工程研究（AER），第1532017卷国际会议高级工程与技术研究（AETR 2017）
基于单片机的超声波测距仪设计
桂彩云
玉林大学，玉林719000
摘要：在距离测量技术的发展中，测量水平为测距技术提出了新的标准，特别是在低温环境和电磁干扰等特殊场合。对于特殊测量环境，在距离测量方面，设计了一种基于超声波测距的非接触方法来测量复杂环境中的距离。51单片机作为主控制器，在距离测量过程中，51单片机驱动的超声波发射器和接收器HC-SR04传感器可以精确测量距离。同时，温度用于测量电路并补偿实际声速的合适温度或减少随机误差。 LCD接口用于显示当测量距离和实时温度小于50cm时显示的数据，语音播报提示，最后完成对限定范围内距离的精确测量。
关键词：DS18B20; HC-SRO4;温度补偿;语音广播
系统的总体方案
AT89C51在该系统中用作控制处理器和HC-SR04传感器来测量距离。同时，设计了一个温度测量装置，通过当前温度对声速的影响进行测量误差补偿。本设计中使用的传感器模块的输出不需要特殊的A / D转换，测量的距离通过51单片机的输出显示在LCD12864显示屏上。设置警报阈值以达到警报要求。立即发出声光和语音报警。此时，使用ISD1820语音芯片进行小于安全距离的危险信号的语音播报，系统框图如图。
图1 系统框图
温度补偿电路的设计
DS18B20是单总线温度传感器。温度传感器只需一个端口引脚即可发送和接收信号。它采用独特的单总线接口连接方式.51单片机与DS18B20温度传感器之间的连接只需要一条数据线连接到单片机的固定I / O端口。温度的引脚I / O端传感器芯片连接到微控制器的P1.3引脚，其中VCC引脚连接到 5V的电源，GND用于接地，电阻RO起限流作用。为了使温度传感器正常测量温度，我们只需要读取和写入微控制器I / O端口的P1.3引脚，传感器将仅通过SCM提供电源。具体电路如图2所示。
图2 DS18B20接口电路
HC-SR04超声波电路的设计超声波测距传感器是非接触式距离测量。测量距离范围为2cm~400cm，精度可达3mm。 HC-SRO4超声波的内部结构主要由三部分组成：波形发生器，信号接收器和控制电路。控制电路主要包括放大，滤波和整形。 HC-SR04传感器有4个外部I / O端口，引脚名称为VCC，GND，Trig，Echo。当回波的接收端（Echo）接收到发送的信号时，引脚的变化变为高电平，表示范围的成功。 超声波模块HC-SR04和51单片机之间的特定硬件连接如图3所示。
图3 HC-SR04接口电路图
语音广播系统的设计
作为语音播放，ISD1820可以进行20S的语音和语音识别。当播放被触发时，可以清楚地恢复语音，并且失真非常小。在电路设计中，ISD1820语音芯片直接采用模拟存储技术，可以中断播放或连续播放。它经常应用于MCU开发的一些功能，更重要的是，操作简单，易于实现，界面灵活。 ISD语音广播功能通过两种触发模式实现：边沿触发和高低电平触发。在本设计中，ISD1820芯片的FT引脚与微控制器P3.2端口连接，由高低电平触发。在ISD1820电路的设计中，keyl连接到PLAYE。按下按钮时，它显示为点移动，键2连接到PLAYL。按下按键时，连续按下，Key3连接到REC。按下按钮开始记录时，按键的设计便于电路的调试。系统成功调试后，无需触发密钥。当测量的实时距离小于设定的阈值时，它将进入触发程序，并触发语音广播。具体连接电路如图4所示。
图4 ISD1820和单片机接口电路
系统报警电路的设计
报警电路的设计中选择了报警电路作为JN-3015型蜂鸣器。因此，只要压电陶瓷蜂鸣器由三极管驱动并连接到单片机，设计的电路就可以实现功能实现。晶体管的集电极通过10K欧姆电阻连接到P2.0引脚，触发报警装置。在这种设计中，当测量距离小于时，实现声光报警功能50厘米。电路如图5所示。
图5 报警电路
显示电路的设计
在本设计中，选择LCD12864作为显示组件。因为它自动包含大量的中文字体，所以在编程时，不需要汉字或图形来显示模块，可以显示汉字输入和显示，避免了大量字符之间转换的麻烦，节省了大量的程序段。在此设计中，需要LCD12864 LCD来显示当前动态距离和当前动态温度。驱动过程包括：引脚定义，定义读写数据功能，读写命令功能，液晶初始化和定位功能显示等。显示数据用于主程序，最终显示数据。连接电路如图6所示。
图6 显示电路
程序设计
主程序是根据预定的操作模式控制单片机系统操作的程序，它负责组织每个子程序模块。工作过程如下：单片机在系统上电后进入监控状态，同时完成各端口的初始化。在没有外部控制信息输入的情况下，系统自动收集传感器的电压值，并通过A / D转换器将模拟信号转换为数字信号。同时，比较阈值以完成报警和显示功能。该程序是根据主程序子程序的模块化设计的。子程序包括超声子程序，DS18B20子程序，语音广播子程序和显示子程序。
结论
在该设计系统中，STC生产的AT89C51芯片被用作整个电路设计的中心。在超声波距离测量电路中消除了误差测量中的误差。通过测量实时测量距离，将测量信号及时发送到主控芯片，并处理数据。然后，数据显示在监视器上，并通过LCD12864通过语音进行广播。系统结构简单，功能完善。它可以用于准确测量距离。
基于单片机的智能温控系统设计
Jun Li，Xian-Lin Meng，Wen-Long Song
（1.东北林业大学机电工程学院，哈尔滨150040;
2.哈尔滨工业大学市政与环境工程学院，哈尔滨150001）
摘要：本文提出了一种基于单片机的智能温控系统的设计方法。智能温度控制系统分为四个部分：监视器，加热器，受控过程和反馈回路。其中，温度检测电路通过传感器检测设计有水的电导率。光耦合器MOC3041用于实现功率控制电路，其控制对象为1kW电加热器，220V交流电源;键盘和显示电路SMC1602A包括四个按键和LCD显示屏，实现人机交互;基于单片机系统STC89C52，将传感器信号和键盘设定目标温度自动与功率进行比较，以完成水温控制。通过静态和动态数据测试，结果表明该方法为实现温度的实时采集和控制提供了有效途径。
关键词：微控制器温度传感器;功率控制; SCR
CLC编号：TP29 文献编号：A 文章编号：1005-9113（2014）03-0091-04
1 概述
温度是物理量的冷热物体的代表，是我们生产和生活中最基本的物理量之一。
温度控制对于确保工业生产的有效性至关重要。温度控制系统也是真空冶炼过程的重要组成部分。因此，温度控制系统被广泛使用，如工业化培养，绿色粮仓，熏蒸疗法，空调系统等。如何通过实时监控数据选择近似最优控制策略成为节能运行的关键因素。
多种策略已经在温度控制系统上应用了。模糊自校正比例积分微分（PID）算法易于实现和有效，已广泛应用于温度控制系统中。最佳接近温度（OAT）提出了控制策略，用于每小时重置冷凝水温度，从而最大限度地提高组合式冷水机组和冷却塔系统的性能。“甄”提出了典型的多变量，大时滞和非线性系统，自提取规则模糊控制（SERFC）用供气系统和热水系统在建成环境室内保持稳定温度值的方法。基于改进的输出反馈（OIF）Elman神经网络和预测原理，设计了一种自适应PID解耦控制器，实现对双层气流场动态真空上下游温度的快速，精确，特别独立的控制。 （DAFDV）耦合系统。
本研究的重点是软件设计，包括控制不同应用领域温度变化的方法和策略，温度控制系统硬件设计的研究工作量相对较小。但是，如果没有相应的硬件支持，则也无法使用好的方法。在本文中，主要工作是为硬件电路设计。我们采用单片机开发智能温控系统，具有更高的控制方便性，低成本，灵活的优点。实验证明，该设计对提高温度控制的技术指标有明显的效果。作为硬件支持，我们的控制系统将适用于其他温度控制方法。
2系统结构设计
控制系统包括四个单元，如监视器，加热器，受控过程（储罐）和反馈回路（温度检测电路）。图1显示了设计的控制系统的图表。
在图1中，水箱是受控对象;通过温度传感器检测水箱的温度，然后将信号传输到单片机。将反馈信号和预制信号与SCM进行比较，SCM将给出温度控制量。加热器将接收加热指令。最后，功率控制器可以控制加热管的加热功率，并在我们的系统中控制温度。这里，干扰信号主要是由于与其他物体接触引起的加热功率变化。
图1：系统框图
3系统电路设计
根据控制系统的结构图，我们可以建立电路原理图，如图2所示。在本文中，假设受控对象是封闭的罐。该系统由温度检测电路，电源控制电路，水位检测电路，键盘和显示电路，报警电路和单片机ATP89C52组成。
图2 系统电路图
3.1温度检测电路
在本部分中，我们使用数字温度传感器DS18B20来检测温度。图3显示了DS18B20的封装图。新一代产品“总线”DS18B20由达拉斯公司设计，用于生产数字温度传感器。适用于各种恶劣环境，具有连接方便，温度测量电路简单，体积小，价格低，抗干扰能力强等优点。
图3 DS18B20封装图
3.2功率控制电路
这里我们采用光耦合器MOC3041来实现功率控制电路，它耦合传输信号，并隔离干扰的影响。图4显示了电源控制电路。热端口提供加热驱动的输出信号;通过74LS04变频器，反向信号将驱动光耦合器MOC3041。当热量输出高电平时，RP为低电平且电路处于导通状态，即双向晶闸管和加热电路都通过，然后水箱被电源管加热。
图4 电源控制电路
3.3水位检测电路
为了节省成本，我们通过水的电导率设计水位检测电路。如图5所示，三个金属条分别安装在水箱的不同高度。 A位于水箱底部，并连接5 V电源; B和C柱代表最低和最高水平，通过阻力地面。当水位低于B时，B和C全部高于水面，然后没有电，b和c的状态为“0”。同时，系统发出报警信号，水量较少的指示灯亮，电磁水阀开启注水;当水位上升到B时，A和B连接; b的状态为“1”，c为“0”。报警信号消失，指示灯正常工作。当水位上升到C，C和B连接，并且b和c的状态为“1”时，阀门关闭并停止注入。
图5 水位检测原理图
3.4键盘和显示电路
带有四个键的键盘与微控制器P1端口直接相连，作为图6（a）中的预制温度输入端口设置。我们选择LCD1602 0]（16times;2字符点阵液晶屏）作为液晶显示电路，可以实现人机交互，如预制温度和实时温度检测，如图6（b）所示。
3.5报警电路
蜂鸣器和发光二极管由报警电路组成，如图7所示。当水箱的水位低于地板时，蜂鸣器发出警报，系统开启水量较少的灯;否则当水箱的水位达到上限时，系统会关闭较少水的灯，并打开正常水位的灯。
4测试结果
4.1系统测试仪器
我们的测试中使用了许多仪器，如双跟踪电压和电流稳定电源（DH1718E-5），数字示波器（Tektronix TDS1002），仿真器（WEIFUE6000 / L），多功能数字仪表（GDM-8145），PC（P4CPU2.4），温度计，电热杯和秒表。
4.2测试结果
1）我们将1升水加入恒温电热杯中并改变其温度。我们可以观察液晶显示器的温度值（LCD1602），我们用温度计测量实际温度并记录结果，如图8所示。
我们可以得出结论，静态温度传感器测量结果与温度计的实际测量值是一致的。因此，温度传感器测量结果可靠，系统符合设计要求。
图8 静态温度结果
2）目标温度设定为75℃。我们可以观察液晶显示器的温度值（LCD1602），我们每隔30秒用温度计测量水温并记录结果，如图9所示（加热前，温度为25℃）
通过比较，我们可以看出在加热和误差过程中测量的温度和实际温度是一致的。尽管存在错误，但它们不会影响结果。因此我们的系统达到了设计要求.
图9 动态温度结果
5结论
本文重点介绍了单片机在温度控制中的应用。我们以单片机AT89C52为控制核心，设计了具有温度实时采集和控制的智能控制系统。测试结果表明，我们的设计合理，达到了预期的效果。该系统实现了智能温控，同时具有控制方便，成本低，灵活性高等优点。
基于51单片机的FSAE赛车速度显示系统设计
佑英华，媛媛
上海工程技术大学电气与电子工程学院，上海，201620 Email：liyuanyuanedu@163.com
摘要：学生一级方程式赛车速度显示系统是通过采集速度，信号分析和显示输出来实现速度显示。主题选用霍尔传感器来收集车轮边缘速度; 89C51微控制器和四个数字阴极管进行模拟速度信号的实时分析和显示输出。在实现过程中，来自霍尔传感器的信号转换为上升沿信号输入89C51; MCU内部定时器和计数器计数上升沿数; C语言程序计算信号的上升沿并将其转换为速度信号。最后使用数码管显示车速。经过测试，系统运行良好，可靠性高，可以清晰显示车速。
关键词：车速显示;
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