(jīng)調(diào)查，最常用的冷卻方式是使用“冷卻水”進(jìn)行冷卻。在這里，我們可以選擇普通的水作為冷卻劑，這樣可以節(jié)省工藝和成本。最后，還有一個問題需要考慮：如何輸送加熱蒸汽和冷卻水，如何在加熱和冷卻之間切換？蒸汽和冷卻水如何輸送的問題：用管道輸送，但必須有自動控制裝置，保證蒸汽和冷卻水的穩(wěn)定流動。如何切換制熱和制冷：其實只要在控制器中設(shè)置好參數(shù)，例如：溫度低于60 ，控制器就會發(fā)出指令，70 打開蒸汽閥，關(guān)閉冷卻水閥；60 評價：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)1，本方法可行；但根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)2

20、，這種方法是不可行的，因為這種方法成本太高，工藝太復(fù)雜。(B) 加熱和冷卻到子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換電加熱、冷卻水冷卻一般用電加熱的人都會想到用電阻絲加熱，需要解決電能的問題。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前電阻絲系統(tǒng)使用的電壓一般為220V。所以還是拿來比較好。制冷操作與（A）方向相同，此處不再贅述。該方案由于采用電加熱，比第一種方案簡單，成本也會降低。但加熱速度不如蒸汽加熱快。評價：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)1，本方法可行；根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)2，這種方法是不可行的。因為制冷過程在里面，成本還是會超出規(guī)定范圍。(C) 加熱和冷卻轉(zhuǎn)換為反向系統(tǒng)電加熱和冷卻已在方案 2 中分析的電加熱是可以實現(xiàn)的。但是如何用電來降溫呢？說到電制冷，我們應(yīng)該馬上想到冰

21、箱和空調(diào)的原理。冰箱使用電來冷卻。它的工作原理是：從低于環(huán)境溫度的物體中吸取熱量并將其傳遞到環(huán)境介質(zhì)中的過程稱為制冷。我們可以使用冰箱的制冷方式來冷卻反應(yīng)堆。但是，雖然加熱和制冷都用電，但它們?nèi)匀粚儆趦蓚€獨立的電路。加熱和冷卻可以在一個回路中實現(xiàn)嗎？要解決這個問題，首先要解決一個疑問：一個電路怎么會有兩種工作狀態(tài)？我們都知道電源有正負(fù)極之分，電源輸出的電壓也是有方向的，所以我們只要改變電源電壓的方向，就有可能出現(xiàn)不同的狀態(tài)。下一步是找出當(dāng)施加不同方向的電壓時，哪些物質(zhì)具有不同的工作狀態(tài)。當(dāng)然最好是加不同方向的電壓，有加熱和冷卻的效果。有這樣的事嗎？還是特定的電路？利用所學(xué)知識發(fā)現(xiàn)，半導(dǎo)體對電壓

22、響應(yīng)的要求很高，半導(dǎo)體有塞貝克效應(yīng)、珀耳帖效應(yīng)和湯姆遜效應(yīng)。而這些效應(yīng)就是半導(dǎo)體的加熱和冷卻原理。即半導(dǎo)體在給定不同方向的電壓時會產(chǎn)生加熱和冷卻的效果，所以一開始提出的問題是可以實現(xiàn)的。但是，半導(dǎo)體加熱和冷卻技術(shù)還處于成長階段，技術(shù)還不是太成熟，功率也比較低。那么如何解決加熱功率低的問題呢？經(jīng)過查詢，現(xiàn)在有一種半導(dǎo)體加熱和冷卻片，它是根據(jù)半導(dǎo)體加熱和冷卻的原理制成的。隨著不同方向的電壓的增加，它的加熱和冷卻表面將被替換。每個個體的體型都不是很大，功率是一定的，所以我們可以利用聚少的原則來增加加熱功率。也就是說，盡可能多地使用加熱器。但是，使用多少取決于工藝要求。但是，根據(jù)節(jié)能原理，又出現(xiàn)了一個

23、新的問題：半導(dǎo)體加熱冷卻片在制冷時，其另一面的熱量應(yīng)該如何散去？如果熱量不及時散去，半導(dǎo)體加熱器就會被燒毀，所以必須解決這個問題。這里我們選擇一個散熱器給它散熱，而且散熱器的價格也不是很貴，所以總成本還是在工藝要求的范圍內(nèi)。現(xiàn)在還有一個問題需要解決：這個項目需要多少半導(dǎo)體加熱和冷卻芯片？問題解決：現(xiàn)在我們假設(shè)反應(yīng)器中的物料是水，根據(jù)工藝要求，進(jìn)行如下計算：經(jīng)查：水密度= 1.0Kg/m 3 ，比熱容C=4.2KJ（kg*k）。被加熱的水的初始溫度為室溫（ 20），水的體積 V = 60L=0.06M水上升需要吸收的熱量：1Q=CMT=CVT=4.21.010 3 0.06=252KJ=2520

24、00 J加熱墊來提高水1t= = =2191S=37min水上升40t=3740=1460 分鐘由于該過程需要在30分鐘內(nèi)完成加熱，所以總共：146030=49件我們使用的115W冷暖片單價108元，散熱片20元。所以總成本為：49(108+20)=6272元評價方案3：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)1，本方法可行。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn) 2，這種方法是可行的，因為這種方法的總體成本相對較低。2.6 三種方案優(yōu)缺點對比選項一選項二第三個解決方案優(yōu)勢最適合加熱和冷卻加熱和冷卻也不錯成本低、工藝簡單、容易獲得能源缺點成本高、工藝復(fù)雜成本高加熱和冷卻功率相對較低。所以最好的解決方案：用半導(dǎo)體加熱和冷卻片加熱和冷卻2.7 物場分析“參數(shù)

25、性”不明顯，矛盾矩陣表無法有效發(fā)揮作用。此時，雖然看不到矛盾，但問題依然存在，可以解決。這時，技術(shù)系統(tǒng)問題的“結(jié)構(gòu)特性”更加明顯，材料-場分析法比較合適。對象場分析法通過建立系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化的問題模型正確地描述系統(tǒng)的問題，用符號語言清晰地表達(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)成要素和相互關(guān)系。構(gòu)成要素。在這個項目中，有兩種物質(zhì)：反應(yīng)器（S1）和半導(dǎo)體加熱和冷卻片（S2）；一種物質(zhì)場：熱場（F）。根據(jù)三者之間的關(guān)系，建立如下對象場模型：FFS1S2現(xiàn)在我們要解決兩個問題，首先是如何利用好這個熱場，即如何提高溫度傳遞的效率。第二個問題是當(dāng)半導(dǎo)體被冷藏時，它的另一面是熱的。如果背面溫度過高，會嚴(yán)

26、重影響散熱效率，甚至影響整個系統(tǒng)的工作。這就需要我們時不時地把這些熱量散發(fā)出去。如何散熱？下面我們分別分析解決以上兩個問題：問題一：如何提高傳熱效率？解決問題的最終目標(biāo)：熱源得到充分利用最終理想方案：熱源利用率最大化實現(xiàn)最終理想解決方案的障礙：反應(yīng)器的傳熱效率和系統(tǒng)的溫度損失。解決方案：找到所有可用的材料和能源方案一：是否可以提高反應(yīng)器材料的導(dǎo)熱性？方案二：是否可以增加傳熱面積？方案三：冷熱物質(zhì)的溫差可以加大嗎？方案4：是否可以在反應(yīng)器周圍加保溫層，以減少加熱器的溫度損失？選項5：是否可以添加攪拌？讓我們分析問題并找到最佳解決方案：解決方案一：我們都知道導(dǎo)熱系數(shù)是物質(zhì)的一種性質(zhì)，特定物質(zhì)的導(dǎo)熱

27、系數(shù)是固定不變的。所以在這里，我們可以選擇由高導(dǎo)熱材料制成的反應(yīng)器。首先，讓我們找到現(xiàn)在由導(dǎo)熱率最高的材料制成的反應(yīng)器。我們都知道金屬的熱導(dǎo)率是所有物質(zhì)中最大的，所以我們可以直接從金屬反應(yīng)器入手。首先，我們找到了幾種常用金屬的導(dǎo)熱系數(shù)，如下表所示：材料鋁銅黃銅銅帶領(lǐng)鋼不銹鋼鑄鐵銀鎳導(dǎo)熱系數(shù)w/(m*k)2046593383354517459041188顯然，在這些金屬中，銀的導(dǎo)熱率最高，但考慮到成本，顯然銀材料制成的電抗器相當(dāng)昂貴，因此并不適用。銅和鋁的導(dǎo)熱系數(shù)都很大，而且差別不是很大，所以我們可以從這兩種金屬中進(jìn)行選擇。然而，目前還沒有由銅和鋁材料制成的反應(yīng)器。這意味著這兩種材料都不可用，只

28、能選擇。黃銅、銅、鉛、鑄鐵和鎳沒有相應(yīng)的反應(yīng)器。現(xiàn)在只剩下不銹鋼了。經(jīng)詢價，目前不銹鋼反應(yīng)釜價格為3600元。相對來說，是可以接受的。最后，選擇了不銹鋼反應(yīng)器。評價方案一：按照“達(dá)到目的”的評價標(biāo)準(zhǔn)，這個方案是可行的：成本不是很高，傳熱效率目前比較好。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)器，但是一旦傳熱面積增加，就意味著成本增加，工藝復(fù)雜，所以這種方法并不是最理想的方法。評價方案二：根據(jù)“達(dá)到目的”，此方法可行；根據(jù)成本要求，該方案有待完善。解決方案3：我們都知道溫差是熱傳導(dǎo)的驅(qū)動力，溫差越大，驅(qū)動力越大。但是這種方法適合大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用，因為每種導(dǎo)熱液的飽和熱

29、量是一定的，如果要改變它，就必須改變一些參數(shù)，比如壓力。這樣會大大增加工藝難度，所以這種方法不適合。評估方案3：根據(jù)“成果目的”，該方案可行，但根據(jù)成本和工藝因素，該方案不可行。解決方案4：這里我們有兩種保溫方式可供選擇，一種是使用普通保溫材料，另一種是使用玻璃真空夾套進(jìn)行保溫。從成本和實現(xiàn)的角度來看，這兩種方法都可以使用，但從外觀和結(jié)構(gòu)的角度來看，使用玻璃真空夾套相對更好。所以最終決定使用玻璃真空夾套進(jìn)行保溫。評價方案4：根據(jù)“達(dá)到目的”，該方案可行；但根據(jù)成本要求，這種方案也是可行的。解決方案5：通過不斷攪拌反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)物，保證溫度傳遞均勻，這樣也可以達(dá)到改善的目的。但是這種方案需要增加

30、一個額外的攪拌器，并且攪拌器需要提供額外的動力，這樣會增加成本。評價方案5：根據(jù)“達(dá)到目的”，該方案可行；但是，根據(jù)成本要求，該方案需要改進(jìn)。例如，是否可以使用現(xiàn)有電源為混頻器供電，在本方案中，使用的電壓分別為+12V和+5V。這需要尋找低功率混音器。最終理想解決方案的確定：通過以上分析不難看出，沒有一個方案是相對獨立的，方案之間也沒有太大的限制。因此，我們可以將這些方案一起充分考慮和分析。在上面的分析中，我們已經(jīng)確定了選用不銹鋼材質(zhì)的反應(yīng)器，是根據(jù)導(dǎo)熱系數(shù)來選擇的。但是方案2、4、5確實可以提高傳熱效率，所以我們不能全面阻止方案1、方案2、方案4和方案5，但前提是在內(nèi)容范圍內(nèi)。看看你能不能得

31、到更好的結(jié)果。將方案1、2、4、5結(jié)合起來，最終的結(jié)果是采用了帶有玻璃真空絕熱夾套和混合器的不銹鋼反應(yīng)器，并盡可能擴大換熱面積。這是迄今為止最好的結(jié)果。問題2：如何散熱？經(jīng)過上面對對象場模型的分析，我們知道這個項目中有兩種物質(zhì)（S1，S2 ），但是當(dāng)S2對S1進(jìn)行制冷操作時，S1會產(chǎn)生有害影響，即熱能。因此，需要一種額外的物質(zhì)來分享這種熱能，這種物質(zhì)就是散熱器（S3）。改進(jìn)后的對象場模型如下：FFS3S2S12.8 總結(jié)：問題解決了，現(xiàn)在總結(jié)一下。根據(jù)以上分析，選擇最優(yōu)方案，總成本不到萬元。所需設(shè)備：1個單片機2個反應(yīng)堆3 半導(dǎo)體加熱和冷卻片4個溫度傳感器5 電源一共1萬元。第三章：系統(tǒng)硬件設(shè)

32、計3.1 單片機的選擇單片機的種類很多，所以要選擇一款合適的單片機確實不容易，有幾個方面需要考慮。在選擇單片機時，并不是單片機的功能越強、速度越快越好，還要考慮成本、開發(fā)方式、庫存情況等因素。一般遵循以下原則：考慮微控制器的速度；貯存;考慮 I/O 引腳的數(shù)量CAN接口；A/D轉(zhuǎn)換器；脈寬調(diào)制定時器；價格;包裹;工作溫度范圍；能量消耗;工作電壓范圍；暢通的供應(yīng)渠道；單片機編程環(huán)境；抗干擾性能好。在本項目中，由于模擬輸入（1路）和PWM輸出（1路），以及對工作溫度的要求比較高，我們選擇了STC 12C5A60S2/AD/PWM系列單片機。3.1.1STC 12C5A60S2/AD/PWM系列微控

33、制器STC 12C5A60S2/AD/PWM系列微控制器是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期（1T）微控制器。快 8-12 倍。該器件集成了MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（25K/S3.1.2主要業(yè)績(1) 高速：1個時鐘/機器周期，增強型8051核心，比普通8051快8到12倍(2) 寬電壓：5.53.3V、2.23.6V（STC12LE 5A60S2系列）(3) 增加第二個復(fù)位功能管腳（高可靠性復(fù)位，復(fù)位閾值電壓可調(diào)，頻率小于12MHz時，不需要此功能）(4)增加外接斷電檢測電路，斷電時可將數(shù)據(jù)保存在EEPROM中，正常運行時無需操作EEPROM(5) 低功耗設(shè)

34、計：空閑模式，（可被任何中斷喚醒）(6) 低功耗設(shè)計：掉電模式（可通過外部中斷喚醒），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：外部晶振或部分 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-byte Flash程序存儲器，擦寫次數(shù)10萬次以上(10) 1280 字節(jié)的片上 RAM 數(shù)據(jù)存儲器(11) 芯片EEPROM功能，擦寫次數(shù)超過10萬次(12) PWM（2通道）/PCA（可編程計數(shù)器陣列，2通道） 也可用作 2 路 D/A 也可以用來實現(xiàn)另外2個定

35、時器也可用于實現(xiàn)2個外部中斷（上升沿中斷/下降沿中斷可分別支持或同時支持(13) A/D轉(zhuǎn)換，共8通道，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定時器T0/T1，2個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 (WDT)(17) 高速SPI串行通訊口（18）全雙工異步串口（UART），兼容普通8051串口(19) 先進(jìn)的指令集結(jié)構(gòu)，兼容常用的8051指令集，具有硬件乘法/除法指令（20）通用I/O口（36/40/44），復(fù)位后：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通805

36、1傳統(tǒng)I/O口）可設(shè)置四種模式：準(zhǔn)雙向口/weak pull-up Pull，push-pull/strong pull-up，每個I/O口只有輸入/高阻，開漏驅(qū)動能力可以達(dá)到20mA，但整個芯片最大不能超過100mA .3.2 半導(dǎo)體加熱和冷卻片3.2.1工作原則半導(dǎo)體制冷也稱為熱電制冷或熱電制冷。具有熱電能量轉(zhuǎn)換特性的材料在通過直流電時具有冷卻功能，因此得名熱電制冷。總熱電效應(yīng)由同時發(fā)生的五種不同的效應(yīng)組成：塞貝克效應(yīng)、珀爾帖效應(yīng)、湯姆遜效應(yīng)、焦耳效應(yīng)和傅里葉效應(yīng)。3.2.2塞貝克效應(yīng)在由兩個不同導(dǎo)體組成的電路中，如果兩個接頭的溫度不同，電路中就會產(chǎn)生電動勢。這種電動勢稱為塞貝克電動勢或熱

37、電動勢（圖 1）。圖1 塞貝克效應(yīng)示意圖圖中U為熱電勢，其大小與兩節(jié)點間的溫差成正比，比例常數(shù)為塞貝克系數(shù)（又稱熱電力率），其值為 ab = U/T其中T是兩個結(jié)之間的溫差每種材料都有一個固定的塞貝克系數(shù)。如果用 a 和 b 來表示這兩種材料的塞貝克系數(shù)，那么由這兩種材料制成的熱電偶的塞貝克系數(shù)為： ab =| a b |3.2.3珀耳帖效應(yīng)當(dāng)直流電通過連接不同導(dǎo)體形成的回路時，在連接處會發(fā)生吸熱或放熱。這種現(xiàn)象稱為珀爾帖效應(yīng)。因為半導(dǎo)體的珀爾帖效應(yīng)比金屬強，所以用半導(dǎo)體制成的元件可以達(dá)到更好的冷卻效果（圖2）。圖2 半導(dǎo)體制冷示意圖N型元素的載流子是電子，P型元素的載流子是空穴。當(dāng)熱電偶的N

38、型元件接直流電的正極，P型元件接負(fù)極時，N型元件中的電子在電場的作用下向下移動，并與下端電源的正電荷聚合，聚合時放熱，同P型元件中的空穴在電場的作用下向下移動，與電源的負(fù)電荷聚合低端供給，聚合時放熱；同時，電子和空穴在上端分離，在分離過程中吸收熱量。當(dāng)改變電流方向時，吸熱端變成放熱端，放熱端變成吸熱端。3.2.4湯姆遜效應(yīng)當(dāng)電流流經(jīng)具有溫度梯度的導(dǎo)體時，導(dǎo)體與周圍環(huán)境之間會發(fā)生能量交換（圖 3）。這種效果只涉及一種材料。圖3 湯姆遜效應(yīng)示意圖在該系統(tǒng)中，要求加熱和冷卻的功率盡可能大，工作溫度范圍( 0-80) 3.2.5TEC1-12712 性能參數(shù)(1) 尺寸：50*50* 4mm127 對

39、元件(2) 線材規(guī)格：引線長度 100 5mmRV 標(biāo)準(zhǔn)線單端5mm鍍錫(3) 部件電阻：1.01.3 （環(huán)境溫度 23 1, 1kHZ 交流測試） (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）冷卻功率：Qcmax 115W （8）裝配壓力：85N/cm2 （9）工作環(huán)境：溫度范圍-55 83（環(huán)境溫降過大直接影響制冷效率） （10）包裝工藝：標(biāo)準(zhǔn)704硅橡膠密封條左右（11）包裝標(biāo)準(zhǔn)：泡沫盒包裝，儲存條件環(huán)境溫度-10 403.2.6DIY散熱器：散熱系統(tǒng)主要傳導(dǎo)冷熱，0.16A散

40、熱風(fēng)扇的電源電壓為12V。一套散熱系統(tǒng)包括（散熱模組、導(dǎo)熱模組、散熱風(fēng)扇、風(fēng)扇罩及螺絲）。3.3 溫度變送器的選擇：工業(yè)上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。在這個項目中，需要的溫度來自20-80，顯然，溫差很小，需要遠(yuǎn)程傳輸溫度。雙金屬溫度計和玻璃管溫度計都適用于現(xiàn)場顯示溫度計，因此不適合在本項目中使用。 RTD3.3.1PT100 RTD 溫度傳感器。一、熱電阻的工作原理熱電阻是中低溫地區(qū)最常用的溫度檢測器之一。其主要特點是測量精度高、性能穩(wěn)定。其中，鉑熱電阻的測量精度最高。它不僅廣泛用于工業(yè)溫度測量，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)。與熱電偶

41、的測溫原理不同，熱電阻是根據(jù)電阻的熱效應(yīng)來測量溫度的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化。因此，只要測量熱電阻的阻值變化，就可以測出溫度。目前主要有金屬熱敏電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩大類。金屬熱電阻的阻值與溫度一般可以用如下近似關(guān)系表示，即Rt=Rt01+(t-t0)式中，Rt為溫度t時的阻值； Rt0是溫度t0（通常t0= 0）對應(yīng)的電阻值； 是溫度系數(shù)。半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值與溫度的關(guān)系為Rt=AeB/t式中Rt為溫度為t時的阻值； A和B取決于半導(dǎo)體材料結(jié)構(gòu)的常數(shù)。相比較而言，熱敏電阻的溫度系數(shù)較大，常溫下的阻值較高（一般在幾千歐以上），但互換性較差，非線性嚴(yán)重，測溫范圍僅300約-50。廣泛應(yīng)

42、用于家電、汽車的溫度檢測與控制。金屬熱電阻一般適用于500-200范圍內(nèi)的溫度測量，具有測量準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、性能可靠等特點，廣泛應(yīng)用于過程控制。2 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/56007.html?wtp=tt o 返回頁首 、熱電阻的信號連接方式熱電阻是將溫度變化轉(zhuǎn)化為電阻值變化的初級元件，通常需要通過引線將電阻信號傳遞給計算機控制裝置或其他初級儀表。工業(yè)熱電阻安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，與控制室有一定的距離，所以熱電阻的引出線對測量結(jié)果的影響較大。目前，熱電阻的引導(dǎo)方式主要有3種兩線制：在熱電阻兩端各接一根導(dǎo)線引出電阻信號的

43、方法稱為兩線制：這種引線法很簡單，但由于連接線必須有一個引線電阻r , r 的大小與導(dǎo)線的材質(zhì)和長度不同。相關(guān)因素，所以這種引線法只適用于測量精度不高的場合三線制：熱電阻根部一端接一根引線，另一端接兩根引線的方法稱為三線制。這種方法通常與電橋配合使用，可以更好地消除引線電阻的影響。它是工業(yè)過程控制中最常用的鉛電阻。四線制：將兩根導(dǎo)線分別連接在熱電阻根部的方法稱為四線制，其中兩根導(dǎo)線為熱電阻提供恒定電流I，將R轉(zhuǎn)換成電壓信號U ，然后通過其他兩條線索。將 U 引至次級儀表。可以看出，這種引線方式可以完全消除引線電阻的影響，主要用于高精度溫度檢測。本項目熱電阻采用三線連接方式。采用三線制，消除因連

44、接線電阻引起的測量誤差。這是因為測量 RTD 的電路通常是不平衡電橋。熱電阻作為電橋的橋臂電阻，其連接線（從熱電阻到中控室）也成為橋臂電阻的一部分。這部分電阻是未知的，隨環(huán)境溫度變化，導(dǎo)致測量誤差。采用三線制，一根線接到電橋的電源端，另外兩根接到熱電阻所在的橋臂和與之相鄰的橋臂上，消除了由熱電阻引起的測量誤差電線線路電阻。本項目選用的PT100型號為WZP鉑電阻，量程為：-200 6503.4 多通道 RS-232 驅(qū)動器/接收器收發(fā)器 MAX3222、MAX3232、MAX3237 和 MAX3241 具有專有的低壓差電壓致器輸出狀態(tài)，通過雙電荷泵在 3.0V 至 5.5V 電源電壓范圍內(nèi)展

45、現(xiàn)真正的 RS-232 協(xié)議器件性能。這些器件只需要四個用于電荷泵的小型外部 0.1F 電容器。在保持RS-232協(xié)議輸出電平的前提下，MAX3222、MAX3232和MAX3241可以保證120kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率；而MAX3237可以保證正常工作模式下250kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率和MegaBaud模式下1Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。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)斷模式特性可降低功耗并延長便攜式系統(tǒng)的電池壽命。在關(guān)斷模式下，其接收器保持活動狀態(tài)，同時內(nèi)容監(jiān)控外部設(shè)備，例如調(diào)制解調(diào)器，工作電流僅為 1A。 MAX3222、M

46、AX3232在引腳、封裝和功能上分別與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MAX242、MAX232兼容。在本項目中，選擇了 MAX32323.5LM324四路運算放大器 LM324部分包括兩個獨立的高增益部分頻率補償運算放大器適用于寬電源電壓范圍的單電源使用，也適用于雙電源操作，在推薦的操作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。它可用于感測放大器、直流增益模塊和所有其他可由單電源供電的運算放大器。偉大的場合。LM324 采用塑料 14 引腳雙列直插式封裝。特征 外部頻率補償 高直流電壓增益（約100dB） 單位增益帶寬（約1MHz） 電源電壓寬度：單電源（3-32V）；雙電源（1.516V） 低功耗電流，適合電池供電 低輸入

47、偏置電流 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流 共模輸入電壓范圍，包括接地 差模輸入電壓范圍等于電源電壓范圍 輸出電壓擺幅大（0 to VCC-1.5V）溫漂指數(shù)： 0.15ppm3.6 穩(wěn)壓器穩(wěn)壓器由穩(wěn)壓電路、控制電路等組成，當(dāng)輸入電壓或負(fù)載發(fā)生變化時，控制電路進(jìn)行采樣、比較、放大，自動調(diào)節(jié)線圈匝數(shù)比，保持輸出的穩(wěn)定電壓。容量較大的穩(wěn)壓器也是利用電壓補償?shù)脑砉ぷ鞯摹?.6.1LM7805、LM7812采用lm78/lm79系列三端穩(wěn)壓IC組成穩(wěn)壓電源，外圍元器件極少，電路部分還設(shè)有過流、過熱、調(diào)節(jié)管等保護(hù)電路，可靠、方便、使用便宜。該系列集成穩(wěn)壓IC型號中l(wèi)m78或lm79后面的數(shù)字代表三端集成穩(wěn)壓電

48、路的輸出電壓。例如lm7806表示輸出電壓為正6V，lm7909表示輸出電壓為負(fù)9V。由于三端固定集成穩(wěn)壓電路使用方便，在電子生產(chǎn)中經(jīng)常使用。最大輸出電流1.5A，LM78XX系列的輸出電壓為： 5V； 6V； 8V； 9V； 10V； 12V； 15V； 18V； 24V3.7 系統(tǒng)組件列表姓名模型包裝形式數(shù)量單片機STC 12C5APDIP-401通訊接口RS2321多通道 RS-232 驅(qū)動器/接收器MAX3232DIP-161監(jiān)視器液晶1602DIP-201晶體振蕩器12M,1M最大0.42移位寄存器DM74164NDIP-141運算放大器LM324塑料 14 引腳雙列直插式1逆變器7

49、4LS04DIP-141與門74LS08DIP-142三極管9012TO-92B4IGBTTO-3P4電阻排4.7K X 8DIP-162反抗18個滑動變阻器10K1陶瓷電容器30pF、 0.1、0.7F7電解電容器, 100F44*4矩陣鍵盤1按鈕安建1溫度感應(yīng)器鉑1001電源1半導(dǎo)體加熱器TEC1-12712好幾件穩(wěn)定劑LM7812、LM78052二極管1N40074散熱器DIY一些第 4 章：系統(tǒng)電路圖4.1PT100 信號調(diào)理電路所謂信號調(diào)整，就是將傳感器輸出的非標(biāo)準(zhǔn)信號處理成標(biāo)準(zhǔn)信號。 PT100輸出隨溫度變化的電阻變化信號，單片機無法識別，所以需要外接電路時，電阻信號成為標(biāo)準(zhǔn)信號。

50、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。本項目使用的標(biāo)準(zhǔn)信號為0-5V電壓信號，因此可以連接到STC 12C5A60S2單片機的A/D轉(zhuǎn)換輸入口（P1.0PT100組成的信號采集電路常用的方法有兩種。一種是組成普通橋式電路，另一種是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反映了溫度。改變。項目中，考慮到成本，采用了橋式電路，原理圖如圖4-1所示：圖4 -1PT100信號調(diào)整示意圖4.2 換向電路圖（輸出電路圖）由于本項目采用半導(dǎo)體加熱冷卻片對反應(yīng)堆進(jìn)行加熱和冷卻，通過以上分析，我們已經(jīng)知道半導(dǎo)體加熱冷卻片的工作特點是：正電壓加熱和負(fù)電

51、壓冷卻.這就需要我們設(shè)計一個換流電路，根據(jù)溫度的變化來改變半導(dǎo)體加熱和冷卻芯片上的電壓方向。有兩種換流電路可供選擇，一種是H橋換流電路，另一種是半橋換流電路。其中，H橋換流電路由四個功率管IGBT組成。其工作特點是：4個功率管IGBT的柵極驅(qū)動電壓分為兩組。 VT1、VT3同時開啟和關(guān)閉； VT2 和 VT4 同時開啟和關(guān)閉。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。半橋換流電路由兩個功率管IGBT組成。其工作特點是：給VT1加正電壓，給VT2加負(fù)電壓。 VT1導(dǎo)通時，加熱冷卻芯片上的電壓相對于地為正。當(dāng)VT1關(guān)斷，VT2導(dǎo)通時，加熱冷卻芯片上的電壓為正。它相對于地面是相反的。這

52、種換流電路雖然只使用了兩個IGBT功率管，但使用的是正負(fù)電壓，增加了器件成本和實現(xiàn)難度。因此，本項目選用H橋換流電路。電路原理圖如圖 4-2 所示：圖 4-2 換向電路示意圖4.3 串口通訊接線圖每個單片機都需要與 PC 進(jìn)行通信，這需要一個通信接口和一個驅(qū)動程序。本項目使用的通信接口型號為：RS-232，驅(qū)動為MAX3232。示意圖如圖 4-3 所示。 ：圖 4-3 串口通訊示意圖4.4 電源電路圖為了保持采集信號的準(zhǔn)確性，本系統(tǒng)僅使用+12V和+5V電壓，因此我們搭建了一個電源電路，如圖4-4所示，提供+12V和+5V電壓。圖 4-4 電源電路圖電路中選用帶中間插頭的變壓器，將220V的電

53、壓變?yōu)?0V左右，再經(jīng)四個二極管整流。這里的二極管型號是1N4007。整流后用1000uf電容濾波，再經(jīng)LM7812和LM7805穩(wěn)壓后提供+12V和+5V的電壓。為了保證電源紋波小，在電源和地之間加了兩個0.1uf的電容。4.5LCD顯示電路4.5.1液晶顯示模組原理液晶屏上顯示的字符是通過將它們按順序連接在方格中（每個方格為一個像素），拼湊而成的字符。通過控制不同像素的通斷，可以顯示不同的字符或數(shù)字。每個字符占據(jù)8個方格的寬度和11個方格的高度，即11行8列。但是，不必顯示 11 行 8 列或 7 行 8 列的字符。當(dāng)然，數(shù)字液晶屏不能顯示漢字，因為漢字和漢字所占的位數(shù)不同。本項目對顯示要

54、求不是太大，只要顯示數(shù)字即可，所以選用的液晶顯示型號為LCD1602。4.5.2 1602LCD主要技術(shù)參數(shù)顯示容量：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（寬高） mm4.5.3引腳功能說明1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)14針（不帶背光）或16針（帶背光）接口。各引腳說明如下：編號象征引腳說明編號象征引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD正電源10D3數(shù)據(jù)3VL液晶偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5讀/寫讀/寫選項13D6數(shù)據(jù)6乙使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光正極8D1數(shù)據(jù)16黑

55、色背光負(fù)極引腳 1：VSS 為地電源2腳：VDD接5V正電源3腳：VL為液晶顯示器的對比度調(diào)節(jié)端。連接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高。當(dāng)對比度過高時，會產(chǎn)生“鬼影”。使用過程中可通過10K電位器調(diào)節(jié)對比度。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。5腳：R/W為讀寫信號線，讀操作為高電平，寫操作為低電平。當(dāng) RS 和 R/W 都為低時，可以寫入命令或顯示地址。當(dāng) RS 為低電平時，R/W 為高電平，可以讀取忙信號。當(dāng) RS 為高時，R/W 為低。可以寫入數(shù)據(jù)。引腳 6：E 端為使能端。當(dāng)E端從高電平跳到低電平時，液晶模塊執(zhí)行指令。引腳 7-14：D0-D7

56、是 8 位雙向數(shù)據(jù)線。Pin 15：背光燈正極。第16腳：背光源負(fù)極。通過以上介紹，繪制的LCD原理圖如圖4-5所示：圖4-51602LCD顯示屏接線圖4.6 鍵盤電路圖4.6.1矩陣鍵盤的結(jié)構(gòu)與原理這種方法在關(guān)鍵連接很多的時候會占用大量的I/O口，在系統(tǒng)很大的時候是不能接受的。因此，當(dāng)按鍵較多時，可以考慮矩陣鍵盤的連接方式或者使用專用的鍵盤接口芯片。矩陣鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行和列的交叉處，行和列線分別連接在按鍵的兩端。4.6.2鍵盤的工作原理與獨立鍵盤類似，矩陣鍵盤的掃描也有程序查詢方式和中斷處理方式兩種方式，在實際應(yīng)用中可以根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。一般在CPU忙的情況下應(yīng)該采用中斷

57、處理方式。程序查詢方法是利用CPU的空閑時間完成其他工作，調(diào)用鍵盤掃描子程序處理按鍵輸入。鍵盤掃描程序一般應(yīng)具備以下四個功能。確定是否按下了鍵盤上的某個鍵。方法是列行的輸出全是 0”，然后讀取行行的狀態(tài)。如果行行全是 1”，表示沒有按下鍵盤，如果不是全消除按鍵的抖動。該方法與獨立鍵盤中使用的方法相同。找到關(guān)鍵位置。根據(jù)上述的鍵盤掃描方法，逐行逐列地進(jìn)行掃描，最終確定被按下的鍵的鍵號。調(diào)用函數(shù)處理程序來處理鍵號的鍵。在中斷處理模式下，CPU響應(yīng)中斷請求后，轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序的執(zhí)行。在中斷服務(wù)程序中，識別鍵盤上閉合鍵的鍵號，并進(jìn)行相應(yīng)的處理。方法與程序查詢方法相同。鍵盤接線圖如圖 4-6 所示：圖

58、4-6 鍵盤與單片機接線圖圖為4行4列的鍵盤連接方式，共16個按鍵。行線通過上拉電阻連接到+5V。無按鍵動作時，行線處于高電平狀態(tài)，按下按鍵時，對應(yīng)的行線和列線短路，行線電平狀態(tài)將由和的電平?jīng)Q定確定連接到該行線的列線。4.7 系統(tǒng)一般電路圖通過以上對系統(tǒng)各部分的分析和說明，繪制出以下系統(tǒng)的通用電路圖。總電路以單片機為核心，由顯示電路、鍵盤電路、輸入電路、輸出電路、串行通訊電路、電源電路組成。它還包括幾個小元件，如：電阻、電容、運算放大器、穩(wěn)壓器等。原理圖如圖4-7所示：圖 4-7 系統(tǒng)一般電路圖第 5 章：系統(tǒng)軟件設(shè)計本系統(tǒng)使用的控制器為STC 12C5A60S2/AD/PWM系列單片機（部分

59、包含A/D轉(zhuǎn)換和PWM輸出）。本單片機有兩種編程方式，一種是匯編語言，一種是C語言編程。在這個系統(tǒng)中，我們使用的編程方法是C語言編程方法。本系統(tǒng)的程序分為5個部分。分別是：顯示部分、鍵盤部分、A/D轉(zhuǎn)換部分、主程序、PWM5.1LCD顯示程序：#include0;delay1ms-)對于(i=0;i7;i+)for(j=0;j0;延遲-)for(i=0;i124;i+);for(j=0;j124;j+);5.2 鍵盤程序：#includeSTC 12C5A位 P2_0 = P 2 0; /第1行引腳定義位 P2_1 = P 2 1; /第2行引腳定義位 P2_2 = P 2 2; /第3行引腳

60、定義位 P2_3 = P 2 3; /第4行引腳定義無符號字符鍵碼；代碼 分別代表該行0無效鍵掃描（無效）； /鍵盤掃描函數(shù)聲明無效密鑰進(jìn)程（無效）； /關(guān)鍵函數(shù)實現(xiàn)函數(shù)聲明void main(void) /主程序P1=P10 x 0f； /所有列行被清除0而（1）鍵數(shù)=0； /鍵值被分配了一個無效值鍵掃描（）； /鍵盤掃描函數(shù)調(diào)用關(guān)鍵進(jìn)程（）； /關(guān)鍵函數(shù)實現(xiàn)函數(shù)調(diào)用void keyscan(void) /鍵盤掃描函數(shù)定義對于鍵掃描（無效）P1=P1code_keyi; /“i ”列清空“ 0”，其余列設(shè)置為”if(p10= =0) /如果第一行有按鍵按下鍵數(shù)=1+i*4；else if(p