機械與電子工程學院畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 應的變化，這種方法簡單易實現，但是滴管長度有限，而且受制于受液瓶的高低，控制起來會有許多不定因素。所以我們不選用此方案。 方案二：采用凸輪來控制滴管的松緊，這樣滴速 一定會發生相應的變化，這種方案在執行元件的選取上要花費腦筋，但優點是控制較精細，調整較迅速，穩定性也比較好，所以我們選用凸輪來控制。 主從機通信方式選擇 方案一：采取并行方式。并行的傳輸方式需要的傳輸線很多而且成本高，尤其是在遠距離通信時更不適于，因此不選用這個方案。 方案二： CI2 總線方式。采用 CI2 總線方式總要兩條線就能夠實現多機通信，但不適合用于較遠 的通信。對于沒有其接口的單片機來說，軟件模擬 CI2 較復雜些。 方案三：本系統可以選擇通信方式之一是 RS485 半雙工串行方式。 RS485 只需兩根傳輸線來傳送信號，他很適合長距離傳輸，其中有用的傳送幾乎可達一千多米，他的抗干擾能力非常強，同時組網能力也很強，在連接網絡時的只需 AB 兩根線即可。 方案四：無線網絡通信方式。相比有線傳輸，無線傳輸在某些特定的條件下具有無法比擬的優勢，而且有許多現成的無線通信模塊可以選用，是一種較好的方案，但應根據成、距離等具體情況決定是否選用。 我們對這個系統的通信要求不是很高，要傳輸的信號也不是很多，所以在這里我們選擇方案三。 時鐘芯片的選擇方案和論證 方案一：直接采用單片機上的定時計數器來計算時間，使用程序實現時間的計數。雖然這種方案可以節約成本，減小電路的規模，但是，單片機計算出的時間誤差相對來說比較大，所以不選用這個方案。 東華理工大學畢業設計（論文） 系統方案選擇與論證 7 方案二：選取 DS1302 來實現時鐘計數， DS1302 是一種專業的時鐘芯片，他可以實現對年月日等時間的計數甚至可以精確到時分秒，他的數據暫存區是位的 RAM， 時耗電 小于 300nA，工作電壓 ~ 范圍內。 通過比較論證，我們選擇方案二。 東華理工大學畢業設計（論文） 硬件部分 8 3 硬件部分 系統硬件的基本框圖 本系統主要采用的方案是以單片機為核心，來檢測滴速并通過鍵盤來實現滴速的設置，下面展示了一些這個系統中的模塊，如圖 311，他能直觀的的看出系統中硬件包含了液位檢測并能報警模塊、滴速檢測、時間檢測模塊、鍵盤和液晶顯示模塊等。 圖 311 系統硬件的基本框圖 各模塊的電路設計 電源部分 因為本系統所有供電都是 5v 電壓，所以本系統的供電系統只要一個 5v電源即可，圖 321 為 5v 電源電路原理圖。 將 220V 的電壓轉換成 5V 輸出的電源電壓叫直流穩壓電源，它需要經過變壓、整流、濾波、穩壓四個環節才能完成，下面就詳細敘述各個環節的原理，功能以及在此處所發揮的作用。其中： 電路中線圈 T1表示變壓器，我們此處所用的變壓器是降壓變壓器，它將電網 220v交流電壓變換成 9v的交流電壓，并送給整流電路，而這里的 9V 由一次線圈與二次線圈的匝數比決定的，一般連接交流電 源的那一邊線圈成為一次線圈，相對的那一變自然就是二次線圈，輸出電壓等于一次線圈與二次線圈的匝數比，通俗的講， U1/U2=N1/N2。所以電源變壓器有升壓和降壓變壓器兩種，當 N1N2 時，其感應電動勢低于初級電壓，這種變壓器稱為降變壓器，反之則是升壓變壓器，很明顯這里我們要做的是一個 5V 的電源，所以用的是降壓變壓器。 （ 2）整流電路：電路中采用四個整流二極管，互相接成橋式結構，這樣既可形成一個整流電路。通常每個二極管都包含一個 PN 結，有 陰極 和陽極兩個端子。通電時 單片機 液位檢測 滴速檢測 時間模塊 電機控制 主從機通信 顯示模塊 鍵盤 報警模塊 東華理工大學畢業設計（論文） 硬件部分 9 一般是由 P區導向 N區， P 區的載流子是 空穴 ,N區的是電子，在 P區和 N 區間形成一定 + C110 0uF+ C210 uF12J1C O N 2D5L E DR147 0T1T R A N S 3V i n1GND2V o ut3U178 05F1F U S E 1D1D I O D ED2D I O D ED3D I O D ED4D I O D E 圖 321 電源部分電路原理圖 的障礙物，這個障礙物即位壘。如果外加電壓 P端大于 N端時，位壘降低，儲存載流子在位壘兩側附近產生，這樣大電流直接可以通過，一般會產生 典型的壓降值為 ,稱為正向導通狀態。若電壓 P 端小于 N 端時 ,位壘則增加，二極管截止當然得在一定的電壓范圍內。所以二極管具有單向導電性。 利用二極管的單向導向作用，輸入端我們用的是交流電，在輸入端，正半周期內，二極管 D D4導通， D D3截止，在負載上的輸出電壓是上正下負；在負半周內，正好相反， D D3 導通， D D4 截止，流過負載的電流方向與正半周一致。這種簡單的整流方法稱為整流橋或全橋二極管。他主要把 9V 正弦交流電變換成的直流電。 （ 3）在整流之后的那個電容元件主要作用就是濾波了，電路經過整 流之后，其中還是有很大的脈動成分，為了得到比較理想的直流電壓，我們需要用專業的濾波電路來去除這些雜波。我們此處先用一個大電容作為輸入的濾波，然后再用小電容進一步的在輸出濾波以使直流電更加純粹，脈動成分更小，電路更穩定。 （ 4）說說 7805 穩壓芯片吧，這里主要用它來得到 5v的電壓，而且是穩定的值，該芯片系列很多，在性能上有微小的差別 ,用的最多的還是 lm7805, 78xx/79 系列簡單易用、價格低廉，且根據需求的不同可以選擇不同的三端穩壓器件如 lm7805， 7806， 7809，7812， 7815， 7824， （ 79）。三端，顧名思義有三個引腳， IC 是指這種穩壓用的集成電路， 7805 有三個引腳， 1 腳接電源， 2 腳做輸出端。 3腳接地，這是 lm78xx 系列的特點，而對于 lm79xx 負壓系列， 3 腳輸入端為最低電位， 1 腳為最高電位即地端， 78xx/79xx系列的穩壓器件在降壓電路使用時應注意以下幾點： a 輸出與輸入的壓差不能太大 ,太大會使轉換效率降低，而且這種情況下穩壓管易被擊穿或燒毀； b 輸出電流不能太大， 是它的極限值。如果實在需要輸出大電流，那么首先要保證使用的散熱片要足夠大，否則會被熱擊穿 ； （ 5）指示電路：電源是否設計成功我們可通過發光二極管來做指示，它具有單向導電性，一般最低電流要求在 5mA，他的亮度也使根據電流的大小決定的，亮度與電流成東華理工大學畢業設計（論文） 硬件部分 10 正比，但它有一個最大值，超過此值，會燒毀二極管，一般我們控制在 3 到 20mA 之間，在這里，二極管上有個電阻，我們稱為“限流電阻”，發光二極管的正極稱為陽極，負極又稱為陰極，電流只能從陽極流向陰極，原理與剛才的穩壓二極管差不多，分辨直插式發光二極管陰陽兩極的方法很簡單，一般情況下，引腳長的那一只為陽極，短的為陰極，或者，仔細看他的帽子有一邊不是圓形而是直線 式的，那么這一邊就是負極。 關于電阻大小的選擇，則采用歐姆定律， U=IR，當發光二極管發光時，測量它的兩端電壓約為 ，這個電壓又叫發光二極管的“導通壓降”，電壓經過 7805 穩壓之后，得到的是穩定的 5V電壓，則 =，假設流過的電流為 10mA，則 R=U/I=330Ω，而我們常用阻值里邊沒有這一阻值所以可找一個近似的 470 或者 510 歐姆的都可以。這樣做的變化只是二極管亮度的改變，沒有其他什么大的影響。 后邊的元件是兩個排針，它的作用相當于連接器，是一種廣泛應用于電路里的連接器，起到橋梁的功能 ，擔負起電流或者信號傳輸的任務。同時也可使電路更好的形成模塊，更方便來調試。缺點：應用過多會造成電路整體看起來比較混亂，而且排母如果沒有接觸好容易出現接觸不良，會給調試帶來不必要的麻煩。 滴速檢測電路 在滴速檢測部分本系統采用了紅外光電傳感器， 在沒有液滴低下時，在接受端是低電平信號，沒有信號傳輸給譯碼器， 采用斷續式工作方式，當有點滴落下時，液體雖有可能是透明的，但還是會產生一定的障礙度，阻擋接收管接收紅外線，在接收端 產生高電平信號，這樣即可形成上升沿的 脈沖信號，本電路最大的特點就是紅外線發射 部分不設專門的信號發生電路，而是直接從接收部分檢測電路 LM567 的 3腳引入信號，此信號 Rd39。4Vdd8D I S C7TH6T R 39。2V c o51GND55 5O U T3U155 5IN3O U T F I L T1L O O P F I L T2G N D7V c c4O U T8T I M C A P6T I M R E S5U2L M 56 7R15KR21KC110 4C210 4V C CQ2N P N P H O T OD1P H O T OR35KQ1N P NR420 KC310 4C41u FC50. 1u FC647 00 p FR55KV C CP 3 2 圖 322 滴速檢測電路 是 LM567 鎖相音頻譯碼器的鎖相中心頻率。這樣可以使電路簡化很多，而且又可以預防干擾，元件太多參數稍微有點什么影響會造成頻率收發上有差異。 其電路原理圖如圖 322所示。此電路主要的芯片有兩個，一個是 LM567 通用譯碼器，另一個是 NE555 8 腳時基 集成電路 ，這里的晶體管作用就是驅動負載。在此處 LM567和其他電容電阻構成鎖相環音頻譯碼集成電路 ,通過 NE555是提供給 LM567的載波信號，東華理工大學畢業設計（論文） 硬件部分 11 調節 R1，使 LM567 的載波信號頻率與 LM567 的捕捉中心頻率一致，調節 R3可以改變檢測電路的靈敏度。我們此處采用與以往不同的設計方案或者思路，通常碰到這種采集來的小信號的時候，我們一般經過比較放大處理，而此處我們直接引用 LM567 來進行處理，鎖相環內部包含一個鑒相器、一個電流控制振蕩器（ CC0）和一個反饋濾波器，這是音調譯碼電路。 而解碼塊包含晶體管開關和一個穩定的鎖相環路，這里我們最關心的是他的工作脈沖的產生，當 3腳輸入腳的頻率在中心頻率的范圍之內的時候，那么就會輸出低電平 。 LM567 的工作狀況基本相當于一個低壓電源開關，通俗的講，就是當他的是輸入腳捕捉到得頻率與中心頻率一致的時候或者捕捉到得頻率在中心頻率的范圍之內的時候，他的開關就接通， 8腳就輸出低電平，一般來講， 中心頻率的檢測值可以設定的范圍是 至 500KHZ，帶寬設定在中心頻率為 14%的范圍內。 下面詳細說明一 下 LM567 的管腳功能，如圖 323 所示。 LM567 的內部原理圖如 324所示。 輸出濾波回路濾波輸入V 定時電阻定時電容地輸出相移檢波VCO相位檢波87654321 IN 35620K1047181U24V C C 8 V相位檢可控電流9 0 相移檢測器 OUTAMP1U振蕩器測器AMP 圖 323 LM56