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超声波雾化器 摘 要 在日常生活中雾化器得到了广泛的应用,但是现有的雾化器都需要手工控 制开启和关闭并且不具备对室内空气温湿度的监测,人们在使用过程中存在过 度加湿和干烧的问题,不仅给室内空气舒适度造成负面影响并且还存在安全隐 患。因此开发设计一种价格低廉、功耗低、具有自动控制功能的雾化器显得尤 为必要。本设计采用智能控制,以 AT80S51 单片机为核心,外接辅助电路,通 过实现加湿器的防干烧、声光报警、智能开启和关闭以及室内温湿度的显示功 能基本实现雾化器的智能化。 关键词:单片机;智能;雾化器;相对湿度;传感器; 目 录 第 1 章 绪论 .5 1.1 概况 .5 1.2 本文研究内容 .5 第 2 章 CPU 最小系统设计.5 2.1 总体设计方案 .6 2.2 CPU 的选择 .7 2.3 数据存储器扩展 .8 2.4 复位电路设计 .9 2.5 时钟电路设计 .10 2.6 CPU 最小系统图 .11 第 3 章 输入输出接口电路设计 .11 3.1 传感器的选择 .11 3.2 检测接口电路设计 .12 3.2.1 A/D 转换器选择.12 3.2.2 模拟量检测接口电路图 .12 3.3 输出接口电路设计 .13 3.4 人机对话接口电路设计 .13 第 4 章 系统设计与分析 .15 4.1 系统原理图 .15 4.2 系统原理综述 .15 文献 .17 第 1 章 绪论 1.1 概况 用途功能:超声波加湿器是采用超声波高频振荡的原理,将水雾化为一至 五微米的超微粒子,通过风动装置,将水雾扩散到空气中,从而达到均匀加湿 空气的目的。 现状: 现有生产五个系列的产品,其基本单元均为组合或者说集成式超声 波雾化器,其整体还有电源系统、供水系统、水雾输送系统等,另根据不同的 使用场所、不同形式、不同要求设计的不锈钢机体,组装为不同的超声波工业 加湿设备。现有生产五个系列的产品,所具有的差别主要是在应用领域不同、 控制方式不同、雾化量不同等几个方面。首先,应用领域五个系列多种领域; 其次;每个领域有侧重不同的控制方式;第三,每个场所有不同的加湿量。 1.2 本文研究内容 根据任务书内容进行描述(要完成的功能以及设计的内容)根据任务书内容进行描述(要完成的功能以及设计的内容) 系统软件实现的功能:系统软件实现的功能: 1) 通过 LED 显示温湿度值及水位; 2) 比较监测到的水位,发现低水位时自动掉电并声光报警; 3) 根据相对湿度值控制加湿器的开关。 本课题研究主要涉及以下方面:本课题研究主要涉及以下方面: 1)通过对控制系统的功能及要求确定总体设计方案 2)系统硬件电路的设计与开发 3)系统软件程序的设计与调试 4)系统性能测试 本设计将采用智能控制,以本设计将采用智能控制,以 AT80S51AT80S51 单片机为核心,外接辅助电路,通过单片机为核心,外接辅助电路,通过 实现加湿器的防干烧、声光报警、智能开启和关闭以及室内温湿度的显示功能实现加湿器的防干烧、声光报警、智能开启和关闭以及室内温湿度的显示功能 基本实现加湿器的智能化。基本实现加湿器的智能化。 第 2 章 cpu 最小系统设计 2.1 总体设计方案 根据任务书中的设计要求以及设计内容,画出总体方案框图,并简要说明各模 块功能。 电子式互感器电子式互感器 采集器采集器 合并单元 智能终端 过程层交换机 . . 图图 2.12.1 过程层原理框图过程层原理框图 表表 1.11.1 变电站情况变电站情况 图图 1-11-1 自动加湿器功能原理图自动加湿器功能原理图 温度检测:利用 DS18B20 数字温度传感器检测环境实时温度 湿度检测:两个温度传感器分别采集室内空气的干湿球温度,并将采集的 温度传送至单片机。单片机对这两个数据加以处理并结合室内湿度要求加湿器 项目名称本期规模 变压器2 台 35kV 进线2 回 10kV 出线6 回 10kV 电容器组2 台 35kV 外桥接线电气主接线 10kV 单母分段接线 单片机 温度传感器 1 温度传感器 2 1602LCD 显示屏 水位传感器 加湿器开关 声光报警器 的 开启和闭合 液位检测:利用 BZ0504 液位开关检测水槽实时液位。判断有水时输出 0V,无水时 5V。 单片机控制:我们标配的是 AT80S51,作为核心部件,实现对内部功能的 控制。 液晶显示:利用 1602 液晶显示模块。显示实时的温湿度。 声光报警:当检测的液位低于安全值时,蜂鸣器响且 LED 灯闪亮,提醒用 户给水槽加水。 2.2 CPU 的选择 根据设计要求以及设计内容,说明 CPU 的型号,并简要介绍所选择 CPU 的内部 资源以及引脚结构图。 T89C2051 是一种带 2K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除 只读存储器可以反复擦除 1000 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造, 与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合 在单个芯片中,ATMEL 的 AT89S51 是一种高效微控制器,AT89C2051 是它的一种精简版本。 AT89S51 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排 列如图 2-1 所示 图图 2-22-2 AT89S51AT89S51 芯片引脚图芯片引脚图 AT89S51 共有 40 个引脚,大致可分为 4 类:电源引脚、时钟电路引脚、I/O 引脚、控 制线引脚。根据开发的需要和单片机的结构,我们就可以实现单片机的自动工作,即实现 自动化! 2.3 数据存储器扩展 结合设计题目说明扩展数据存储器必要性,阐明控制的数据存储器型号,并简 要概括其性能,再加上 CPU 与数据存储器的硬件原理图。 扩展数据存储器电路常用 RAM 芯片:Intel 6116(2KB)、6264(8KB)、 62256(32KB)等。 RAM 是用来存放各种数据的,MCS-51 系列 8 位单片机内部有 128BRAM 存储 器,CPU 对内部 RAM 具有丰富的操作指令。但是,当单片机用于实时数据采集 或处理大批量数据时,仅靠片内提供的 RAM 是远远不够的。此时,我们可以利 用单片机的扩展功能,扩展外部数据存储器。实训 6 的参考程序 1 就是一个扩 展 RAM 的使用实例。 常用的外部数据存储器有静态 RAM(Static Random Access MemorySRAM)和动态 RAM(Dynamic Random Access MemoryDRAM) 两种。前者读/写速度高,一般都是 8 位宽度,易于扩展,且大多数与相同容量 的 EPROM 引脚兼容,有利于印刷板电路设计,使用方便;缺点是集成度低,成 本高,功耗大。后者集成度高,成本低,功耗相对较低;缺点是需要增加一个 刷新电路,附加另外的成本。 MCS-51 单片机扩展片外数据存储器的地址线也 是由 P0 口和 P2 口提供的,因此最大寻址范围为 64KB(0000HFFFFH) 。 一 般情况下,SRAM 用于仅需要小于 64KB 数据存储器的小系统,DRAM 经常用于需 要大于 64KB 的大系统。 图图 2-32-3 数据存储扩展电路图数据存储扩展电路图 2.4 复位电路设计 阐述复位电路的重要性;画出复位电路原理图,说明复位条件以及复位过程 复位电路的基本功能是:系统上电时提供复位信号,直至系统电源稳定后,撤销复位 信号。为可靠起见,电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号,以防电源开关或电源 插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。图 3-3 所示的 RC 复位电路可以实现上述基本功 能,图 3 为其输入-输出特性。但解决不了电源毛刺(A 点)和电源缓慢下降(电池电压不 足)等问题 而且调整 RC 常数改变延时会令驱动能力变差。左边的电路为高电平复位有效 右边为低电平 Sm 为手动复位开关 Ch 可避免高频谐波对电路的干扰。 图图 2-42-4 上电及手动复位电路图上电及手动复位电路图 2.5 时钟电路设计 阐述时钟电路的重要性;画出时钟电路原理图,说明复电容参数值以及晶振频 率 时钟电路用于产生 MCS-51 单片机工作时所必须的时钟控制信号,MCS-51 单片机的内部电路在时钟信号的控制下,严格的执行指令进行工作,在执行指 令时,CPU 首先要到程序存储器中取出所需要的指令操作码,然后译码,并由 时序电路产生一系列控制信号去完成指令所规定的操作。CPU 发出的时序信号 有两类,一类用于片内对各个功能部件的控制,另一类用于对片外存储器或 I/O 端口的控制。 MCS-51 单片机各功能部件的运行都是以时钟信号为基准, 有条不紊地一拍一拍地工作,因此时钟频率直接影响单片的速度,时钟电路的 质量也直接影响单片机系统的稳定性。常用的时钟设计电路有两种方式,一种 是内部时钟方式,一种是外部时钟方式。 图图 2-52-5 时钟电路设计图时钟电路设计图 2.6 CPU 最小系统图 根据上述 4 节图,形成完整的 CPU 最小系统图 图图 2-62-6 CpuCpu 最小系统图最小系统图 第 3 章 输入输出接口电路设计 3.1 传感器的选择 根据所要检测或要控制的任务,首先确定传感器,并介绍传感器的性能等特性。 传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将检测感受到的信 息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传 输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的 首要环节。 3.2 检测接口电路设计 3.2.1A/D 转换器选择 根据设计参数以及要求,选择 A/D 转换器芯片,并介绍其性能特性,转换精度。 模数转换器即 A/D 转换器,或简称 ADC,通常是指一个将模拟信号转变为 数字信号的电子元件。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输 出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义,仅仅表示一个相对大小。 故任何一个模数转
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