導(dǎo)語：如何才能寫好一篇電路設(shè)計(jì)開發(fā)流程，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：集成電路設(shè)計(jì)；版圖；CMOS

作者簡介：毛劍波（1970-），男，江蘇句容人，合肥工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院，副教授；汪濤（1981-），男，河南商城人，合肥工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院，講師。（安徽?合肥?230009）

基金項(xiàng)目：本文系安徽省高校教研項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：20100115）、省級(jí)特色專業(yè)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：20100062）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?????文章編號(hào)：1007-0079（2012）23-0052-02

集成電路（Integrated Circuit）產(chǎn)業(yè)是典型的知識(shí)密集型、技術(shù)密集型、資本密集和人才密集型的高科技產(chǎn)業(yè)，是關(guān)系國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展全局的基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，是新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心和關(guān)鍵，對(duì)其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有巨大的支撐作用。經(jīng)過30多年的發(fā)展，我國集成電路產(chǎn)業(yè)已初步形成了設(shè)計(jì)、芯片制造和封測(cè)三業(yè)并舉的發(fā)展格局，產(chǎn)業(yè)鏈基本形成。但與國際先進(jìn)水平相比，我國集成電路產(chǎn)業(yè)還存在發(fā)展基礎(chǔ)較為薄弱、企業(yè)科技創(chuàng)新和自我發(fā)展能力不強(qiáng)、應(yīng)用開發(fā)水平急待提高、產(chǎn)業(yè)鏈有待完善等問題。在集成電路產(chǎn)業(yè)中，集成電路設(shè)計(jì)是整個(gè)產(chǎn)業(yè)的龍頭和靈魂。而我國集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展遠(yuǎn)滯后于計(jì)算機(jī)與通信產(chǎn)業(yè)，集成電路設(shè)計(jì)人才嚴(yán)重匱乏，已成為制約行業(yè)發(fā)展的瓶頸。因此，培養(yǎng)大量高水平的集成電路設(shè)計(jì)人才，是當(dāng)前集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展中一個(gè)亟待解決的問題，也是高校微電子等相關(guān)專業(yè)改革和發(fā)展的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。[1-4]

一、集成電路版圖設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)

為了滿足新形勢(shì)下集成電路人才培養(yǎng)和科學(xué)研究的需要，合肥工業(yè)大學(xué)（以下簡稱“我校”）從2005年起借助于大學(xué)計(jì)劃，和美國Mentor Graphics公司、Xilinx公司、Altera公司、華大電子等公司合作建立了EDA實(shí)驗(yàn)室，配備了ModelSim、IC Station、Calibre、Xilinx ISE、Quartus II、九天Zeni設(shè)計(jì)系統(tǒng)等EDA軟件。我校相繼開設(shè)了與集成電路設(shè)計(jì)密切相關(guān)的本科課程，如集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、模擬集成電路設(shè)計(jì)、集成電路版圖設(shè)計(jì)與驗(yàn)證、超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)、ASIC設(shè)計(jì)方法、硬件描述語言等。同時(shí)對(duì)課程體系進(jìn)行了修訂，注意相關(guān)課程之間相互銜接，關(guān)鍵內(nèi)容不遺漏，突出集成電路設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，通過對(duì)課程內(nèi)容的精選、重組和充實(shí)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的開展，構(gòu)成了系統(tǒng)的集成電路設(shè)計(jì)教學(xué)過程。[5，6]

集成電路設(shè)計(jì)從實(shí)現(xiàn)方法上可以分為三種：全定制（full custom）、半定制（Semi-custom）和基于FPGA/CPLD可編程器件設(shè)計(jì)。全定制集成電路設(shè)計(jì)，特別是其后端的版圖設(shè)計(jì)，涵蓋了微電子學(xué)、電路理論、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等諸多學(xué)科的基礎(chǔ)理論，這是微電子學(xué)專業(yè)的辦學(xué)重要特色和人才培養(yǎng)重點(diǎn)方向，目的是給本科專業(yè)學(xué)生打下堅(jiān)實(shí)的設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)。

在集成電路版圖設(shè)計(jì)的教學(xué)中，采用的是中電華大電子設(shè)計(jì)公司設(shè)計(jì)開發(fā)的九天EDA軟件系統(tǒng)（Zeni EDA System），這是中國唯一的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的EDA工具軟件。該軟件與國際上流行的EDA系統(tǒng)兼容，支持百萬門級(jí)的集成電路設(shè)計(jì)規(guī)模，可進(jìn)行國際通用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，它的某些功能如版圖編輯、驗(yàn)證等已經(jīng)與國際產(chǎn)品相當(dāng)甚至更優(yōu)，已經(jīng)在商業(yè)化的集成電路設(shè)計(jì)公司以及東南大學(xué)等國內(nèi)二十多所高校中得到了應(yīng)用，特別是在模擬和高速集成電路的設(shè)計(jì)中發(fā)揮了強(qiáng)大的功能，并成功開發(fā)出了許多實(shí)用的集成電路芯片。

九天EDA軟件系統(tǒng)包括ZeniDM（Design Management）設(shè)計(jì)管理器，ZeniSE（Schematic Editor）原理圖編輯器，ZeniPDT（physical design tool）版圖編輯工具，ZeniVERI（Physical Design Verification Tools）版圖驗(yàn)證工具，ZeniHDRC（Hierarchical Design Rules Check）層次版圖設(shè)計(jì)規(guī)則檢查工具，ZeniPE（Parasitic Parameter Extraction）寄生參數(shù)提取工具，ZeniSI（Signal Integrity）信號(hào)完整性分析工具等幾個(gè)主要模塊，實(shí)現(xiàn)了從集成電路電路原理圖到版圖的整個(gè)設(shè)計(jì)流程。

二、集成電路版圖設(shè)計(jì)的教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)結(jié)合九天EDA軟件的功能特點(diǎn)，在本科生三年級(jí)下半學(xué)期開設(shè)了為期一周的以九天EDA軟件為工具的集成電路版圖設(shè)計(jì)課程。

篇2

文文介紹了單片機(jī)控制的電動(dòng)機(jī)Y-啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)是一個(gè)以弱電控制強(qiáng)電的設(shè)計(jì)，有多方面的功能，為智能控制和精確控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)提供了合理有效的解決方案。本文對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并論述了各環(huán)節(jié)中的硬件電路設(shè)計(jì)，針對(duì)軟件設(shè)計(jì)與硬件的綜合調(diào)試進(jìn)行了全面的分析，以實(shí)現(xiàn)弱點(diǎn)控制強(qiáng)電為目的，并通過獨(dú)立式鍵盤對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)進(jìn)行調(diào)控，該設(shè)計(jì)經(jīng)過調(diào)試和檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)任務(wù)的各種指標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī) 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng) 電路設(shè)計(jì)

在我們生活中的各個(gè)領(lǐng)域隨處可見單機(jī)片的蹤跡：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信與數(shù)據(jù)傳輸、各種智能IC卡、轎車的安全系統(tǒng)、攝影機(jī)、飛機(jī)上的各種控制儀表，甚至電子寵物和程控玩具，都離不開單片機(jī)的應(yīng)用。在工業(yè)中，電動(dòng)機(jī)的星三角啟動(dòng)的應(yīng)用十分廣泛，隨著技術(shù)自動(dòng)化的普及，工業(yè)中也出現(xiàn)了很多自動(dòng)機(jī)器，人們將原本需要人來控制的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的工作交給了單片機(jī)，不僅防止了很多意外的發(fā)生，同時(shí)也提高了電動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)效率。

1 單片機(jī)控制的電動(dòng)機(jī)Y-Δ啟動(dòng)電路的總體設(shè)計(jì)任務(wù)和選擇

首先要設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)控制的電動(dòng)機(jī)Y-Δ啟動(dòng)，設(shè)置3秒鐘的啟動(dòng)時(shí)間，并通過按鍵設(shè)置電動(dòng)機(jī)Y-Δ進(jìn)行操作運(yùn)行和終止。該設(shè)計(jì)的基本要求和主要內(nèi)容有：控制器要采用STC89C52RC單機(jī)片；電動(dòng)機(jī)的選擇要用三相異步電動(dòng)機(jī)；正5V電源需要選用LM7805三端不可調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓集成器來實(shí)現(xiàn)；在弱電控制強(qiáng)電模塊中選用DC5V繼電器；在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模塊中要采用220V的交流接觸器；顯示模塊要用兩位級(jí)聯(lián)共陰數(shù)碼管；設(shè)置模塊需要通過獨(dú)立式鍵盤來進(jìn)行設(shè)置和調(diào)控；指示模塊需選用不同顏色的發(fā)光二極管進(jìn)行指示操控。

根據(jù)上述任務(wù)設(shè)計(jì)的要求，經(jīng)分析探討，基于單片機(jī)定時(shí)器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中包括的內(nèi)容有：電源模塊、定時(shí)模塊、控制器模塊、顯示模塊、設(shè)置模塊以及指示模塊。

2 單片機(jī)控制的電動(dòng)機(jī)Y-Δ啟動(dòng)電路中系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 電源模塊電路

該設(shè)計(jì)通過+5V直流電壓來供電，一般來說，直流穩(wěn)壓電源的組成部分有電源變壓器、整流濾波電路和穩(wěn)壓電路。電源變壓器是把交流電網(wǎng)中220V的電壓轉(zhuǎn)換成為比所需要的值，交流電壓經(jīng)過整流電路變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓，因?yàn)槊}動(dòng)的直流電壓中含有大幅度的紋波，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)、溫度和負(fù)載發(fā)生變化時(shí)穩(wěn)壓電路能夠繼續(xù)保持直流電壓的穩(wěn)定，選用輸出電壓為+5V的三端集成穩(wěn)壓器LM7805，變壓器會(huì)將電網(wǎng)220V的電壓轉(zhuǎn)為+9V，通過發(fā)光二極管橋式整流之后，送入LM7805的輸入端。

2.2 復(fù)位和晶振電路

單片機(jī)在平時(shí)復(fù)位端電平是0，單片機(jī)復(fù)位主要通過按鍵高電平復(fù)位，該設(shè)計(jì)中的復(fù)位電路既能用于操作復(fù)位，也能實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。通電時(shí)，電極兩端可看做短路，RESET端電壓逐漸下降，也就是低電平，此時(shí)單片機(jī)開始工作。LED發(fā)光二極管在復(fù)位電路中主要用來指示電路電源是否安全接通，晶振電路采用的是外部無源晶振，晶振值選用12MHz，兩個(gè)諧振電容取值為30PF。

2.3 弱電控制強(qiáng)電電路

電氣觸頭可通過電流，可以把強(qiáng)電接觸器的線圈直接接在弱電繼電器觸頭上，如果弱電繼電器觸頭可通過電流，可在其上加一個(gè)中間繼電器以控制強(qiáng)電。

2.4 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行模塊電路

電動(dòng)機(jī)的電源通斷可以通過單片機(jī)控制的接觸器主觸頭加以控制，同時(shí)電機(jī)的星型啟動(dòng)三角運(yùn)行的效果可由單片機(jī)的定時(shí)來轉(zhuǎn)換。

2.5 電路設(shè)置

設(shè)置電路的過程中，電路可通過獨(dú)立式鍵盤的設(shè)置和調(diào)控加以控制，采用P2口作為獨(dú)立式鍵盤的行線，在這里不必加上拉電阻。

2.6 電路指示

此設(shè)計(jì)主要采用發(fā)光二極管作為指示燈，將發(fā)光二極管接在接口處，當(dāng)兩端的電壓差超出自身導(dǎo)通壓降時(shí)就會(huì)開始工作，此時(shí)的電流要滿足電流和電壓的要求，并與發(fā)光二極管的電流相適應(yīng)，二極管才可以正常發(fā)光。在發(fā)光二極管的連接處接入一個(gè)電阻，此電阻能夠通過對(duì)二極管圖電流的限制以減小耗損。該設(shè)計(jì)在+5V的電壓作用下采用510歐對(duì)電阻進(jìn)行限流，二極管會(huì)在不超出單片機(jī)的最大限流的前提下正常工作。

3 單片機(jī)控制的電動(dòng)機(jī)Y-Δ啟動(dòng)電路中的軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)主程序流程

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程在系統(tǒng)主程序流程中的具體表現(xiàn)如下：

首先，可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括地址的常量定義、初始化單片機(jī)各端口、資源分配、初始化電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間和定時(shí)器、設(shè)置推棧指針等。其次，能夠調(diào)用啟動(dòng)時(shí)間處理程序，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間為十六進(jìn)制數(shù)，存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，如果要顯示出數(shù)碼管，就要進(jìn)行十進(jìn)制進(jìn)行區(qū)分，并且每一位都存在不同的單元。最后，可以調(diào)用啟動(dòng)時(shí)間以顯示程序，在顯示程序當(dāng)中，要對(duì)顯示的數(shù)值進(jìn)行滅0處理，當(dāng)啟動(dòng)的時(shí)間十位是0的話，將不顯示該位，以降低閱讀差錯(cuò)。先控制數(shù)碼管的位碼，選中要點(diǎn)亮的數(shù)碼管，此時(shí)將顯示出段碼。

3.2 程序設(shè)計(jì)和軟件調(diào)試

程序流程圖設(shè)計(jì)好之后就可以根據(jù)流程圖編寫程序了，該設(shè)計(jì)采用匯編語言編寫，經(jīng)調(diào)試，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求。軟件的調(diào)試通過應(yīng)用KEIL軟件和ISIS軟件仿真電路進(jìn)行操作和控制，應(yīng)用KEIL軟件調(diào)試后會(huì)生成HEX文件，先對(duì)設(shè)計(jì)中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)試，再對(duì)主程序進(jìn)行調(diào)試，最后將各部分程序連接起來進(jìn)行整體調(diào)試。

4 結(jié)論

綜上所述，本設(shè)計(jì)開發(fā)了一種適用于人們的生產(chǎn)生活的，在單片機(jī)的基礎(chǔ)上控制電動(dòng)機(jī)星三角啟動(dòng)的定時(shí)裝置。同時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述和分析，論述了各環(huán)節(jié)中的硬件電路設(shè)計(jì)，針對(duì)軟件設(shè)計(jì)與硬件的綜合調(diào)試進(jìn)行了全面的分析，以實(shí)現(xiàn)弱點(diǎn)控制強(qiáng)電為目的，并通過獨(dú)立式鍵盤對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)進(jìn)行調(diào)控，該設(shè)計(jì)經(jīng)過調(diào)試和檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)任務(wù)的各種指標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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篇3

關(guān)鍵詞：汽車；自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)分析

引言

近年來，汽車市場(chǎng)消費(fèi)呈現(xiàn)逐漸增長的趨勢(shì)，消費(fèi)者也越來越看重汽車的整體性能，要求盡可能的改善汽車的駕駛環(huán)境，提高駕車體驗(yàn)。汽車空調(diào)，作為汽車的一個(gè)關(guān)鍵舒適功能件，其當(dāng)前的主要調(diào)控方式為手動(dòng)控制和少量自動(dòng)控制，總體上檢測(cè)性不高，控制效果較差。針對(duì)這一問題，必須要強(qiáng)化對(duì)汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)力度，實(shí)現(xiàn)汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)性能的最優(yōu)化。

1 汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成分析

本研究中汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)的控制核心為PIC單片機(jī)，包括人機(jī)交互、執(zhí)行驅(qū)動(dòng)、傳感器及控制芯片四個(gè)單元，在控制芯片和CAN總線的作用下，控制系統(tǒng)的執(zhí)行驅(qū)動(dòng)單元、傳感器能夠有效的聯(lián)系起來。

同傳統(tǒng)的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)相比，研制的汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)一方面具有手動(dòng)控制的功能，另一方面還應(yīng)該具備良好的自動(dòng)調(diào)控性能。當(dāng)汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)處在自動(dòng)調(diào)控的情況下，系統(tǒng)內(nèi)部的傳感器能夠?qū)ζ噧?nèi)/外部溫度、光照強(qiáng)度、車內(nèi)濕度、蒸發(fā)器及發(fā)動(dòng)機(jī)水溫等狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)性的監(jiān)測(cè)，綜合把握多方面的狀況，根據(jù)周圍環(huán)境各項(xiàng)參數(shù)，對(duì)汽車內(nèi)部的溫度環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整[1]。此外，當(dāng)汽車內(nèi)含有較多的有害物質(zhì)或人工設(shè)置的溫度狀況與實(shí)際狀況不統(tǒng)一時(shí)，在控制系統(tǒng)芯片的作用下，借助驅(qū)動(dòng)單元能夠使各個(gè)機(jī)構(gòu)高效的運(yùn)行，將相關(guān)參數(shù)一一呈現(xiàn)在汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)的顯示面板中，便于更好的了解和掌握自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)的實(shí)際狀況。

2 汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

本研究中汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)的溫度傳感器動(dòng)包括五路，分別發(fā)揮對(duì)車內(nèi)部、外部溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)性的采集，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度進(jìn)行采集，對(duì)蒸發(fā)器溫度進(jìn)行采集的功能，除了發(fā)動(dòng)機(jī)溫度采集電路系統(tǒng)之外，其他的溫度傳感器電路相一致。由瑞士盛思銳企業(yè)所提供的SHT11系列貼片型溫濕度傳感器是溫度監(jiān)測(cè)電路的關(guān)鍵構(gòu)成，該電路中設(shè)置的溫濕度傳感器為建立在CMOSensTM技術(shù)基礎(chǔ)上的單片全校準(zhǔn)溫濕度傳感器。汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)的溫度檢測(cè)電路可以將數(shù)字量通過直接的方式輸出，聚合體濕度敏感、溫度敏感兩大元件共同構(gòu)成了溫度檢測(cè)電路的芯片，前者為電容式，能夠使?jié)穸绒D(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，而后者應(yīng)用的原料為能帶隙材料，電信號(hào)通過溫度轉(zhuǎn)化而來[2]。

在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)溫度檢測(cè)電路的過程中，在微弱電荷信號(hào)放大器的作用下，可以對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大處理，之后利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器（14位）進(jìn)行進(jìn)一步的操作，最后到達(dá)單片機(jī)同步串口。

2.2 控制芯片設(shè)計(jì)

汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)中的控制芯片為pic18f2480-iso單片機(jī)，在接收由傳感器傳送的信號(hào)后，對(duì)其進(jìn)行處理和有效的轉(zhuǎn)化，生成操控系統(tǒng)部件的控制信號(hào)，對(duì)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的控制，例如：新風(fēng)、混合或模式風(fēng)門，為系統(tǒng)控制功能的實(shí)現(xiàn)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[3]。自動(dòng)空調(diào)控制電路中使用的單片機(jī)主要涵蓋模數(shù)轉(zhuǎn)換通道（分辨率為10位，共十三路）、可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（8位一個(gè)，16位3個(gè)）及輸入捕捉/輸出比較/脈寬調(diào)制模塊（兩路）。

2.3 鼓風(fēng)機(jī)控制電路設(shè)計(jì)

鼓風(fēng)機(jī)控制電路也是汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要部分，該電路中使用的是直流鼓風(fēng)電機(jī)，在實(shí)際調(diào)控風(fēng)量的過程中，需要通過調(diào)節(jié)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的方式來實(shí)現(xiàn)。本研究對(duì)電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制的主要途徑就是脈寬調(diào)制，脈寬調(diào)制信號(hào)能夠從芯片脈沖寬度調(diào)制端口獲取，該信號(hào)具有占空比可調(diào)的特點(diǎn)，直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)和調(diào)速軍利用L298N進(jìn)行調(diào)控，將電機(jī)的風(fēng)速控制在有效的范圍內(nèi)。

2.4 空氣質(zhì)量檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)空氣質(zhì)量檢測(cè)電路時(shí)，為了最大限度的降低車內(nèi)有害物質(zhì)對(duì)用戶健康的損害，需要嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)有害氣體的含量是否超出了標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并及時(shí)性的通風(fēng)，增大空氣的更換率[4]。可以應(yīng)用新型的三電極體系電化學(xué)氣體傳感器，根據(jù)相應(yīng)電阻數(shù)值的大小對(duì)二氧化碳、一氧化碳及碳?xì)浠衔铩⒌趸锏葰怏w含量進(jìn)行測(cè)試，提高空氣的質(zhì)量。

2.5 風(fēng)門驅(qū)動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)風(fēng)門驅(qū)動(dòng)控制電路中，可以通過開關(guān)調(diào)節(jié)混合風(fēng)門的方式，實(shí)現(xiàn)冷、熱風(fēng)比例的最優(yōu)化，從而使用戶設(shè)置的溫度參數(shù)與實(shí)際狀況相符，保證輸出合理的溫度。直流電機(jī)是混合風(fēng)門的主要運(yùn)行動(dòng)力，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括除霜、吹腳除霜、吹腳/頭等多個(gè)檔位，能夠調(diào)整成內(nèi)/外循環(huán)、百分之三十新風(fēng)等新風(fēng)風(fēng)門檔。電機(jī)位置信號(hào)信息可以被芯片所獲得，如果電機(jī)實(shí)際狀況同設(shè)置規(guī)定不符，會(huì)通過SH-2043芯片的控制指令做出相應(yīng)的調(diào)整。

3 汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及測(cè)試結(jié)果

通過C語言編寫程序?qū)ζ囎詣?dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)軟件的后期升級(jí)操作簡便化，方便進(jìn)行調(diào)試，且可讀性良好。汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵控制程序分為以下幾個(gè)部分：控制鼓風(fēng)機(jī)、控制風(fēng)門、檢測(cè)參數(shù)/按鍵和初始化等。完成初始化操作后，系統(tǒng)要先對(duì)車內(nèi)部和外部的溫度進(jìn)行檢測(cè)，得到有關(guān)風(fēng)門、蒸發(fā)器等部件的溫度信息，對(duì)按鍵值進(jìn)行掃描操作[5]。如果用戶與實(shí)際的參數(shù)數(shù)據(jù)不同，需要應(yīng)用到鼓風(fēng)機(jī)、風(fēng)門的調(diào)節(jié)子程序，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行有效的運(yùn)行。在制冷情況下，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，表明本研究中的控制系統(tǒng)能夠?qū)ζ噧?nèi)部的溫度進(jìn)行高效的調(diào)控。

綜上所述，基于PIC單片機(jī)基礎(chǔ)上的汽車自動(dòng)空調(diào)控制系統(tǒng)具有良好的性能，通過相應(yīng)的設(shè)計(jì)開發(fā)方案，可以保障系統(tǒng)的實(shí)用性，有效的提高了系統(tǒng)的整體可靠性，能夠?qū)崿F(xiàn)精細(xì)化的調(diào)控和管理，提高用戶的滿意度，獲得了較大的效益。

參考文獻(xiàn)

[1]周翼翔.基于P87C522單片機(jī)的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2009（8）：151-153.

[2]吳健，侯文，鄭賓.基于STC89C52單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2011，7（2）：902-903.

[3]寧成軍，張江霞.基于Proteus和Keil接口的單片機(jī)硬件電路仿真[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2006，29（18）：142-143.

篇4

在系列產(chǎn)品開發(fā)過程中與企業(yè)進(jìn)行項(xiàng)目合作,同行業(yè)一線專家一起進(jìn)行技術(shù)開發(fā),并共同進(jìn)行課程開發(fā)和實(shí)驗(yàn)室建設(shè),建立工廠化的專業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地;借助項(xiàng)目合作企業(yè)的連鎖經(jīng)營或者特許經(jīng)營,所有學(xué)生自己制作的產(chǎn)品經(jīng)檢驗(yàn)合格后,都可以通過合作企業(yè)正式對(duì)外銷售,達(dá)到產(chǎn)學(xué)合作的目的。從系統(tǒng)論角度研究,將人才培養(yǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為頂層設(shè)計(jì)、中間層設(shè)計(jì)、底層設(shè)計(jì)三個(gè)部分。

1.1頂層設(shè)計(jì)—系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以設(shè)計(jì)為:信息采集、信息統(tǒng)計(jì)和人才培養(yǎng)方案設(shè)計(jì)的組織和實(shí)施部門為教務(wù)處,而實(shí)施部門為教學(xué)系部;課程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的組織部門為教學(xué)系部,實(shí)施部門為相應(yīng)教研室;課程教案設(shè)計(jì)與執(zhí)行的組織部門為教研室,實(shí)施部門為教師,共同組成了教學(xué)系統(tǒng)。

1.2中間層設(shè)計(jì)—人才培養(yǎng)方案與課程體系設(shè)計(jì)

課程體系設(shè)計(jì)采用目標(biāo)模式的任務(wù)分解的設(shè)計(jì)方法?；谀繕?biāo)模式的任務(wù)分解課程體系設(shè)計(jì)方法,目標(biāo)分解然后具體化為任務(wù),任務(wù)分解然后具體化為核心課程。這樣來實(shí)現(xiàn)由宏觀到微觀,由抽象到具體的人才培養(yǎng)方案或課程體系設(shè)計(jì)過程。目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)要體現(xiàn)在具體任務(wù)的完成中,所以任務(wù)是目標(biāo)的具體化。而任務(wù)的實(shí)現(xiàn)要體現(xiàn)到具體課程實(shí)現(xiàn)中,所以課程又是任務(wù)的具體化,如此完成課程體系的構(gòu)造。實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的任務(wù)可以是不同的,這體現(xiàn)了異曲同工之效,因此就可在不同學(xué)校的同一個(gè)專業(yè),通過任務(wù)設(shè)計(jì)的不同而體現(xiàn)各自的特色。人才培養(yǎng)方案設(shè)計(jì)中,總目標(biāo)是提高運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。該目標(biāo)分解為基礎(chǔ)能力目標(biāo)、專業(yè)能力目標(biāo)和社會(huì)能力目標(biāo)。通過“系列產(chǎn)品(項(xiàng)目)驅(qū)動(dòng)”、“校企合作、訂單培養(yǎng)”等方式著重培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)能力;將社團(tuán)、勤工助學(xué)、創(chuàng)業(yè)孵化基地等活動(dòng)融入到社會(huì)能力課程模塊,引導(dǎo)學(xué)生把情商相關(guān)理論知識(shí)用于實(shí)際過程,實(shí)現(xiàn)學(xué)生情商的提升,促進(jìn)社會(huì)能力的培養(yǎng);通過組織基礎(chǔ)能力課程競(jìng)賽,將競(jìng)賽項(xiàng)目融入到課程教學(xué)全過程的方式,提高學(xué)生基礎(chǔ)能力。這里的系列產(chǎn)品(項(xiàng)目)在具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該具有如下五個(gè)特點(diǎn):①是在相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域具有知識(shí)的綜合性、可持續(xù)的技術(shù)先進(jìn)性和一定競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品或項(xiàng)目;②具有完整的服務(wù)和使用功能且在關(guān)鍵部件上最好有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán);③通過一定的努力、協(xié)同和教師的指導(dǎo),學(xué)生可以在三年內(nèi)完成;④在設(shè)計(jì)、制作或開發(fā)上不需要投入過多資金;⑤在一定時(shí)間內(nèi)具有良好的商業(yè)價(jià)值和市場(chǎng)前景。

1.3底層設(shè)計(jì)—課程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)

其主要的設(shè)計(jì)思路是:課程目標(biāo)是教學(xué)生完成一個(gè)與課程相關(guān)的實(shí)際項(xiàng)目或任務(wù)。課程的組織是按照實(shí)際的項(xiàng)目或任務(wù)完成時(shí)的操作過程進(jìn)行逐層的任務(wù)分解,以此構(gòu)成有任務(wù)分解邏輯關(guān)系的實(shí)踐系統(tǒng),在此基礎(chǔ)上,確定完成每個(gè)最底層的子項(xiàng)目或子任務(wù)需要的知識(shí)。這種設(shè)計(jì)保證了實(shí)踐內(nèi)容的系統(tǒng)性和完整性,而知識(shí)是根據(jù)最底層的子項(xiàng)目或子任務(wù)的需要確定的,它可能是不完整的或不系統(tǒng)的。

2產(chǎn)品或項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)描述

基于“無線傳感網(wǎng)絡(luò)控制模塊系列產(chǎn)品”的開發(fā)流程,按照工程實(shí)際工作過程將開發(fā)流程分解成需求分析與系統(tǒng)設(shè)計(jì)、模塊電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)與制作、模塊焊接安裝調(diào)試、通信建模、模塊控制與調(diào)試、開發(fā)應(yīng)用等工序。然后將完成每一道工序的任務(wù)所需的技術(shù)和相關(guān)理論,設(shè)計(jì)一門或兩門核心課程,并根據(jù)教育的規(guī)律,從基礎(chǔ)到高級(jí)技能、從模塊到綜合系統(tǒng)安排教學(xué)內(nèi)容。

2.1產(chǎn)品或項(xiàng)目的使用說明

1)系列產(chǎn)品概述?！盁o線傳感網(wǎng)絡(luò)控制模塊”主要分為三個(gè)部分:控制模塊、RF無線電發(fā)射模塊和RF無線電接收模塊,通過USB接口從計(jì)算機(jī)下載控制程序,利用串、并行的方式來發(fā)送數(shù)據(jù)信息、機(jī)器人控制信息及其他信息,從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線遙控。

2)使用說明。以機(jī)器人為例,“無線傳感網(wǎng)絡(luò)控制模塊”可以直接連接在控制板部分,機(jī)器人通過接口與RF無線模塊通訊,使用RF無線模塊發(fā)送數(shù)據(jù)就像通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)一樣,在一個(gè)簡單的通信協(xié)議下可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)機(jī)器人間的數(shù)據(jù)通信,組成無線傳輸網(wǎng)絡(luò)。這樣兩個(gè)或更多的機(jī)器人在一起可以共享數(shù)據(jù)信息,如傳感器信息,位置信息等,可以使多個(gè)機(jī)器人協(xié)同工作。RF信號(hào)的覆蓋范圍可達(dá)150米,這樣便可通過無線傳輸網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程機(jī)器人的控制。

2.2產(chǎn)品或項(xiàng)目的設(shè)計(jì)開發(fā)流程

“無線傳感網(wǎng)絡(luò)控制模塊”系列產(chǎn)品,運(yùn)用電路分析與設(shè)計(jì)技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、接口技術(shù)、傳感與檢測(cè)技術(shù)、通信技術(shù)、C語言編程技術(shù)、電子制板技術(shù)、生產(chǎn)工藝與品質(zhì)管理技術(shù),在通信技術(shù)專業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域具有知識(shí)的綜合性,在技術(shù)上具有可持續(xù)的先進(jìn)性和一定競(jìng)爭(zhēng)力,有著良好的商業(yè)價(jià)值和市場(chǎng)前景。需求與功能分析,系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)階段:根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研進(jìn)行需求分析,產(chǎn)生需求規(guī)格說明書;根據(jù)需求分析進(jìn)行可行性分析,產(chǎn)生可行性分析報(bào)告;由此進(jìn)行確定產(chǎn)品的主要功能,根據(jù)產(chǎn)品功能需求對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行系統(tǒng)概要設(shè)計(jì),建立系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、進(jìn)行模塊劃分,產(chǎn)生系統(tǒng)概要設(shè)計(jì)說明書;編寫項(xiàng)目進(jìn)度,進(jìn)行項(xiàng)目管理。主要技術(shù)及相關(guān)理論知識(shí):資料搜集與分析、項(xiàng)目管理技術(shù)、技術(shù)文檔編輯規(guī)范等。模塊電路設(shè)計(jì)階段需對(duì)模塊功能進(jìn)行可行 性分析,據(jù)此設(shè)計(jì)電路,再根據(jù)工程計(jì)算結(jié)果、工程經(jīng)驗(yàn)以及參考文獻(xiàn)與技術(shù)手冊(cè)選用合適的元器件,最后利用常用電子線路仿真軟件對(duì)電路進(jìn)行仿真,直至仿真結(jié)果滿足功能需求。該階段所需的技術(shù)與理論知識(shí)有:功能與可行性分析、元器件識(shí)別與選用、電路設(shè)計(jì)與仿真、文獻(xiàn)查閱技術(shù)、電子線路知識(shí)、工程計(jì)算知識(shí)、電機(jī)控制知識(shí)。PCB設(shè)計(jì)與制作階段需使用CAD軟件進(jìn)行電路的原理圖繪制與PCB版圖設(shè)計(jì),若仿真結(jié)果正確,則輸出PCB文件,根據(jù)PCB文件進(jìn)行印制電路板的制作。該階段所需的技術(shù)與理論知識(shí)有:CAD軟件安裝與使用、印制電路板制作設(shè)備的使用、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法與常用元器件庫相關(guān)知識(shí)。模塊焊接按照調(diào)試階段需根據(jù)電路需要選購元器件,再進(jìn)行電路的焊接,最后進(jìn)行電路的硬件調(diào)試。該階段所需的技術(shù)與理論知識(shí)有:電子產(chǎn)品制造技術(shù)、電子產(chǎn)品測(cè)量技術(shù)、電子產(chǎn)品調(diào)試技術(shù)、電子產(chǎn)品生產(chǎn)工藝知識(shí)、常用電子儀器儀表與電子產(chǎn)品焊裝基本知識(shí)。模塊控制與調(diào)試階段需要對(duì)做好的模塊電路進(jìn)行控制程序的編寫、編譯、下載與調(diào)試。該階段所需的技術(shù)與理論知識(shí)包括:單片機(jī)的C語言編程技術(shù)、編譯與下載軟件使用、軟件調(diào)試工具的使用、單片機(jī)與接口技術(shù)等相關(guān)知識(shí)。通信建模主要構(gòu)建無線通信傳輸模型,根據(jù)協(xié)議確定傳輸模式,進(jìn)行編碼算法設(shè)計(jì)。該階段所需的技術(shù)與理論知識(shí)包括:信號(hào)與系統(tǒng)、通信協(xié)議、傳輸模式、軟件調(diào)試工具的使用等相關(guān)知識(shí)。模塊開發(fā)應(yīng)用階段需對(duì)整機(jī)電路功能進(jìn)行分析,再根據(jù)功能進(jìn)行編碼算法設(shè)計(jì)、最后進(jìn)行整機(jī)裝配與調(diào)試,具體要求如下:(1)整機(jī)功能分析:根據(jù)需求規(guī)格說明書進(jìn)行可行性分析,系統(tǒng)

架構(gòu)設(shè)計(jì)、功能模塊設(shè)計(jì),并完成各部分相應(yīng)文檔的編寫。該部分主要包括整機(jī)電路功能可行性分析、整機(jī)電路設(shè)計(jì)等方面的內(nèi)容。(2)源代碼開發(fā)與下載:是對(duì)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn),主要進(jìn)行程序的編碼、算法實(shí)現(xiàn)、功能測(cè)試。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能此階段所需的知識(shí)為:C語言程序設(shè)計(jì)、單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)、傳感與檢測(cè)技術(shù)等。(3)整機(jī)裝配與調(diào)試:系統(tǒng)測(cè)試階段主要是針對(duì)前段編碼設(shè)計(jì)階段模塊單元測(cè)試和集成測(cè)試。測(cè)試所需的理論知識(shí)和技術(shù)為:測(cè)試計(jì)劃、測(cè)試工具、整機(jī)電路裝配與調(diào)試測(cè)試文檔的編寫、測(cè)試過程管理等。

篇5

關(guān)鍵詞：雨水井清掏機(jī);STC89C52;遙控器

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2015.21.101

1 引言

國內(nèi)雨水井的疏通一直沿用人工清掏的方式，一般應(yīng)用大鐵勺、鐵鏟等手工工具，也有采用一些較先進(jìn)的手工清掏工具，如污泥鏟、污泥鉗等，但人工清掏工作效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大。本文在清掏機(jī)械手機(jī)械設(shè)計(jì)及主控制器的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究一種遙控裝置，解決雨水井場(chǎng)地狹小，人員操作效率低和質(zhì)量差等問題，提高使用的方便性。

2 機(jī)械手整體結(jié)構(gòu)與控制方案

本文設(shè)計(jì)的清掏機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)采用鉸鏈?zhǔn)椒桨福ㄟ^液壓缸控制桿式鉸鏈結(jié)構(gòu)動(dòng)作，以提高工作效率，它將清掏機(jī)安裝于可轉(zhuǎn)動(dòng)的底座上，其轉(zhuǎn)動(dòng)的控制可以通過手動(dòng)進(jìn)行，也可使用液壓缸對(duì)底座進(jìn)行控制;由升降缸、伸縮缸組合控制抓斗的位置，抓斗升降缸控制抓取裝置延井口上下移動(dòng)，夾緊放松缸控制抓取機(jī)構(gòu)動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)清掏作業(yè)。因此，該設(shè)備至少需要使用5個(gè)電磁液壓閥才可完成對(duì)各動(dòng)作進(jìn)行液動(dòng)控制?？刂品桨钢校ㄎ?、轉(zhuǎn)動(dòng)等采用手動(dòng)助力控制，抓斗升降與抓取動(dòng)作可采用手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制模式。

操作人員采用無線遙控方式，通過手持遙控器對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行控制，其中，抓取機(jī)構(gòu)的上下運(yùn)動(dòng)和抓取動(dòng)作需要配有點(diǎn)動(dòng)或自動(dòng)運(yùn)行模式，其他為點(diǎn)動(dòng)控制。遙控器上電后與主控部分進(jìn)行通信對(duì)接，如果對(duì)接成功則相應(yīng)的指示燈亮，遙控器的數(shù)碼管上顯示初始值，此時(shí)，可對(duì)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的控制，也可對(duì)設(shè)備的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。遙控器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：

3 控制器無線通信方式與協(xié)議

手持器采用帶有休眠功能的JZ891微功率無線數(shù)傳模塊進(jìn)行手持機(jī)與主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，這樣可有效延長工作時(shí)間;主控機(jī)采用不帶休眠功能的數(shù)傳模塊。

JZ881數(shù)傳模塊是高集成度的微功率半雙工的無線數(shù)傳模塊，其采用高性能射頻芯片及高速單片機(jī)，模塊提供8個(gè)頻道，工作頻率470-510MHz、傳輸距離1500米（1200bps）、GFSK 的調(diào)制方式、透明傳輸方式、內(nèi)置看門狗，以保長期可靠運(yùn)行、UART/TTL、RS232、RS485接口、方便、靈活的軟件編程、超大的512bytes數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、適合內(nèi)置式的安裝。本設(shè)計(jì)采用休眠模式的3V供電模塊，電壓為直流2.7-3.3V，通上電源，模塊處于休眠狀態(tài)，必須由用戶控制模塊的喚醒腳，模塊才可進(jìn)行收發(fā)數(shù)據(jù)。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)還增加校驗(yàn)校驗(yàn)檢錯(cuò)模式，以便對(duì)錯(cuò)誤資料重發(fā)，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩耘c可靠性。協(xié)議為兩字節(jié)數(shù)據(jù)。

4 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

4.1 CPU及存儲(chǔ)器的確定

采用了STC公司生產(chǎn)的型號(hào)STC89LE54RD的單片機(jī)為搖控制設(shè)備的控制核心，工作電壓3V。沿用了經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，較于傳統(tǒng)的51單片機(jī)綜合性能高，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇。本系統(tǒng)選用11.0592MHz的晶體振蕩器、12分頻時(shí)，機(jī)器周期為1us。由于STC89C52芯片內(nèi)部無能夠在關(guān)電后繼續(xù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，本文選用了能夠在1.8V～6V范圍進(jìn)行擦寫的存儲(chǔ)器24C02作為設(shè)置與運(yùn)行過程數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

4.2 數(shù)傳模塊引腳定義及硬件聯(lián)接

JZ881 模塊有J1 接口座，共有6 個(gè)引腳，與單片機(jī)聯(lián)接關(guān)系定義如表1：

4.3 顯示電路設(shè)計(jì)

選用了4位共陽LED數(shù)碼管作為顯示設(shè)備，采用動(dòng)態(tài)顯示方式驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管。數(shù)碼管的A-G引腳經(jīng)過限流電阻與P0端口相連接。P0端口的功能是輸出顯示數(shù)據(jù)。P1端口的任務(wù)是選擇數(shù)碼管，具體由P1.0、P1.1、P1.2和P1.3控制。由于位控制的電流消耗較大，每位需選用一個(gè)PNP三極管驅(qū)動(dòng)連接在數(shù)碼管的兩個(gè)公共端。當(dāng)某位引腳為低電位，相對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管會(huì)顯示出端口的數(shù)據(jù)。

4.4 按鍵電路設(shè)計(jì)

遙控器按鍵需要有下降，上升，夾緊，放松，臂升，臂降六個(gè)操鍵，保存，+1，-1三個(gè)設(shè)置鍵和取消，設(shè)置，單周，自動(dòng)四個(gè)功能鍵;本設(shè)計(jì)中，采用復(fù)用鍵模式，將電路設(shè)計(jì)為六個(gè)控制鍵和三個(gè)功能鍵共九個(gè)鍵，使用P3.2、P3.3、P3.4與P3.5、P3.6、P3.7組成矩陣鍵盤電路，用以檢測(cè)，自帶上拉電阻。

5 手持器的軟件設(shè)計(jì)

5.1 手持器工作要求

打開電源開關(guān)，如控制板上電，測(cè)可實(shí)現(xiàn)與手持板握手，正常發(fā)送燈亮，否則錯(cuò)誤發(fā)送燈亮;復(fù)位按鍵使程序初始化，并發(fā)出停止命令;上電后默認(rèn)在控制狀態(tài)，即下降，上升，夾緊，放松，臂升，臂降均處于手動(dòng)點(diǎn)動(dòng)控制狀態(tài)，即按對(duì)應(yīng)按鍵，控制板上的對(duì)應(yīng)繼電器動(dòng)作;如在控制狀態(tài)下按單周自動(dòng)，則設(shè)備動(dòng)作順序?yàn)椋合陆?放松-下降-夾緊-提升-放松-夾緊;按設(shè)置鍵，設(shè)備進(jìn)入單周自動(dòng)運(yùn)行的各時(shí)間段的時(shí)間設(shè)置模式。從1-4分別為：下降時(shí)間，上升時(shí)間，夾緊時(shí)間，移動(dòng)時(shí)間依次增循環(huán)選擇，按一次設(shè)置增1，到4后回1，在設(shè)置過程中，按下取消鍵，直接返回到控制狀態(tài);例如下降時(shí)間的設(shè)置：按設(shè)置鍵，尾數(shù)為7時(shí)為下降時(shí)間設(shè)置，此時(shí)讀出原來的下降時(shí)間值，在此基礎(chǔ)上，通過+1，-1鍵增減到所設(shè)定的值（差值為1秒）。此時(shí)，如按保存鍵則保存設(shè)置值并進(jìn)入下一個(gè)參數(shù)，直到4個(gè)參數(shù)設(shè)置完成，即在顯示6時(shí)，按下保存后進(jìn)入控制狀態(tài)，結(jié)束設(shè)置過程;如按取消鍵則不保存直接進(jìn)入控制狀態(tài)，結(jié)束設(shè)置過程;在設(shè)置狀態(tài)下，被設(shè)置的那個(gè)參數(shù)通過數(shù)碼管和下方的指示燈均有顯示;開關(guān)接通后兩分鐘內(nèi)沒有操作，設(shè)備進(jìn)入休眠狀態(tài)，此時(shí)電源燈亮，如需操作，需先按一下復(fù)位鍵讓設(shè)備重新開始運(yùn)行。

5.2 手持器主程序流程

手持器主程序流程為上電后，首先對(duì)器件進(jìn)行初始化操作，即完成寄存器初始值設(shè)定、部件初始化等系統(tǒng)配置;讀取存儲(chǔ)器的的設(shè)置數(shù)據(jù)，并配置。隨后發(fā)送全停命令，以便與主機(jī)握手;隨后可進(jìn)行設(shè)制與控制，并將數(shù)據(jù)值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)BCD碼送至顯示模塊，在LED數(shù)碼顯示管上完成對(duì)數(shù)值的顯示;采用查詢方式對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，通過按鍵控制向主控制器發(fā)送命令控制主機(jī)動(dòng)作。

6 控制系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試包括硬件、軟件調(diào)試兩大部分，其目的是為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤和不完善的地方，對(duì)其加以修改，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的正常運(yùn)作。兩臺(tái)或多臺(tái)881模塊要進(jìn)行通訊，則各臺(tái)模塊的頻率和空中速率必須一致。模塊與用戶設(shè)備要進(jìn)行通訊，則模塊和用戶設(shè)定的串口參數(shù)必須一致。在本設(shè)計(jì)的軟件的編程過程，先使用調(diào)試助手對(duì)控制器的簡單功能進(jìn)行測(cè)試，完成后與主控制器聯(lián)機(jī)調(diào)試，并對(duì)設(shè)備的性能進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)，直到成功。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁景凱，蓋玉先.機(jī)電一體化技術(shù)與設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

[2]李夢(mèng)紅，李捍東.基于STC89C52單片機(jī)的無線遙控小車設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2015（06）.

篇6

關(guān)鍵詞：數(shù)模一體機(jī)；中頻解調(diào)；模塊化設(shè)計(jì)

引言

數(shù)模一體機(jī)可以同時(shí)接收模擬和數(shù)字廣播電視信號(hào)。筆者參與研發(fā)的數(shù)模一體機(jī)采用晨星半導(dǎo)體公司解碼芯片MSD209為核心，不需要外接機(jī)頂盒，只需要一條電視天線輸入就可以同時(shí)接收數(shù)字和模擬電視信號(hào)。由于解碼芯片內(nèi)部包括對(duì)模擬和數(shù)字信號(hào)的解碼，解碼芯片的集成度比較高，元件比較少，機(jī)器操作界面簡單明了。下面介紹該一體機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路，希望對(duì)今后設(shè)計(jì)數(shù)模一體化液晶電視機(jī)有一定借鑒。

整機(jī)電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

整機(jī)電路設(shè)計(jì)

整機(jī)電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。整機(jī)具有高清Full HD超薄LED背光顯示屏，能夠?qū)崿F(xiàn)4：3和16：9信號(hào)自動(dòng)識(shí)別功能；符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，待機(jī)功率小于1W；感應(yīng)按鍵，自由操控，科技時(shí)尚；動(dòng)態(tài)Gamma控制、膚色調(diào)整、黑電平延伸等，使圖像層次分明、色彩鮮艷、時(shí)刻保持清晰視像：能夠接收模擬信號(hào)制式和數(shù)字信號(hào)制式；內(nèi)置數(shù)字多媒體播放器，可支持H.264、MPEG4等多種音視頻格式。該機(jī)型具有3路AV輸入，2路YPbPr輸入，1路VGA輸入，3路HDMI輸入，2路USB輸入，1路AV輸出，1路耳機(jī)輸出。伴音功放采用晨星半導(dǎo)體公司MSH9000，伴音功率8W×2：DDR采用512Mbit 2片：FLASH采用4Mbit；HDMI切換IC采用3選l通道設(shè)計(jì)的IC。

中頻解調(diào)設(shè)計(jì)

模擬中頻解調(diào)設(shè)計(jì)

電視機(jī)接收到模擬電視信號(hào)經(jīng)過數(shù)模一體化高頻頭將模擬高頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬中頻信號(hào)，再分別經(jīng)過圖像和伴音聲表面波濾波器后，將信號(hào)輸入模擬中頻解調(diào)芯片，進(jìn)行圖像和伴音解調(diào)，經(jīng)中頻放大器分離出模擬CVBS全電視信號(hào)。

對(duì)于不同地區(qū)的模擬信號(hào)，通過數(shù)模一體化高頻頭轉(zhuǎn)換為模擬中頻信號(hào)頻率也不相同，PAL／SECAM制式的模擬中頻信號(hào)頻率為38／38.9MHz，NTSC制式的模擬中頻信號(hào)頻率為45.75MHz。設(shè)計(jì)不同地區(qū)的數(shù)模一體機(jī)時(shí)，將圖像和伴音聲表面波濾波器，以及模擬中頻解調(diào)芯片更換成與PAL／SECAM／NTSC制式相對(duì)應(yīng)的元件，這大大減少了開發(fā)時(shí)間，提高了工作效率。

數(shù)字中頻解調(diào)設(shè)計(jì)

電視機(jī)接收到數(shù)字信號(hào)經(jīng)過數(shù)模一體化高頻頭將數(shù)字高頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字中頻信號(hào)，輸入到數(shù)字中頻解調(diào)芯片內(nèi)，進(jìn)行子帶解調(diào)、取樣率變換、整形和校正后，輸出并行TS數(shù)字碼流，如圖2、圖3所示。

對(duì)于不同地區(qū)的數(shù)字信號(hào)，通過數(shù)模一體化高頻頭轉(zhuǎn)換為數(shù)字中頻信號(hào)頻率也不相同、ATSC制式的數(shù)字中頻信號(hào)頻率為44MHz，DVB-T制式的數(shù)字中頻信號(hào)頻率為45.75MHz。設(shè)計(jì)不同地區(qū)的數(shù)模一體機(jī)時(shí)，將數(shù)字中頻解調(diào)芯片更換成與ATSC／DVB-T制式相對(duì)應(yīng)的解調(diào)芯片。

解碼模塊設(shè)計(jì)

數(shù)字中頻信號(hào)TS流經(jīng)過視頻緩存控制器后，通過解量化器、運(yùn)動(dòng)矢量算法設(shè)計(jì)，數(shù)字解碼，最終得到10bit數(shù)字RGB信號(hào)。數(shù)字解碼部分，由于數(shù)字信號(hào)的不同，解碼方式也不相同，數(shù)字解碼形式有MPGE2、MPEG4、H.264、AC3等，通過軟件切換調(diào)用，實(shí)現(xiàn)不同數(shù)字信號(hào)的解碼，如圖4、圖5所示。

為了支持PC和視頻兩路輸入，芯片內(nèi)設(shè)有一個(gè)3路10bit高精密視頻ADC，上限可達(dá)165MHz；支持HDMI1.3的高速信號(hào)輸入；多制式3D視頻解碼器，用于NTSC、PAL、SECAM制式；HDTV同步分離器、運(yùn)動(dòng)自適應(yīng)解交織引擎：用以消除抖動(dòng)效應(yīng)的新型掃描變換裝置SRC；內(nèi)設(shè)USB單端主控器，適應(yīng)USB2.0版本格式；另外，最終實(shí)現(xiàn)10bit LVDS全高清信號(hào)輸出到LED液晶顯示屏。

伴音模塊設(shè)計(jì)

從MSD209輸出1V音頻信號(hào)，經(jīng)過AZ4558音頻放大器提升3.3倍后，輸出給MSH9000，再經(jīng)過功放放大，經(jīng)過喇叭產(chǎn)生聲音，如圖6。

其中R1／R2=3.3、R3／R4=3.3，是左右聲道音頻放大器的放大倍數(shù)，MSH9000的放大倍數(shù)通過軟件(軟件接口為G0，G1)調(diào)節(jié)，從15db到31db，分四級(jí)。

MSH9000有兩個(gè)音頻聲道，每個(gè)通道均可提供10w輸出功率，芯片內(nèi)的音頻功放運(yùn)行在D類工作狀態(tài)，所以功放的功率很高，即使在播放音樂時(shí)，也不必使用散熱器，其輸出能與80hm阻抗的揚(yáng)聲器匹配。MSH9000還能有效抑制咔咔聲和劈啪聲，即使在低功率1W輸出的條件下，也能播放高品質(zhì)的音樂，其失真度THD小于1％。

整機(jī)軟件設(shè)計(jì)

整機(jī)軟件開發(fā)是基于8051內(nèi)嵌MCU硬件架構(gòu)體系，利用PC開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)。為了使系統(tǒng)軟件更易于為人們所理解、設(shè)計(jì)、開發(fā)、測(cè)試和維護(hù)，整個(gè)軟件開發(fā)采用模塊化思想進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)。整個(gè)軟件的運(yùn)行基于時(shí)間驅(qū)動(dòng)，調(diào)用相應(yīng)模塊函數(shù)、實(shí)現(xiàn)各種電視接收、圖像和聲音處理以及顯示等功能、架構(gòu)見圖7，流程見圖8。

篇7

關(guān)鍵詞：軌道車輛裝備；控制系統(tǒng)；綜合實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）12-0122-03

2012年國家基于提高工程技術(shù)人才競(jìng)爭(zhēng)力的需求，提出了《卓越工程師》培養(yǎng)體系，本校軌道車輛專業(yè)由于之前的悠久歷史、行業(yè)領(lǐng)先的業(yè)績有幸首批入選該體系中。

綜合實(shí)踐課程是培養(yǎng)卓越工程師的非常重要的環(huán)節(jié)與手段，故此軌道車輛專業(yè)在教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃上增加了軌道車輛裝備綜合實(shí)踐、軌道車輛控制系統(tǒng)綜合實(shí)踐、軌道車輛測(cè)試技術(shù)綜合實(shí)踐、軌道車輛設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐、軌道車輛制造與修理綜合實(shí)踐等實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。軌道車輛技術(shù)的發(fā)展在近些年突飛猛進(jìn)，技術(shù)更新非?？?，以前的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)規(guī)程均不能很好地滿足綜合實(shí)踐的要求，因此_發(fā)適用的綜合實(shí)踐課程內(nèi)容、研發(fā)適用的綜合實(shí)踐設(shè)備是擺在軌道車輛實(shí)驗(yàn)室面前的非常重要而緊迫的任務(wù)[1]。2015年學(xué)院自行開發(fā)的一套完整的、在最大程度上保證實(shí)驗(yàn)原理高度一致的基于網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的現(xiàn)代軌道車輛綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)已經(jīng)投入使用，并已經(jīng)完成了2012級(jí)軌道車輛專業(yè)學(xué)生《軌道車輛裝備綜合實(shí)踐》（16學(xué)時(shí)）、《軌道車輛控制綜合實(shí)踐》（16學(xué)時(shí)）的教學(xué)任務(wù)，通過實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生的動(dòng)手能力、編程能力、對(duì)元器件及設(shè)備的認(rèn)知都有了很大的提高[2]。

一、軌道車輛裝備與控制系統(tǒng)綜合實(shí)踐的目的

在此實(shí)踐訓(xùn)練中需要綜合應(yīng)用課堂所學(xué)基本理論和技術(shù)，應(yīng)用平時(shí)實(shí)驗(yàn)已掌握的軟硬件的基本設(shè)計(jì)、調(diào)試的方法，完成一個(gè)綜合了多種設(shè)計(jì)技術(shù)、具有一定實(shí)用背景的應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過這一設(shè)計(jì)過程，使學(xué)生熟悉和掌握軌道車輛裝備與控制系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法，加深對(duì)課堂所學(xué)理論知識(shí)的理解，進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。

二、軌道車輛裝備與控制系統(tǒng)綜合實(shí)踐的要求

1.基本要求。學(xué)生應(yīng)在實(shí)踐環(huán)節(jié)中完成一個(gè)軌道車輛裝備應(yīng)用系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)、軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作，系統(tǒng)功能綜合調(diào)試，提交設(shè)計(jì)報(bào)告并完成系統(tǒng)功能演示。

2.階段任務(wù)與要求。（1）選題。學(xué)生自由組合成設(shè)計(jì)小組，選擇本實(shí)踐環(huán)節(jié)中給出的基本題目作為小組設(shè)計(jì)題目。（2）方案設(shè)計(jì)。學(xué)生圍繞小組的題目檢索收集資料，進(jìn)行調(diào)研，提出系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)，選擇最優(yōu)方案。（3）軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試?？傮w方案確定后，設(shè)計(jì)完成硬件電路原理圖，設(shè)計(jì)并連接好硬件系統(tǒng)。設(shè)計(jì)完成軟件程序流程，并編寫出相應(yīng)的程序。完成軟硬件系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)選題的設(shè)計(jì)功能。（4）設(shè)計(jì)報(bào)告的編寫。學(xué)生根據(jù)本小組的題目及設(shè)計(jì)過程撰寫綜合實(shí)踐報(bào)告，陳述設(shè)計(jì)思想和系統(tǒng)工作原理，剖析解決問題的方案、方法，畫出系統(tǒng)電路原理圖、程序流程圖；寫出調(diào)試結(jié)果及分析；附參考文獻(xiàn)。（5）答辯及演示。答辯內(nèi)容應(yīng)包括所設(shè)計(jì)題目的基本任務(wù)要求，系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)，軟硬件系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)與調(diào)試，系統(tǒng)功能演示、總結(jié)。

三、備選的工作任務(wù)

根據(jù)軌道車輛裝備與控制系統(tǒng)的基本組成模塊，設(shè)計(jì)了五項(xiàng)任務(wù)，并制作綜合試驗(yàn)箱，準(zhǔn)備了相關(guān)的元器件、PC機(jī)及開發(fā)環(huán)境、數(shù)據(jù)采集卡等，學(xué)生可以自行選擇任一任務(wù)來完成。

1.空調(diào)器致冷/致熱轉(zhuǎn)換控制實(shí)踐[3]。（1）實(shí)踐目的。①掌握半導(dǎo)體致冷器、電磁繼電器、固態(tài)繼電器的工作原理及應(yīng)用方法。②掌握PLC或通用數(shù)據(jù)采集器數(shù)字I/O輸出程序設(shè)計(jì)原理及半導(dǎo)體致冷器的致冷/致熱轉(zhuǎn)換控制實(shí)驗(yàn)編程。（2）配備設(shè)備。①PC機(jī)一臺(tái)。②實(shí)驗(yàn)用到的半導(dǎo)體致冷器、散熱片、散熱風(fēng)扇、電磁繼電器、固態(tài)繼電器、接線端子、面包板、導(dǎo)線。③PLC或通用數(shù)據(jù)采集器一個(gè)。（3）綜合實(shí)踐要求。本綜合實(shí)踐的內(nèi)容為設(shè)計(jì)、搭建一能夠根據(jù)用戶操作進(jìn)行空調(diào)器致冷/致熱功能轉(zhuǎn)換的控制裝置。該控制裝置要求如下[4]：①打開空調(diào)器的同時(shí)，必須打開通風(fēng)機(jī)的開關(guān)，如通風(fēng)機(jī)未打開，則空調(diào)器不能運(yùn)行。②打開通風(fēng)機(jī)時(shí)可以不必使空調(diào)器投入運(yùn)行。③設(shè)置一轉(zhuǎn)換開關(guān)，可由用戶進(jìn)行操作進(jìn)行空調(diào)器致冷/致熱/通風(fēng)功能轉(zhuǎn)換，根據(jù)空調(diào)器性能的要求，在從致冷工況向致熱工況或致熱工況向致冷工況轉(zhuǎn)換時(shí)在兩個(gè)工況之間必須自動(dòng)加入若干時(shí)間的延時(shí)，以保護(hù)設(shè)備。④根據(jù)空調(diào)致冷/致熱轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)相關(guān)的控制電路圖。（4）步驟。①仔細(xì)閱讀實(shí)踐要求，并依照要求進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。②按照已經(jīng)完成的電路圖對(duì)電路板進(jìn)行聯(lián)接。③編寫程序，按照實(shí)驗(yàn)要求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。（5）實(shí)踐報(bào)告。①寫出實(shí)踐內(nèi)容及要求；②畫出程序流程圖；③寫出程序清單，并加以注釋；④寫出程序執(zhí)行結(jié)果及調(diào)試過程。（6）系統(tǒng)電路圖（參考）。

2.供電網(wǎng)缺相故障檢測(cè)斷電控制實(shí)踐。（1）實(shí)踐目的。①掌握三相供電網(wǎng)缺相檢測(cè)工作原理及對(duì)應(yīng)處理方法；②掌握PLC或通用數(shù)據(jù)采集器數(shù)字I/O輸入、輸出程序設(shè)計(jì)原理及缺相檢測(cè)編程。（2）配備設(shè)備。①PC機(jī)一臺(tái)。②PLC或通用數(shù)據(jù)采集器一個(gè)、課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路板一塊。③三相變壓器（無中性線）、整流模塊、濾波電容、手動(dòng)開關(guān)等。（3）實(shí)踐要求。本實(shí)踐的內(nèi)容為設(shè)計(jì)一個(gè)能夠在三相供電系統(tǒng)中有某一相掉電時(shí)辨識(shí)缺失的相位信息并同步斷電的裝置。該裝置要求如下：①在三相供電系統(tǒng)中無中性線，任意相掉電，檢測(cè)裝置應(yīng)能夠檢測(cè)出掉電的相位信息并同步斷電。②根據(jù)缺相檢測(cè)控制系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)相關(guān)的控制電路圖。（4）系統(tǒng)電路圖（參考）。

3.設(shè)備供電線路接地故障檢測(cè)實(shí)踐。（1）實(shí)踐目的。①掌握設(shè)備供電線路接地故障檢測(cè)工作原理及對(duì)應(yīng)處理方法。②掌握PLC或通用數(shù)據(jù)采集器數(shù)字I/O輸入、輸出程序設(shè)計(jì)原理及電路電流平衡檢測(cè)控制實(shí)驗(yàn)編程。（2）配備設(shè)備。①PC機(jī)一臺(tái)。②PLC或通用數(shù)據(jù)采集器。③三相變壓器（無中性線）、整流模塊、濾波電容、手動(dòng)開關(guān)、直流漏電流傳感器。（3）實(shí)踐要求。①本實(shí)踐的內(nèi)容為設(shè)計(jì)一個(gè)能夠在三相供電系統(tǒng)中有某一相供電線路故障接地時(shí)實(shí)時(shí)檢測(cè)信息并同步斷電的裝置。該裝置要求如下：能夠在無漏電的情況下，無論電流多大，漏電指示裝置無動(dòng)作，用電設(shè)備的供電線路出現(xiàn)大于10mA漏電的情況下，迅速給出漏電信息并切斷供電線路的裝置。②根據(jù)供電線路故障接地檢測(cè)控制系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)相關(guān)的控制電路圖。（4）系統(tǒng)電路圖（參考）。

4.直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制實(shí)踐。（1）實(shí)踐目的。①掌握直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制工作原理。②掌握PLC或通用數(shù)據(jù)采集器模擬輸出程序設(shè)計(jì)原理與實(shí)驗(yàn)編程。（2）配備設(shè)備。①PC機(jī)一臺(tái)。②PLC或通用數(shù)據(jù)采集器。③直流電源與PWM調(diào)壓電源模塊/變頻器、直流電機(jī)、測(cè)速電機(jī)、繼電器。（3）實(shí)踐要求。①本實(shí)踐的內(nèi)容為設(shè)計(jì)、搭建一個(gè)能夠通過控制軟件與相關(guān)硬件組成的調(diào)速控制系統(tǒng)來對(duì)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行開環(huán)調(diào)速控制[5]。該裝置要求如下：通過軟/硬操作面板上的控制開關(guān)可對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行起停進(jìn)行控制，通過軟/硬操作面板上的{速旋鈕可對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。②根據(jù)電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)相關(guān)的控制電路圖。

5.軌道車輛溫度自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)綜合實(shí)踐。（1）實(shí)踐目的。①掌握溫度測(cè)試系統(tǒng)工作原理。②掌握PLC或通用數(shù)據(jù)采集器采集模擬輸入程序設(shè)計(jì)原理與實(shí)驗(yàn)編程。（2）配備設(shè)備。①PC機(jī)一臺(tái)。②PLC或通用數(shù)據(jù)采集器。③24V穩(wěn)壓電源、PT-100溫度傳感器、溫度變送器（4―20mA恒流輸出）、終端電阻，控制器（PLC或通用數(shù)據(jù)采集器）、半導(dǎo)體變溫系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)溫度表。（3）實(shí)踐要求。①本實(shí)踐的內(nèi)容為設(shè)計(jì)、搭建一以PT-100溫度傳感器為基礎(chǔ)的自動(dòng)溫度測(cè)試系統(tǒng)。系統(tǒng)要求如下：軸承的溫度測(cè)量范圍設(shè)定在0℃―100℃之間，車內(nèi)溫度的測(cè)量范圍設(shè)定在0℃―50℃之間，車外溫度測(cè)量范圍設(shè)定在-50℃―50℃之間，在顯示界面上顯示當(dāng)前測(cè)量溫度，測(cè)量數(shù)據(jù)以每5秒鐘的間隔存入硬盤，數(shù)據(jù)格式包括通道號(hào)（位置）、測(cè)量時(shí)間、測(cè)量數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)格式為電子報(bào)表格式，需對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行修正）。②根據(jù)溫度測(cè)試系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)相關(guān)的測(cè)試電路圖。

2014、2015年完成的綜合實(shí)踐課程已取得了良好的效果，學(xué)生對(duì)于系統(tǒng)的構(gòu)建、軟硬件知識(shí)和應(yīng)用都有了很大的提高，一部分學(xué)生對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)產(chǎn)生了濃厚的興趣，綜合實(shí)踐課程取得了良好的效果。

在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，2016年對(duì)綜合實(shí)踐的硬件準(zhǔn)備又進(jìn)行了系統(tǒng)化的改進(jìn)，設(shè)計(jì)開發(fā)并制作了更為完善的綜合實(shí)訓(xùn)設(shè)備作為實(shí)踐課程的基礎(chǔ)，學(xué)生可根據(jù)自己所選任務(wù)方向、小組所確定的方案設(shè)計(jì)自行選擇硬件模塊和備選元器件，來搭建自己的硬件環(huán)境。2016年14級(jí)軌道車輛在校生將會(huì)使用更為完善的教學(xué)設(shè)備完成綜合實(shí)踐課程，綜合實(shí)踐會(huì)成為培養(yǎng)卓越工程師的有效而有趣的課程。

參考文獻(xiàn)：

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篇8

【關(guān)鍵詞】信號(hào)完整性 傳輸線 反射 串?dāng)_ 仿真

隨著材料、制作工藝等技術(shù)的飛速發(fā)展，應(yīng)用處理器的運(yùn)行速度越來越高，信號(hào)上升時(shí)間也是越來越快，這導(dǎo)致傳輸線的一些特性對(duì)電路的影響越來越突出，引發(fā)了反射、串?dāng)_、同步切換噪聲、延遲等信號(hào)完整性問題。確保信號(hào)完整成為高速電路設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵，因此對(duì)高速電路進(jìn)行有效的、準(zhǔn)確的信號(hào)完整性分析與仿真變得至關(guān)重要。

1 信號(hào)完整性問題及解決措施

1.1 信號(hào)完整性概述

反射和串?dāng)_是引起信號(hào)完整性問題主要的兩個(gè)方面，而它們都與傳輸線的特征阻抗密切相關(guān)，下面先從傳輸線概念及其特征阻抗展開討論。

1.2 傳輸線及其特征阻抗

傳輸線是指電路中具有一定長度并組成電路回路的兩個(gè)導(dǎo)體連接線，這兩個(gè)導(dǎo)體，一個(gè)用來發(fā)送信號(hào)，另一個(gè)用來接收信號(hào)，或稱為信號(hào)返回路徑。

傳輸線的特征阻抗可通過下式（1）計(jì)算：

因?yàn)殡娙莺碗妼?dǎo)的阻抗很大，式中電流I可以忽略不計(jì)，所以式（1）可以簡化為：

（2）

如果頻率比較低，可以省去上式虛部，那么特征阻抗可簡化為：

（3）

如果頻率比較高，可以省去式（2）中的實(shí)部，則特征阻抗簡化為：

（4）

所以從式（3）和（4）可以看出特征阻抗如果在頻率很低的情況下，就相當(dāng)于導(dǎo)體的電阻，頻率很高的情況下要考慮導(dǎo)體的電感和電容，所以這是為什么我們一般在高速電路中才會(huì)去考慮阻抗匹配的問題，在高速電路中阻抗的作用才會(huì)特別突出的表現(xiàn)出來，由上面分析可知，特征阻抗與信號(hào)工作頻率、傳輸線上電阻、電感、電容、電導(dǎo)等參數(shù)有關(guān)，而與信號(hào)大小和傳輸線長度無關(guān)。傳輸線的重點(diǎn)之處是于在整個(gè)線路中要保持其特征阻抗連續(xù)或?yàn)橐缓愣ㄖ?，這樣的傳輸線才符合高速電路的要求。

在PCB中，常見的傳輸線有兩種：一種是微帶線，另一種是帶狀線。微帶線和帶狀線的特征阻抗分別可用式（5）和式（6）計(jì)算：

（5）

（6）

其中，w代表傳輸信號(hào)導(dǎo)體的寬度，t代表傳輸信號(hào)導(dǎo)體的厚度，h傳輸信號(hào)導(dǎo)體與信號(hào)返回路徑之間絕緣介質(zhì)材料的厚度，εr表示該材料的介電常數(shù)。

2 信號(hào)完整性問題及其分類

信號(hào)完整性表現(xiàn)為電路中實(shí)際測(cè)得的信號(hào)波形與想象中的波形不一樣，存在一些差異或失真，具體是指信號(hào)從驅(qū)動(dòng)端出發(fā)沿著傳輸線傳輸?shù)竭_(dá)接收端后其波形的完整程度。如果信號(hào)到達(dá)接收端后其波形在大小幅度上，在時(shí)序上，在保持時(shí)間上都符合要求，那就說明信號(hào)比較完整，反過來就說明電路可能存在信號(hào)完整性問題。信號(hào)完整性的主要問題表現(xiàn)在反射、串?dāng)_、同步切換噪聲、延遲等幾個(gè)方面，下面重點(diǎn)介紹反射和串?dāng)_。

2.1 反射（Reflection）

反射是指信號(hào)在傳輸線上傳輸時(shí)，當(dāng)遇到的傳輸線特征阻抗有變化，比如：不連續(xù)，或者其與信號(hào)的源端阻抗、負(fù)載阻抗不匹配，信號(hào)就會(huì)在這個(gè)變化節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生反彈現(xiàn)象，從而導(dǎo)致信號(hào)波形變形，超過或達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)電平的情況發(fā)生，這一情況包括：過沖、下沖及振鈴等現(xiàn)象。這種情況發(fā)生以后很容易造成器件的損壞，降低信號(hào)的噪聲容限，增加了信號(hào)的穩(wěn)定時(shí)間，影響系統(tǒng)時(shí)序。

為更好的說明反射原理，在傳輸線模型中加入信號(hào)源和負(fù)載，如圖1所示，信號(hào)源自身含有內(nèi)阻R0，傳輸線L的特征阻抗用Z0表示，RL代表負(fù)載，A點(diǎn)是傳輸線的源端，B點(diǎn)是傳輸線的負(fù)載端，VA是源端電壓，VB是負(fù)載端電壓。

如圖1所示，如果RL≠Z0，即負(fù)載阻抗與傳輸線特征阻抗不相等時(shí)，那么信號(hào)在B點(diǎn)將會(huì)產(chǎn)生反射現(xiàn)象，這里用ρL表示反射的程度，它是反射電壓與入射電壓的比值，見下式（7）：

（7）

很明顯，-1≤ρL≤+1。如果負(fù)載RL等于傳輸線特征阻抗Z0，那么ρL=0，這就表示沒有反射現(xiàn)象產(chǎn)生。如果負(fù)載RL小于傳輸線特征阻抗Z0，那么ρL0，反射形成的反彈回波方向與源信號(hào)方向相同，也就是源信號(hào)中的一部分能量不能完全被傳遞或吸收，會(huì)反彈回源端，信號(hào)的幅度比源信號(hào)的大，出現(xiàn)過沖現(xiàn)象。

2.2 串?dāng)_（Cross Talk）

串?dāng)_是指信號(hào)在傳輸線上傳播時(shí)，因由電磁耦合對(duì)臨近傳輸線產(chǎn)生的不期望的電壓噪聲干擾。理論上，一個(gè)電路板中的任意兩條線之間在有信號(hào)傳輸?shù)那闆r下都會(huì)有這種串?dāng)_發(fā)生，但實(shí)際上還要看兩者的距離以及相互位置關(guān)系，距離越遠(yuǎn)，串?dāng)_越小，一般重點(diǎn)考察相鄰的信號(hào)線。兩條相鄰信號(hào)線，一條是信號(hào)源驅(qū)動(dòng)線，把它叫做干擾線（Aggressor），另外一條是擾的信號(hào)線，把它叫做受害線（Victim）。因?yàn)樾盘?hào)源是從源端驅(qū)動(dòng)到負(fù)載端，這里把距離源端較近的受害線的一端叫做近端，并把其所受的串?dāng)_值稱作NEXT，把距離源端較遠(yuǎn)的受害線的一端叫做遠(yuǎn)端，并把其所受的串?dāng)_值稱作FEXT。傳輸線間的電磁耦合分為兩種，一種是感性耦合，另一種是容性耦合。

近端串?dāng)_系數(shù)NEXT取決于互感和互容，由下式?jīng)Q定：

（8）

遠(yuǎn)端串?dāng)_系數(shù)FEXT表示遠(yuǎn)端噪聲電壓與信號(hào)電壓的比值，如式（9）：

（9）

式（8）和式（9）中， Vb為受害線后向電壓噪聲，Va為干擾線信號(hào)電壓，kb是近端耦合系數(shù)CmL、LmL為單位長度的互容和互感，CL、LL為單位長度的電容和電感，Vf為受害線上的遠(yuǎn)端電壓，Len是耦合的長度，RT為信號(hào)上升時(shí)間，kf是遠(yuǎn)端耦合系數(shù)，v為信號(hào)傳播的速率。

2.3 信號(hào)完整性問題的解決方法

（1）反射的抑制方法。抑制反射一是要針對(duì)不同元器件的特點(diǎn)及其信號(hào)頻率屬性等因素選擇合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，另外一個(gè)是在布線時(shí)采用相應(yīng)的端接匹配方式，常用的阻抗端接匹配根據(jù)端接位置可分為兩種：一種是源端匹配，另一種是終端匹配。源端匹配包括串聯(lián)匹配，終端匹配包括并聯(lián)匹配，戴維南匹配，并行RC匹配和肖特基二極管匹配等，但究竟哪些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和端接匹配方式是最優(yōu)的？這需要進(jìn)行實(shí)際仿真分析得到。

（2）串?dāng)_的減小方法。串?dāng)_的影響與信號(hào)線之間的間距成反比，與耦合長度成正比，即間距越小，串?dāng)_值越大，耦合長度越大，串?dāng)_值越大，所以要減小串?dāng)_可以擴(kuò)大信號(hào)線之間的間距，以及縮短信號(hào)線之間的耦合長度。

相鄰信號(hào)線之間的信號(hào)流向也是影響串?dāng)_的一個(gè)重要因素，方向相同時(shí)的串?dāng)_值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電流方向相反的串?dāng)_值。因此，在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)避免高速信號(hào)在相鄰疊層走線的方向平行，在同一層盡量避免相鄰信號(hào)流向相同。

3 基于i.MX51的仿真與分析

3.1 硬件平臺(tái)介紹

本文所采用的硬件平臺(tái)是一款多媒體控制終端的核心部分。本核心板CPU采用的是基于ARM Cortex-A8內(nèi)核的Freescale i.MX51，主頻800MHz，內(nèi)存芯片采用日本ELPIDA公司所產(chǎn)的EDE1116AE8G-6E-F，單片容量為1Gbits，規(guī)格是64M×16bits。因?yàn)閕.MX51應(yīng)用處理器支持標(biāo)準(zhǔn)的DDR2，位寬為32位，時(shí)鐘為200MHz，工作電壓為1.8V，所以本核心板采用4片，組成128M×32bits存儲(chǔ)系統(tǒng)，即總512MB內(nèi)存。此板屬于一款典型的高速電路，其PCB設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)流程對(duì)于高速PCB板的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)具有一定的代表性。

本核心板框圖如圖2所示。

雖然i.MX51主頻為800MHz，但這只是在CPU內(nèi)部，而在CPU外部的最高頻率是i.MX51到DDR2的時(shí)鐘頻率200MHz，這是由i.MX51所決定的，所以在仿真分析時(shí)要以200MHz的頻率為準(zhǔn)。

3.2 仿真環(huán)境和模型

SpecctraQuest/SigXplorer是Cadence公司為高速系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)的仿真分析工具。開發(fā)工程師可以運(yùn)用它以及相應(yīng)的IBIS模型在布線前和布線后提取PCB中信號(hào)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)信號(hào)的時(shí)序，完整性，EMI等相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在參數(shù)設(shè)置環(huán)境中，可以根據(jù)不同要求，調(diào)整如線寬，線距，信號(hào)延時(shí)，阻抗，耦合長度，過孔等物理及電氣特性參數(shù)。

IBIS（Input/Output Buffer Information Specification）模型是一種定義輸入/輸出緩沖器I-V和V-T響應(yīng)的一種模型，目的是提供一種集成電路制造商到EDA軟件廠商再到設(shè)計(jì)工程師之間相互交換電子元件仿真數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)格式。IBIS模型不僅是某個(gè)特定的輸入、輸出緩沖器而是以元件為中心，它允許模擬整個(gè)元件。

3.3仿真設(shè)計(jì)與分析

3.3.1反射分析

以DDR2的時(shí)鐘信號(hào)DRAM_SCLK為例進(jìn)行反射分析，圖3是DRAM_SCLK的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

圖4是源端匹配電阻為0歐和33歐時(shí)，U15（DDR2）引腳J8的波形圖。

如圖4所示，紅色線表示信號(hào)源端U10（CPU）引腳T3上的波形，即DRAM_SCLK信號(hào)，藍(lán)色線表示負(fù)載端U15引腳J8上的波形，可以看出不加匹配電阻，即匹配電阻為0時(shí)，信號(hào)源端和負(fù)載端的波形很不好，有比較嚴(yán)重的振鈴現(xiàn)象，但加入匹配電阻33Ω以后源端和負(fù)載端的波形明顯改善很多，較之沒有匹配時(shí)波形單調(diào)而且平滑。隨著匹配電阻阻值的增加，波形越來越平滑，但由于受到端接電阻的影響，不可避免有些損耗以及分壓作用，所以輸出端信號(hào)的噪聲容限有所降低。在綜合考慮波形與噪聲容限的情況下，選擇33歐的電阻既可以減少反射現(xiàn)象，噪聲容限也不低。

3.3.2 串?dāng)_分析

如圖5是CPU與DDR2之間的數(shù)據(jù)線串?dāng)_模型，耦合的線長設(shè)定為1000mil，中間的一條TRACE2是受害線，上面和下面的TRACEl和TRACE3是干擾線。

輸出端IO1和受害線輸入端U15（DDR2）引腳C2的仿真波形見圖6右邊，可以看出U15的C2引腳上串?dāng)_值有331.362mV。顯然這是不符合要求的。

信號(hào)線之間的間距以及耦合的長度是影響串?dāng)_的兩個(gè)大的因素，由于板子空間和CPU、DDR2封裝上的限制，不可能讓間距很大，板子預(yù)設(shè)線間距為6mil，因此只能從耦合長度上考慮去尋找解決辦法。

將耦合長度設(shè)定為400mil，仿真后得到的串?dāng)_波形如圖6左邊所示。可以看出，U15的C2引腳上的串?dāng)_值為172.378mV，已低于最高電平1.8V的10%，滿足電平判斷的要求。這就是表示在布線時(shí)，線間距為6mil的耦合線其耦合長度應(yīng)小于400mil。當(dāng)然在布線空間允許的區(qū)域，仍然要保證線間距足夠?qū)?，一般?倍于線寬，這時(shí)的串?dāng)_影響將非常小。

4 結(jié)束語

通過對(duì)i.MX51核心板的仿真分析與設(shè)計(jì)，對(duì)比了采用和未采用信號(hào)完整性分析設(shè)計(jì)的情況，發(fā)現(xiàn)在成本和所耗費(fèi)時(shí)間上，未采用信號(hào)完整性分析設(shè)計(jì)是采用信號(hào)完整性分析設(shè)計(jì)的3-4倍。本文所完成的工作對(duì)于基于信號(hào)完整性分析的高速PCB設(shè)計(jì)方法具有較好的借鑒作用，通過這種方法可以有效提高設(shè)計(jì)效率，加快開發(fā)周期，節(jié)省產(chǎn)品成本，具有一定的社會(huì)價(jià)值與實(shí)際意義。

參考文獻(xiàn)

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篇9

關(guān)鍵詞：溫濕度檢測(cè)；單片機(jī)；串行顯示；

中圖分類號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

引言

溫濕度控制儀作為電力變電裝置內(nèi)部環(huán)境的監(jiān)控儀器，它通過與電氣柜內(nèi)部的接口電路相連，能夠?qū)ζ錅貪穸冗M(jìn)行檢測(cè)并且發(fā)出控制命令，避免發(fā)生異常情況。由于它的保護(hù)功能，使得許多電力企業(yè)間接的避免了不少損失。并且溫濕度控制儀具有警戒值可調(diào)功能，這讓維護(hù)人員可以根據(jù)自己對(duì)溫濕度的使用要求，隨時(shí)修改警戒值，在溫濕度超出用戶的設(shè)定值時(shí)，控制儀可以自動(dòng)進(jìn)行加熱或排風(fēng)控制。電力變電裝置一般都是用在高壓室內(nèi)，工作危險(xiǎn)，條件艱苦。在采用溫濕度控制儀以前，值班人員需不斷的對(duì)電力裝置的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并記下相關(guān)數(shù)據(jù)，工作強(qiáng)度大，而且還有很強(qiáng)的噪音，很容易使值班人員疲勞。采用溫濕度控制儀使得“無人值守”變成可能，既提高了工作效率，又減少了人力物力資源。

一、總體方案設(shè)計(jì)

溫濕度控制儀主要由溫度信號(hào)采集電路、濕度信號(hào)采集電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、鍵盤控制電路、數(shù)碼管顯示電路、看門狗復(fù)位電路、加熱和排風(fēng)電路、開關(guān)電源等組成。工作原理：首先由傳感器對(duì)溫度和濕度進(jìn)行檢測(cè)，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換將采樣到的數(shù)據(jù)送到微控制器內(nèi)部處理，根據(jù)算法得到相應(yīng)的控制量，當(dāng)欠溫度或過濕度時(shí)，啟動(dòng)加熱元件；當(dāng)過溫度或欠濕度，啟動(dòng)排風(fēng)元件。原理圖如圖1所示。

圖1溫濕度控制儀原理圖

二、各單元方案的設(shè)計(jì)

1、傳感器的選擇

采用智能型溫濕度傳感器SHT10,它是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的復(fù)合式傳感器。它不需要外部A/D轉(zhuǎn)換電路，內(nèi)部已集成了一個(gè)14位的A/D轉(zhuǎn)換器，供電電源僅需要單片機(jī)的+5V電源，溫度測(cè)量范圍：-40℃～123.8℃，測(cè)量精度：±0.5℃。測(cè)濕范圍：0%～100%RH，測(cè)量精度：±4.5%RH,它采用兩線制串行接口和內(nèi)部基準(zhǔn)電壓，超低功耗，工作起來穩(wěn)定可靠，操作方便。

2、微處理器的選擇

微處理器采用美國ATMEL公司推出的MCS-51系列單片機(jī)AT89S52作為主要器件，它是目前市場(chǎng)上的主流芯片，擁有價(jià)格低廉、低功耗、高性能等優(yōu)點(diǎn)。AT89S52內(nèi)部資源如下：8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash，256字節(jié)RAM,32個(gè)可編程I/O口線，看門狗定時(shí)器，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，8個(gè)中斷源，一個(gè)向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工異步串行口。

3、數(shù)碼管顯示模塊的設(shè)計(jì)

在溫濕度控制儀設(shè)計(jì)中，顯示部分需要及時(shí)的把電力變電裝置內(nèi)部的溫濕度信息直觀的反映給工作人員，工作人員便可以根據(jù)自己的需要來進(jìn)行相關(guān)的操作?？紤]到以上因素，在設(shè)計(jì)時(shí)采用MAX7219串行驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，相對(duì)于并行驅(qū)動(dòng)，節(jié)省了許多I/O引腳資源，便于以后拓展功能。

4、按鍵控制模塊的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的按鍵總共有4個(gè)，分別為溫度＋1鍵，溫度－1鍵，濕度＋1鍵，濕度－1鍵，因此鍵盤電路采用獨(dú)立式按鍵設(shè)計(jì)，每個(gè)按鍵相互獨(dú)立，一條輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他輸入線上的工作狀態(tài)，適用于按鍵較少的系統(tǒng)。程序設(shè)計(jì)有中斷法和查詢法兩種方法，本設(shè)計(jì)采用查詢法，低電平有效。按鍵直接和AT89S52的I/O相連，通過讀I/O口，來判定I/O的電平狀態(tài)即可識(shí)別出按下的鍵。

5、加熱與排風(fēng)驅(qū)動(dòng)控制模塊的設(shè)計(jì)

采用開關(guān)量控制，如繼電器、晶閘管雙向可控硅等，控溫快速，但是雙向可控硅驅(qū)動(dòng)電路比較麻煩，調(diào)試也麻煩。若用固態(tài)繼電器（就是把雙向可控硅和驅(qū)動(dòng)電路做在一起）價(jià)格十分昂貴。本設(shè)計(jì)采用繼電器來控制加熱與排風(fēng)電路，為了避免電感的反向電動(dòng)勢(shì)和開關(guān)觸點(diǎn)對(duì)電源的影響，接了一個(gè)反向二極管來阻止擾動(dòng)。

三、溫濕度控制儀的硬件設(shè)計(jì)

1、傳感器的接口電路設(shè)計(jì)

SHT10溫濕度傳感器采用兩線制數(shù)字接口，輸出的為標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，可直接跟單片機(jī)直接相連。但是在使用過程中，為了避免信號(hào)沖突，在單片機(jī)把DATA拉低后，需要一個(gè)外部的上拉電阻（例如10K歐）將信號(hào)拉至高電平。其典型連接圖如圖2。

圖2 傳感器連接圖

2、按鍵的接口電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)用到4個(gè)按鍵分別鏈接到單片機(jī)的P1.0、P1.1、P1.2和P1.3，按鍵程序采用查詢法，即檢測(cè)是否有鍵按下，若有鍵按下，則去除按鍵抖動(dòng)判斷按鍵號(hào)并轉(zhuǎn)入相應(yīng)的鍵處理。

4個(gè)鍵定義如下：

P1.0：濕度＋鍵，按此鍵濕度警戒值加1。

P1.1：濕度－鍵，按此鍵濕度警戒值減1。

P1.2：溫度＋鍵，按此鍵溫度警戒值加1。

P1.3：溫度－鍵，按此鍵溫度警戒值減1。

3、數(shù)碼管顯示電路

采用MAX7219與單片機(jī)的P2.3、P2.4、P2.5相連，顯示采用兩個(gè)4位共陰極數(shù)碼管，分別顯示溫度的十位和個(gè)位、濕度的十位和個(gè)位。

4、加熱和排風(fēng)電路的接口設(shè)計(jì)

繼電器在這個(gè)設(shè)計(jì)中作為單片機(jī)與加熱和排風(fēng)器件的中轉(zhuǎn)站。當(dāng)電力變電裝置內(nèi)部溫濕度超過警戒值時(shí)，單片機(jī)發(fā)出低電平，控制繼電器驅(qū)動(dòng)加熱和排風(fēng)器件。

四、溫濕度控制儀的軟件設(shè)計(jì)

1、系統(tǒng)主程序流程圖設(shè)計(jì)

程序啟動(dòng)后，首先對(duì)單片機(jī)和MAX7219初始化，然后設(shè)置溫濕度警戒值，在單片機(jī)讀取傳感器發(fā)送的溫濕度信息后，檢測(cè)是否有鍵按下，判斷當(dāng)前的溫濕度值是否超過警戒值，若是則單片機(jī)控制加熱或排風(fēng)；若不是則將溫濕度值顯示在數(shù)碼管上。結(jié)束后再返回到讀取溫濕度子程序，進(jìn)行下一輪檢測(cè)，如此程序這樣不斷地循環(huán)下去。流程圖如圖3。

圖3 系統(tǒng)主程序流程圖

2、溫濕度信號(hào)的檢測(cè)與處理

程序首先由單片機(jī)給SHT10發(fā)送一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)，SHT10開始采集當(dāng)前溫濕度信息，然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換和溫濕度補(bǔ)償處理，轉(zhuǎn)換為精確數(shù)值發(fā)送給單片機(jī)。本溫濕度控制儀采用默認(rèn)A/D分辨率（溫度14位，濕度12位），為了補(bǔ)償溫度傳感器的精度以獲取準(zhǔn)確數(shù)值，還需使用如下公式（1）來修正讀數(shù)。

Temperature=d1+d2.Sot(此為實(shí)際溫度值) 公式（1）

其中d1參數(shù)根據(jù)電壓進(jìn)行選擇，本設(shè)計(jì)中給傳感器的供電電壓5V,所以d1在此選擇-40。Sot參數(shù)：為采樣A/D數(shù)據(jù)值，溫度采樣分辨率使用14位d2在此選擇0.01。

為了補(bǔ)償濕度傳感器的精度，采用以下公式（2）、公式（3）來修正讀數(shù)。

RHlinear=C1+C2*SORH+SO2RH公式（2）

RHtrue=(temperature-25)*(T1+T2*SORH)+RHlinear 公式（3）

其中濕度分辨率使用12位在此選擇-4，C2選擇為0.0405，C3選擇-2.8*10-6。

3、按鍵的檢測(cè)與處理程序設(shè)計(jì)

定義4個(gè)按鍵S1、S2、S3和S4的功能分別為濕度+1、濕度-1、溫度+1和溫度-1。4個(gè)按鍵采用獨(dú)立鍵盤，一端連接地，另一端連接單片機(jī)，檢測(cè)按鍵時(shí)，首先把P1端口拉為高電平，當(dāng)按鍵按下時(shí)，單片機(jī)端口返回值為低電平，判斷為按鍵閉合。在該程序的設(shè)計(jì)中要注意按鍵的去抖動(dòng)程序，按鍵本身是機(jī)械開關(guān)，由于機(jī)械觸點(diǎn)的不穩(wěn)定和電壓突變等原因，在觸點(diǎn)閉合或者是斷開的瞬間會(huì)出現(xiàn)電壓抖動(dòng)的情況，所以本設(shè)計(jì)采用軟件延時(shí)來躲過抖動(dòng)時(shí)間，待信號(hào)穩(wěn)定后在進(jìn)行鍵掃描。

4、數(shù)碼管顯示程序設(shè)計(jì)

采用MAX7219串行輸入驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示，顯示為溫度值，濕度值，溫度警戒值，濕度警戒值，只顯示十位數(shù)據(jù)和個(gè)位數(shù)據(jù)，共用8個(gè)數(shù)碼管。

MAX7219的編程主要分為3部分：芯片初始化、數(shù)據(jù)傳送以及送顯子程序。初始化程序主要是對(duì)MAX7219的顯示模式、顯示亮度、顯示位數(shù)等進(jìn)行初始化；數(shù)據(jù)傳送子程序是根據(jù)器件的傳送時(shí)序編寫的子程序，其主要功能是串行傳送數(shù)據(jù)。送顯程序的功能是將顯示的數(shù)值送到MAX7219的數(shù)據(jù)寄存器里使其顯示出來。

5、加熱與排風(fēng)驅(qū)動(dòng)控制程序的設(shè)計(jì)

首先由單片機(jī)來判定溫濕度是否越過警戒值，若越過單片機(jī)的P2.0、P2.1端口則會(huì)發(fā)出低電平，繼電器常開觸點(diǎn)閉合，加熱、排風(fēng)控制電路啟動(dòng)。

6、系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)

單片機(jī)系統(tǒng)的主要干擾源是來自于電源，在工作現(xiàn)場(chǎng)中，由電源而產(chǎn)生的噪聲、電壓突變、瞬時(shí)斷電都會(huì)對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生很大的干擾，為了解決此問題，本設(shè)計(jì)采用MAX813L看門狗芯片，專門用來對(duì)+5V電壓進(jìn)行檢測(cè),當(dāng)+5V電源正常時(shí)，RESET為低電平，單片機(jī)正常運(yùn)行；當(dāng)電源電壓降到+4.65V以下時(shí)，RESET輸出高電平，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位。在程序運(yùn)行時(shí)，CPU不能在1.6s內(nèi)給出“喂狗”信號(hào)，/WDO則由高電平跳變?yōu)榈碗娖?，二極管導(dǎo)通，RESET輸出復(fù)位脈沖，單片機(jī)復(fù)位。

五、結(jié)束語

本課題的設(shè)計(jì)開發(fā)工作經(jīng)過3個(gè)月的堅(jiān)持不懈努力，目前已基本達(dá)到規(guī)定的技術(shù)要求，也通過了最后的硬件和軟件調(diào)試，得到結(jié)論如下：

1、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案是正確的、可行的。所設(shè)計(jì)的智能型溫濕度控制儀從硬件和軟件上都已實(shí)現(xiàn)基本功能。從總體設(shè)計(jì)上分為微處理器模塊、溫濕度信號(hào)采集處理模塊、按鍵控制模塊、數(shù)碼管顯示模塊和加熱與排風(fēng)驅(qū)動(dòng)控制模塊5個(gè)部分是合理的。

2、軟硬件設(shè)計(jì)均采用模塊化思想，硬件采用“模板連接”方式，每個(gè)模板能夠執(zhí)行各自的功能，相互獨(dú)立互不干擾；軟件是把每一個(gè)功能子程序做成一模塊，硬件中加入了哪個(gè)模版，主程序會(huì)自動(dòng)檢測(cè)新硬件并調(diào)用相應(yīng)的子程序?？梢姡K化的設(shè)計(jì)為系統(tǒng)以后擴(kuò)張功能提供了方便。

3、系統(tǒng)具有良好的人機(jī)界面功能，可讓工作人員隨時(shí)進(jìn)行方便的操作和修改溫濕度的警戒值。

4、智能化控制。當(dāng)溫濕度越過警戒值，系統(tǒng)能夠自發(fā)進(jìn)行加熱和排風(fēng)控制，讓溫濕度趨于正常值。

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[3] 郭天祥.51單片機(jī)C語言教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

篇10

【關(guān)鍵詞】旅行箱單片機(jī)GSM RFID

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以智能化控制技術(shù)為基礎(chǔ)的智能家居系統(tǒng)已經(jīng)成為近年來各國在智能領(lǐng)域研究的重點(diǎn)，但是在智能化如此普及的今天，旅行箱的智能化設(shè)計(jì)卻很少，傳統(tǒng)的旅行箱已不能滿足我們更高層次的需求，因此一款智能的旅行箱應(yīng)運(yùn)而生。本旅行箱是基于RFID和GSM無線通信模塊，并由手機(jī)端軟件控制，可實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。該系統(tǒng)具有以下兩種功能：一、及時(shí)提醒用戶遺漏的物品，例如行李整理完畢后，該系統(tǒng)進(jìn)行清單核實(shí)發(fā)現(xiàn)有物品遺漏后，它會(huì)通過手機(jī)短信對(duì)用戶進(jìn)行提醒;二、可進(jìn)行遠(yuǎn)端查詢，如在用戶不能或不方便打開行李箱的情況下，可通過手機(jī)終端對(duì)該系統(tǒng)發(fā)送一條查詢指令，箱內(nèi)物品的清單便會(huì)立刻顯示在手機(jī)上。該系統(tǒng)具有低功耗、實(shí)用性好、適用范圍性廣等特點(diǎn)。此外，該系統(tǒng)可移植性強(qiáng)，可應(yīng)用于智能家居產(chǎn)品中，具有極大的擴(kuò)展性和發(fā)展前景。

一、系統(tǒng)功能原理

該系統(tǒng)由射頻讀卡器、GSM通信模塊、單片機(jī)和電源組成。射頻讀卡器的作用是讀取電子標(biāo)簽的序列碼，GSM通信模塊的作用是收發(fā)信息，單片機(jī)則控制其它各模塊協(xié)調(diào)工作，處理信息。其工作流程是：先在手機(jī)終端的應(yīng)用軟件中設(shè)定所帶物品信息，每件物品都對(duì)應(yīng)一個(gè)電子標(biāo)簽的序列號(hào)，待衣物都放入箱內(nèi)后，射頻讀卡器讀取放入箱內(nèi)的電子標(biāo)簽序列號(hào)并傳送給單片機(jī)，然后通過GSM模塊，以短信形式發(fā)送到手機(jī)終端，應(yīng)用程序自動(dòng)調(diào)取短信內(nèi)的電子標(biāo)簽信息，并與預(yù)設(shè)物品對(duì)應(yīng)的序列號(hào)進(jìn)行核對(duì)，如能完全匹配則無衣物遺漏，否則有物品遺漏，并提示。當(dāng)用手機(jī)發(fā)出查詢指令時(shí)，箱內(nèi)的GSM通信模塊接收到指令后會(huì)將指令傳給單片機(jī)，然后單片機(jī)再調(diào)用相關(guān)程序和射頻讀卡器，然后將讀卡器讀出的電子標(biāo)簽序列碼再通過GSM模塊發(fā)送給手機(jī)，然后手機(jī)端應(yīng)用軟件會(huì)將電子標(biāo)簽序列碼對(duì)應(yīng)的物品以清單的形式顯示出來。

二、硬件電路設(shè)計(jì)

硬件部分主要包括射頻讀卡器、單片機(jī)和GSM通信模塊GTM900B，其中射頻讀卡器將讀出的電子標(biāo)簽的序列碼通過相關(guān)接口傳至單片機(jī)，再經(jīng)由GSM模塊發(fā)送至手機(jī)終端。

射頻讀卡器經(jīng)過USB轉(zhuǎn)TTL串口引出4個(gè)引腳，分別為RXD/TXD/VCC/GND，其中RXD/TXD引腳分別與單片機(jī)的對(duì)應(yīng)引腳相連，以串行通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。

單片機(jī)的p3.0/p3.1腳分別與GTM900的18/19腳（RXDO/TXDO）相連進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，高電平有效。GTM900B的數(shù)據(jù)接口采用串行異步收發(fā)，其接口提供標(biāo)準(zhǔn)的UART接口，UART接口的信號(hào)除了RXDO/TXDO為高電平有效外，其余均為低電平有效，而且UART接口提供512byte的發(fā)送和接收FIFO，支持可編程的數(shù)據(jù)寬度，數(shù)據(jù)停止位，奇/偶校驗(yàn)或無校驗(yàn)，UART接口的最大支持速率為115.2kbps，GTM900的1-5腳與電源VCC相連，支持3.3-4.8 V，6-10腳與GND相連，24-29腳與SIM卡相連，此外GTM900可使用AT指令集，并且短消息模式支持TEXT和PDU模式，通過UART接口與外部CPU通信，實(shí)現(xiàn)無線傳輸，并且支持800/900/1800MHZ三頻自動(dòng)選擇。具有體積小，質(zhì)量輕，耗電少等優(yōu)點(diǎn)。

三、控制電路的軟件設(shè)計(jì)

3.1硬件控制程序工作流程

系統(tǒng)開機(jī)，等待短信指令，當(dāng)接收到來自手機(jī)的查詢或提醒指令時(shí)，單片機(jī)會(huì)給射頻讀卡器發(fā)送讀取指令，讀取電子標(biāo)簽的序列碼，然后再調(diào)取短信發(fā)送程序，將返回的序列碼通過GSM發(fā)送到手機(jī)終端

3.2射頻數(shù)據(jù)讀取指令

讀寫器與STC89C52串行通訊，通訊過程由單片機(jī)發(fā)送命令及參數(shù)給讀寫器，讀寫器將命令執(zhí)行結(jié)果狀態(tài)和電子標(biāo)簽UII數(shù)據(jù)返回給單片機(jī)。

3.2.1詢問狀態(tài)

發(fā)送十六進(jìn)制aa020055若成功連接返回aa03000055

若連接失敗無返回可能是端口設(shè)置不一樣或者波特率不一樣，模塊默認(rèn)的波特率為57600

3.2.2停止操作

發(fā)送十六進(jìn)制：aa021255確認(rèn)停止返回aa03120055失敗無返回

3.2.3單標(biāo)簽循環(huán)識(shí)別：

發(fā)送十六進(jìn)制：aa021055返回?cái)?shù)據(jù)1模塊確認(rèn)收到指令：aa03100155

3.2.4多標(biāo)簽循環(huán)識(shí)別

發(fā)送十六進(jìn)制：aa03110355返回確認(rèn)指令aa03110155

3.3 GSM短信發(fā)送子程序

在該部分程序中，由主函數(shù)調(diào)用發(fā)送子函數(shù)send（），單片機(jī)通過串口依次發(fā)送相關(guān)的AT指令及要發(fā)送的信息內(nèi)容到GSM通信模塊，然后由GSM模塊發(fā)送到指定的手機(jī)終端，從而實(shí)現(xiàn)信息的傳輸，部分指令如下

Serial_Init（）;pwon=O;Delay_ms （1000）; pwon=l; Send_command（”AT”）;Send_command（”AT+CMGF=1”）;Send_command（”AT+CMGS=手機(jī)號(hào)碼”）;Send_command（”123”）;Send_Hex（Oxla）;

四、手機(jī)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)

4.1開發(fā)及運(yùn)行環(huán)境

JDK7.0.250.17， Eclipse， Android Development Toolkit，Android 2.4及以上

4.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

在本地建立Goods.db的數(shù)據(jù)庫，用于存儲(chǔ)物品信息，包括物品名稱，物品編號(hào)及對(duì)應(yīng)的序列碼，提示信息等。

4.3軟件功能及工作原理

原理：先在手機(jī)軟件上預(yù)先選定箱內(nèi)需帶物品，然后放人物品，物品放入過程結(jié)束后，在軟件上點(diǎn)擊“檢查”，軟件自動(dòng)給旅行箱的GSM模塊發(fā)送檢查指令，進(jìn)入物品核查過程，并對(duì)旅行箱的GSM模塊返回短信進(jìn)行提取與解析，讀出其中的電子標(biāo)簽序列碼，與事先選定的物品所對(duì)應(yīng)的序列碼進(jìn)行核對(duì)，檢查有無遺漏。若有預(yù)選物品沒有放入箱內(nèi)，則會(huì)在手機(jī)上給出提醒。若需查詢箱內(nèi)物品，則點(diǎn)擊“查詢”，便自動(dòng)給旅行箱發(fā)送查詢指令，并將GSM返回的序列碼所對(duì)應(yīng)的物品以清單形式顯示出來。

軟件主要功能：物品預(yù)設(shè)、短信指令發(fā)送、短信內(nèi)容提取與解析、數(shù)據(jù)對(duì)比。

五、結(jié)束語