基于单片机的高压静电除尘器的设计.docx

1、基于单片机的高压静电除尘器的设计科信学院单片机原理与应用课程论文课程论文题目高压静电除尘控制系统设计硬件院系名称专业（班级）电气工程及其自动化姓名（学号）指导教师2015年5月25 日一绪论1.引言空气净化器具有滤去尘埃、消除异味及有害气体、双重灭菌、释放负离子等功能。它通过电机使室内空气循环流动，被污染的空气通过机内的空气过滤器后将各种污染物清除或吸附，然后经过装在出风口的负离子发生器，将空气不断电离，产生大量负离子，被微风送出，形成负离子气流，达到清洁、净化空气的目的。目前，国内外空气净化器产品普遍采用的净化技术主要有：紫外线净化、光触媒净化、等离子体净化、过滤净化（HEPA）、静电集尘、

2、吸附净化、负离子净化、臭氧净化、分子络合、HIMOP快速净化等方法。2.设计任务与要求高压静电除尘是根据静电荷的异性相吸、同性相斥的原理，利用静电力将空气中带电粉尘吸附沉降下来，以达到除尘的目的。通过该原理设计一款空气净化机从而取代物理除尘和臭氧除尘。二原理1.高压静电除尘的原理高压静电除尘是根据静电荷的异性相吸、同性相斥的原理，利用静电力将空气中带电粉尘吸附沉降下来，以达到除尘的目的。 含有粉尘颗粒的气体，在接有高压直流电源的阴极线(又称电晕极)和接地的阳极板之问所形成的高压电场通过时，由于阴极发生电晕放电、气体被电离，此时，带负电的气体离子，在电场力的作用下，向阳极板运动，在运动中与粉尘颗

3、粒相碰，则使尘粒荷以负电，荷电后的尘粒在电场力的作用下，亦向阳极运动，到达阳极后，放出所带的电子，尘粒则沉积于阳极板上，从而得到净化的气体。该技术只对颗粒物等大粒子气体有效果，主要用于除尘。图1-1静电除尘器的工作原理图三硬件设计1.温度控制系统的硬件设计 2.信号采集电路的设计如图3-2所示是设计中热敏电阻测量原理电路，由电源、电阻电桥、运放和输出四部分组成。电源部分包括R4、R6、C1、U1B。R4、R6为分压电路，C1主要滤除Vcc中的纹波，U1B为LM324运算放大器，工作于电压更随方式，其特点是输入阻抗高、输出阻抗低，为后级电桥提供稳定的电流。电桥由R1、R2、R3、R13组成，当外

4、界温度发生变化时，通过调节R13使电路产生补偿电压，属于电位补偿。运放电路由R7、R8、R9、R10及U1A组成，这是一种灵敏度较高的电桥放大电路，放大倍数由R9/R8得到。输出电阻由R4、R12、R14、D1组成，调节R14可以调整输出电压幅度。D1主要用于防止输出负电压，保护后级A/D电路。图3-2信号采集电路3.复位电路如何进行复位呢？只要在单片机的RST引脚上加上高电平，就可以了，复位时间不少于5ms。为了达到这个要求，需要在外部设计复位电路。复位电路的实现可以用多种方法，但是从功能上一般分为两种：一种是电源复位，即外部的复位电路在系统通上电源之后直接使单片机工作，单片机的起停通过电源

5、控制;另一种方法是在复位电路中设计按键开关，通过按键开关触发复位电平控制单片机的复位。从原理上说，一般采用高电复位电路。这种复位电路的工作原理是：通电时，电容两端相当于短路，于是RST引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电，RST端电压慢慢下降，降到一定程序，即为低电平，单片机开始正常工作。图3-3单片机的复位电路4.显示与键盘电路的设计（1）显示选用的是共阴极七段码LED数码管显示。图3-4共阴极七段码LED数码管芯片引脚在该设计中采用的LED数码管用的是共阴极接法，其中LED的18号引脚分别接芯片74LS164的AH引脚，用LED数码管实现数字显示。 图3-5单片机的显示和键盘连接图（

6、2）用AT89S51单片机芯片串行口的方式0的输出方式，在串行口外接移位寄存器74LS164，构成键盘和显示器接口，其硬件接口如图3-5（图中只画出三位LED静态显示和16个按键，根据需要可以扩展）。采用静态显示，软件设计比较简单，节约CPU的资源。5.单片机的选择1 AT89S5单片机芯片引脚功能说明（1）主电源引脚Vss和Vcc Vss接地。 Vcc正常操作时为+5伏电源。图3-6 AT89S51芯片引脚图（2）控制或与其它电源复用引脚RST/VPD，ALE/PROG和EA/Vpp。 RST/VPD 当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期的高电平（由低到高跳变），将使单片机复位。在Vc

7、c掉电期间，此引脚可接上备用电源，由VPD向内部提供备用电源，以保持内部RAM中的数据。 ALE/PROG正常操作时ALE的功能是（允许地址锁存）提供并把地址的低字节锁存到外部锁存器，ALE引脚以不变的频率（振荡器的频率）周期性地发出正脉冲信号。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。但要注意，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲，ALE 端可以驱动（吸收或输出电流）八个LSTTL电路。对于EPROM型单片机，在EPROM编程期间，此引脚接收编程脉冲（功能）。 外部程序存储器读选通信号输出端，在从外部程序存储取指令（或数据）期间，在每个机器周期内两次有效。同样可以驱动八LSTT

8、L输入。EA/Vpp为内部程序存储器和外部程序存储器选择端。当 EA/Vpp为高电平时，访问内部程序存储器，当 EA/Vpp 为低电平时，则访问外部程序存储器。对于EPROM型单片机，在EPROM编程期间，此引脚上加EPROM编程电源12V（Vpp）。6.A/D转换电路设计（1）A/D转换器芯片ADC0809简介。8路模拟信号的分时采集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道抵制锁存用译码电路，其转换时间为100s左右。ADC0809的引脚图如图3-7所示。图3-7ADC0809引脚图图中多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换，这是一种经济的多路数据采

9、集方法。地址锁存与译码电路完成 表3-1 通道选择表CBA被选择的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7对A、B、C 3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相连。 （2）.信号引脚ADC0809芯片为28引脚为双列直插式封装，其引脚排列见图3-9所示。对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下：IN7IN0模拟量输入通道。ALE地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。START转换启动信号。START上升沿时，复位ADC08

10、09；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。本信号有时简写为ST。图 3-9ADC0809引脚图A、B、C地址线。通道端口选择线，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。其地址状态与通道对应关系见表3-1。CLK时钟信号。DC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500KHz的时钟信号。EOC转换结束信号。EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。D7D0数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的

11、数据线直接相连。D0为最低位，D7为最高。OE输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。Vcc电源。Vref参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V)。（3）、AT89S51单片机与ADC0809的接口电路连接主要涉及两个问题。一是8路模拟信号通道的选择，二是A/D转换完成后转换数据的传送。如图3-11所示模拟通道选择信号A、B、C分别接最低三位地址A0、A1、A2即（P0.0、P0.1、P0.2），而地址锁存允许信号ALE

12、由P2.0控制，则8路模拟通道的地址为0FEF8H0FEFFH.此外，通道地址选择以作写选通信号，这一部分电路连接如图3-12所示。从图中可以看到，把ALE信号与START信号接在一起了，这样连接使得在信号的前沿写入（锁存）通道地址，紧接着在其后沿就启动转换。启动A/D转换只需要一条MOVX指令。在此之前，要将P2.0清零并将最低三位与所选择的通道好像对应的口地址送入数据指针DPTR中。例如要选择IN0通道时，可采用如下两条指令，即可启动A/D转换：MOV DPTR , #FE00H ；送入0809的口地址MOVX DPTR , A ；启动A/D转换（IN0）注意：此处的A与A/D转换无关，可

13、为任意值。7.控制电路及控制方法3-7-1设计中所选择的控制电机转速的方法在设计中使用的是调节电机的转速来控制燃料的进给量，从而控制燃料产生的烟尘的温度，使得静电除尘器所在环境的温度达到控制，从而可以使静电除尘器在合适的温度下工作，也提高了工作的效率。在设计中使用的电机转速调节的方法为转子电路串电阻调速法。设计中的控制方法使用的是PID控制方法。3-7-2电机的调速方法（1） 普通三相鼠笼式。这种电机只能通过变频器改变电源频率和电压调速（F/U)。（2） 三相绕线式电机，可以通过改变串接在转子线圈上的电阻改变电机的机械特性达到调速的目的。这种方式常 用在吊车上。长时间工作大功率的绕线式电机调速

14、不用电阻串接，因为电阻会消耗大量的电能。通常是串可控硅，通过控制可控硅的导通角控制电流。相当于改变回路中的电阻达到同上效果 。转子的电能经可控硅组整流后，再逆变送回电网。这种方式称为串级调速。配上好的调速控制柜，据说可以和直流电机调速相比美。（3） 多极电机。这种电机有一组或多组绕组。通过改变接在接线合中的绕组引线接法，改变电机极数调速。最常见的4/2极电机用（角/双Y)接。（4） 三相整流子电机。这是一种很老式的调速电机，现在很用了。这种电机结构复杂，它的转子和直流电机转子差不多，也有换向器，和电刷。通过机械机构改变电刷相对位置，改变转子组绕组的电动势改变电流而调速。这种电机用的是三相流电，

15、但是，严格上来说，其实它是直流机。原理是有点象串砺直流机。图3-13 电机的调速电路（5） 滑差调速器。这种方式其实不是改变电机转速。而是改变和是电机轴相连的滑差离合器的离合度，改变离合器输出轴的转速来调速的。还有如，硅油离合器，磁粉离合器，等等，一此离合机械装置和三相电机配套，用来调速的方式。严格上来说不算是三相电机的调还方式。但是很多教材常常把它们算作调速方式和一种。四软件系统的设计1.设计思想软件采用模块化结构。软件主要完成如下任务：扫描键盘并按要求调出设定值或输入新的设定值，并判断是否启动，启动时控制电机的电阻的开关处于闭合状态，然后监视温度的变化，当温度超出设定温度值10时，断开控制

16、电机电阻的开关让电机的转速减慢，当温度低于设定温度10时，闭合控制电机电阻的开关。主程序的框图如图4-1所示2键盘显示子程序在设计中的键盘显示使用的方式是静态显示方式。ORG 1000H DSPSER: SETB P3.3 ; 开放显示输出 MOV R7, #03H ; 送出的显示段码个数 MOV R0, #7FH ; 7FH7DH为显示缓冲区 DSPS1: MOV A, R0 ; 取出要显示的数据 ADD A, #0DH ; 加上偏移量 MOVC A, A+PC ; 查段码表TAB1 MOV SBUF, A ; 经过串行口将段码送出DSPS2: JNB TI, DSPS2 ; 数据发送完？

17、CLR TI DEC R0 ; 指向下一个数据单元 DJNZ R7, DSPS1 ; 三个显示器是否全部显示？ CLR P3.3 ; 三个数据显示完，关闭送显示数据通道 RET KEYS1: MOV A，#00H MOV SBUF, A ; 扫描键盘全部输出0 KSY0: JNB TI, KSY0 ; 数据发送完？ CLR TI PKS1: ACALL DELAY1 ; 调用延时20ms子程序，键盘去抖 JNB P3.3, PKS2 ; 有键闭合吗？PKS2: MOV R7, #08H ; 不是抖动引起的 MOV R6, #0FEH ; 判断是哪个键按下？ MOV R3, #00H MOV A

18、, R6 KSY2: MOV SBUF, A KSY3: JNB TI, KSY3 ; 等待串行口发送完 CLR TI JNB P2.4, PKONE ; 是第一行的某键按下？ MOV R4, #00H ; 第一行有键按下 AJMP PKS3 DELY1: MOV R3,#228MOV R2,#253MOV R1,#219LOOP1: DINZ R1,$ DINZ R2,LOOP1 DINZ R3,LOOP1 NOP RET3.PID 控制子程序设计中所使用的控制方式是PID控制，图4-2所示的是PID控制的流程程序图。PID:MOV R2,25H ;设定值U送R2 MOV R3,24H ;采

19、样平均值R送R3 LCALL CPL1 LCALL SUM ;求偏差ei(K),存放于R2中 MOV 29H,R2 ;本次偏差ei(K)送29H MOV R3,27H ;Ki送R3 LCALL SMUL ;求得Pi MOV 30H,R4 ;Pi的高字节送30H MOV 31H,R5 ;Pi的低字节送31H MOV R2,29H ;ei(K)送R2 MOV R3,2AH ;上次偏差ei(K-1)送R3 LCALL CPL1 LCALL SUM ;求得ei(K)-ei(K-1),存放于R2中 MOV R3,26H ;Kp送R3 LCALL SMUL ;求得Pp,高字节存R4，低字节存R5 MOV

20、R2,30H ;Pi送R2 R3 MOV R3,31H LCALL DSUM ;求得Pi+PP MOV 30H,R4 ;结果高字节送30H MOV 31H,R5 ;结果低字节送31H MOV R2,29H ;本次偏差ei(K)送R2 MOV R3,2BH ;上上次偏差ei(K-2)送R3 LCALL SUM ;求得ei(K)+ei(K-2),存放于R2中 MOV R3,2AH ;上次偏差ei(K-1)送R3 LCALL CPL1 ;eiK-1)取补码 LCALL SUM ;求得ei(K)+ei(K-2)-ei(K-1),存放于R2中 LCALL SUM ;求得ei(K)+ei(K-2)-2ei

21、(K-1),存放于R2中 MOV R3,28H ;Kd送R3 LCALL SMUL ;求得Pd,高字节存R4，低字节存R5 MOV R2,30H ;取Pi+Pp MOV R3,31H LCALL DSUM ;求得Pi+Pp+Pd,高字节存R4，低字节存R5 MOV R2,2CH ;取上次计算的P(K-1) MOV R3,2DH LCALL DSUM ;求得本次P(K)=Pi+Pp+Pd+P(K-1) MOV 2CH,R4 ;结果高字节存2CH MOV 2DH,R5 ;结果低字节送2DH MOV 2BH,2AH ;E(K-1)送E(K-2) MOV 2AH,29H ;ei(K)送ei(K-1)

22、RET 4汇编源程序见附录五硬件系统与软件系统的调试1.软件调试应用Keil软件调试步骤如下：（1）在Keil软件中点击Projec中的New Project新建一个工程文件（2）在工程的子目录中建一个文件，名为Text1.asm注：在Keil软件中一定要建一个asm类型的文件，此时Keil才能识别程序。（3）输入程序，调试。附录 源程序 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP T00 ORG 001BH LJMP T100 ORG 0030H MAIN:MOV R0,#7FH MAIN1:MOV R0,#00H DJNZ R0,MAIN1 MOV SP,#60H

23、 MOV 08H,#32H MOV 0FH,#20H MOV 10H,#20H MOV TMOD,#11H MOV TH0,#0FCH MOV TL0,#18H SETB TR0 SETB ET0 SETB IT0 SETB EX0 SETB EA SETB 2FH.4 BEGIN: DIS00: MOV A,09H MOV B,#64H DIV AB MOV 35H,A MOV A,B MOV B,#0AH DIV AB MOV 36H,A MOV 37H,B MOV A,43H CJNE A,#3aH,OUT01 MOV A,42H CJNE A,#98H,OUT01 MOV 42H,#0

24、0H MOV 43H,#00H LCALL SAMP SETB 2FH.1 OUT01:JNB 2FH.1,OUT02 LCALL FILTER CLR 2FH.1 SETB 2FH.2 MOV R2,25H MOV R3,24H LCALL CPL1 LCALL SUM MOV A,R2 CJNE A,#01AH,OUT04 LJMP OUT05 OUT04:JC OUT05 SETB P1.2 LJMP OUT06 OUT05:MOV 26H,#12H MOV 27H,#1H MOV 28H,#1H LCALL PID MOV TH1,2CH MOV TL1,2DH SETB TR1 SE

25、TB ET1 LJMP OUT06 OUT02: MOV A,45H CJNE A,#03H,OUT06 MOV A,44H CJNE A,#0E8H,OUT06 MOV 44H,#00H MOV 45H,#00H MOV TH1,2CH MOV TL1,2DH SETB TR1 SETB ET1 OUT06: JB 2FH.4,OUT07 JNB 2FH.2,BEG BEG: LJMP BEJINOUT07: ; MOV 24H,#56H MOV R0,24H LCALL TRANSF MOV 32H,R0 MOV 33H,R1 MOV 34H,R2 MOV 25H,#0FFH MOV R0

26、,25H LCALL TRANSF MOV 35H,R0 MOV 36H,R1 MOV 37H,R2 CLR 2FH.2 CLR 2FH.4 LJMP BEGIN T100:CLR ET1 PUSH ACC PUSH B PUSH PSW PUSH DPH PUSH DPL CLR P1.2 POP DPL POP DPH POP PSW POP B POP ACC SETB ET1 RETI KEY1: MOV 30H,#01H MOV A,#01H ADD A,09H MOV 09H,A MOV A,#00H ADDC A,13H MOV 13H,A RET KEY2: MOV 30H,#

27、02H MOV A,#0AH MOV B,09H MUL AB SWAP A ADD A,B SWAP A MOV 09H,A RET KEY3: MOV 30H,#03H CLR C MOV A,#01H XCH A,09H SUBB A,09H MOV 09H,A RET KEY4: MOV 30H,#04H MOV 09H,#00H RET T00:CLR EA PUSH ACC PUSH B PUSH PSW PUSH DPH PUSH DPL CLR RS1 SETB RS0 MOV TH0,#0FCH MOV TL0,#25H MOV DPTR,#7FFFH MOV A,#00H

28、MOVX DPTR,A MOV DPTR,#9FFFH MOV A,#0FFH MOVX DPTR,A MOV A,R0 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#9FFFH MOVX DPTR,A MOV DPTR,#7FFFH MOV A,R7 MOVX DPTR,A INC R0 RR A MOV R7,A CJNE R0,#38H,scan MOV R0,#32H MOV R7,#20H scan:MOV A,42H ADD A,#01H MOV 42H,A MOV A,43H ADDC A,#00H MOV 43H,A MOV A,44H ADD A

29、,#01H MOV 44H,A MOV A,45H ADDC A,#00H MOV 45H,A KEY01: MOV DPTR,#1FFFH MOV A,#0FEH MOVX DPTR,A JB P1.7,KEY02 INC 4aH MOV A,4aH CJNE A,#0AH,KEY02 MOV 4aH,#00H MOV A,46H CJNE A,#00H,KEY02 LCALL KEY2 INC 46H KEY02: JNB P1.7,BECK1 MOV 46H,#00H BECK1: MOV A,#0DFH MOVX DPTR,A NOP NOP JB P1.7,KEY03 INC R2 INC 4bH MOV A,4bH CJNE A,#0FFH,LOOP02 MOV 4bH,#00H INC 4c