單片機課程設計---單片機為核心的單門消毒柜控制電路

1、<p><b>　　課程設計</b></p><p>　　課程名稱： 單片機原理及應用課程設計 </p><p><b>　　一、摘要：</b></p><p>　　本課程設計一個以單片機為核心的單門消毒柜控制電路。設計主要是由硬件電路和軟件程序兩部分組成。硬件部分組要有復位電路

2、，按鍵控制電路，溫度，門開關控制電路，5V直流轉換控制電路，晶振電路，繼電器控制加熱管電路，以及指示電路和報警電路等組成。而軟件部分主要是由主程序以及各個子程序組成。其主要控制消毒柜的報警，指示燈，以及按鍵的控制。此消毒柜工作于220V,50HZ的交流電。而內部的加熱管則是1000W，是單片機通過控制繼電器來控制其導通與斷開。而單片機是采用AT89C51型的單片機。采用protues軟件能夠很好的設計出電路圖。此消毒柜具有溫度控制，報警

3、等功能。因此具有很強的實用性。且性價比好。</p><p>　　關鍵字：AT89C51，二極管，繼電器，報警器，消毒柜</p><p><b>　　二、目錄</b></p><p><b>　　三、任務及要求：</b></p><p>　　設計一個以MCS-51系列單片機為核心的單門消毒柜控制電路，

4、并按規(guī)范制作設計文本和圖紙。</p><p><b>　　主要性能要求：</b></p><p>　?、? 消毒柜使用220V,50Hz交流電，內部加熱電熱管功率1000W；</p><p>　　⑵．消毒柜插頭接上市電和電熱管通電加熱時，面板上都要有相應的指示燈顯示； </p><p>　?、? 面板上設置一輕觸式按鍵，

5、手動啟動或停止加熱（按一下“啟動” 加熱，再按一下“停止”加熱，如此循環(huán)）；</p><p>　?、? 若消毒柜內部電熱管處于通電加熱狀態(tài)，在下列任何一種情況發(fā)生時，立</p><p><b>　　即停止加熱：</b></p><p>　?、? 按一下“啟動/停止” 按鍵，消毒柜回到待機狀態(tài)；</p><p>　?、?

6、消毒柜內部達到一定溫度時，延時20分鐘后自動停止加熱，回到待</p><p><b>　　機狀態(tài)；</b></p><p>　　③．消毒柜門被打開時停止加熱，關好門后回到待機狀態(tài)；</p><p>　　④．電熱管通電加熱1小時后，無條件自動停機，并發(fā)出故障報警；報警</p><p>　　狀態(tài)要能通過按動一下“啟動/停止”

7、按鍵解除。</p><p>　　三．課程設計應完成的工作</p><p>　　獨立完成消毒柜控制電路的軟硬件設計任務，按規(guī)范撰寫設計說明書一份，用4號標準工程圖紙繪制硬件電路原理圖和軟件流程框圖各一張，并編寫單片機控制程序。</p><p>　　四．課程設計進程安排</p><p><b>　　四、緒論：</b><

8、/p><p>　　4.1本課題的背景及意義：</p><p>　　隨著人們的生活水平及健康意識的提高，人們對飲食的衛(wèi)生要求也就越來越高了。因此，消毒柜便很順利的走進了當代人的生活中。消毒柜是指通過紫外線、遠紅外線、高溫、臭氧等方式，給食具、餐具、毛巾、衣物、美容美發(fā)用具、醫(yī)療器械等物品進行殺菌消毒、保溫除濕的工具。外形一般為柜箱狀，柜身大部分材質為不銹鋼。消毒柜為中國發(fā)明首創(chuàng)的電器產品，廣泛用

9、于酒店賓館、餐館、學校、部隊、食堂等場所。 消毒柜是指通過紫外線、遠紅外線、高溫、臭氧等方式，給食具、餐具、毛巾、衣物、美容美發(fā)用具、醫(yī)療器械等物品進行殺菌消毒、保溫除濕的工具。而隨著單片機的產生給我們的電子產品的發(fā)展帶來了巨大的飛躍，它以體積小、質量輕、價格便宜的優(yōu)勢代替了以前的復雜電路板，很快占據了市場 。</p><p>　　而該課題是設計一個消毒柜其實就是設計一個智能的溫度控制系統(tǒng)，消毒柜主要通過加熱到一

10、個指定溫度，對餐具等衛(wèi)生潔具進行高溫消毒，消毒柜將高溫控制在一個指定的范圍內，并維持一定時間，殺滅細菌，極大地增強了人們的飲食衛(wèi)生，大大降低了疾病的交叉?zhèn)魅?，為提高人們的身體健康起了重要的作用。</p><p>　　4.2 國內外關于本課題的發(fā)展情況及方向：</p><p>　　基于國內外對消毒柜的研究大體分為三個方向：首先是基于溫度控制，通過對溫度的控制來達到消毒的目的分為高溫型電子消毒

11、柜殺和低溫型消毒柜，其次是市場上的一些通過臭氧消毒，最后就是通過紫外線消毒的消毒柜。</p><p>　　這三類消毒柜其中高溫消毒柜高溫型電子消毒柜殺滅細菌和病毒的效果好，升溫速度快，時間短，一次消毒的時間一般不超過25分鐘，同時，在消毒過程中不產生氣體，因此容易被用戶接受。高溫型電子消毒柜適用于不銹鋼、鋁、陶瓷、玻璃制成的餐具、茶具，但不適于消毒不耐熱的塑料、漆 、木、竹制品，選購時要考慮這一點。一般家中電子消

12、毒柜耗電功率多在600-700瓦左右， 每次消毒耗電相對低溫型要多一些。</p><p>　　低溫型消毒柜殺菌消毒的時間較長，一次消毒時間需要60分鐘才能完成，若柜門門封密封不好，會有少量臭氧的難聞氣味逸出。但適用任何材料，包括塑料制成的奶瓶奶嘴、茶具和餐具都可以進行消毒。低溫型電子消毒柜耗電量一般都較小，家中使用的多在200瓦以下，價格較便宜。</p><p>　　根據中國預防醫(yī)學科學院

13、消毒研究中心測試的數據表明：消毒柜內部的溫度必須達到125℃，而且持續(xù)保持10分鐘，才能把對人身體有害的牙孢菌及肝炎病菌殺死。出于這個原因，只有單一遠紅外線消毒功能的消毒柜中不宜存放塑料器皿，因為要想在柜內達到125℃，不論是采用石英管還是電熱絲發(fā)熱，發(fā)熱元件附近的溫度肯定會大大高于125℃，塑料容器在長時間的烘烤之下，很容易變形。</p><p>　　縱觀國內外市場中的消毒柜產品，其發(fā)展方向是系統(tǒng)采用微電腦控制

14、，VFD動態(tài)顯示當前系統(tǒng)工作情況及其他參數，同時采用數碼控制定時開關、自動除臭，采用高新納米磁性門封材料、排氣孔特設防蟲網。</p><p>　　4.3本課題的主要內容：</p><p>　　本課題主要是采用AT89C51單片機來控制消毒柜的按鍵電路，報警電路，加熱電路，指示燈電路，</p><p><b>　　五、硬件電路</b></p

15、><p>　　5.1方案的論證與選擇：</p><p><b>　　方案一：</b></p><p><b>　　系統(tǒng)方框圖如下：</b></p><p>　　此方案主要是由單片機來控制開關電路，晶振電路，復位電路，加熱電路，報警電路，指示電路，以及直流輸入。而溫度的控制則采用穩(wěn)定傳感器了采集，通過一個

16、ADC0809的模數轉換芯片輸入到單片機內。AT89C51單片機查看開關電路，看門既是否有按鍵按下來控制整個消毒柜。而溫度的控制主要靠傳感器采集后經過模數轉換后輸入的數字量來控制。加熱、保溫、停止等，這些就要靠軟件程序來輔助完成，通過加熱裝置來進行相應的操作，從而完成此次設計的基本要求。加熱器由單片機控制，安全管理加熱器的啟動與停止，加熱裝置將單片機核心系統(tǒng)與加熱管隔離，防止加熱器的高溫對系統(tǒng)造成損害，起到了以小信號控制大電流的安全控制

17、的作用。同時，當消毒柜的加熱管壞了后單片機控制報警電路。報警器報警。同時指示電路的紅燈不停地閃爍。直到有鍵按下后才停止。</p><p><b>　　方案二</b></p><p><b>　　系統(tǒng)方框圖：，</b></p><p>　　此方案主要是由單片機來控制開關電路，晶振電路，復位電路，加熱電路，報警電路，指示電路，

18、以及直流輸入。而溫度的控制則采用一個溫度開關輸入到單片機內。AT89C51單片機查看開關電路，看門既是否有按鍵按下來控制整個消毒柜。加熱、保溫、停止等，這些就要靠軟件程序來輔助完成，通過加熱裝置來進行相應的操作，從而完成此次設計的基本要求。加熱器由單片機控制，安全管理加熱器的啟動與停止，加熱裝置將單片機核心系統(tǒng)與加熱管隔離，防止加熱器的高溫對系統(tǒng)造成損害，起到了以小信號控制大電流的安全控制的作用。同時，當消毒柜的加熱管壞了后單片機控制報

19、警電路。報警器報警。同時指示電路的紅燈不停地閃爍。直到有鍵按下后才停止。</p><p><b>　　方案的選擇：</b></p><p>　　我最后還是選擇了方案二。因為雖然方案一比較精確，但卻比方案二要復雜。而且方案二也比較經濟，所以最終選擇了他。</p><p>　　5.2單元電路的設計及描述：</p><p>　

20、　5.2.1開關電路的設計及描述：</p><p><b>　　原理圖如下：</b></p><p><b>　　圖為開關電路</b></p><p>　　圖中，S1 啟動停止的控制開關，S2 為溫控開關，S3為門開關。分別接在單片機的P1.7，P1.6，P1.5口，且被牽制的高電平。當開關閉合，相應的接口低電平，相反當開

21、關斷開，相應的接口高電平，當開關閉合時，即輸入為低電平時開始工作。</p><p>　　5.2.2 晶振電路</p><p>　　單片機的定時控制功能是有片內的時鐘電路和定時電路來完成的。而片內的時鐘產生方式有兩種。內部時鐘方式和外部時鐘方式。這里我采用的是內部時鐘方式，如下圖。片內高增益反相放大器通過XTAL1、XTAL2 外接作為反饋元件的晶體（成感性）與電容組成的并聯諧振回路。構成一

22、個自激振蕩器向內部時鐘電路提供振蕩時鐘。振蕩器的頻率主要取決于晶體的振蕩頻率，一般晶體可在1.2-12MHz之間任選；電容C1 、C2 的值則有微調的作用􀉛通常取30pF 左右。</p><p><b>　　原理圖如下：</b></p><p><b>　　圖為晶體振蕩電路</b></p><p>　　5

23、.2.3 復位電路</p><p>　　51 系列單片機的復位引腳RST 上只要出現10ms 以上的高電平，單片機就會實現復位。如下圖；</p><p>　　圖為單片機的復位電路</p><p>　　上電時，+5V 電源立即對單片機芯片供電，同時經R 對C5 充電。C5 上電壓</p><p>　　建立的工程就產生一定寬度的負脈沖。經過反向，

24、RST 上出現正脈沖，使單片機</p><p>　　實現了上電復位。按鈕按下時，RST 上同樣出現高電平，實現了按鈕復位。在應</p><p>　　用系統(tǒng)中，有些外圍芯片也需要復位。如果這些芯片復位端的復位電平與單片機</p><p>　　一致，則可以與單片機復位腳相連。因此，非門在這里不僅起了反向的作用。還</p><p>　　增大了驅動能

25、力。電容C3、C4 起濾波作用，可以防止干擾竄入復位端而產生誤</p><p>　　5.2.4 直流穩(wěn)壓輸入電路</p><p>　　控制電路中多處用到的VCC，是一個5V 的直流電源。下圖是產生該直流電源的電路圖；</p><p>　　圖為直流穩(wěn)壓輸入電路</p><p>　　該電路中用一個變壓器將220V 的交流電轉變?yōu)?V 的交流電，再

26、用一個整流橋將其轉變?yōu)橹绷麟?。但是轉換的直流電不能排除有交流成分所以需要一個電解電容來濾除交流成分。另外得出的5V 的直流電并不是很穩(wěn)定。所以要用一個78L05的穩(wěn)壓器。最后成能輸出穩(wěn)定的直流電壓VCC。</p><p>　　5.2.5 加熱電路</p><p>　　電熱絲是消毒柜的最重要的成分，他工作在220v，50Hz。的交流電源下，</p><p>　　本身功

27、率為1000W。它的導通采用的是繼電器的吸合方式來控制。如下圖；</p><p>　　圖為消毒柜的加熱電路</p><p>　　繼電器接在單片機的P2.7 口上，當P2.7 輸出低電平時，晶體管導通。繼電器吸合，電熱絲開始工作。同時D1 發(fā)光二極管發(fā)光，當P2.7 輸出高電平時，繼電器不吸合，電熱絲不工作。同時發(fā)光二極管D1 沒發(fā)光。Q1 放大器在這里主要起到的是開關作用。因為從單片機出來

28、的電流不是很大不足以驅動繼電器，因此加了一個VCC 電路。使電流流經繼電器嗎，從Q1 的集電極流向射級，從而驅動繼電器的工作。</p><p>　　5.2.6 報警電路</p><p>　　當電熱絲持續(xù)工作一小時而未斷開過時，電路報警。 電路圖如下；</p><p><b>　　圖為報警電路</b></p><p>　　

29、其工作原理:Q1 在這里起到了開關電路的作用。利用VCC 和P2.2口的高電平。</p><p>　　就可以使揚聲器發(fā)出報警聲。</p><p>　　5.2.7 指示燈電路</p><p><b>　　原理圖為：</b></p><p>　　此電路主要是用來當報警電路工作時，指示燈開始閃爍。且消毒柜通電的指示電路。<

30、;/p><p>　　5.2.8 消毒柜的總電路；</p><p><b>　　電路圖為；</b></p><p>　　該電路是以AT89C51單片機為核心的消毒柜控制電路，主要包括開關控制電路，晶振電路，復位電路，直流穩(wěn)壓輸入電路，加熱電路，報警電路以及指示電路等。P1.7，P1.6，P1.5分別接上啟動停止開關，溫度開關以及門控開關。電容C1，C

31、2，C3及電阻R4構成了一個復位電路。C4，C5與振蕩器構成了振蕩電路。P2.7口通過控制繼電器的閉合與斷開來控制加熱管的加熱。而中間的發(fā)光二極管則能指示電路的狀態(tài)。P2.7輸出為低電平時，加熱管開始加熱。輸出為高電平時則停止加熱。而P2.2則是報警器的控制口，當P2.2輸出低電平時則開始報警，而輸出高電平時則停止報警。電源變壓器，橋式振流器，三端穩(wěn)壓器 </p><p>　　夠成了直流穩(wěn)壓輸入電路，為整個電

32、路的工作提供了保障</p><p><b>　　6.2程序：</b></p><p>　　ORG #1000H</p><p>　　AJMP MAIN</p><p>　　MAIN: MOV R7 ,#3CH</p><p>　　MOV R6 ,#14H</p><p&g

33、t;　　CLR P0.2 ;點亮紅燈做電源指示燈</p><p><b>　　SETB P2.2</b></p><p><b>　　SETB P2.7</b></p><p>　　KEY1：JNB P1.7 ,$ ;查停止啟動鍵是否按下</p><p

34、>　　JNB P1.6 ,KEY1 ;查門是否關好</p><p>　　JNB P1.5 ,KEY1 ;查溫度是否達到</p><p>　　DELAY1：MOV TOMD ,#51H ;設置T0 ,T1的工作方式</p><p>　　REPEAT: MOV TH1 ,#15H

35、 ；設置T1的計數初值</p><p>　　MOV TL1 ,#A0H</p><p>　　MOV TH0 ,#OFCH ；設置T0的計數初值</p><p>　　MOV TL0 ,#18H</p><p><b>　　CLR P3.5</b></p><p>　　MOV IE ,

36、#88H ；開內部中斷</p><p>　　CLR P2.7 ；開始加熱且發(fā)光二極管亮</p><p>　　SETB TR1 ；啟動計數器/定時器</p><p><b>　　SETB TR0</b></p><p>　　LOOP:

37、 JNB TF0 ,$ ；等待中斷</p><p>　　SETB P3.5 ；形成計數脈沖，T1技術一次</p><p>　　MOV TH0 ,#0FCH ；重裝T0初值</p><p>　　MOV TL0 ,#18H</p><p><b>　　

38、CLR P3.5</b></p><p>　　WEN: JB P1.6 KEY3 ；判斷溫度是否到達，達到轉KEY2，沒到轉KEY3</p><p>　　DJNZ R7 ,LOOP ;定時一小時</p><p>　　KEY2： CLR TR1 ;關一小時定時<

39、;/p><p><b>　　CLR TR0</b></p><p>　　DELAY2：MOV TOMD ,#51H ;設置T0 ,T1的工作方式</p><p>　　REPEAT: MOV TH1 ,#15H ；設置T1的計數初值</p><p>　　MOV TL1 ,#A0H</

40、p><p>　　MOV TH0 ,#OFCH ；設置T0的計數初值</p><p>　　MOV TL0 ,#18H</p><p><b>　　CLR P3.5</b></p><p>　　MOV IE ,#88H ；開內部中斷</p><p>　　CLR P2.

41、7 ；開始加熱</p><p>　　SETB TR1 ；啟動計數器/定時器</p><p><b>　　SETB TR0</b></p><p>　　LOOP: JNB TF0 ,$ ；等待中斷</p><p>　　S

42、ETB P3.5 ；形成計數脈沖，T1技術一次</p><p>　　MOV TH0 ,#0FCH ；重裝T0初值</p><p>　　MOV TL0 ,#18H</p><p><b>　　CLR P3.5</b></p><p>　　DJNZ R6 ,LOOP

43、 ;定時20分鐘</p><p>　　SETB P2.7 ;切斷電熱管</p><p>　　AJMP MAIN ；轉移到初始狀態(tài)，即復位</p><p>　　KEY3： JB P1.5 KEY4 ;查看門是否打開，打開了轉KEY4沒開門則看一小時定時是否到達<

44、/p><p>　　JNZ R7 WEN ;沒達到則轉到WEN繼續(xù)判斷</p><p>　　BAOJING: MOV A ,P1.7 ;將當前的p1.7的狀態(tài)給A</p><p>　　SETB P2.7 ;切斷電熱管電源</p><p>　　CLR

45、 P2.2 ；打開報警器</p><p>　　DENGSHAN: SETB P0.2 ；關掉電源指示燈延時一秒后再點亮，形成1s的閃爍，即當報警時，電源燈閃爍。</p><p>　　LCALL DELAY3 </p><p>　　CLR P0.2

46、 </p><p>　　SJMP DENGSHAN ；不停地報警，閃爍，直到有鍵按下</p><p>　　MOV R4 , P2.7 ；將當前的p2.7的狀態(tài)放入R4中。</p><p>　　ORL A, R4 ；將報警前的p2.7狀態(tài)和當前的狀態(tài)異或，如果值為1則說明有

47、鍵按下，值為零則說明沒有鍵按下。</p><p>　　JZ BAOJING ；沒有鍵按下則繼續(xù)報警</p><p>　　SETB P2.2 ；有鍵按下則關報警器和燈不閃爍</p><p>　　CLR P0.2 </p><p>　　S

48、JMP MAIN ；回到初始狀態(tài)</p><p>　　KEY4： SETB P2.7 ;切斷電熱管電源，回到初始狀態(tài)。</p><p><b>　　AJMP MAIN</b></p><p>　　DELAY3： MOV R0 ,#0AH ；延

49、時1S</p><p>　　DELAY4： MOV R1 ,#00H</p><p>　　MOV R2 , #0BH</p><p>　　DJNZ R2， $</p><p>　　DJNZ R1，DELAY5</p><p>　　DJNZ R0，DELAY4</p><p><b>　

50、　RET</b></p><p><b>　　END</b></p><p><b>　　七、總結</b></p><p>　　剛看到這次的設計題目的時候，感覺他還有點難度的。有很多地方都存在問題，后來彭老師講解后，我對他有了大概的思路。但是卻有一個大問題始終沒有解決，那就是編寫程序，原來以為電路的設計問題應該

51、不大，可是后來在實際操作中卻任然存在很多的問題。首先是我溫度的采集，本來我是打算選擇使用傳感器，然后經過模數轉換器輸入單片機的，可后來發(fā)現有的多余。最后在網上查找了相關的資料，發(fā)現使用一個溫度開關就能解決這個問題。當我把所有的單元電路都設計好了后，開始準備畫電路圖時，又有了新的問題。本來打算使用比較熟悉的multisim這個仿真軟件，后來發(fā)現這個軟件并不太好用。無法，我又重新再網上下載了一個軟件——Proteus軟件，這個軟件我重來都沒

52、有用過。而卻又全是英語的。這對于英語并不是很好的我無意又增加了困難。在畫圖的時候，我開始的時候基本上不能找到元件。我不得不在百度上去搜索每一個元件的英文名，除了那幾個自己知道的。這無疑曾加了我的工作量?？梢舱驗檫@樣，卻讓我再學會了一個軟件的運用。最困難的莫過于編寫程序。原以為我寫不出來程序，可在我把電路圖和程序方框圖設計好后，我發(fā)現寫程序也不是很困難，雖然中間也遇到了很多</p><p>　　課程設計是培養(yǎng)學生

53、運用所學知識來發(fā)現問題，提出問題，分析問題和解決問題的能力的。是對學生的實際工作能力的一種鍛煉。隨著智能化的提高，單片機無疑成為了當前智能化領域的絕對活躍者。因此，這個課題設計具有很大的意義。</p><p>　　通過本次課程設計，讓我學到了很多東西。首先是獨立思考的能力，在整個設計的一周多時間了，我遇到很多的問題，可每次我都提醒自己能獨立解決。只有當我實在想不到的時候，我才會向寢室的其他人詢問。尤其在電路的設計

54、與程序的編寫，我基本上市獨立完成的。第二：讓我學會了Proteus軟件的運用，這是一個在電子行業(yè)方面有著很大功能的仿真軟件。我學會了他，我相信對我以后</p><p>　　有著很大的幫助。第三：提高了我查閱資料的能力。整個設計，我基本上都是自己獨立完成的，并沒有抄襲別人的。很多電路的設計及描述我都是從課本上或者其他書上找的的。第 四：也是最重要的，就是我對單片機的運用又有了更深一步的了解，大致知道了單片機的智能控

55、制中時怎樣連接的，是怎樣來實現智能化的。我相信，這對我以后從業(yè)有著很大的幫助。</p><p><b>　　八、 參考文獻</b></p><p>　　[1] 李建忠. 單片機原理及應用[M].西安:電子科技大學出版社,2008.</p><p>　　[2] 余錫存等. 單片機原理及接口技術[M].西安:電子科技大學出版社,2000.<

56、/p><p>　　[3] 王毓銀. 脈沖與數字電路[M]. 北京:高等教育出版社，1992.</p><p>　　[4] 張凡等. Protel電路設計使用指南[Z]. 北京:電子工業(yè)出版社,2006.</p><p>　　[5] 王浩等. 集成電路速查大全[Z].西安:電子科技大學出版社,2003.</p><p>　　[6] 康華光. 電子技