电压超限指示和报警器Word格式文档下载.docx
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方案二:
AVR单片机
AVR单片机低功耗,内部使用RISC精简指令集,是Atmel公司的产品,片内资源丰富,与51相比接口更强大(低端产品之间比较),功耗也比较低,带A/D转换的较多。
另外AVR单片机还支持ISP下载。
AVR的单片机是单机器周期的指令集,性能高,与8051的12T相比,快了12倍。
方案三:
飞思卡尔单片机
飞思卡尔单片机低功耗,高性能,抗干扰能力强。
内部使用RISC精简指令集,为16位单片机,内部存储器容量大,具有A/D转换功能,大大减小系统硬件的复杂程度,使得本系统具有更强的经济性、稳定性和实用性。
综合以上三种方案,选择方案三。
(2)检测电路模块
1)双桥式整流电路
桥式整流器利用四个二极管,两两对接。
输入正弦波的正半部分是两只管导通,得到正的输出;
输入正弦波的负半部分时,另两只管导通,由于这两只管是反接的,所以输出还是得到正弦波的正半部分。
桥式整流器对输入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。
桥式整流电路通过仿真发现整流后的电压纹波较大,而且具有一定的误差。
2)通过电容的滤波和二极管的整流,再经过电容的稳压最后整流出较稳定的直流电,而且经过多次测试,具有较好的稳定性,并且在一定程度上减小了纹波。
综合分析和实际测试最后选择方案二。
(3)人机接口选型
1)数码管
数码管显示内容单一,码管一般情况是一个7段的8字,当然有16段的中间米字型的。
数码管是自发光的,为LED发光效果,数码管与液晶相比较耗电量大、具有一定的辉度。
2)液晶1602芯片
液晶芯片则比较丰富,可以显示各种最基本的内容,如可显示所有数字和大、小写字母。
液晶是利用分子偏转引起的暗影效果、是靠背光(环境)的。
液晶显示驱动电压低、功耗微小、可靠性高、显示信息量大、无闪烁、对人体无害、成本低廉、位数多,可显示32位,32个数码管体积相当庞大了,程序简单,如果用数码管动态显示,会占用很多时间来刷新显示,而1602自动完成此功能。
综合比较以上两种方案,选择方案二。
二.系统结构设计
(1)总体框架图
根据题目要求,本系统对输入电压进行检测,分别把检测到的直流输入信号和检测到的交流输入信号输入单片机,通过单片机的控制和软件分析,将输出数据送到液晶显示模块显示,为很好的人机接口。
同时对不同范围内的电压用指示灯指示,若电压超限,蜂鸣报警器发出断续报警声。
总体框架图如图1。
(2)单片机分析及引脚功能
飞思卡尔单片机的最高总线速度可达40MHz,其闪存分别有64KB、128KB和256KB的选项,均带有错误校正功能(ECC),并且带有ECC的、4KB至8KBDataFlash,用于实现
直流检测输入信号
交流检测输入信号
1602液
晶显示
指示灯
超压蜂鸣
报警器
图1系统总体框架图
数据或程序存储。
它可配置8、10或12位模数转换器(ADC),转换时间3μs,同时带有16位的计数器、8-通道定时器和出色的EMC,及运行和停止省电模式。
单片机结构图如附录图1所示。
(3)1602液晶显示模块特点及引脚图
1)液晶特点
液晶显示器具有其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧等优点。
根据显示内容可以分为字符型液晶,图形液晶。
根据显示容量又可以分为单行16字,2行16字,两行20字等等。
本系统采用常用的字16字X2行的字符型液晶模块法。
2)液晶引脚功能
1602采用标准的16脚接口,其中:
第1脚:
VSS为地电源。
第2脚:
VDD接5V正电源。
第3脚:
V0为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地电源时对比度最高,对比度过高时会产生“鬼影”,使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度(建议接地,弄不好有的模块会不显示)。
第4脚:
RS为寄存器选择,高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。
第5脚:
RW为读写信号线,高电平时进行读操作,低电平时进行写操作。
第6脚:
E端为使能端,当E端由高电平跳变成低电平时,液晶模块执行命令。
第7~14脚:
D0~D7为8位双向数据线。
第15脚:
背光源正极。
第16脚:
背光源负极。
1602液晶显示芯片结构图如附录图2所示。
三.理论分析与算法研究
(1)理论分析
交流源220V经过降压变压器变压输出低于10V交流电,直接送给交流检测电路,经过整流电路,输出相应的直流电压。
但是单片机供电要求为低于5V,于是采用分压原理给单片机供电,直流部分通过检测电路将检测信号直接送给单片机,通过单片机的控制和软件运行,可以实现直流交流电压实时显示。
题目要求正常电压范围3.5V—5.5V,低于或高于为超限电压,根据要求,当单片机分析到检测输入的电压为正常范围时,绿色指示灯亮,其余两个指示灯不亮,并且蜂鸣器不发音。
当单片机分析到检测电压高于5.5V时,红色指示灯亮,其余的两个指示灯不亮、蜂鸣器发出断续鸣叫。
当单片机分析到检测电压低于3.5V时,黄色指示灯亮,其余的两个指示灯不亮,且蜂鸣器发出断续鸣叫。
(2)算法
系统通过利用二分查找,一维搜索等算法的尝试改进,使对电压值表的查找达到最优化,提高了算法的效率,达到了整个系统的优化,符合单片机嵌入式对编程算法的要求。
二分法理论:
通过每次把函数的零点所在小区间收缩一半的方法,使区间的两个端点逐步迫近函数的零点,以求得零点的近似值,这种方法叫做二分法。
通过单片机在线调试,观察到输入与输出基本成线性关系,假设输入与输出电压关系为函数f(x),且当某时刻输入到单片机的检测值为c值,使得x=c时f(c)=0,即c点为函数f(x)的零点。
解方程即要求f(x)的所有零点。
先找到a、b,使f(a),f(b)异号,说明在区间(a,b)内一定有零点,然后求f[(a+b)/2],现在假设 f(a)<
0,f(b)>
0,a<
b,①如果f[(a+b)/2]=0,该点就是零点,如果f[(a+b)/2]<
0,则在区间((a+b)/2,b)内有零点,(a+b)/2=>
a,从①开始继续使用中点函数值判断。
如果f[(a+b)/2]>
0,则在区间(a,(a+b)/2)内有零点,(a+b)/2=>
b,从①开始继续使用中点函数值判断。
这样就可以不断接近零点,由于计算过程的具体运算复杂,但每一步的方式相同,所以可通过编写程序来运算。
四.电路与程序设计
(1)电路图
液晶显示电路图
检测信号电路图
单片机接口电路图
指示报警系统电路图
单片机供电电路图
(2)软件流程图
系统主流程图如图2所示。
开始
初始化
判断AD0>
0或
AD1>
若AD0>
若AD1>
直流
交流
图2系统主流程图
1)直流部分流程图如附录图3所示。
2)交流部分流程图如附录图4所示。
五.系统测试与结果分析
(1)系统测试
利用直流稳压源和交流信号源对系统输入,通过在线仿真实时调试,观察到直流电压的离散现象(个别点),既确定了输入电压和系统显示电压的非线性关系,所以放弃建立线性方程关系,而通过建立A/D转换值与检测电压的对照表,进行准确无误检测并输出。
(2)结果分析
系统经过多次测试,可以实现题目要求的基本功能和部分发挥部分的功能,
图2液晶显示芯片结构图
N
Y
N
查表判断输入电压
若电压大于5.5
若电压小于3.5
红灯亮并报警
黄灯亮并报警
绿灯亮
液晶显示DC:
XXX
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图3直流电压流程图
液晶显示AC:
图4交流电压流程图
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