車載式電解水器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 車載式水電解器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院 專 業(yè)： 姓 名： 指導(dǎo)老師： 自動(dòng)化 黃 宏 學(xué) 號(hào)： 職 稱： 0601431028 盛珣華 楊 建 教授 副教授 中國珠海 二○一○ 年 五 月 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 誠信承諾書 本人鄭重承諾：我所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)《車載式水電解器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)》是在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立開展研究取得的成

2、果，文中引用他人的觀點(diǎn)和材料，均在文后按順序列出其參考文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)使用的數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。 本人簽名： 日期： 年 月 日 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院2010屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 車載式水電解器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘 要 本文主要是針對(duì)車載式水電解器控制系統(tǒng)而展開的一系列設(shè)計(jì)研究。該設(shè)計(jì)以單片機(jī)C8051F330為控制核心，主要包括恒定電流控制電路，水溫控制電路，氫氣泄漏報(bào)警電路和低水位報(bào)警電路。系統(tǒng)能設(shè)定提供給電解水裝置的電流大小，并使其無論在溫度

3、或水量變化的情況下，始終能恒定提供所設(shè)定的電流。水溫控制電路，能在水溫低的情況下，能切斷驅(qū)動(dòng)電源保護(hù)裝置，在水溫高的情況下，開啟散熱風(fēng)扇散熱。系統(tǒng)的氫氣傳感器，能在氫氣泄漏時(shí)候發(fā)出警報(bào)。低水位警報(bào)電路，則會(huì)在水位低時(shí)，會(huì)發(fā)出警報(bào)。本系統(tǒng)對(duì)于電解水裝置實(shí)用，可靠，安全，適用車載式水電解器的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：水電解器 C8051F330 單片機(jī) 恒流源 溫度控制  Vehicle-mounted Water Solutions Control System ABSTR

4、ACT This article is for the vehicle-mounted Water Solutions control system has launched a series of design studies. The C8051F330 microcontroller to control the design to the core, including constant current control circuit,temperature control circuit, hydrogen gas leak alarm circuit and th

5、e low water level alarm circuit. System can set the device to provide water to the electrolysis current size, and make both changes in temperature or under water, and always able to provide the constant current setting. Temperature control circuit, in the case of low water temperature, can cut off t

6、he drive power protection device, in the case of high water temperature, open the cooling fan cooling. System, hydrogen sensors,Hydrogen leak in the alarm time. Low water level alarm circuit will be in the water level is low, will issue a warning. The system for water electrolysis device practical,

7、reliable, safe, vehicle-mounted water electrolysis device for the application. Keywords: water electrolysis device C8051f330 temperature control constant current source 目錄 摘要.......................................................Ⅰ ABSTRACT.............

8、......................................Ⅱ 1緒論.......................................................1 1.1課題設(shè)計(jì)背景及意義.......................................1 1.2行業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢.........................................1 1.3課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容.......................................2 2系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)...........................

9、..................3 2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案.........................................3 2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件總體架構(gòu).....................................3 2.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)總體方案.....................................4 3系統(tǒng)的主要硬件介紹.........................................5 3.1單片機(jī)介紹...............................................5 3.2氫氣傳

10、感器介紹...........................................11 3.3場效應(yīng)管介紹.............................................13 3.4運(yùn)算放大器介紹...........................................15 3.5水位傳感器介紹...........................................15 3.6熱敏電阻的介紹...........................................16 4系統(tǒng)電路設(shè)計(jì).............

11、..................................18 4.1電源電路.................................................18 4.2單片機(jī)電路設(shè)計(jì)...........................................18 4.3恒流電路計(jì)...............................................19 4.4其它電路計(jì)...............................................19 4.5總電路原理圖設(shè)計(jì)................

12、........................20 4.6 PCB板設(shè)計(jì)圖............................................20 5軟件設(shè)計(jì)...................................................21 5.1 程序流程圖...............................................21 5.2 C語言設(shè)計(jì)...............................................22 6調(diào)試與仿真...........................

13、......................26 6.1軟件調(diào)試.................................................26 6.2 proteus仿真恒流電路.....................................29 6.3仿真結(jié)果分析.............................................30 7測試.......................................................31 參考文獻(xiàn)................................

14、.....................33 附錄.........................................................34 謝辭.........................................................37 1 緒論 1.1課題設(shè)計(jì)背景及意義 目前所有使用的機(jī)動(dòng)車，船有少部分使用石油液化氣或氫氣作燃料，大部分都采用汽油.柴油作燃料。隨著車輛發(fā)展使用的普及和地球石油資源的減少，依靠石油化工產(chǎn)品汽油

15、.柴油。大規(guī)模使用化石燃料出現(xiàn)了資源日益枯竭，環(huán)境不斷惡化，還誘發(fā)了不少國與國之間、地區(qū)之間的政治經(jīng)濟(jì)糾紛，甚至沖突和戰(zhàn)爭；以及人們對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的強(qiáng)化認(rèn)識(shí)。因此，必須尋求一種新的、清潔、安全、可靠的可持續(xù)能源系統(tǒng)。 石油液化氣作能源的內(nèi)燃機(jī)將急需尋找替代產(chǎn)品。而且以氫氣作能源的內(nèi)燃機(jī)目前是依靠工廠集中制取氫氣，經(jīng)150—350個(gè)大氣壓壓縮溫度為-253℃冷凍成液態(tài)裝罐使用，且冷藏罐的保溫非常復(fù)雜，象加油站一樣普及建設(shè)加氫站成本過于高昂，極大的遏制了氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)的普及?，F(xiàn)有的氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)的氫氣來源是采用的是以市電供電以電解水產(chǎn)生氫氣和桶狀結(jié)構(gòu)電解池，無法滿足內(nèi)燃機(jī)移動(dòng)的需要。另外一點(diǎn)是，汽車尾氣排

16、放是城市中的主要大氣污染源之一，尾氣中大量的碳?xì)浠衔锛耙谎趸嘉廴疚飳?duì)人們的身體健康危害極大，有效地減少汽車尾氣排放帶來的污染一直是各級(jí)政府及科研人員關(guān)注的熱點(diǎn)。 為此我們提出了用汽車上的直流電源電瓶電解水制得氫氣和氧氣，通過汽車的進(jìn)氣管進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部，提高其燃燒效率，以起到節(jié)油和尾氣凈化的功效。根據(jù)有關(guān)學(xué)者的研究報(bào)道，對(duì)汽油內(nèi)燃機(jī)加入5%的氫氣，能有效地降低一氧化碳，碳?xì)浠衔锏?，而?jīng)清華大學(xué)研究院實(shí)際汽車測試結(jié)果中，也得到了證明。目前世界有類似的裝置和混合動(dòng)力汽車，但由于其儲(chǔ)存的是液化氫氣，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，關(guān)鍵不安全，所以得不到很好的推廣使用。因此我們改變方式，利用電解水的方式

17、來得到氫氣。電解水產(chǎn)生的是氫氣和氧氣，而裝置的供電只需由汽車的蓄電瓶供電，此裝置體積小，一產(chǎn)生出的氫氣就立即消耗，無積存，所以安全，此方案原理結(jié)構(gòu)簡單，因此成本低。由于有以上特點(diǎn)，此裝置還可以應(yīng)用到其它內(nèi)燃機(jī)，焊接和烹飪器具等多方面，增加其幅價(jià)值。這種車載式電解水裝置能很好地起到降低汽車尾氣污染物的排放，減少油耗，而且經(jīng)濟(jì)實(shí)用，如果一經(jīng)推廣使用在汽車上，相信能為我們的環(huán)境氣候做出很大的貢獻(xiàn)。 1.2 行業(yè)技術(shù)發(fā)展情況 據(jù)資料了解目前臺(tái)灣，泰國，馬來西亞等東南亞地區(qū)，甚至美國已經(jīng)有人在設(shè)計(jì)生產(chǎn)電解水裝置提供給汽車使用，以達(dá)到節(jié)油的效果，由于有巨大市場潛力，以及人們?cè)絹碓阶⒅毓?jié)能環(huán)

18、保的意識(shí)，形成很大需求，因此此項(xiàng)技術(shù)受到人們的關(guān)注，研究和推廣。以目前的同類車載式的電解水置的使用情況來看，也證實(shí)了它的確有一定的節(jié)能效果，但同時(shí)，由于這是一種新興的產(chǎn)品，技術(shù)仍不完善，出現(xiàn)了不耐用，不穩(wěn)定，安全低，低效的缺點(diǎn)。因此也帶來車載式電解水裝置的很大的改進(jìn)空間，使得這種裝置更安全，更穩(wěn)定，更人性化，從而得到更大推廣使用。 1.3 課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 設(shè)計(jì)一套針對(duì)車載式水電解器控制系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)以單片機(jī)為控制核心，主要包括恒定電流控制電路，水溫控制電路，氫氣泄漏報(bào)警電路和低水位報(bào)警電路。 1.該系統(tǒng)具有大電流恒流的功能，并能設(shè)定提供給電極片的電流大小，使其無論在溫度或水量變

19、化的情況下，始終能恒定提供所設(shè)定的電流。 2. 具有水溫控制電路,能在水溫低的情況下，能切斷驅(qū)動(dòng)電源保護(hù)裝置;在水溫高的情況下，開啟散熱風(fēng)扇散熱。當(dāng)水溫異常過高，即風(fēng)扇故障停轉(zhuǎn)，也能切斷驅(qū)動(dòng)電源，并警報(bào)。 3. 具有氫氣氫氣檢測功能，能在氫氣泄漏時(shí)候發(fā)出警報(bào)，并切斷驅(qū)動(dòng)電源。 4. 具有水位低提示功能。在水位低的時(shí)候，會(huì)發(fā)出提示警報(bào)，禁止啟動(dòng)。 本次設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)如下： 1、 可調(diào)恒流在15A-25A，精度1%； 2、 啟動(dòng)緩慢提升電流。 3、 溫度檢測范圍：-3攝氏度至100攝氏度； 4、檢測氫氣有無泄漏； 5、蜂鳴器和LED燈閃爍報(bào)警； 6、繼電器輸出節(jié)點(diǎn)容

20、量：1A/24V DC； 2.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)總體方案 根據(jù)系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)控制硬件架構(gòu)是以C8051F330單片機(jī)為控制核心，外圍主要包括：恒流電路，溫度檢測電路，氫氣檢測電路，水位檢測電路，聲光警報(bào)電路，氣流輕觸動(dòng)開關(guān)，按鍵和繼電器所組成。 2.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)硬件架構(gòu) 控制核心采用的是C8051F330單片機(jī)，20只腳封裝，15個(gè)I/0口，其內(nèi)部還具有時(shí)鐘振蕩器，內(nèi)部時(shí)鐘1個(gè)AD轉(zhuǎn)換和1個(gè)DA轉(zhuǎn)換口，完全能滿足控制功能要求外，還大大縮小體積。 恒流部分采用由LM324構(gòu)成的采樣比較電路，振蕩器電路來，控制大功率場效應(yīng)

21、管IRF3205調(diào)節(jié)電流大小。首先采集采樣電阻的電壓，再與單片機(jī)DA輸出的調(diào)節(jié)電壓進(jìn)行比較，輸出反饋電壓回運(yùn)算放大器,再，混合反饋電壓，輸出PWM驅(qū)動(dòng)大功率場效應(yīng)管，比較電路，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)節(jié)，達(dá)到恒流作用。按鍵則是設(shè)定恒流電流的大小，一開機(jī)默認(rèn)是恒流在20A，當(dāng)按下這個(gè)按鍵，則恒流在25A，以增加產(chǎn)生氫氣量。 溫度檢測采用廉價(jià)的熱敏電阻，用單片機(jī)內(nèi)部的AD，將電壓值轉(zhuǎn)換成數(shù)字，獲得溫度數(shù)據(jù)后再進(jìn)行控制。當(dāng)檢測到在水溫在3度以下時(shí)，禁止裝置啟動(dòng)；當(dāng)在常溫下，風(fēng)扇和水泵都會(huì)正常工作；當(dāng)水溫異常高，在90度以上，此時(shí)認(rèn)為風(fēng)扇故障，無法散熱，則切斷裝置電源，保護(hù)裝置。 氫氣檢測采用氫氣傳感器，因

22、為是判斷有無泄漏氫氣，所以單片機(jī)只需檢測高低電平，高電平為有，低電平為無。 水位檢測是通過紅外光電傳感器來實(shí)現(xiàn)，將此傳感器貼在透明的水箱壁上，利用水有折射光線的原理，水位在傳感器以上時(shí)，將不會(huì)接收到反射的光線，輸出低電平。當(dāng)水位在傳感器以下時(shí)，將會(huì)接收到反射的光線，輸出高電平。 聲光警報(bào)采用的是LED燈和蜂鳴器，通過LED的亮滅顯示裝置狀態(tài)，蜂鳴器有長音，短音，兩短音，來區(qū)別出異常的警報(bào)。 控制的執(zhí)行器是由1A/24V DC的繼電器來執(zhí)行風(fēng)扇，水泵和氫氣傳感器的啟動(dòng)和停止 整個(gè)車載式電解水器安裝在車上后，控制系統(tǒng)都在待機(jī)，在車上的進(jìn)氣管有一個(gè)氣流輕觸動(dòng)開關(guān)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，進(jìn)氣管會(huì)吸氣

23、，在氣流的推動(dòng)下，氣流輕觸動(dòng)開關(guān)就會(huì)閉合上，觸發(fā)整個(gè)控制系統(tǒng)工作，這樣做可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)，不必人手開啟和停止，并且能避免發(fā)動(dòng)機(jī)在熄火的情況下，仍有氫氣產(chǎn)生。 2.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)總體方案 首先確定控制對(duì)象是電解器，由于外圍是傳感器，蜂鳴器，led燈和繼電器，因此還需要對(duì)它們進(jìn)行判斷和開關(guān)控制，再根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)作控制的要求，程序會(huì)按照過程控制方式編寫。由于c語言有很高的簡化，易操作，易讀性，所以會(huì)用c語言進(jìn)行編寫。程序有一個(gè)總的控制循環(huán)，程序進(jìn)入后，將會(huì)循環(huán)判斷各個(gè)繼電器，和控制執(zhí)行其，達(dá)到實(shí)時(shí)檢測，實(shí)時(shí)控制的效果。 具體如下： 1. 程序開始進(jìn)行初始化，主要是對(duì)單片機(jī)的寄存器進(jìn)行賦值

24、和配置。 2. 設(shè)定好參數(shù)值 3. 判斷輕觸發(fā)開關(guān)是否觸發(fā)，以此作為進(jìn)入控制循環(huán)的入口判斷。 4. 控制循環(huán)一個(gè)判斷的是水位，水位低則進(jìn)入水位警報(bào)并繼續(xù)不斷檢測水位，等待用戶加水，水位高了后，就重新判斷觸發(fā)。 5. 其次判斷水溫，水溫正常則進(jìn)入下一步，水溫<3攝氏度，則禁止啟動(dòng)，等待溫度回升到3度以上。當(dāng)水溫〉90攝氏度時(shí)，則認(rèn)為為風(fēng)扇故障，發(fā)出風(fēng)扇故障警報(bào)。 6. 啟動(dòng)氫氣傳感器，給它預(yù)加熱。 7. 緩慢上升電流。 8. 判斷氫氣是否有泄露，如果有泄露，則發(fā)出氫氣泄露警報(bào)。 9. 判斷是否有按鍵按下，如果有，則提升電流。 返回3，繼續(xù)循環(huán)，如果觸發(fā)斷開，則返回2，進(jìn)入待機(jī)狀

25、態(tài)。 3.系統(tǒng)的主要硬件介紹 3.1 單片機(jī)介紹 C8051F330系列器件使用Silicon Labs的專利CIP-51 微控制器內(nèi)核。CIP-51 與MCS-51TM指令集完全兼容，可以使用標(biāo)準(zhǔn) 803x/805x的匯編器和編譯器進(jìn)行軟件開發(fā)。CIP-51 內(nèi)核具有標(biāo)準(zhǔn) 8052 的所有外設(shè)部件，包括 4 個(gè) 16 位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、一個(gè)具有增強(qiáng)波特率配置的全雙工UART、一個(gè)增強(qiáng)型SPI端口、768 字節(jié)內(nèi)部RAM、128 字節(jié)特殊功能寄存器（SFR）地址空間 　　 模擬外設(shè) （1）.10位 ADC（只限于

26、F330） ?轉(zhuǎn)換速率可達(dá)200ksps ?可多達(dá)16個(gè)外部單端或差分輸入 ?VREF可在內(nèi)部VREF、外部引腳或VDD中選擇 ?內(nèi)部或外部轉(zhuǎn)換啟動(dòng)源 ?內(nèi)置溫度傳感器 （2）.10位電流輸出DAC（只限于F330） ?比較器 ?可編程回差電壓和響應(yīng)時(shí)間 ?可配置為中斷或復(fù)位源 ?小電流（<0.4μA） （3）.在片調(diào)試 ?片內(nèi)調(diào)試電路提供全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試（不需仿真器?。? ?支持?jǐn)帱c(diǎn)、單步、觀察/修改存儲(chǔ)器和寄存器 ?比使用仿真芯片、目標(biāo)仿真頭和仿真插座的仿真系統(tǒng)有更優(yōu)越的性能 ?廉價(jià)而完整的開發(fā)套件 （4）.供電電壓2

27、.7V - 3.6V ?典型工作電流：6.4mA 25MHz 9μA 32KHz ?典型停機(jī)電流：0.1μA （5）.溫度范圍：-40C - +85C （6）.高速8051微控制器內(nèi)核 ?流水線指令結(jié)構(gòu)；70%的指令的執(zhí)行時(shí)間為一個(gè)或兩個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期 ?速度可達(dá)25MIPS（時(shí)鐘頻率為25MHz時(shí)） ?擴(kuò)展的中斷系統(tǒng) （7）.存儲(chǔ)器 ?768字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM（256+512） ?8KB FLASH；可在系統(tǒng)編程，扇區(qū)大小為512字節(jié) （8）.數(shù)字外設(shè) ?17個(gè)端口I/O；均耐5V電壓，大灌電流 ?硬件增強(qiáng)型UART、SMBus和增強(qiáng)型S

28、PI串口 ?4個(gè)通用16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器 ?16位可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列（PCA），有3個(gè)捕捉/比較模塊 ?使用PCA或定時(shí)器和外部時(shí)鐘源的實(shí)時(shí)時(shí)鐘方式 （9）.時(shí)鐘源 ?兩個(gè)內(nèi)部振蕩器： ?24.5MHz，2%的精度，可支持無晶體UART操作 ?80/40/20/10 kHz低頻率、低功耗振蕩器 ?外部振蕩器：晶體、RC、C、或外部時(shí)鐘 ?可在運(yùn)行中切換時(shí)鐘源，適用于節(jié)電方式 具有片內(nèi)上電復(fù)位、VDD監(jiān)視器、看門狗定時(shí)器和時(shí)鐘振蕩器的C8051F330/1是真正能獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)。FLASH存儲(chǔ)器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并

29、允許現(xiàn)場更新8051固件。用戶軟件對(duì)所有外設(shè)具有完全的控制，可以關(guān)斷任何一個(gè)或所有外設(shè)以節(jié)省功耗。 片內(nèi)Silicon Labs二線（C2）開發(fā)接口允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品MCU進(jìn)行非侵入式（不占用片內(nèi)資源）、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。調(diào)試邏輯支持觀察和修改存儲(chǔ)器和寄存器，支持?jǐn)帱c(diǎn)、單步、運(yùn)行和停機(jī)命令。在使用C2進(jìn)行調(diào)試時(shí)，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運(yùn)行。兩個(gè)C2接口引腳可以與用戶功能共享，使在系統(tǒng)調(diào)試功能不占用封裝引腳。 每種器件都可在工業(yè)溫度范圍（-45℃到+85℃）內(nèi)用2.7V-3.6V的電壓工作。端口I/O和/RST引腳都容許5V的輸入信號(hào)電壓。C8051F330/1采

30、用20腳MLP封裝 下面將詳細(xì)介紹本系統(tǒng)用到C8051F330的特殊功能 一．10位ADC（ADC0，只限于C8051F330） C8051F330的ADC0子系統(tǒng)集成了兩個(gè)16通道模擬多路選擇器（合稱AMUX0）和一個(gè)200ksps的10位逐次逼近寄存器型ADC，ADC中集成了跟蹤保持電路和可編程窗口檢測器。AMUX0、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方式及窗口檢測器都可用軟件通過特殊功能寄存器來配置（見框圖5.1）。ADC0可以工作在單端方式或差分方式，可以被配置為用于測量P0~P1、溫度傳感器輸出或VDD（相對(duì)于P0~P1或GND）。只有當(dāng)ADC控制寄存器（ADC0CN）中的AD0EN位被置‘1’時(shí)A

31、DC0子系統(tǒng)才被使能。當(dāng)AD0EN位為‘0’時(shí)，ADC0子系統(tǒng)處于低功耗關(guān)斷方式。 1）.模擬多路選擇器 模擬多路選擇器（AMUX0）選擇去ADC的正輸入和負(fù)輸入，P0~P1、片內(nèi)溫度傳感器輸出和正電源（VDD）中的任何一個(gè)都可以被選擇為正輸入；P0~P1、VREF和GND中的任何一個(gè)都可以被選擇為負(fù)輸入。當(dāng)GND被選擇為負(fù)輸入時(shí)，ADC0工作在單端方式；在所有其它時(shí)間，ADC0工作在差分方式。ADC0的輸入通道由寄存器AMX0P和AMX0N選擇。 轉(zhuǎn)換碼的格式在單端方式和差分方式下是不同的。每次轉(zhuǎn)換結(jié)束后，寄存器ADC0H和ADC0L中保存ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果的高字節(jié)和低

32、字節(jié)。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)在寄存器對(duì)ADC0H:ADC0L中的存儲(chǔ)方式可以是左對(duì)齊或右對(duì)齊，由AD0LJST位的設(shè)置決定。當(dāng)工作在單端方式時(shí)，轉(zhuǎn)化碼為10位無符號(hào)整數(shù)，所測量的輸入范圍為0 – VREF*1023/1024。下面是單端方式下數(shù)據(jù)左對(duì)齊和右對(duì)齊的例子。ADC0H和ADC0L寄存器中未使用的位被設(shè)置為‘0’。 當(dāng)工作在差分方式時(shí)，轉(zhuǎn)化碼為10位有符號(hào)整數(shù)（2的補(bǔ)碼），所測量的輸入范圍為-VREF ~ VREF*511/512。下面是差分方式下數(shù)據(jù)左對(duì)齊和右對(duì)齊的例子。對(duì)于右對(duì)齊數(shù)據(jù)，ADC0H寄存器中未用的高位填充數(shù)據(jù)字的符號(hào)擴(kuò)展位。對(duì)于左對(duì)齊數(shù)據(jù)，ADC0L寄存器中未用的低位被清0。

33、 需要特別注意的是，被選擇為ADC0輸入的引腳應(yīng)被配置為模擬輸入，并且應(yīng)被數(shù)字交叉開關(guān)跳過。要將一個(gè)端口引腳配置為模擬輸入，應(yīng)將PnMDIN（n=0,1）寄存器中的對(duì)應(yīng)位置0。為了使交叉開關(guān)跳過一個(gè)端口引腳，應(yīng)將PnSKIP（n=0,1）寄存器中的對(duì)應(yīng)位置1。有關(guān)端口I/O配置的詳細(xì)信息見“14. 端口輸入/輸出”。 2）.工作方式 ADC0的最高轉(zhuǎn)換速度為200ksps。ADC0的轉(zhuǎn)換時(shí)鐘由系統(tǒng)時(shí)鐘分頻得到，分頻數(shù)由ADC0CF寄存器的AD0SC位決定（轉(zhuǎn)換時(shí)鐘為系統(tǒng)時(shí)鐘/（AD0SC+1），0 ≤ AD0SC ≤ 31）。 3）. 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)方式 有6種A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)方式

34、，由ADC0CN中的ADC0轉(zhuǎn)換啟動(dòng)方式位（AD0CM2-0）的狀態(tài)決定采用哪一種方式。轉(zhuǎn)換觸發(fā)源有： 1． 寫‘1’到ADC0CN的AD0BUSY位； 2．定時(shí)器0溢出（即定時(shí)的連續(xù)轉(zhuǎn)換）； 3．定時(shí)器2溢出； 4．定時(shí)器1溢出； 5．CNVSTR輸入信號(hào)（P0.6）的上升沿； 6．定時(shí)器3溢出。 向AD0BUSY寫‘1’方式提供了用軟件控制ADC0轉(zhuǎn)換的能力。AD0BUSY位在轉(zhuǎn)換期間被置‘1’，轉(zhuǎn)換結(jié)束后復(fù)‘0’。AD0BUSY位的下降沿觸發(fā)中斷（當(dāng)被允許時(shí)）并置位ADC0CN中的中斷標(biāo)志（AD0INT）。注意：當(dāng)工作在查詢方式時(shí)，應(yīng)使用ADC0中斷標(biāo)志（AD0INT）來查

35、詢ADC轉(zhuǎn)換是否完成。當(dāng)AD0INT位為邏輯‘1’時(shí)，ADC0數(shù)據(jù)寄存器（ADC0H:ADC0L）中的轉(zhuǎn)換結(jié)果有效。注意：當(dāng)轉(zhuǎn)換源是定時(shí)器2溢出或定時(shí)器3溢出時(shí)，如果定時(shí)器2或定時(shí)器3工作在8位方式，使用定時(shí)器2/3的低字節(jié)溢出；如果定時(shí)器2/3工作在16位方式，則使用定時(shí)器2/3的高字節(jié)溢出。有關(guān)定時(shí)器配置方面的信息見“17. 定時(shí)器”。 需要注意的是，CNVSTR輸入引腳還是端口引腳P0.6。當(dāng)使用CNVSTR輸入作為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)源時(shí)，P0.6應(yīng)被數(shù)字交叉開關(guān)跳過。為使交叉開關(guān)跳過P0.6，應(yīng)將寄存器P0SKIP中的位6置‘1’。有關(guān)端口I/O配置的詳細(xì)信息，見“14. 端口輸入/輸出”。

36、 二.10位電流模式DAC（IDA0，只限于C8051F330） C8051F330內(nèi)部有一個(gè)電流模式數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（IDAC）。IDAC的最大輸出電流可以有三種不同的設(shè)置：0.5mA、1mA和2mA。用IDA0控制寄存器中的IDA0EN位來使能或禁止IDAC（見圖6.3）。當(dāng)IDA0EN被設(shè)置為0時(shí)，IDAC引腳（P0.1）作為GPIO引腳使用；當(dāng)IDA0EN被置1時(shí)，IDAC引腳的數(shù)字輸出驅(qū)動(dòng)器和弱上拉被自動(dòng)禁止，該引腳被連到IDAC的輸出。當(dāng)IDAC被使能時(shí)，內(nèi)部的帶隙偏置發(fā)生器為其提供基準(zhǔn)電流。當(dāng)使用IDAC時(shí)，P0SKIP寄存器中的位1應(yīng)被置1，以使交叉開關(guān)跳過IDAC引腳。

37、 1）. IDA0輸出更新 IDA0具有靈活的輸出更新機(jī)制，允許無縫滿度變化，支持無抖動(dòng)波形更新。IDA0有三種更新模式：寫IDA0H、定時(shí)器溢出或外部引腳邊沿。 2）. On-Demand輸出更新 IDA0的缺省更新模式（IDAC0.[6:4] = ‘111’）為“On-Demand”模式，更新發(fā)生在寫IDA0數(shù)據(jù)寄存器高字節(jié)（IDA0H）時(shí)。在該模式下，寫IDA0L時(shí)數(shù)據(jù)被保持，在寫IDA0H之前IDA0的輸出不會(huì)發(fā)生變化。如果要向IDAC的數(shù)據(jù)寄存器寫10位的數(shù)據(jù)字，則10位數(shù)據(jù)字要寫入低字節(jié)（IDA0L）和高字節(jié)（IDA0H）數(shù)據(jù)寄存器。在執(zhí)行完對(duì)IDA0H的寫操作后，數(shù)據(jù)被鎖存

38、到IDA0，因此，在需要10位分辨率的情況下，應(yīng)先寫IDA0L，再寫IDA0H。IDAC可以用于8位方式，此時(shí)要將IDA0L初始化為一個(gè)所希望的數(shù)值（通常為0x00），只對(duì)IDA0H寫入。 圖 3）. 基于定時(shí)器溢出的輸出更新模式 在用定時(shí)器溢出啟動(dòng)ADC轉(zhuǎn)換時(shí)，轉(zhuǎn)換發(fā)生時(shí)間與處理器無關(guān)。與此類似，IDAC的輸出也可以用定時(shí)器溢出事件觸發(fā)更新。這一特性在以給定采樣頻率產(chǎn)生輸出波形的系統(tǒng)中非常有用，可以避免中斷延遲時(shí)間和指令執(zhí)行時(shí)間變化對(duì)IDAC輸出時(shí)序的影響。當(dāng)IDA0CM位（IDA0CN.[6:4]）被設(shè)置為‘000’、‘001’、‘010’或‘011’時(shí)，寫入到兩個(gè)IDAC數(shù)據(jù)寄

39、存器（IDA0L和IDA0H）的數(shù)據(jù)被保持，直到相應(yīng)的定時(shí)器溢出事件（分別為定時(shí)器0、定時(shí)器1、定時(shí)器2或定時(shí)器3）發(fā)生時(shí)，IDA0H:IDA0L的內(nèi)容才被復(fù)制到IDAC輸入鎖存器，允許IDAC輸出變?yōu)樾轮怠? 4）. 基于CNVSTR邊沿的輸出更新模式 IDAC還可以被配置為在外部CNVSTR信號(hào)的上升沿、下降沿或兩個(gè)邊沿進(jìn)行輸出更新。當(dāng)IDA0CM位（IDA0CN.[6:4]）被設(shè)置為‘100’、‘101’或‘110’時(shí)，寫入到兩個(gè)IDAC數(shù)據(jù)寄存器（IDA0L和IDA0H）的數(shù)據(jù)被保持，直到CNVSTR輸入引腳的邊沿發(fā)生。IDA0CM位的具體設(shè)置決定IDAC輸出更新發(fā)生在CNVSTR的

40、上升沿、下降沿或在兩個(gè)邊沿都發(fā)生更新。當(dāng)相應(yīng)的邊沿發(fā)生時(shí)，IDA0H:IDA0L的內(nèi)容被復(fù)制到IDAC輸入鎖存器，允許IDAC輸出變?yōu)樗Ｍ男轮怠? 5）.輸出字格式 IDAC數(shù)據(jù)寄存器（IDA0H和IDA0L）中的數(shù)據(jù)是左對(duì)齊的，這意味著IDAC輸出數(shù)據(jù)字的高8位被映射到IDA0H的位7-0，而IDAC輸出數(shù)據(jù)字的低2位被映射到IDA0L的位7和位6。圖6.2示出了IDAC數(shù)據(jù)字的格式。 3.2氫氣傳感器介紹 氣體傳感器是一種將某種氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。探測頭通過氣體傳感器對(duì)氣體樣品進(jìn)行調(diào)理，通常包括濾除雜質(zhì)和干擾氣體、干燥或制冷處理儀表顯示部分　　

41、 “氣體傳感器”包括：半導(dǎo)體氣體傳感器、電化學(xué)氣體傳感器、催化燃燒式氣體傳感器、熱導(dǎo)式氣體傳感器、紅外線氣體傳感器等。 本系統(tǒng)使用的氫氣傳感器是MQ-8，這種傳感器是一種加熱式電化學(xué)氣體傳感器，工作時(shí)，首先加熱器進(jìn)行加熱，由氣體的含量，影響化學(xué)氣體敏感層的導(dǎo)電率，從而影響輸出電壓的德變化。 其特點(diǎn)有: 1.對(duì)氫氣高靈敏度 2.可抗乙醇蒸汽、LPG、烹飪油煙的干擾 3.具有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性 應(yīng)用 適用于家庭或工業(yè)上對(duì)氫氣泄漏的監(jiān)測裝置，可不受乙醇蒸汽、LPG、油煙、一氧化碳等氣體的干擾。 規(guī)格 A. 標(biāo)準(zhǔn)工作條件 B. 環(huán)境條件 C. 靈敏度特性

42、 D. 結(jié)構(gòu)外形測試電路 MQ-8 氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖1 所示(結(jié)構(gòu)A or B), 由微型AL2O3陶瓷管、SnO2 敏感層,測量電極和加 熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝 好的氣敏元件有６只針狀管腳，其中４個(gè)用于信號(hào)取出，２個(gè)用于提供加熱電流。 測量電路如圖２所示 E. 靈敏度特性曲線 圖３ MQ-8型氣敏元件的靈敏度特性 3.3 場效應(yīng)管介紹 場效應(yīng)晶體管（Field Effect Transistor縮寫(FET)）簡稱

43、場效應(yīng)管.由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電,也稱為單極型晶體管.它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件.《電力電子技術(shù)》 [M],機(jī)械工業(yè)出版社 　　特點(diǎn): 　　具有輸入電阻高（100MΩ～1 000MΩ）、噪聲小、功耗低、動(dòng)態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)?、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強(qiáng)大競爭者. 　　作用: 　　場效應(yīng)管可應(yīng)用于放大.由于場效應(yīng)管放大器的輸入阻抗很高,因此耦合電容可以容量較小,不必使用電解電容器. 　　場效應(yīng)管可以用作電子開關(guān). 　　場效應(yīng)管很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換.常用于多級(jí)放大器的輸入級(jí)作阻抗變換.場效應(yīng)管可以用作可變電阻.場

44、效應(yīng)管可以方便地用作恒流源. [編輯本段]2.場效應(yīng)管的分類: 　　場效應(yīng)管分結(jié)型、絕緣柵型(MOS)兩大類 　　按溝道材料:結(jié)型和絕緣柵型各分N溝道和P溝道兩種. 　　按導(dǎo)電方式:耗盡型與增強(qiáng)型,結(jié)型場效應(yīng)管均為耗盡型,絕緣柵型場效應(yīng)管既有耗盡型的,也有增強(qiáng)型的。 　　場效應(yīng)晶體管可分為結(jié)場效應(yīng)晶體管和MOS場效應(yīng)晶體管,而MOS場效應(yīng)晶體管又分為N溝耗盡型和增強(qiáng)型;P溝耗盡型和增強(qiáng)型四大類. N溝道（耗盡型）絕緣柵場效應(yīng)管結(jié)構(gòu) 　　在制造管子時(shí)，通過工藝使絕緣層中出現(xiàn)大量正離子，故在交界面的另一側(cè)能感應(yīng)出較多的負(fù)電荷，這些負(fù)電荷把高滲雜質(zhì)的N區(qū)接通，形成了導(dǎo)電溝道，即使在

45、VGS=0時(shí)也有較大的漏極電流ID。當(dāng)柵極電壓改變時(shí)，溝道內(nèi)被感應(yīng)的電荷量也改變，導(dǎo)電溝道的寬窄也隨之而變，因而漏極電流ID隨著柵極電壓的變化而變化。 場效應(yīng)管的式作方式有兩種：當(dāng)柵壓為零時(shí)有較大漏極電流的稱為耗散型，當(dāng)柵壓為零，漏極電流也為零，必須再加一定的柵壓之后才有漏極電流的稱為增強(qiáng)型。 金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)三極管的基本工作原理是靠半導(dǎo)體表面的電場效應(yīng)，在半導(dǎo)體中 感生出導(dǎo)電溝道來進(jìn)行工作的。當(dāng)柵 g 電壓vg 增大時(shí)， p 型半導(dǎo)體表面的多數(shù)載流子空穴減少、耗盡，而電子積累到反型。當(dāng)表面達(dá)到反型時(shí)，電子積累層將在 n+ 源區(qū) s 和 n+ 漏區(qū) d 形成導(dǎo)電溝道。當(dāng) vds

46、 ≠ 0 時(shí)，源漏電極有較大的電流ids流過。使半導(dǎo)體表面達(dá)到強(qiáng)反型時(shí)所需加的柵源電壓稱為閾值電壓vt。當(dāng) vgs>vt并取不同數(shù)值時(shí)，反型層的導(dǎo)電能力將改變，在的vds下也將產(chǎn)生不同的ids, 實(shí)現(xiàn)柵源電壓vgs對(duì)源漏電流ids的控制。 　　場效應(yīng)管（fet）是電場效應(yīng)控制電流大小的單極型半導(dǎo)體器件。在其輸入端基本不取電流或電流極小，具有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好、制造工藝簡單等特點(diǎn)，在大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中被應(yīng)用。 　　fet和雙極型三極管相類似，由fet組成的放大電路也和三極管放大電路相類似，三極管放大電路基極回路一個(gè)偏置電流(偏流)，而fet放大電路的場效應(yīng)管柵極沒有電流

47、，fet放大電路的柵極回路一個(gè)合適的偏置電壓(偏壓)。 　　fet組成的放大電路和三極管放大電路的主要區(qū)別：場效應(yīng)管是電壓控制型器件，靠柵源的電壓變化來控制漏極電流的變化，放大作用以跨導(dǎo)來；三極管是電流控制型器件，靠基極電流的變化來控制集電極電流的變化，放大作用由電流放大倍數(shù)來。 場效應(yīng)管放大電路分為共源、共漏、共柵極三種組態(tài)。在分析三種組態(tài)時(shí)，可與雙極型三極管的共射、共集、共基對(duì)照，體會(huì)二者間的相似與區(qū)別之處。 本設(shè)計(jì)采用的是國際整流器公司(International Rectifier，簡稱IR)生產(chǎn)的IRF3205大功率場效應(yīng)管。漏源電壓VDSS達(dá)到55V，內(nèi)電阻只有8毫歐

48、，最大漏極電流ID為110安。經(jīng)過了解這種大功率場效應(yīng)管最適合本系統(tǒng)控制電流，而且價(jià)格便宜。 3.4 運(yùn)算放大器介紹 本設(shè)計(jì)采用的運(yùn)算放大器是LM324，LM324系列器件為價(jià)格便宜的帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號(hào)來表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為

49、正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見圖2。 　　 LM324的特點(diǎn)： 　　1.短跑保護(hù)輸出 　　2.真差動(dòng)輸入級(jí) 　　3.可單電源工作：3V-32V 　　4.低偏置電流：最大100nA 　　5.每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器 　　6.具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ堋? 　　7.共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源 　　8.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列 　　9.輸入端具有靜電保護(hù)功能 3.5水位傳感器介紹 傳統(tǒng)的水位用的是電

50、極片，利用水的導(dǎo)電原理，來檢測水位?？稍诒究刂茖?duì)象電解水箱中帶有電，所以這種方法不適合。因此水位傳感器采用的是紅外反射傳感器來代替，將此傳感器貼在透明的水箱壁上，利用水有折射光線的原理，水位在傳感器以上時(shí)，將不會(huì)接收到反射的光線，輸出低電平。當(dāng)水位在傳感器以下時(shí)，將會(huì)接收到反射的光線，輸出高電平。這是一種集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器。檢測距離可以根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。該傳感器具有探測距離遠(yuǎn)、受可見光干擾小、價(jià)格便宜、易于裝配、使用方便等特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于機(jī)器人避障、流水線計(jì)件等眾多場合。 3.5 熱敏電阻的介紹 熱敏電阻是開發(fā)早、種類多、發(fā)展較成熟的敏感元器件．熱敏電阻

51、由半導(dǎo)體陶瓷材料組成，利用的原理是溫度引起電阻變化．若電子和空穴的濃度分別為n、p，遷移率分別為μn、μp，則半導(dǎo)體的電導(dǎo)為： 　　σ=q（nμn+pμp） 　　因?yàn)閚、p、μn、μp都是依賴溫度T的函數(shù)，所以電導(dǎo)是溫度的函數(shù)，因此可由測量電導(dǎo)而推算出溫度的高低，并能做出電阻-溫度特性曲線．這就是半導(dǎo)體熱敏電阻的工作原理． 　　熱敏電阻包括正溫度系數(shù)（PTC）和負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻，以及臨界溫度熱敏電阻（CTR）。 　　熱敏電阻的主要特點(diǎn)是：①靈敏度較高，其電阻溫度系數(shù)要比金屬大10～100倍以上，能檢測出10-6℃的溫度變化；②工作溫度范圍寬，常溫器件適用于-55℃～315℃

52、，高溫器件適用溫度高于315℃（目前最高可達(dá)到2000℃），低溫器件適用于-273℃～55℃；③體積小，能夠測量其他溫度計(jì)無法測量的空隙、腔體及生物體內(nèi)血管的溫度；④使用方便，電阻值可在0.1～100kΩ間任意選擇；⑤易加工成復(fù)雜的形狀，可大批量生產(chǎn)；⑥穩(wěn)定性好、過載能力強(qiáng)。 　　由于半導(dǎo)體熱敏電阻有獨(dú)特的性能，所以在應(yīng)用方面，它不僅可以作為測量元件（如測量溫度、流量、液位等），還可以作為控制元件（如熱敏開關(guān)、限流器）和電路補(bǔ)償元件．熱敏電阻廣泛用于家用電器、電力工業(yè)、通訊、軍事科學(xué)、宇航等各個(gè)領(lǐng)域，發(fā)展前景極其廣闊?！? 　　 NTC熱敏電阻 　　　NTC（Negative Tem

53、perature Coeff1Cient）是指隨溫度上升電阻呈指數(shù)關(guān)系減小、具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻現(xiàn)象和材料．該材料是利用錳、銅、硅、鈷、鐵、鎳、鋅等兩種或兩種以上的金屬氧化物進(jìn)行充分混合、成型、燒結(jié)等工藝而成的半導(dǎo)體陶瓷，可制成具有負(fù)溫度系數(shù)（NTC）的熱敏電阻．其電阻率和材料常數(shù)隨材料成分比例、燒結(jié)氣氛、燒結(jié)溫度和結(jié)構(gòu)狀態(tài)不同而變化．現(xiàn)在還出現(xiàn)了以碳化硅、硒化錫、氮化鉭等為代表的非氧化物系NTC熱敏電阻材料． 　　NTC熱敏半導(dǎo)瓷大多是尖晶石結(jié)構(gòu)或其他結(jié)構(gòu)的氧化物陶瓷，具有負(fù)的溫度系數(shù)，電阻值可近似表示為： 　　式中RT、RT0分別為溫度T、T0時(shí)的電阻值，Bn為材料常數(shù)．陶瓷晶粒本

54、身由于溫度變化而使電阻率發(fā)生變化，這是由半導(dǎo)體特性決定的． 　　NTC熱敏電阻器的發(fā)展經(jīng)歷了漫長的階段．1834年，科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)了硫化銀有負(fù)溫度系數(shù)的特性．1930年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)氧化亞銅-氧化銅也具有負(fù)溫度系數(shù)的性能，并將之成功地運(yùn)用在航空儀器的溫度補(bǔ)償電路中．隨后，由于晶體管技術(shù)的不斷發(fā)展，熱敏電阻器的研究取得重大進(jìn)展．1960年研制出了N1C熱敏電阻器．NTC熱敏電阻器廣泛用于測溫、控溫、溫度補(bǔ)償?shù)确矫妫旅娼榻B一個(gè)溫度測量的應(yīng)用實(shí)例，NTC熱敏電阻測溫用原理如圖4所示． 　　它的測量范圍一般為-10～+300℃，也可做到-200～+10℃，甚至可用于+300～+1200℃環(huán)境中作測

55、溫用．RT為NTC熱敏電阻器；R2和R3是電橋平衡電阻；R1為起始電阻；R4為滿刻度電阻，校驗(yàn)表頭，也稱校驗(yàn)電阻；R7、R8和W為分壓電阻，為電橋提供一個(gè)穩(wěn)定的直流電源．R6與表頭（微安表）串聯(lián)，起修正表頭刻度和限制流經(jīng)表頭的電流的作用．R5與表頭并聯(lián)，起保護(hù)作用．在不平衡電橋臂（即R1、RT）接入一只熱敏元件RT作溫度傳感探頭．由于熱敏電阻器的阻值隨溫度的變化而變化，因而使接在電橋?qū)蔷€間的表頭指示也相應(yīng)變化．這就是熱敏電阻器溫度計(jì)的工作原理． 熱敏電阻器溫度計(jì)的精度可以達(dá)到0.1℃，感溫時(shí)間可少至10s以下．它不僅適用于糧倉測溫儀，同時(shí)也可應(yīng)用于食品儲(chǔ)存、醫(yī)藥衛(wèi)生、科學(xué)種田、海洋、深井、

56、高空、冰川等方面的溫度測量。 4.系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 4.1電源電路 由于LM324需要8V供電，傳感器需要5V供電，單片機(jī)需要3.3V供電，因此就需要7808，7805和ams1117-3.3穩(wěn)壓芯片進(jìn)行穩(wěn)壓供電。在總的輸入端口，接了一個(gè)in4007二極管，起到當(dāng)反接電源時(shí)，保護(hù)電路的作用。為了減小電壓的穩(wěn)波，會(huì)在穩(wěn)壓芯片的輸出和輸入端與地接上一個(gè)100uf的電解電容，進(jìn)行濾波。有一個(gè)特別設(shè)計(jì)是7808的輸入電源是通過一個(gè)繼電器來控制的，當(dāng)待機(jī)的時(shí)候，繼電器斷開，7808未接上電源。當(dāng)開始啟動(dòng)時(shí)，單片機(jī)控制繼電器合上，將7808連接電源，這樣做的目的是為了在待機(jī)的情況下，減少耗能。

57、 4.2 單片機(jī)電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)電路如下圖所示，C8051F330是20腳封裝的單片機(jī)，由于內(nèi)部已經(jīng)具有24M的振蕩器，所以無需再接外部晶振。內(nèi)部集成的的DA轉(zhuǎn)換器是電流輸出型，所以首先要接22歐的電阻到地，形成電壓。由因?yàn)椴蓸与娮柚挥?.001歐，流經(jīng)電流為20安，因此采樣的電壓只有0.02V，也就是比較電壓也是0.02V，電壓是非常的低。輸出得到準(zhǔn)確的0.02V。蜂鳴器由PNP型的三極管8550來驅(qū)動(dòng)發(fā)聲。其它傳感器則在單片機(jī)上留有接口，方便傳感器模塊接入。 4.3 恒流電路設(shè)計(jì) 恒流電路主要由一支4運(yùn)算放大器LM324和兩支IRF3205大功率場效應(yīng)管組成。由于IR

58、F3205大功率場效應(yīng)是N溝道型，所以首先電源正極接負(fù)載電解槽，再接mosfet，這里如果只用一支mosfet承受20A的電流，將會(huì)發(fā)出很大的熱量，所以并聯(lián)多一支mosfet來分擔(dān)電流。采樣電阻采用的是0.001歐，5W的電阻，采樣電阻越小，額定功率越大越好，這樣可以降低消耗在電阻的電，但同時(shí)又帶來一個(gè)弊端，就是采樣出的電阻就會(huì)越小，因此就需要求單片機(jī)的DA轉(zhuǎn)換位數(shù)更高，這里采用的C8051F330有10位DA，就可以達(dá)到要求。LM324構(gòu)成的采樣比較電路和振蕩器電路，控制大功率場效應(yīng)管IRF3205調(diào)節(jié)電流大小。首先由振蕩電路經(jīng)過一個(gè)運(yùn)算放大器，混合反饋電壓，輸出PWM驅(qū)動(dòng)大功率場效應(yīng)管。接

59、著采樣電阻的那點(diǎn)電壓經(jīng)過一個(gè)一階RC濾波后，進(jìn)入比較電路采集采樣電阻的電壓，與單片機(jī)DA輸出的調(diào)節(jié)電壓進(jìn)行比較，輸出電壓再進(jìn)行另一個(gè)一階RC濾波后，反饋電壓回運(yùn)算放大器，恒流原理如下圖，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)節(jié)，達(dá)到恒流作用。按鍵則是設(shè)定恒流電流的大小，一開機(jī)默認(rèn)是恒流在20A，每按下增加的按鍵時(shí)，單片機(jī)DA輸出的比較電壓增加0.002V，恒流電路自動(dòng)將電流提高2安，以增加產(chǎn)生氫氣量；每按下減少的按鍵時(shí)，單片機(jī)DA輸出的比較電壓減少0.002V，恒流電路自動(dòng)將電流減少2安，以減少產(chǎn)生氫氣量。 4.4 其它電路設(shè)計(jì) 熱敏電阻一端接電阻，一端接單片機(jī)的AD口，無需其它電路。

60、 紅外反射傳感器已是一個(gè)模塊，即插即用，無需其它電路。 氫氣傳感只需要一個(gè)下拉電阻即可，電路簡單。 Led燈需接一個(gè)1k電阻，再接入單片機(jī)，起到保護(hù)LED不被燒毀。 由于單片機(jī)的io口，輸出電流有限，所以繼電器和蜂鳴器需由8550三極管做驅(qū)動(dòng)。 4.5 總電路原理圖設(shè)計(jì) PCB板原理圖是由protel dxp2004軟件繪制。原理圖的每個(gè)元器件均按照器件符號(hào)，人手繪制。 4.6 PCB板設(shè)計(jì)圖 PCB板圖是由protel dxp2004軟件繪制的原理圖后生成，PCB中的每個(gè)元器件封裝均按照器件實(shí)際大小來繪制，并手動(dòng)排版布線

61、。板上留有螺絲安裝孔，按照最小的面積來排版各個(gè)元器件，還電源線進(jìn)行加粗，敷銅部分以地覆蓋，得到很好的抗干擾作用，貼近邊沿有插針引腳，方便各個(gè)傳感器和電源，接插，整個(gè)板布線合理，整潔。  5.軟件設(shè)計(jì) 5.1 程序流程圖 程序流程圖，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)作控制的要求，程序會(huì)按照過程控制方式編寫。由于c語言有很高的簡化，易操作，易讀性，所以用c語言進(jìn)行編寫。程序有一個(gè)總的控制循環(huán)，程序進(jìn)入后，將會(huì)循環(huán)判斷和控制執(zhí)行器，達(dá)到實(shí)時(shí)檢測，實(shí)時(shí)控制的效果。 5.2 C語言程序 /*頭文件***********************

62、******************/ #include "C8051f330.h" unsigned char xdata Result; sbit beep=P0^3;//蜂鳴器定義腳 sbit key1=P1^7;//增加按鍵定義腳 sbit key2=P1^6;//減少按鍵定義腳 sbit water=P1^1;//水位傳感器信號(hào)定義腳 sbit h_sen=P1^2;//氫氣傳感器信號(hào)定義腳 sbit fen_c=P1^3;//風(fēng)扇控制定義腳 sbit h_c=P1^4;//氫氣傳感器啟動(dòng)定義腳 sbit led=P1^5;//led指示燈定義腳

63、sbit lt=P2^0;//輕觸動(dòng)開關(guān)定義腳 int b,a,c,start; char vol[8]={0x0d,0x1d,0x2d,0x3d,0x4d,0x5d,0x6d,0x7d,}; /*宏定義函數(shù)*****************************************/ #define ADC_Start( ) ADC0CN |= ( 1<<4 ) /*開始AD轉(zhuǎn)換*/ #define ADC_Result( ) ADC0H /*AD高8位*/ void DAC_Init(void) { REF0CN =0x03; /*內(nèi)部偏壓發(fā)生

64、器和電壓基準(zhǔn)緩沖器工作，基準(zhǔn)從VREF引腳輸出*/ IDA0CN =0xf2; /*DAC0允許，DAC輸出更新發(fā)生在寫DAC0H時(shí)2.0mA滿度輸出電流*/ } /*時(shí)鐘配置*****************************************/ static void ClockInit( void ) { OSCICL += 45; OSCICN |= ( 1<<7 ); /*Enable internal H-F使能內(nèi)部的晶振*/ while( !( OSCICN & ( 1<<6 ) ) );/*Wait for stable 等待

65、穩(wěn)定 */ OSCICN |= ( 3<<0 ); /*0 prescaler 預(yù)定標(biāo)器 0 */ CLKSEL = 0; /*system clocm : internal H-F*/ } /*io口配置*****************************************/ static void GPIOInit( void ) { XBR1 = 0x41; /*端口I/O交叉開關(guān)寄存器1配置*/ } /*AD初始化配置*****************

66、************************/ void ADC_Init() { AMX0P = 0x02; AMX0N = 0x11; ADC0CF |= 0x54; ADC0CN |= 0x80; REF0CN |= 0x03;/*電壓基準(zhǔn)控制寄存器配置 */ ADC0CN |= ( 1<<7 ); } /*AD轉(zhuǎn)換*****************************************/ void ADC() { ADC0CN &= ~( 1<<5 ); ADC_Start( ); while( !( ADC0CN & ( 1<<5 ) ) ); Result = ADC_Result( ); } /*短延時(shí)***********************