简易电冰箱电子除臭器的设计论文

简易电冰箱电子除臭器的设计论文 本科毕业论文设计 论文设计题目简易电冰箱电子除臭器的设计 系 别 信息工程系 年 级 2009 级 专 业 电子信息科学与技术 姓 名 学 号 指导老师 72013年 5 月 28 日贵州大学本科毕业论文设计诚信责任书本人郑重声明本人所呈交的毕业论文设计是在导师的指导下独立进行研究所完成毕业论文设计中凡引用他人已经发表或未发表的成果数据观点等均已明确注明出处特此声明论文设计作者签名 日 期 目 录目录I摘要IVAbstrctV前言1第一章 电子除臭器的硬件设计与特点211选题背景212本设计主要实现功能213 工作原理214 设计思路315方案选择316硬件系统框图417单元电路分析5com LCD显示电路5com电路6com源电路7com 继电器输出电路7com最小系统电路8com路9第二章 主要器件介绍1021 89C52单片机10com能参数10com 引脚定义1122 蜂鸣器12com蜂鸣器12com蜂鸣器12com6021324 JQC-3FF继电器14第三章 程序设计1531主程序设计1532程序流程图16第四章 电路调试及问题分析1741 臭氧发生器不能仿真1742单片机不能正常工作1743电路无法正常工作1844在按下按键时显示不正常1845电路板制作过程18comCB原稿图19com林19com19com19总结20参考文献21附录一 程序23附录二 电路原理图37附录三 PCB图38附录四 元器件清单39简易电冰箱电子除臭器摘要本文介绍了简易电子除臭器的设计与制作全过程传统的冰箱除臭器是利用活性炭的多孔吸附作用吸附冰箱中的异味这种除臭器既无杀菌作用且需经常更换活性炭或整个制成品使用很不方便而且增加经济上的支出这里介绍一种能够自动驱除冰箱异味的电子除臭器本文的电子臭氧发生器整体系统以89C52单片机为总控制LCD1602为显示器通过键盘控制工作时间它是利用电晕放电使空气电离产生大量的空气负离子主要是负离子和一定数量的臭氧扩散后能迅速除去臭味而保持食品的原有风味防止交叉串味同是臭氧是一种强氧化剂具有极强的灭菌消毒功能而负氧离子还能抑制蔬菜水果内部的生化过程起到一定的保鲜作用关键词单片机LCD1602显示器臭氧发生器Simple electronic deodorizerAbstrctThis paper introduces a simple electronic deodorizer design and production of the whole process the traditional refrigerator deodorizer is the smell of porous adsorption by activated carbon adsorption refrigerator in the The deodorizing device without sterilization and need to be replaced frequently activated carbon or the entire manufactured goods it is not easy to use and increase the economic costs Here introduces a kind of electronic can automatically get rid of the refrigerator odor deodorizing device electronic ozone generator integrated system in this paper based on 89C52 microcontroller as the control LCD1602 display through the keyboard to control the working time it makes the air ionization using corona discharge generation of negative air ions mainly is a negative ion and a certain amount of ozone after diffusion can rapidly remove odor and keep the flavor of food to prevent cross odor With ozone is a strong oxidant with sterilization disinfection function very strong but the negative oxygen ions can inhibit the vegetables fruit internal biochemical process play a role in preservation of certainKeywordsMCU LCD1602 display ozone generator前言电子技术是十九世纪末二十世纪初开始发展起来的新兴技术二十世纪发展最迅速应用最广泛成为近代科学技术发展的一个重要标志第一代电子产品以电子管为核心四十年代末世界上诞生了第一只半导体三极管它以小巧轻便省电寿命长等特点很快地被各国应用起来在很大范围内取代了电子管五十年代末期世界上出现了第一块集成电路它把许多晶体管等电子元件集成在一块硅芯片上使电子产品向更小型化发展集成电路从小规模集成电路迅速发展到大规模集成电路和超大规模集成电路从而使电子产品向着高效能低消耗高精度高稳定智能化的方向发展由于传统除臭器以跟不上发展的脚步所以先出现一种新的以产生负离子与臭氧的电子除臭器通过受到自然现象的启示人们开始用人工的方法产生负离子释放到周围的空气中净化空气改善人们的生活环境这种用人工产生空气负离子的设备就称为空气负离子发生器或负离子发生器 负离子是通过负离子发生器利用脉冲振荡电器将低电压升至直流负高压利用碳毛刷尖端直流高压产生高电晕高速地放出大量的电子e-而电子并无法长久存在于空气中存在的电子寿命只有nS级立刻会被空气中的氧分子O2捕捉形成负离子它的工作原理与自然现象打雷闪电时产生负离子的现象相一致 负离子发生器的主要作用 1制造活性氧负氧离子能有效激活空气中的氧分子使其更加活跃而更易被人体所吸收有效预防空调病 2改善肺功能人体吸入携氧负离子后肺可增加吸收氧气20而多排出15的二氧化碳 3促进新陈代谢激活肌体多种酶促进新陈代谢 4增强抗病能力可改变肌体反应能力活跃网状内皮系统的机能增强肌体免疫力 5改善睡眠经负氧离子作用可使人精神振奋工作效率提高还可改善睡眠有明显的镇痛作用 6杀菌功能负离子发生器在产生大量负离子的同时会产生微量臭氧二者合一更易吸附各种病毒细菌使其产生结构的改变或能量的转移导致其死亡除尘灭菌减轻二手烟危害更有效环保健康看得见 7清新空气消烟除尘带负电荷的负离子与漂浮在空气中带正电荷的烟雾粉尘进行电极中和使其自然沉积第一章 电子除臭器的硬件设计与特点11选题背景使用电冰箱时必然会遇到的问题是冰箱内所冷藏的各种食品因交叉感染久而久之产生一种难闻的恶臭味其次冰箱内0oSC的密封低温高湿环境是各种嗜低温细菌病毒滋生繁衍的温床若食用被这些细菌病毒污染的生冷食品有时会感染严重的肠道疾病即所谓的现代冰箱病而目前市场上各式各样的活性炭化学性与植物性除臭剂都是粉剂其吸附臭味缓慢且只作用于局部空间效果小易饱和潮解不能杀菌消毒保鲜寿命短令人不甚满意所以人们越来越对电子除臭杀菌保鲜器 简称电子除臭器 感兴趣了 基本原理电子除臭器是利用电子方法定量地产生臭氧与负氧离子臭氧是广谱高效快速杀菌剂能够有效地杀灭多种细菌病毒除去异味 臭躁腐霉 分解有毒气体及果蔬排放出来的催熟剂 乙烯气体 延长食品与果蔬的贮存期其特点是不存在死角不产生二次有害人体健康的污染是一种安全洁净型消毒剂一定频率的高压电流制造高压电晕电场使电场内或电场周围的氧分子发生电化学反应从而制造臭氧臭氧发生器具有技术成熟工作稳定使用寿命长是国内外相关行业使用最广泛的臭氧发生器STC89C52单片机为核心以LCD1602液晶模块图11 系统框图如上图为系统原理图STC89C52单片机为该系统的控制核心键盘电路为输入端通过键盘电路输入工作指令单片机处理指令后输出工作指令到继电器驱动与LCD继电器驱动控制臭氧发生器开始工作LCD1602显示器显示是否工作与工作时间设计预约17单元电路分析com LCD显示电路图12 LCD显示电路如图11是本设计的LCD显示电路作为人机交互的窗口LCD将显示实时温度及设置温度时间历史温度联机信息等LCD1602采用16脚DIP封装如图可知道与单片机连接有11个IO口其中D0D7并行数据端口与单片机P00P07连接而lcd的E端为使能端当E端由高电平跳变成低电平时液晶模块执行命令602液晶模块内部的字符发生存储器CGROM 已经存储了160个不同的点阵字符图形如表所示这些字符有阿拉伯数字英文字母的大小写常用的符号和日文假名等每一个字符都有一个固定的代码比如大写的英文字母A的代码是01000001B41H显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显液晶模块表11 LCD液晶模块com电路图13蜂鸣器驱动电路如上图12为蜂鸣器驱动电路由于蜂鸣器的工作电流一般比较大以致于单片机的IO 口是无法直接驱动的所以要利用放大电路来驱动一般使用三极管来放大电流就可以了图中为Q2为低频小功率PNP型8550三极管用于驱动流蜂鸣器三极管基极通R17与单片机P20连接这就构成了蜂鸣器的驱动电路工作原理要让蜂鸣器响必须给交变信号为了给蜂鸣器施加交变电压在编程时设置定时器中断周期为025MS中断频率为4K只要每次进入中断后让P20电平取反即可以产生2KHZ驱动脉冲由于单片机驱动能力弱不足以直接驱动蜂鸣器所以用8550放大电流电压驱动电平低平有效蜂鸣器得到足够电流方波信号后就能鸣叫起来了com源电路图14稳压电源电路图13是本设计的直流电源电路把220V通过T1变压器转成12V经过D1-D4组成的全桥整流电路输出再经C3与C1进行高频及低频的滤波后送到U1三端稳压器7805进行稳压输出稳定5伏电源这个电源在送给单片机系统及其它5伏器件前再进行高频及低频滤波从而保证电源电压较稳定电路特点 1 最大输出电流为15A 2 输出电压5V 3 热过载保护 4 短路保护 com 继电器输出电路图15继电器输出电路如图14为本设计的继电器驱动电路这个继电器用于控制臭氧发生器工作因为本设计使用臭氧发生器供电是220V当预约时间到且定时时间还没有结束时启动继电器吸合让臭氧发生器开始工作当定时时间结束继电器断开继电器的驱动是由Q6NPN型三极管8050完成的D5是续流二极管并在了继电器的两端用于吸收继电器自感电动势起到保护三极管及防止对电源干拢R10三极管输入回路的限流电阻R14是下拉电阻主要起到一吸收干拢信号的作用R10另一端与单片机IO相连若让继电器吸合单片机输出高电平经R14送入三极管基极输入回路电流满足使得三极管饱和导通继电器吸合com最小系统电路图16单片机最小系统电路如图15为本系统单片机的复位电路复位电路也是单片机最小系统中不可缺少的电路不同单片机复位电平有可能不同STC单片机采用高电平复位本系统复位电路采用电容与电阻串接方式如图3电容c7与电阻R4串联构成了一微分电路在联接处与单片机复位引脚联接上电时由于电容两端的电压不能突变所以单片机复位引脚会得到一个瞬时高电平此后随着电容两端电压升高复位引脚电平会慢慢降低直到电压为0复位结束单片机开始执行内部程序高电平维持时间由电容与电阻的取值决定只要这个时间足够宽单片机就能正常复位以上介绍了单片机复位电路单片机最小系统还有一个不可缺少一部份是单片机的晶振电路由图12中的C8C9X1组成晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号com路图17键盘电路图16为本设计的键盘电路用于设置当前时间预约时间定时间该键盘电路较为简单键盘的其中一引脚接地另一个直接接对应单片机IO本设计计使用了3个按键分别与单片机P35 P36 P37 STC89C52RC除P0口外其它IO都带30K的上拉电阻因此使用P3口时无需上拉电阻在软件编程时特别注意的是由于STC89C52RC没有输入输出控制寄存器因此让单片机进入输入状态首先要给单片机对应的IO口送高电平当有键按下时对应的IO口拉为低电平单片机通过软件消抖动判断为低电平时认为有键按下本设计为了减少键盘数量通过了软件实现长按及短按功能使得按键功能复用开始与停止按键为同一按键第二章 主要器件介绍21 89C52单片机图21 芯片管脚分布STC89C52RC 是美国ATMEL 公司生产的低电压高性能CMOS8 位单片机片内含 8kbytes 的可反复擦写的只读程序存储器PEROM和 256bytes 的随机存取数据存储器RAM器件采用ATMEL 公司的高密度非易失性存储技术生产与标准的MCS-51 指令系统及8052 产品引脚兼容片内臵通用8 位中央处理器CPU和Flash 存储单元功能强大STC89C52RC 单片机适合于许多较为复杂控制应用场合 与MCS-51 产品指令和引脚完全兼容8K 字节可重擦写Flash 闪速存储器 1000 次擦写周期 全静态操作0HZ-24HZ 三级加密程序存储器 2568 字节内部RAM 32 个可编程IO 口线 3 个16 位定时器 8 个中断源 可编程串行UART 通道 低功耗空闲和掉电模式V SS 地 V CC 电源提供掉电空闲正常工作电压 P0007P0 口是开漏双向口P0 也可以在访问外部程序存储器时作地址的低字节在访问外部数据存储器时作数据总线此时通过内部强上拉输出1P1017P1 口是带内部上拉的双向IO 口 P2027P2 口是带内部上拉的双向IO 口在访问外部程序存储器和外部数据时分别作为地址高位字节和 16 为地址MOVXDPTR此时通过内部强上拉传送1P3037P3 口是带内部上拉的双向IO 口P3 口具有以下特殊功能 RXDP30串行输入口 TXDP31串行输出口 INT0P32外部中断0 INT1P33外部中断1 T0P34定时器0 外部输入 T1P35定时器1 外部输入 WRP36外部数据存储器写信号 RDP37外部数据存储器读信号 RST复位当晶振在运行中只要复位管脚2 个机器周期高电平即可复位内部有扩散电阻连接到V SS 仅需要外接一个电容到V CC 即可实现上电复位9ALE地址锁存器使能在访问外部存储器时输出脉冲锁存地址的低字节在正常情况下ALE 输出信号恒定为16 振荡频率并可用作外部时钟或定时注意每次访问外部数据时一个 ALE 脉冲将被忽略ALE 可以通过臵位 SFR 的 auxlilary0 禁止臵位后ALE 只能在执行MOVX 指令时被激活PSEN程序存储使能当执行外部程序存储器代码时PSEN 每个机器周期被激活两次在访问外部数据存储器时PSEN 无效访问内部程序存储器时 PESEN 无效EAV PP 外部寻址使能编程电压在访问整个外部程序存储器时EA 必须外部臵低如果EA为高时将执行内部程序除非程序计数器包含大雨片内FLASH 的地址该引脚在对 FLASH 变成时接 5V12V 编程电压V PP 如果保密位 1 已编程EA 在复位时有内部锁存XTAL1晶体1反相振荡放大器和内部时钟发生电路输入XTAL2晶体2反相振荡放大器输出 注为了避免上电时的latch-up效应任意管脚Vpp除外上的电压任何时候都不能高于Vcc05V低于Vss-05V 6 LCD显示屏都是由不同部分组成的分层结构位于最后面的一层是由荧光物质组成的可以发射光线的背光层背光层发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万水晶液滴的液晶层液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素当LCD中的电极产生电场时液晶分子就会产生扭曲从而将穿越其中的光线进行有规则的折射然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来602采用标准的16脚接口其中第1脚VSS为地电源第2脚VDD接5V正电源第3脚V0为液晶显示器对比度调整端接正电源时对比度最弱接地电源时对比度最高对比度过高时会产生鬼影使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度第4脚RS为寄存器选择高电平时选择数据寄存器低电平时选择指令寄存器第5脚RW为读写信号线高电平时进行读操作低电平时进行写操作当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据第6脚E端为使能端当E端由高电平跳变成低电平时液晶模块执行命令 第714脚D0D7为8位双向数据线第1516脚空脚Keil uVision3 开发环境使用C语言编程可读性好可移值性好易实现模块化编程本系统采用了模块编程分层设计系统各个模块都是分两层设计例如键盘扫描就分键盘扫描程序及键值处理程序键盘扫描属于硬件层而键值处理程序属于应用层下面将介绍主要程序模块设计思路31主程序设计 设计主要分为单片机主程序与键盘部分主程序输出LCD显示蜂鸣器鸣叫等指令键盘部分主要负责按键调控工作时间与启动臭氧发生器的工作主程序流程图如下图31所示加入工作电压电路开始工作单片机系统初始化LCD显示电源状态与工作时间通过调整键盘输入确定新的工作时间如果无输入默认初始工作时间为10S按下开始结束按键臭氧发生器开始工作工作时间到或重新按下开始或结束按键发生器停止工作结束32程序流程图第四章 电路调试及问题分析 在搞本次的毕业设计中遇到了很多的问题无论是硬件问题还是软件在制作过程中都出现了不少问题但最后还是把问题一一解决了但这个过程序我学到了不少的知识使无论软件和硬件方面都得到很大的提高做好硬件电路之后要测试一下硬件电路有无出现问题首先检测一下单片机硬件电路工作是否正常单片机正常工作三个基本的条件就是单片机时钟有无起振二复位电路是否正常电源电压是否正常为了测试单片机的硬件是否正常我通常是一个确定是正常的单片机然后编写一些简单的程序来测试单片机是否正常工作这个测试很重要的若不进行这一步而你的毕业设计一开始就不正常你就不知道是软件问题还是硬件电路致于其它硬件电路就根据具件器件来检测了它是否正常工作当所有硬件都没有问题的时候就可以正式编写软件下面我以自已在搞毕业设计出现的问题及其原因跟大家分享41 臭氧发生器不能仿真 由于本设计的臭氧发生器元器件在protel99se中无法找到所以无法通过仿真确定臭氧发生器是否能正常工作只能在设计出一个输出电路以后在电路原理图中设置一个无用的器件模块代替臭氧发生器再单独制作一个臭氧发生器连接电路然后通过调试来确定它能否工作42单片机不能正常工作焊好板之后装好器件把之前写好的简单的让IO口输出一个低电平的程序下载到单片机发现在目标板上的对应的IO并没有输出低电平我想了一下难道是我的程序的问题我把单片机插到能正常使用的51学习板上发现对应的IO输出了低电平这说明我的程序是没有问题的问题出现在硬件通电测试单片机电源是否正常万用表显示5伏电源正常复位引脚电压为0伏也正常那是什么原因呢51单片机还有一个特有的重要引脚EA单片机要从内部ROM开始执行程序的话要让EA接高电平检查了一下EA引脚电压为5伏也正常我关了电源再通电发现对应的IO输出了低电平了程序开始执行了我再关电源的再通电单片机又不执行了唉是什么原因啊折腾好久还是没有找出来后来在网上论谈找了一个经验丰富的工程师向他讲诉了这个问题他后来告诉我可能是复位电路有问题我再检复位电路发现在复位电容用了01UF而AT89S52单片PDF文件里推荐电容值为10UF差别很大有可能复位高电平持续的时间不够引脚的我换了10UF的电容再反复通电几次发现单片都可以正常运行43电路无法正常工作在焊接好电路以后我也遇到了问题电路无法正常工作最后通过仔细寻早发现由于学生在焊接时粗心大意焊锡没有完全包裹其中一个元器件的一个引脚进行调试时候也没有很仔细的去调试导致该元器件无法正常工作后来重新把它焊接了一次并仔细检查了电路是否在焊接时还有什么遗漏确认无误后通上电源电路终于能正常工作44在按下按键时显示不正常在这个设计中按键与显示的引脚是复用的刚开始写程序的时候单片机的P1引脚是按普通输出方式准双向口设置的没有按下按键时显示一切正常但是在按下按键时LCD的有一段会出错即本来不亮的会亮起来经过分析发现是引脚复用引起的问题将P1口设置为强输出口方式问题解决不会出现按下按键有暗亮的情况当然在毕业设计期间我还有遇到很多问题这里就不一一列举了比如在矩阵式键盘扫描时我也遇到不少题最后还是被我一一解决了提高了我的分析能力积累了不少经验这无凝对我以后软件硬件的开发有重要意义45电路板制作过程在业余电子制作及电子产品开发中常常需要做电路板手工制作电路板的方法多种多样每种制作的方法也是各有优缺点使用的较多的是利用感光板来制作电路板 感光电路板两块大小适中的玻璃透明菲林或半透明硫酸纸显像剂三氯化铁钻孔工具准备PCB原稿图 至于用什么软件去画图可以根据自己的实际情况去选择这一步的主要目的是为了能打印出电路板11的菲林这里用的是Protel DXP打印菲林 最好是选择透明的菲林用激光打印机来打印这样打印出来的效果非常好完全胜任一般的电路板制作要求用刀子将曝光板裁成所需要的大小并把毛边刮掉然后将保护膜撕掉先将其中一块玻璃放在较平的台面上然后把感光板放在玻璃上绿色曝光面朝上利用上面那块玻璃本身的自重使曝光板和菲林紧贴在一起接下来开始曝光曝光的方法有几种这里采用的是日光台灯来曝光台灯和感光板的距离大概是5cm左右曝光的时间要根据曝光光源的照射强度以及不同厂家生产的感光板可能对曝光时间要求的不同具体时间请参考厂家的说明com在曝光的的这个空挡时间里还有一件事要做 就是调制显像剂曝光后的板子要尽快进行显像工作当然也可以事先调好用一个塑料盆将显像剂和水按120的比例调好加入水后轻轻摇晃使显影剂充分溶解于水中附录三 PCB图附录四 元器件清单部件类型元件标号封装1N4007D21N40071N4007D31N40071N4007D11N40071N4007D41N40071N4007D51N400747KR1R1047KR2R104MX1XT10kR9r10100UFC2EC8D100UFC1EC8D104C4C25瓷片104C3C25瓷片104C6C25瓷片220-14T1TR-EI287805U114X10X258050Q1TL431ACP2PIN2-10MMACP1PIN2-10MMAT89C51U2DIP40BELLU3BELLCapC8C104CapC9C104CapC7C104DININ2DINDININ1DINISPP3HDR1X4KB1K1继电器1LCD1602C5LCD1602Res2R3R10Res2R4R10Res2R5R10S8550Q2TL431SW-PBS3swpb6x6SW-PBS2swpb6x6SW-PBS1swpb6x6 贵州大学本科毕业论文 设计 贵州大学本科毕业论文 设计 开始31 系统流程图NYNNY工作时间10SY结束工作时间是否到臭氧发生器工作开关按下显示新工作时间是否有按键输入LCD初始显示系统初始化第 IV 页第 14 页