第一章：本次电子工程设计的背景

第一节：电子工程设计简介

一.中文摘要

本实验报告总共分为九个章节，其内容主要是关于稳压电源，变送器和驱动电路的设计。在其中我主要阐述了电子工程设计的背景，两个电路设计的原理和我设计的方案以及一些其他的有关的问题。其中电子工程设计的背景的内容主要是本次设计的目的以及各项要求。电路设计原理里阐述了主要元件的特性及管脚图，稳压电源，变送器和驱动电路的设计原理，其中提及了四种设计方案及其电路图（为protel09作图），还有公式及实验数据。最后还有一些在焊接中的方法及感想以及问题解答。

二．题目：信息控制与通信

本系统是根据电子信息类本科生教学情况以及在具体真实的的电子工程设计中常遇到的一些实际内容而设计的课题，为了系统的整体连贯性和课堂教学的可操作性，将系统分解成多个单元电路，根据难易程度，分几个阶段，逐一完成，通过教学模板进行系统联调，最终实现整个系统。

三. 训练目的
    通过对温度或转速控制通信系统的设计,制作,调试,了解信息采集测试,校准,控制及通信的全过程,提高在电子工程设计和实际操作方面的综合能力,初步培养在完成工程项目中所应具备的基本素质和要求.
培养研发能力,通过对多个电子电路的设计,初步掌握在给定条件和要求的情况下,如何达到以最经济实用的方法,巧妙合理地去设计工程系统中的某一部分电路,并将其连接到系统中去.
培养团队精神,科学的,实事求是的工作方法,提高查阅资料,语言表达能力和理论联系实际的技能.
四.训练内容
（一）系统框图:

图1-1 控制与通信系统框图

（二）内容安排:
    为了循序渐进,由易到难,以及制作结果的验证和系统的连贯性,将系
统采集,控制,通信等内容分解成多个单独的电路,根据整体要求,在老师
的指导下,分别自行设计,调试安装,将完成好的各单元电路用统一定义的
26芯座连接起来,最终实现采集控制通信系统的全部功能。

五．需求分析

本系统虽然早已实际应用多年，但是对于初学反馈调节的本科生而言具有较高的了解价值，同时纵观现今社会发展现实，可以看出在至少将近几十年内还会继续拥有参考研究价值，因此这项实验不会和社会脱节，具有较为广泛的需求基础。下面是所做三个模块的技术要求。

1）直流稳压电源：直流稳压电源的元器件见图（1）所示，采用统一电路，共三组电源分别为（+5V，1A）、（+12V，1A）、（5V，1A）。

2）变送器：温度变送器是一个具有较高精度和稳定度的直流放大器，是将传感器输出的信号转变为采集电路所需要的信号。温度变送器输出电压：0—5V（对应温度0℃—100℃）。温度变送器应具有调零、调满度电位器，以便进行温度校准。温度变送器是一个脉冲放大整形电路。

3）驱动电路：驱动电路是一个功率放大器，驱动电压为-9V~+9V，驱动电流最大为3A，随着输出负电压的增加，制冷量增加，随着输出正电压的竲加，制热量增加，从而以控制输出电压，达到控制温度的作用。

第二章设计与测试

第一节设计及原理分析

一．稳压电源

(一)基本要求

交流输入：~9V

          ~14V×2

直流输出：+5V

          ±12V

（二）稳压电路基本形式及工作原理：

1.集成线性稳压电源的工作原理图设计

图2-1 元件电路原理图设计

图2-2 protel09实现的原理图

 图2-3 protel09实现的PCB图

2. 稳压电源的工作原理

线性稳压电源的特点是起电压调整功能的器件始终工作在线性放大区整流电源，一般是靠二极管的单向导通性质，把交流电正弦波变成只有上半部分的波，再经过滤波电容变为平滑的直流电。交流市电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路和滤波电容的整流和滤波，在固定式三端稳压器LM7805的Vin和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压(该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化)。此直流电压经过LM7805的稳压和C4的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。本稳压电源可作为TTL电路或单片机电路的电源。

3.焊接电路板实物图

图2-4 稳压电源电路板的正面

图2-5 稳压电源电路板的背面

二．变送器

(一)基本要求

对应测量温度：0~100℃

输出电压：    0~5V

限制条件：    输出电压≤5V

输出电压≥0V

（二）变送器基本形式及工作原理：

1. 变送器的工作原理

测量温度这种非电物理量，需要转换成模拟量电信号才能传输到几百米外的控制室或显示设备上，这种将物理量转换成电信号的设备称为变送器。这种将物理量转换成电信号的设备称为变送器。温度变送器是一个具有较高精度和稳定度的直流放大器，变送器的线性化电路采用反馈方式。对热电阻传感器，用正反馈方式校正，对热电偶传感器，用多段折线逼近法进行校正。

2．变送器的工作原理图设计

图2-5 protel09实现的原理图

图2-6 protel09实现的PCB图

3.焊接电路板实物图

图2-7 变送器电路板的正面

图2-8 变送器电路板的背面

三．驱动电路

(一)基本要求

对应测量温度   0~100℃

输出电压   0~5V

（二）驱动电路基本形式及工作原理：

1.驱动电路的工作原理

在实际的系统里，往往要求放大电路的末级输出一定的功率，以带动后面的负载。驱动电路是一个功率放大器, 简称功放。驱动电压为-9V ~ +9V ,驱动电流最大为3A,随着输出负电压的增加,制冷量增加,随着输出正电压的增加,制热量增加,从而以控制输出电压,达到控制温度的目的。

2.驱动电路的工作原理图设计

图2-9 protel09实现的原理图

图2-10 protel09实现的PCB图

3.焊接电路板实物图

图2-11 驱动电路板的正面

图2-12 驱动电路板的正面

第二节 调试阶段

一．调试原理与方法

（一）稳压电源电路板

1.利用调试台电源板右侧插座调试

2.用万用表检测输出电压+5v、+12、-12v

3.电压符合要求后可以将电源板按调试台位置插入

4.调试台电源指示灯正常

（二）温度变送器电路板

1.利用调试台变送器板调试，电源板需要插上

2.在调试台变送器插座插上变送器板，注意方向

3.利用调试台键盘输入调试温度。调整电流源输出（模拟AD590电流变化）

4.电流源输出电流为：I=273uA+温度值

5.温度值为：0摄氏度时放大器输出电压为0V

6.温度值为：100摄氏度时放大器输出电压为5V

（三）驱动电路板

1.利用调试台驱动器板调试，电源板需要插上

2.当温度增加时，用万用表测右边7脚输出的变化趋势

3.将板送上实验台，观察温度升高或降低时，指示灯的变化

二．测试过程数据与误差分析

（一）稳压电源电路板

万用表黑表皮接地，红表皮接三个输出点来测试三个输出的电压值，其中+5V管脚的输出电压稳定在4.92±0.03V，而-12V管脚的输出电压稳定在-11.96±0.06V，+12V管脚的输出电压稳定在11.94±0.06V左右。三个管脚的输出电压基本符合标准，满足电路输出的要求。

（二）温度变送器电路板

在0℃的时候，调整滑动变阻器使得电路的输出电压为0.2V；在100℃的时候，调整滑动变阻器使得电路的输出电压为5V。以后每增加10℃，输出电压均大概增加0.5~0.6V，经过我们的多次测试，在量程范围内，输出电压的实际值仅仅与理论值相差0.1V左右，误差并不是很明显。

（三）驱动电路板

    温度上升时，指示灯红灯（加热）亮，输出端电压值升高。温度下降时，指示灯绿灯（制冷）亮，输出端电压值降低。基本达到设计要求。
三．出现的问题分析及解决

（一）稳压电源电路板

表2-1 稳压电源板理论上遇到的故障及原因

除此之外在安装调试过程中由于有220V交流电源，必须高压线的任何金属部分不能外露。必需在连接无误的情况下，才能接通电源，否则容易烧坏元器件，因此在变压器次级回路中应安装保险管。

（二）变送器电路板

表2-2 变送器电路板理论上遇到的故障及原因

   

实际中我们为降低误差，在设计中考虑了电路元器件的温漂、时漂和噪声等问题，因此选择使用了OP07运算放大器。变送器电路的设计与所使用的传感器密切相关，因此在设计中我们特别注意了传感器与变送器连接电路的设计和校准方法及实用的关系等问题。

（三）驱动电路板

　　在调试过程中我们遇到了问题。在验证驱动电路板时，只会制热不会制冷，因此进行了几次查线阶段。首先查出了焊接遗漏问题，有的地方焊锡多导致连线，用吸拔器吸走多余焊锡又进行了一次排查，检查无误后再去验证，发现制热与制冷灯同时亮，最终老师告诉我们可能是芯片坏了，换上芯片后验证成功。因此今后要注意焊接的时间，一定要合适,时间短了,温度不够,出现虚焊,时间长了,焊锡中的助焊剂挥发完,也焊不牢,且焊点难看,一般时间应掌握在(0.5~1)秒之间。

第三章 实践后的归整

第一节  整理与总结

一．结论
稳压电源板的三个管脚输出电压基本符合标准，满足电路输出的要求。温度变送器电路板，经过我们的多次测试，在量程范围内，输出电压的实际值仅仅与理论值相差0.1V左右，误差并不是很明显。驱动电路板，温度上升时，指示灯红灯（加热）亮，输出端电压值升高。温度下降时，指示灯绿灯（制冷）亮，输出端电压值降低。基本达到设计要求。

二．体会与建议

电子工程设计训练课不同于我们以前传统意义上的学科，不仅仅是要告诉我们一种知识，更要我们在了解了知识的基础上自己动手将其验证。老师只是在最开始的一堂课上，告诉了我们一些注意事项及需要用到的知识范围。剩下的就都是我们自己的工作了。                  

在这门课上，我们成为了真正的主体。我们先是根据实验的要求，结合自己所学的内容，设计出所需要的电路；电路图经过老师认证后，就要去器材室找自己电路所涉及的器件，器件的型号及参数很重要，而这些都是决定成败的关键；经过这一系列的准备工作后，就要开始真正进行焊板了这是真正考验动手能力的了，可能因为从小娇生惯养的关系，我们两人一个被烫，一个被芯片扎，真是让人记忆犹新。最后进行的就是调试，第一二个实验中，我们的调试很成功。可是在第三个板上出了问题，我们先是对照着电路图检查接线，肯定没问题后又怀疑是焊接的问题，仔仔细细得把所有可能出错的地方都查了一遍，可是调试的时候还是不成功。无奈之下，只能找老师解疑。没想到问题出在我们领的芯片上，换了两个新的芯片后，调试成功。

    实验结束后，我们觉得这门课真的很考验综合能力，要求我们具有专业知识的同时，动手能力也一定要强。还要考验两个人的默契及合作能力。是真正考验全面能力的一门学科。

    通过这次设计，制作，调试的全过程。提高了我们在电子工程设计和实际操作方面的综合能力，初步培养了在完成工程项目中应具备的基本素质和要求。

第二篇：电子工程设计报告

洛阳理工学院

电子工程设计报告

题目 家庭环境检测系统 系别 电气工程与自动化系 专业 自 动 化 姓名

指导教师

二零一二年三月

Summary

STC89C52 is a low-power, high-performance CMOS8-bit micro-controllers with 8K in system programmable Flash memory. On a single chip, has a clever 8-bit CPU and the system programmable Flash, STC89C52 provides high flexibility for many embedded control applications, super efficient solutions. Because of the 89C52 flexibility of I/O and precise timing control, you can easily simulate a variety of communication protocols, you can connect a variety of sensors. 12,864 LCD displays are flexible and can be a good human-computer interaction interface. This design by collecting the temperature, humidity, and smoke alarm sensor data and displayed on the LCD monitor of the family environment.

Keywords: STC89C52 loop mirror 12,864 sensor family liquid crystal

摘要

STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。由于89C52灵活的I/O和精确时序控制，可以方便的模拟各种通讯协议，可以连接各种传感器。12864液晶显示器显示灵活多变，可以是很好的人机交互界面。本设计通过采集温度，湿度和烟雾报警传感器的数据并显示在液晶屏上来监测家庭环镜。

关键词： STC89C52 传感器 家庭环镜 12864液晶

目录

一、总体设计概述…………………………………………….1

二、硬件设计………………………………………………….1

三、软件设计………………………………………………….2

四、课程设计制作心得……………………………………… 3

一、 总体设计概述

本设计是通过STC89c52单片机作为主要控制器，采用12864液晶作为显示设备，使用DS18B20温度传感器、DHT11湿度传感器和MQ-2烟雾报警器，通过单片机与传感器的通信采集当前环境下温度、湿度

和有害气体的状况并通过特定的算法，使用12864液晶显示当前环境对人体的舒适程度和有害气体的有无。12864会显示当前温度，湿度以及湿度对于家庭环境是干燥、潮湿还是舒适，有害气体监测模块有开关控制，打开后单片机开始读取数据，检测到有害气体后报警！会在12864上闪烁显示来进行报警。

二、 硬件设计

1.DHT11数字温湿度传感器

DHT11是一款含有已校准熟悉信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在即为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式存在OTP内存中，传感器内部在检测型号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗。产品为4针单排引脚封装，连接方便。

2.DS18B20数字温度传感器

DS18B20接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式， 磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。精确度可以达到0.5度。

3.12864液晶显示器

12864液晶分辨率为128*64，控制简便，显示清晰，可以使用并

口控制也可以使用串口节省单片机资源，而却该液晶带有中文字库可以方便的显示汉字，可以不再自己查找字库。

4.烟雾报警

MQ-2可燃气体检测用半导体气敏元件MQ-2气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。该传感器采集数据数据需要使用AD模块，在传感器与AD芯片模拟输入端连接处应并联一个小一点的电容进行滤波。

5.STC89c52单片机

STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，

全双工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。

三、 软件设计

1.开发环境

Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。20xx年2月发布Keil μVision4，Keil μVision4引入灵活的窗口管理系统，使开发人员能够使用多台监视器，并提供了视觉上的表面对窗口位置的完全控制的任何地方。新的用户界面可以更好地利用屏幕空间和更有效地组织多个窗口，提供一个整洁，高效的环境来开发应用程序。新版本支持更多最新的ARM芯片，还添加了一些其他新功能。 20xx年3月ARM公司发布最新集成开发环境RealView MDK开发工具中集成了最新版本的Keil uVision4，其编译器、调试工具实现与ARM器件的最完美匹配。

2.编程语言

C语言是一种计算机程序设计语言。它既具有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。它由美国贝尔研究所的D.M.Ritchie于19xx年推出。1978后，C语言已先后被移植到大、中、小及微型机上。它可以作为工作系统设计语言，编写系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。它的应用范围广泛，具备很强的数据处理能力，不仅仅是在软件开发上，而且各类科研都需要用到C语言，适于编写系统软件，三维，二维图形和动画。具体应用比如单片机以及嵌入式系统开发。

3.单总线协议

1-wire，即单线总线，又叫单总线。

近年来，美国的达拉斯半导体公司（DALLASSEMICONDUCTOR）推出了一项特有的单总线（1－Wire Bus）技术。该技术与上述总线不同，它采用单根信号线，既可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输是双向的，因而这种单总线技术具有线路简单，硬件开销少，成本低廉，便于总线扩展和维护等优点。

单总线适用于单主机系统，能够控制一个或多个从机设备。主机可以是微控制器，从机可以是单总线器件，它们之间的数据交换只通过一条信号线。当只有一个从机设备时，系统可按单节点系统操作；当有多个从机设备时，系统则按多节点系统操作。

DS18B20温度传感器发送的温度数据为16进制的数据,而且有小数位和整数位,所以需要将小数位和整数位分开显示并做十六进制和十进制的转换,烟雾报警器用AD模块采集数据,所采集的数据需要和官方给定的参数进行对比,从而了解何种有害气体相应的浓度对应多少的AD采样值。

四、 设计心得

模块的设计都要按照各个元件的标准电路来设计,例如DS18B20的数据端就需要加上拉电阻在与单片机引脚连接，湿度传感器也一样。12864液晶显示器的PSB引脚再不用串口模式的时候应该置高。在万用板上焊接单片机最小系统时应该加上串口下载模块，可以不用拆卸单片机直接下载程序，省去很多的麻烦。