第十一章 单片机应用系统设计及举例

第十一章单片机应用系统设计及举例1第十一章单片机应用系统设计及举例11.1单片机应用系统的开发过程11.2液氧容器温度控制系统设计11.3基于GSM/CDMA的防盗报警系统第十一章单片机应用系统设计及举例2•11.1单片机应用系统的开发过程1．必须具备的知识和能力首先必须具有一定的硬件基础知识需要有一定的动手能力需要具备一定的软件设计能力具有综合运用新知识和新技术的能力搜集、检索、提炼有用知识和资料的能力必须了解生产工艺或制造工艺第十一章单片机应用系统设计及举例32．单片机应用系统开发的步骤系统的目标任务系统的总体设计系统的结构框图系统的硬件设计系统的软件设计系统的联机调试、运行和维护可靠性设计第十一章单片机应用系统设计及举例411.2液氧容器温度控制系统设计液氧容器温度控制系统应用于液氧容器生产线。液氧容器生产线如图11.2.1所示。每条生产线上放置40个液氧容器，液氧容器由不锈钢材料制作，圆筒状、两层、中空结构，用于存放液氧以备急需或高山应用。液氧容器为了适应高山环境，需要经过抽真空及加温处理。加温处理对液氧容器的质量和合格率有重要的影响，所以要求严格控制温度的范围，实现自动控制液氧容器的处理温度，提高产品的质量和合格率。第十一章单片机应用系统设计及举例5图11.2.1液氧容器生产线结构液氧容器第十一章单片机应用系统设计及举例611.2.1系统的目标任务主控室计算机可以对液氧容器进行实时采集和控制，并绘制每点的温控曲线；温度控制范围：30°～120°；温度控制精度：±0.5°主控室距离控制现场最近的液氧容器15m，最远的液氧容器100m要求系统工作稳定、可靠，控制准确第十一章单片机应用系统设计及举例711.2.2系统的总体设计现场控制器特点如下：当计算机系统出现故障时，现场控制器可以继续工作，不会影响控制功能；温度控制器有三种工作状态：导通、截止、控制；具体工作方式由计算机设置。当某一台现场控制器出现故障时，可以立即利用备用的现场控制器替换，不会影响其它液氧容器的控制，保证控制质量。第十一章单片机应用系统设计及举例8现场控制器完成的功能采集现场温度并传输给计算机，根据设定温度进行实时控制，满足控制要求与计算机进行通讯，并按照命令进行相应的操作显示当前的温度测量值、设定值、控制参数键盘可以输入设置参数以及温度的设置值第十一章单片机应用系统设计及举例9计算机软件完成的功能采集测量温度值，绘制、打印实时曲线进行上、下限温度报警与现场控制器进行通讯，显示控制器状态第十一章单片机应用系统设计及举例1011.2.3系统的结构框图及工作原理计算机RS232RS485转换器单片机RS232RS485转换4*4键盘显示固态继电器加热棒传感器电源供电系统现场控制器EEPROM第十一章单片机应用系统设计及举例11各部分功能计算机：用于运行监控、显示等程序。显示器采用触模屏，方便现场工人操作。触摸屏采用压阻式，四线连接方式。可以在计算机上对各个工位进行分别设置和控制。现场控制器：用于采集、显示、控制现场温度，两个工位一台现场控制器。将其温度信号数据上传给计算机。现场控制器与上位机间的通讯方式：RS－485半双工串行通讯。第十一章单片机应用系统设计及举例12各部分功能RS－232至RS－485转换器：用于完成RS－232信号到RS－485信号的双向转换。加热棒：每个工位一个加热棒，用于液氧容器的加热。温度传感器：每个工位一个传感器，用于检测现场温度信号。电源供电系统：提供计算机、现场温度控制器以及加热棒的的供电电源。第十一章单片机应用系统设计及举例13工作原理现场温度采集控制器通过传感器采集现场温度，根据输入的控制参数和一定的算法计算输出值，传输给固态继电器实现对加热棒的温度控制。现场温度采集控制器与计算机之间通过RS-485总线通讯。现场控制器有两种数据输入的方法一是通过键盘，二是通过计算机通讯传输信息。数码管用于显示温度以及各种状态信息。第十一章单片机应用系统设计及举例1411.2.4硬件设计根据现场情况确定工作时固态继电器的电压、电流确定固态继电器的额定电压或电流。确定固态继电器的类型确定输入控制信号根据上述步骤确定固态继电器指标如下：直流固态继电器，额定电压大于72V，输入控制信号5V。通过网络、书刊等渠道搜集固态继电器生产厂家的资料，从中寻找满足要求的产品，再根据价格要求、货源情况、技术服务、熟悉程度等最终确定固态继电器型号。固态继电器选择北京科通的JGX-3A型号固态继电器，其指标如下：直流固态继电器，输入控制信号3～36V，额定电压80V、额定电流3A。第十一章单片机应用系统设计及举例15现场温度采集控制器硬件原理图EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U10AT89S52VC8B7A6VS5RO1RE2DE3DI4U14MAX485VCCC311.0592C230pfC130pf+C510ufR168.2KVCCR19120VCC123J5RS_485123J3DS18B20_1123J4DS18B20_2VCCVCCR114.7kR10300R9300L1REDL2GREEN98U12D740756U12C740734U12B740712U12A7407R125.1KR145.1KR135.1KR155.1KVCCVCCD4IN4148D3IN4148D2IN4148D1IN4148R55.1KR65.1KR75.1KR85.1KVCC12456U9A74LS21-+-+IN4321U7SSR1-+-+IN4321U8SSR2VCCVCC123J1POWER1GND1123J2POWER2GND2C40.1ufVCC8WP7SCL6SDA5GND4A23A12A01U13AT24C02VCCVCCR185.1KR175.1KVCCabfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpDS2DPY_7-SEG_DPabfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpDS3DPY_7-SEG_DPabfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpDS4DPY_7-SEG_DPabfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpDS1DPY_7-SEG_DP1A121A241A361A482A1112A2132A3152A4171Y1181Y2161Y3141Y4122Y192Y272Y352Y431G12G19U574LS244D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719CLK11E1U274LS377D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719CLK11E1U374LS377D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719CLK11E1U474LS377D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719CLK11E1U174LS377A1B2C3E14E25E36Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77U1174LS138VCC123U6A74LS32R1100R2100R3100R4100第十一章单片机应用系统设计及举例16图11.2.4主程序流程图开始系统自检正常？显示正常标志Y显示故障标志N初始化读通道1温度值显示通道1温度通道1控制读通道2温度值显示通道2温度通道2控制DS1820正常？YNDS1820正常？YN有通讯标志？NY通讯处理子程序喂狗第十一章单片机应用系统设计及举例1711.2.5软件设计主程序模块初始化模块键盘输入模块温度采集模块显示模块算法计算数据处理模块固态继电器控制模块EEPROM读写模块通讯模块看门狗模块第十一章单片机应用系统设计及举例181．串口通讯协议规定如下(1)通讯测试并取得控制器地址（CommunicationTest）格式：@CR应答：!(addr)(#)addr格式：“0001”-“FFFF”4位16进制数，为每台现场温度采集控制器的地址。(2)读入温度数据（ReadAnalogData）格式：$（Addr）（R）(1)CR读第一通道格式：$（Addr）（R）(2)CR读第二通道应答：(addr)(2)(1)（TemperatureData）(#)，其中2表示第2条协议。第十一章单片机应用系统设计及举例192．全局变量及函数定义#includeat89S52.h#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintintdatareal_temp[2],period;/*全局变量定义*/uchartime1,time2，period/*全局变量定义,通道1、2的定时中断计数,周期中断次数*/ucharopen[2],P[ch],r_char,r_byte,r_buffer[14];sbitrelay_1=P2^2;sbitrelay_2=P2^3;ucharbdataflag;sbitcomm_flag=flag^0;/*通讯标志*第十一章单片机应用系统设计及举例203．主程序清单voidmain(void){comm_flag=0；/*清标志位*/initialize();/*初始化子程序*/while(self_flag==self_check();)/*self_flag=0:自检正常；self_flag=1:自检错误*/err_dispose(0);/*错误处理子程序*/display(0);/*调显示子程序*/while(1){dog_feed();/*喂狗子程序*/if(ch1_ds18==read_temp(1))err_dispose(1);display(1);/*通道1温度显示*/control(1);/*通道1温度控制*/if(ch2_ds18==read_temp(2))err_dispose(2);display(2);/*通道2温度显示*/control(2);/*通道2温度控制*/if(comm_flag){comm_dispose();}/*通讯处理模块*/}}第十一章单片机应用系统设计及举例2111.3基于GSM/CDMA的防盗报警系统GSM/CDMA技术应用于汽车防盗定位系统是我国移动通信网络迅速发展的充分体现，本防盗报警系统基于GSM/CDMA模块，采用组合式的构造方法。传统的汽车防盗系统报警范围仅为100-200米，当车主离开报警范围就无法接收报警信号，而且汽车一旦失窃无法及时采取应对措施，这给犯罪分子提供了可乘之机。基于GSM/CDMA技术的汽车防盗定位系统，可以将汽车的报警信号以拨打报警电话和发送SMS短信的方式传输到任何GSM/CDMA网络可以覆盖的地方。第十一章单片机应用系统设计及举例2211.3.1系统的目标任务主控器对GSM/CDMA模块具有实时控制性确保GSM/CDMA工作的稳定性要求系统的抗干扰性和报警功能齐全用户可以对报警器进行实时管理报警系统具有灵活性，降低产品成本第十一章单片机应用系统设计及举例2311.3.2系统的总体设计主控器能及时地对GSM/CDMA模块收到的短信息采取相应的处理，保证了系统的抗干扰性系统采用轮询握手的方式保证模块能够正常工作，避免系统进入死锁状态用户可以