鱼缸温度控制系统

1鱼缸温度控制系统实验二：继电器控制水温2实验目的•掌握继电器的原理、使用方法•通过继电器的开关来控制对鱼缸水的加温3实验要求•使用温度传感器进行温度的采集•使用数码管显示采集到的温度•设定温度的范围，如果超出范围（温度范围使用整数表示，两位），则对鱼缸的水进行加热•使用LED等指示工作状态：加热和停止4实验需求与设计分析•硬件分析–温度传感器–数码管–LED灯–加热电路•系统设计分析5系统结构框图设计鱼缸MCUCH452数码管显示加热电路温度传感器DS18B20LED指示6加热方案的设计•常见的加热方案设计–化石燃料、生物燃料•固体酒精•煤气–电能加热•空调•热得快•电磁炉7•方案选择–“热得快”8热得快的原理•结构组成–电热丝–金属管–绝缘材料（氧化镁粉）–加热电路•核心–电热丝9加热电路的设计•核心部件–电热丝（热得快）•控制开关10控制开关•机械开关–机械操作完成开关控制•继电器11机械开关分类•旋转式波段开关•直键式波段开关•拨动式波段开关•拨码开关•按键开关•微动开关12•举例（图）13继电器•继电器（Relay）定义：当输入量(激励量)的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器•继电器原理：通过改变输入到线圈上的电压，来改变电磁场，进而控制电路的开和关（电磁式）14继电器的特性XYXaXbYa•Xa——动作值•Xb——释放值•Ya——负载15•继电器模型–静触点（一个或多个）–动触点（公共端）ABC继电器触点16•触点的基本形式：–动合型（H型）线圈不通电时两触点是断开的，通电后，两个触点就闭合。以合字的拼音字头“H”表示–动断型（D型）线圈不通电时两触点是闭合的，通电后两个触点就断开。用断字的拼音字头“D”表示–转换型（Z型）这是触点组型。这种触点组共有三个触点，即中间是动触点17开关模型•单刀单掷SPST单刀双掷SPDT•双刀单掷DPST双刀双掷DPDT18继电器的分类•按照工作原理或结构特征分类–电磁继电器–固态继电器–温度继电器–舌簧继电器–时间继电器19电磁继电器•电磁继电器原型20电磁继电器的主要参数•工作电压（电流）•吸合电压（电流）•释放电压（电流）•动作时间•返回时间•触点的开闭能力•灵敏度•寿命21干簧继电器•组成–干簧管–线圈22干簧管•用两片既导磁又导电的材料做成簧片，平行地封入装有惰性其他的玻璃管中组成开关元件。两簧片的端部重叠并留有一定间隙以构成触点23干簧管工作原理24干簧管工作原理•当永久磁铁靠近干簧管或由绕在干簧管上的线圈通电后形成磁场使簧片磁化，簧片的触点部分就感应出极性相反的磁极，异名的磁极相互吸引。•当吸引的磁力大于簧片的弹力时，两触点接触，此时接通簧片两端的电路，当吸引的磁力小于簧片的弹力时，则两簧片分开，簧片两端的电路断开25固态继电器•固态继电器（SSR,SolidStateRelay），是无可动接点部分的继电器，在动作上与有接点继电器相同，但是该继电器使用半导体闸流管、晶闸管开关元件、二极管、晶体管等开关元件。另外也使用名为光耦合器的光半导体，使其输入输出绝缘。光电耦合器的特点是用光的信号在绝缘空间中进行传输，所以绝缘性更好，传动速度也更快。26SSR的构成2728固态继电器的特点•可以应对高速、高频开关•没有接触不良•发生干扰小•无动作音•接点无损耗29继电器开关的优点•继电器开关优点：–小电流控制大电流–低电压控制高电压–开合时间短–寿命长–输入输出隔离，抗干扰30继电器31开发板原理图设计•继电器电路32外部总线扩展•外部总线系统•外部总线扩展•外部总线的扩展方法33外部总线系统34外部总线扩展•P0口扩展为地址/数据复用口•P2口高位地址•也就是说16位地址总线AB15~AB0由P2口和P0口锁存器构成•8位数据总线DB7~DB0由P0口构成•控制总线CB由输出控制线(RD#,WR#,PSEN#,ALE)以及输入控制线(EA#,INT0#,INT1#,RST,T0和T1)构成35外部总线扩展方法•线选法•译码法36开发板系统总线扩展37继电器和LED灯控制电路38SN74LS377•8位D触发器•当允许控制端G#为低电平时，时钟端(CP)脉冲上升沿作用下，输出端Q与数据端D相一致。当CP为高电平或者低电平时，D对Q没影响。39ULN2003D•达林顿管•作用：提高驱动能力，主要是为了驱动MOTOR电路•后面的实验中具体介绍40•MCU总线电路41•74LS138译码电路4274LS138•74LS138：3－8线译码器4374LS138工作原理•当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（/(G2A)和/(G2B)）为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。44138内部结构图45138真值表46138每个通道的使用•通道控制的外设Y0LCDY1relay(74LS377)motor、LED(3个)(74LS377,ULD2003D)Y2LED组(8个)(74LS573)Y38259AY4~Y7保留47外设的系统总线挂载48作业•根据74LS138结构框图，写出Y0~Y7逻辑表达式•试用两片3线-8线译码器74LS138组成4线-16线译码器，将输入的4位二进制代码译成16个独立的低电平信号。4974LS138的其他应用•若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器（原理图设计）•利用G1、/(G2A)和/(G2B)可级联扩展成24线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成32线译码器50•作业：–写一个跑马灯程序，练习LED灯的控制（D15~D22）以及（D24~D26）51系统结构框图设计鱼缸MCUCH452数码管显示加热电路温度传感器DS18B20LED指示52程序流程分析•程序流程图53开始初始化采集温度数据处理并使用数码管显示温度是否超过范围？NO关闭加热电路关闭LED指示打开加热电路打开LED指示YES采集温度数据处理并使用数码管显示温度是否仍超过范围？YESNO54程序代码设计•系统初始化•采集温度•数据处理•温度显示•温度判断•打开/关闭加热电路•打开/关闭LED指示55系统初始化•需要进行初始化的设备–CH452数码管驱动器–DS18B20温度传感器–LED指示灯•初始化为熄灭–加热电路控制开关（继电器）•初始化为关闭56•CH452初始化–CH452_Write(CH452_SYSON2);–CH452_Write(CH452_BCD);•DS18B20初始化–ow_reset();–write_byte(0xcc);–write_byte(0x44);57•LED灯初始化–led_addr=LED_ADDR;–*led_addr=0xff;–注意：#defineLED_ADDR0x400058•继电器初始化–led_addr=ADDR;–*led_addr=0x80;–注意：#defineADDR0x200059温度采集•DS18B20工作流程复位信号ROM功能命令主机读写操作器件功能命令主机读写操作60•发命令要求进行温度采集–ow_reset();–write_byte(0xcc);–write_byte(0x44);•读取温度–ow_reset();–write_byte(0xcc);–write_byte(0xbe);–temp_lsb=read_byte();–temp_msb=read_byte();61数据处理和温度显示•数据处理•数码管温度显示62温度范围判断•通过数据处理后得到–Temp_Decimal温度的小数部分–Temp_Integer温度的整数部分•只要将Temp_Integer和Temp_H和Temp_L进行比较–Temp_H和Temp_L中分别存放的是温度范围的上限和下限，这个在变量定义部分进行设定63继电器和LED控制•根据前面的判断，分两种情况进行控制–在温度范围内•led_addr=LED_ADDR;•*led_addr=0xff;•led_addr=ADDR;•*led_addr=0x80;–超出温度范围•led_addr=LED_ADDR;•*led_addr=0x7f;•led_addr=ADDR;•*led_addr=0x00;64开始初始化采集温度数据处理并使用数码管显示温度是否超过范围？NO关闭加热电路关闭LED指示打开加热电路打开LED指示YES采集温度数据处理并使用数码管显示温度是否仍超过范围？YESNO65程序设计流程图（二）开始初始化采集温度数据处理并使用数码管显示温度是否超过范围？NO关闭加热电路关闭LED指示打开加热电路打开LED指示YES66循环控制语句•常见循环控制语句–if...else...语句–swich()语句–for()语句–while()语句–do...while()语句–goto语句67继电器•SRS-05VDC-SL68•特性介绍–触点材料：银–触点类型：1Z–微小型封装：15.4*10.4*11.6–低功耗：200/360/450mW–环境温度：-30to+85℃69•产品型号SRS/SRSZXXVDCSL继电器型号线圈额定电压结构线圈功耗SRS/SRSZ03、05、06、09、12、24VDCS:密闭型F:半密闭型H:0.20WL:0.36WD:0.45W70•内部结构–公共端、静触点、动触点71•主要技术参数–工作电压：5V–工作电流：40mA–吸合电压：75%*5V–释放电压：5%*5V–动作/返回时间：10ms/5ms–触点的负载能力：3A120VAC/3A24VDC–触点电阻：100Ω–机械寿命：10,000,00072继电器驱动•电气条件–额定工作电压：5V–额定工作电流：40mA•74LS377引脚的电气特性73•74LS377引脚的电气特性74•原理图设计75系统结构框图设计鱼缸MCUCH452数码管显示加热电路温度传感器DS18B20LED指示76光耦•什么是光耦–光耦合器（opticalcoupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器或光电耦合器，简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器（红外线发光二极管LED）与受光器（光敏半导体管）封装在同一管壳内。77光耦模型光发送器光接收器输入输出78•光接收器–光电二极管–光电晶闸管–光电晶体管–光电复合晶体管794N25•封装和内部结构80OC原理•红外LED发光管产生的红外光照射在光电晶体管的感光性比较强的基极和集电极的结合部，基极和集电极的结合部将光子的能量转化为光电流，晶体管对光电流进行放大，增益为HFE•HFE取决于集电极和发射极之间的电压差81基本概念介绍•CTR(CurrentTransferRatio)：光电管的集电极电流与LED正向电流之间的比率•HFE：光电管的集电极电流与光电流之间的比率82典型应用分析•原理图83•Vo和IF的关系示意图84光耦主要参数•正向压降•正向电流•反向电流•反向击穿电压•集电极-发射极反向击穿电压•输出饱和压降•暗电流•电流传输比85光耦的分类光敏集成电路输出三极管输出（OC输出）放大器集成电路输出施密特触发器逻辑门光电晶闸管输出带过零触发电路双向单向光电二极管输出光电池光电二极管光电晶体管输出FET三极管达林顿双极三极管NPN三极管无基极有基极86使用光耦的好处•绝缘安全•噪声隔离•信号传递