1、1 毕业设计开题报告 电气工程及其自动化 新型卫生间暖通主控电路板的设计 一、前言 本课题主要是研究基于单片机的新型卫生间暖通主控电路板的设计。随着时代的发展和生活水平的提高人们对生活的质量要求也越来越高。新型卫生间暖通设备的应用正是基于此而应运而生的。 暖通设备的主控电路板的作用是控制暖通设备 启动、停止控制和恒温控制 。本设计的核心是单片机。单片机自从问世以来，性能不断提高和功能不断完善，其资源又能满足许多应用场合的需要，加上单片机本身具有集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等优点。因此 ，单片机的应用日益广泛，并且正在逐步取代现有的多片微机应用系统。 本课题主要研
2、究利用单片机设计暖通设备的启动、停止控制和恒温控制，研究内容包括：双电源设计、继电器驱动设计、温度采样设计等。 二、主题 温度控制电路广泛应用于社会生活的各个领域，如家电、汽车、材料、电力电子等等。 电子技术的发展，特别是随着大规模集成电路的产生，给人们的 生产 生活带来了巨大便利 ，如果说微型计算机的出现使现代的科学研究得到了质的飞跃，那么单片机技术的出现则是给现代工业控制测控领域带来了一次革命。目前，单片机在工业控制系统诸多领域得到 了广泛的应用。特别是 C51 系列的单片机的出现， 其 具有更好的稳定性，更快和更准确的运算精度，推动了工业生产，影响着人们的工作和学习。 在现代社会中，温度
3、控制不仅应用在工 业 生产，其作用 在其它 方面也 有很好的 体现，随着人们生活 水平 的提高，酒店厂房 以 及家庭生活中都会 运用到 温度控制，温度2 控制将更好 地 服务于社会 .如今，空调等家用电器随着生产技术的发展和人们生活水平的提高越来越普及，一个简单，稳定的温度控制系统能更好的适应市场需求。 温控器 是一种 控制温度 的 装置，它根据用户 所 需 要的 温度与设定温度之 间的 差值来控制中央空调末端之水阀（风阀）及风机，从而达到改变 温度满足 用户所需的温度。实现以上目的的方法理论上有 很多， 但目前业界主要有机械式温度控制器 和 智能电子式两大系列。 现代信息技术的三大基础 分别
4、 是信息采集控制 (即温度控制器技术 )、信息传输 (通信技术 )和信息处理 (计算机技术 )。温度控制器属于信息技术的前沿尖端产品，温度控制器被广泛 应 用于工农业生产、科学研究和生活等领域， 且使用 数量 呈 日渐上升 的趋势 。温度控制器的发展大致经历了以下 几个 阶段： (1) 模拟、集成 机械式温度控制器如： ERO 温控器 (2) 电子式智能温度控制器。目前，国际上新型温度控制器正从模拟式向数字式、电子式由集成化向智能化、网络化的方向发展。 温度控制器发展 初级阶段主要是 是机械式温度控制器，这类温度控制器采用双金属片或充气膜盒感测室内温度，使用波段开关直接调整风速。 如今， 双金
5、属片温度控制器现基本已淘汰，只使用在一些要求不高较低档场合；充气膜盒温度控制器当前较流行，但总体来讲机械式温度控制器 有许多的 缺点： (1) 机械 式温度控制器外观陈旧呆板 不美观 。 (2) 机械式温度控制器控温精度差。 (3) 容易打火（直接切换强电）。 (4) 极易在一个极小温差范围内频繁开关水阀（风阀）。 (5) 功能比较单一。 在当今电子信息时代，电子自动化、信息采集控制在任何行业都是不可逆转的潮流，电子式温度控制器在未来很短时间内将全面取代机械式温度控制器 。 温度的采样 AD590 型温度传感器 3 AD590 是电流型温度传感器，通过对电流的测量 控制 可 以 得到所需要的温
6、度值。在被测温度一定时， AD590 相当于一个恒流源 ， AD590 温度感测器是 一种已经 IC 化的温度感测器 ,它会将温度 信号 转换为电流 信号 ,由于此信号为模拟信号，因此，要 进一步的控制及 数码显示，还需将此信号转换成数字信号 。它的主要特性如下： 流过器件的电流（ mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数；即： 式中： (1) /1Ir T Ir 流过器件（ AD590）的电流，单位为 mA； T 热力学温度 ，单位为 K。 AD590 的测温范围为 -55 +150； AD590 的电源电压范围为 4V 30V； 温度采样工作原理 因为 AD590 是将温度信号转换
7、为电流信号，而单片机能对电压信号进行更好的测量，所以先要将电流转化为电压，同时对电压信号进行放大后输入 A/D 转换 ADC0801的 VI-端口。 电流转化为电压表达式如下： (2) 0 rfU I R 由反相比例运算放大电路，根据“虚断”，“虚短”，集成运放净输入电压为零，净输入电流为零，净输入电流为零等推算出表达式为： (3) 0(1 / )IfV R R U 最后由 (1),(2),(3)得到： （ 4） (1 / )I f fV R R TR 4 图 1 温度采样电路 继电器技术的发展 继电器是一种电子控制器件，它 由 控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路） 两部分组成
8、 ，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小电流去控制较大电流的一种 “自动开关 ”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。 随着 微电子技术 、电子计算机 技术、现代通讯技术、光电子技术以及空间技术的发展，对继电器技术提出了新的要求，新工艺、新技术的发展对继电器技术的发展起到 巨大的 促进作用。 微电子技术和超大规模 IC 的发展对继电器也提出了新的要求。第一是小型化和片状化。如 IC 封装的军用 TO 5(8.58.57.0mm)继电器，它具有很高的抗振性，可使设备更加可靠；第二是组合化和多功能化，能与 IC 兼容、可内置放大器，要求灵敏度提高到微瓦级；第三是全固体化。固体继
9、电器灵敏度高，可防电磁干扰和射频干扰。 计算机技术的 发展和 普及使得 微机 用继电器的需求量显著增加，带微处理器的继电器迅速发展。 80 年代初，美国生产的数字式 时间继电器 就可用指令对继电器进行控制，继电器与微处理器的组合发展，可形成一个小巧完善的控制系统。由计算 机控制的工业机器人目前以每年 3.5的速度增长，现在，计算机控制的生产体制已能在一条生产线上生产多种低成本的继电器，并可自动完成多种操作及测试工作。 通讯技术的发展对继电器的发展具有深远的意义。一方面是由于通讯技术的迅速发展使整个继电器的应用增加。另一方面，由于光纤将是未来信息社会传输的主动脉，5 在光纤通讯、光传感、光计算机
10、、光信息处理技术的推动下将出现光纤继电器、舌簧管光纤开关等新型继电器。 新技术的成群崛起，将促进不同原理、不同性能、不同结构和用途的各类继电器竞相发展。在科技进步、需求牵引以及敏感、功能 材料发展的推动下，特种继电器，如温度、射频、高压、高绝缘、低热电势以及非电量控制等继电器的性能将日臻完善。 电磁继电器 (EMR)从最初使用电话继电器算起，至今已 经 有 150 多年的历史了。随着电子工业的发展，特别是 20 世纪 70 年代初期光耦合技术的突破，使固态继电器(SSR，亦称电子继电器 )异军突起。同传统继电器相比，它具有寿命长、结构简单、重量轻、性能可靠等优点。固态继电器没有机械开关，而且具
11、有诸如与微处理器高度兼容、速度快、抗冲击、耐振、低漏电等重要特性。同时，由于这种产品没有机械接点，不产生电磁噪声，从而 不需要附加诸如电阻和电容等元件来保持静音。而传统继电器则需要这些附加元件，因此，传统继电器笨重而复杂， 而 且成本较高。 今后，小型密封继电器市场开发的重点是与 IC 兼容的 TO 5 继电器和 1/2 晶体罩继电器。军用继电器将加速向工业 /商业化转移。美国军用继电器约占继电器总额的20。通用继电器市场继续向小型、薄型和塑封方向发展。小型印制板用继电器仍将是通用继电器市场发展的主流产品，固体继电器将更趋广泛，价格将继续下降，并向高可靠、小体积、高抗浪涌电流冲击和抗干扰性靠拢
12、 。 双电源自动转换开关 ATSE 的发展 双电源自 动转换开关，由一个（或几个）转换开关电器和其他必需的电器 设备 组成，用于监测电源电路、并将一个或几个负载电路从一个电源转换至另一个电源的开关电器。作为消防负荷和其他重要负荷的末端互投装置， ATSE 在工程中得到了广泛的应用，正确合理的选择 ATSE 可确保重要负荷的可靠供电， ATSE 在重要负荷的供电系统中是不可缺少和重要的一个环节。 ATSE 在我国 得发展共 经历了四个阶段，即两接触器型、两断路器型、励磁式专用转换开关和电动式专用转换开关。第一代为两接触器型转换开关，是我国最早生产的双电源转换开关，它是由两台接触器搭接而 成的简易
13、电源，这种装置因机械联锁不可靠、耗电大等缺点，因而在工程中越来越少采用。第6 二代为两断路器式转换开关， 即 我国国家标准和 IEC 标准中所提到的 CB 级 ATSE，它是由两断路器改造而成，另配机械联锁装置，可具有短路或过电流保护功能，但是机械联锁不可靠。第三代为励磁式专用转化开关，它是由励磁式接触器外加控制器构成的一个整体装置，机械联锁可靠，转换由电磁线圈产生吸引力来驱动开关，速度快。电动式专用转换开关为第四代，是 PC 级 ATSE，其主体为符合隔离开关，为机电一体式开关电器，转换由电机驱动，转换平稳且速度快，并且 具有过 0 位功能。 双电源自动转换开关 的 发展 趋势主要有一下几个
14、 方面 ： 一 ， 开关主体，具备很高的抗冲击电流能力，可 以 频繁转换；具有可靠的机械联锁，确保 在 任何状态下两路电源不能并列运行；不允许带熔丝或脱跳装置，防止双电源开关因过载而造成输出端无电现象；具备 0 位功能，并且隔离距离大，以便能够承受更高的冲击电压（ 8KV）以上；四级开关具备 N 级先合后分的功能，以防止 ATSE 在切换时，不同系统中 N 线上电位漂移，使电流走向不一致或分流，造成剩余电流保护装置误动作。二 ， 是控制器，采用微处理器智能化产品，检测模块应具有较高的检 测精度和宽的参数设定范围，包括电压、频率、延时时间等；具备良好的电磁兼容性，应能承受住主回路的电压波动，浪涌
15、保护，谐波干扰 ， 电磁干扰等；转换时间快，且延时可调；可为用户提供各种信号及消防联动接口，通信接口。从 ATSE 的发展过程和发展趋向可以看出， PC 级 ATSE在工程中的应用将成为主流。 三、总结 暖通设备的发明和使用给人们的生活和工作带来了很大的便利。而暖通设备的发展由原来的手动控制逐渐向智能控制发展，现在市场上很多的暖通设备都已经实现了智能控制。暖通设备的核心就是温度控制系统，温度控制系统的核心就是单片机 。单片机因为成本低，功能稳定，而大量应用于各个领域。以单片机为核心做成暖通设备，通过温度采集， A/D 转换， CPU 控制，然后通过数码管显示等一系列硬件功能和软件功能，共同完成
16、温度的智能控制。由于单片机技术成熟，应用广泛，利用单片机做成的温度控制器成本低廉，操作简便，有非常好的实用性。 7 四、参考文献 1 肖洪兵 . 跟我学用单片机 . 北京：北京航空航天大学出版社 ,2002.8 2 何立民 . 单片机高级教程 第 1 版北京：北京航空航天大学出版社， 2001 3 赵晓安 . MCS-51 单片机原 理及应用 . 天津：天津大学出版社， 2001.3 4 李广第 单片机基础 第 1 版北京：北京航空航天大学出版社， 1999 5 徐惠民、安德宁 单片微型计算机原理接口与应用 第 1 版 北京：北京邮电大学出版社， 1996 6 何立民从 Cygnal 80C5
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