孵化器智能控制毕业设计.docx

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1、摘要IABSTRACT II第1章绪论11.1课题研究的意义11.2孵化的过程及工艺要求11.2.1孵化的过程11.2.2孵化的工艺要求11.3孵化器的发展及当前现状21.3.1国外孵化器发展状况21.3.2国内孵化器发展状况3第2章系统方案设计42.1系统工作原理42.2系统设计方案4第3章 前/后向通道设计53.1温度传感器的选择53.1.1 DS1820型温度传感器简介53.1.2 DS1820型温度传感器特性53.1.3内部结构和使用方法63.2 IH3605型湿度传感器83.2.1结构、引脚以及主要技术指标介绍83.2.2电压输出特性83.2.3主要应用93.3 O2-A2型氧气传感

2、器103.3.1相关参数103.3.2 O2-A2的结构及工作原理103.4 TLC4052运算放大器113.5 TLC1549型模数（A/D）转换器123.5.1 TLC1549型模数转换器简介123.5.2 主要参数123.5.3 TLC1549的管脚说明123.5.4 TLC1549的原理及工作方式133.6固态继电器（SSR） 143.6.1固态继电器简介及特点143.6.2后向通道设计153.6.3主要参数15第4章单片机系统硬件设计174.1单片机AT89C52简介174.1.1 AT89C52内部组成及工作原理174.1.2 AT89C52单片机引脚说明174.2时钟电路194.

3、3复位电路204.4可编程并行I/O扩展接口 8155214.4.1 8155管脚功能214.4.2 8155的复位及其状态224.5显示电路设计224.5.1 HD7279A 芯片特点224.5.2 HD7279A芯片指令功能234.5.3 HD7279A与单片机的接口24第5章系统软件设计255.1软件设计的总体思想255.2系统主程序设计265.3定时中断服务程序及子程序的设计275.3.1定时中断服务子程序的设计275.3.2 显示子程序28结论29参考文献30致谢31由于现代畜牧业的迅猛发展，人们对孵化技术的要求也在日益提高，为了 达到大批量、高成活率的目的，本设计采用了微机控制系统

4、来取代传统的人工 孵化技术，从而实现了孵化技术的快速发展和智能化。随着电究所子技术的发展，微处理器、集成电路不断更新、发展，温度是 工业生产和自动控制中最常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学变化的过 程都与温度密切相关，因此，在生产过程中常需对温度进行检测和监控。采用 单片机进行温度检测、数值显示和数据的存储，效率高，性能稳定，还可以实 现实时控制等技术要求，在工业生产中应用越来越广泛。本文针对孵化器所具备的必要性能和发展情况做了简单介绍，然后对硬件 系统的组成进行了说明，而且对各部分的电路一一进行了介绍，本设计使用了 功能十分完善的89C52单片机作为控制系统的核心器件，配以DS1820温

5、度传 感器，IH3605湿度传感器等先进的外围部件实现了禽蛋孵化过程中所需的温、 湿度、含氧量的控制以及定时显示、定时翻蛋、加热、加湿、通风和声、光报 警的功能，大大提高了禽蛋孵化的成活率，从而实现了孵化器的智能控制。关键词：单片机；智能控制；温、湿度控制；孵化器ABSTRACTDue to the rapid development of modern animal husbandry, people on hatching technology requirements are also increasing, in order to achieve high volume, high s

6、urvival rate, this design uses the microcomputer control system to replace the traditional artificial incubation techniques, so as to achieve the rapid development of hatching technology and intelligent.With the development of Electrical Institute of technology of integrated circuit, microprocessor,

7、 constantly updated, development, temperature is one of the most common parameters in automatic control and industrial production process, any physical change and chemical change are closely related with the temperature, therefore, in the production process for detection and monitoring of the temper

8、ature often need. By using single chip temperature detection, data display and data storage, high efficiency, stable performance, but also can realize the real-time control and other technical requirements, in the industrial production more and more widely used.The performance and development of the

9、 necessary with the incubator are introduced briefly, then the composition of the hardware system are described, and the circuit of each part of the one one are introduced, the design of the function is perfect 89C52 microcontroller as the core device of the control system, with DS1820 temperature s

10、ensor, peripheral component IH3605 humidity sensors and other advanced achieves the desired eggs during incubation temperature, humidity, oxygen content control and time display, timing of egg turning, heating, humidification, ventilation and sound, light alarm functions, greatly improving the survi

11、val rate of eggs hatched, so as to realize the intelligent control of the incubator.Keywords : MCU ; intelligent control ; temperature, humidity control ; incubator第1章绪论1.1课题研究的意义随着科学技术的高速发展，用智能控制系统对孵化的过程中各参数进行精 确稳定的控制，成为越来越多的孵化设备生产厂家的选择。由于智能控制高效 节能，控制精度高，节约劳动力，也越来越受到用户的欢迎。尤其是自中国加 入世界贸易组织以来，越来越多的国际化

12、品牌、知名企业进军中国市场。孵化 养殖业同样不可避免面临着来自国外品牌激烈的竞争。激烈的竞争，必然使养 殖业朝着规模化、集约化的方向发展。孵化设备的先进程度，往往决定着一个 养殖企业，一个地区，甚至一个国家养殖业的发展。因此，研究出孵化量大、 孵化质量高、价格经济实用的孵化设备，有着重要的意义。1.2孵化的过程及工艺要求1.2.1孵化的过程家禽的孵化期大致分为孵化和出雏两部分，孵化期是指种蛋入孵到出雏前 的三、四天，这段时间主要是要保证孵化装置内部温度、湿度的控制。出雏期 是指出雏前三、四天到出雏结束的这段时间，因为这是禽蛋已经基本完成孵化 过程，所以会自动散热并消耗大量氧气，产生二氧化碳，因

13、此，在这期间需要 加强散热、通风的控制来保证其达到氧含量标准。1.2.2孵化的工艺要求根据家禽孵化禽蛋时的环境情况和科学实践证明，禽蛋的孵化需要一下几 个条件：温度、湿度、翻蛋、通风和凉蛋。1. 温度条件温度是家禽胚胎发育的首要条件。家禽胚胎发育在不同的时期，对温度条 件要求基本相同。若以鸡的孵化温度37.8C为基准，则鸭、鹅、火鸡等约降低 0.3 C。2. 湿度条件湿度条件是家禽维持胚胎发育的基础保证。家禽在不同孵化期对相对湿度 的要求基本相同。孵化初期要求相对湿度保持在40%70%,中后期要求相对湿度需要保持 在53 %60 % ；出壳期要求相对湿度保持在65 %70%。3. 翻蛋为使孵化

14、蛋受热均匀需定时转蛋，翻蛋包括两个方面：(1) 改变胚胎方位，防止胚胎与壳膜粘连，促进胚胎运动，使胚胎受热均 匀，发育整齐、良好，帮助羊膜运动，改善羊膜血液循环，使胚胎发育前中后 期血管区及尿囊绒毛膜生长发育正常，“合拢”、“封门”良好，蛋白顺利进入羊 水供胚胎吸收，初生重合格。翻蛋还可以减缓羊水的损失，使胚胎在湿润的环 境下顺利啄壳、出壳。(2) 翻蛋频率是指种蛋在孵化过程中两次翻蛋间的间隔时间，简言之即多 长时间翻蛋一次。现在基本都设定在2小时，多数孵化生产者也以此为标准。4. 通风孵化过程中，特别是孵化后期要创造良好的通风条件，以利胚胎通过蛋壳 不断吸进氧气、排出二氧化碳和水蒸气。禽蛋在

15、发育过程中，必须进行气体交换，尤其在孵化第19天(夏季还要 提前12小时以后，胚胎开始肺呼吸，需氧量逐渐增大，二氧化碳排出量也逐 渐增多。这时如果通风不良，则造成孵化器内严重缺氧，即使将出壳的雏鸡呼 吸量加大2-3倍，仍不能满足其对氧的需要，结果抑制了细胞代谢的中间过程， 使酸性物质蓄积体内，组织中二氧化碳分压增高而发生代谢呼吸性酸中毒，从 而导致心脏播出量下降，发生心肌缺氧、坏死、心跳紊乱和跳动骤停。为了避 免此类情况，需按时通风来保证氧气的供给。5. 凉蛋在孵化后期必须采取凉蛋措施才有助于胚胎及时散热。通常每天凉蛋2 次，每次3040分钟，少则1520分钟，凉蛋时把蛋盘端出机器外进行，每

16、次凉蛋时间不超过40分钟。在夏季凉蛋时蛋温不易下降，可以在蛋表面喷凉水， 达到快速凉蛋的目的。1.3孵化器的发展及当前现状1.3.1国外孵化器发展状况80年代末至90年代初期，国外养禽业有了极大的发展，出现大量先进 的孵化设备，如美国鸡王孵化器公司、加拿大的詹姆斯威公司、比利时的皮特 森以及日本、罗马尼亚、苏联等国的产品。1.3.2国内孵化器发展状况我国孵化设备的制造比国外起步较晚，1980年以前，只有少数鸡场从日 本引进少量的设备，并仿制了部分产品，谈不上有设计能力，80年代初期北 京市平谷电子机械厂生产出了云峰牌孵化机，对当时养禽业有很大的促进，同 时北京西山孵化设备厂等也开始从事专业的孵

17、化设备生产。经过二十多年的发展，我国目前己形成具有一定规模的从事孵化机设计和 制造的专业队伍，基本上能满足我国养禽业的需要。据不完全统计，孵化机、 出雏机的生产厂家有50余家，其品种规格从小（5000蛋位以下）到大（约10万 蛋位），规格齐全，其品种近100余种，其结构形式有八角式、固定蛋架式和 蛋车式等。中、小型箱式孵化机适用于个体专业户和中等规模的集体养鸡场， 而大型巷道式孵化机适用于大型机场的需要。目前研制巷道式孵化机的厂有3 家以上，有的已经进入实际生产阶段。在孵化机的设计中，有许多厂家己能设 计具有先进水平的微电脑控制的孵化设备，其设计和生产能力已赶上国外先进 国家水平。但在近50余

18、家生产厂中，真正形成生产能力有质量保证的生产厂 仍为数不多，只有10余家。近几年来，中国家禽业协会，致力于家禽设备的管理工作，为家禽设备的 发展和质量提高做了很大的贡献。如组织专家对孵化设备生产厂进行评审，推 荐出具有国内一流水平和质量有保证的生产厂。获推荐的厂有电子工业部第 41研究所、杭州富阳春江孵化设备厂、杭州下沙孵化设备厂和南京实验仪器 厂。农业部还对一些产品质量好的生产厂进行推广鉴定，获得推广许可证的孵 化机生产厂有：北京市西山孵化设备厂、广东省中山市家禽机械设备厂以及浙 江富阳春江孵化设备厂等。随着我国孵化设备专业队伍的壮大，技术水平的提 高，外国公司及其设备已逐渐退出我国市场。第

19、2章 系统方案设计2.1系统工作原理家禽孵化需要满足温度、湿度、通风、转蛋和凉蛋等5方面的外界条件。 本设计选用孵化箱中空气进行加热和加湿同时换气的方案，而且设计要求智能 控制，所以设计中利用单片机技术，依靠其成熟强大的处理能力，对数据前向 通道来的温度、湿度、氧气含量数据进行判断、处理、存储，并可采用简单的 方法通过显示芯片将显示信息送出进行数码显示，对其检测量进行判断和报警 处理，进行一系列控制。这样不但能满足设计要求，更适合在实践中应用。该孵化机采用单片机控制作为核心，配以高质量的外围器件和控制电路组 成。适合中小规模的孵化生产。该机原理是：首先由温度传感器、湿度传感器、 氧浓度传感器等

20、得到信号电压，再对其进行条理与放大，然后程序循环选通每 一路信号进行采样和模数转换，再进行数据滤波和数据处理，然后输出相应的 控制信号使控制部件进行预定的操作，来实现自动控温、控湿以及控制氧含量 的目的。2.2系统设计方案设计的控制核心采用AT89C52单片机，配以温度传感器DS1820，湿度传 感器IH3605，氧气传感器O2-A2以及其他运算放大电路，A/D转换电路，报 警电路和显示电路等均在以下介绍。设计的主要技术参数：温度测量范围：30C50C，测量精度：0.1C； 湿度测量范围：30%90%，测量精度：1%；通风保持含氧量在20%21%； 能够实时显示孵化器中的温度、湿度，显示孵化时

21、间，可与上位机通讯，自动 控制升温、降温、保湿、换气、翻蛋。出现故障或指标超限能自动处理并发出 声光报警。系统的总体框图如图2-1所示：第3章前/后向通道设计3.1温度传感器的选择3.1.1 DS1820型温度传感器简介DS1820是一种数字温度计，提供9位温度读数，指示器件的温度信息经 过单线接口送入DS1820或从DS1820送出，因此从中央处理器到DS1820仅 需连接一条线和地读写和完成温度变换。所需的电源可以由数据线本身提供而 不需要外部电源，因为每一个DS1820有唯一的系列号silicon serial numbero 因此多个DS1820可以存在于同一条单线总线上，这允许在许多

22、不同的地方放 置温度灵敏器件。此特性的应用范围包括HVAC环境控制建筑物设备或机械 内的温度检测以及过程监视和控制中的温度检测7。3.1.2 DS1820型温度传感器特性独特的单线接口只需1个接口引脚即可通信；多点能力使分布式温度检测 应用得以简化；不需要外部元件；可用数据线供电不需备份电源。测量范围从 -55至+125增量值为0.5。等效的华氏温度范围是-67 F至257 F，增量值为 0.9 F。以9位数字值方式读出温度，在1秒典型值内把温度变换为数字。可 定义的非易失性的温度告警设置，告警搜索命令识别和寻址温度在编定的极限 之外的器件温度告警情况应用范围包括恒温控制工业系统消费类产品温度

23、计 或任何热敏系统5。DS1820引脚如图3-1所示：3.1.3内部结构和使用万法DS1820的主要部件DS1820有三个主要的数据部件64位激光ROM; 温度灵敏元件；非易失性温度告警触发器TH和TL。器件从单线的通信线取 得其电源，在信号线为高电平的时间周期内，把能量贮存在内部的电容器中， 在单信号线为低电平的时间期内断开此电源，直到信号线变为高电平重新接上 寄生（电容）电源为止。作为另一种可供选择的方法，DS1820也可用外部5V 电源供电6。与DS1820的通信经过一个单线接口。单线接口情况下，ROM操作未定 建立之前不能使用存贮器和控制操。主机必须首先提供五种ROM操作命令之 一：R

24、ead ROM（读 ROM），Match ROM（符合 ROM）,Search ROM（搜索 ROM）,Skip ROM（跳过ROM）,或 Alarm Search（告警搜索）这些命令对每一器件 的64位激光ROM部分进行操作。如果在单线上有许多器件，那么可以挑选 出一个特定的器件，并给总线上的主机指示存在多少器件及其类型。在成功地 执行了 ROM操作序列之后，可使用存贮器和控制操作，然后主机可以提供六 种存贮器和控制操作命令之一。一个控制操作命令指示DS1820完成温度测量。该测量的结果将放入 DS1820的高速暂存（便笺式）存贮器（Scratchpad memory），通过发出读暂 存存储

25、器内容的存储器操作命令可以读出此结果。每一温度告警触发器TH和 TL构成一个字节EEPROMo如果不对DS1820施加告警搜索命令，这些寄 存器可用作通用用户存储器。使用存储器操作命令可以写TH和TL。对这些 寄存器的读访问通过便笺存储器。所有数据均以最低有效位在前的方式被读 写。其结构原理如图3-2所示：64位 ROM 和接口电源检测 一踮灵酮牛存储新器低制蛾器IL高戳蛾器IH配麝存器DS1820通过门开通期间内低温度系数振荡器经历的时钟周期个数计数 来测量温度，而门开通期由高温度系数振荡器决定。计数器予置对应于-55C 的基数，如果在门开通期结束前计数器达到零，那么温度寄存器（它也被予置

26、到-55C的数值）将增量。指示温度高于-55Co同时，计数器用斜率累加器电路所决定的值进行预置。为了对遵循抛物线 规律的振荡器温度特性进行补偿，这种电路是必需的。时钟再次使计数器计值 至它达到零。如果门开通时间仍未结束，那么此过程再次重复。斜率累加器用 于补偿振荡器温度特性的非线性，以产生高分辩率的温度测量。通过改变温度 每升高一度，计数器必须经历的计数个数来实行补偿。因此，为了获得所需的 分辩率，计数器的数值以及在给定温度处每一摄氏度的计数个数，二者都必须 知道此计算在DS1820内部完成以提供0.5C的分辨率。温度读数以16位、符 号扩展的二进制补码读数形式提供。表中说明输出数据对测量温度

27、的关系。数 据在单线接口上串行发送DS1820可以以0.5C的增量值，在0.5C至+125C 的范围内测量温度。对于应用华氏温度的场合，必须使用查找表或变换系数。注意在DS1820中温度是以1/2 LSB最低有效位形式表示时产生以下9位 格式表所示：表3-1格式表MSB （最高有效位）（最低有效位）LSB最高有效（符号）位被复制到存储器内两字节的温度寄存器中较高MSB 的所有位，这种符号扩展产生了如表中所示的16位温度读数。以下的过程可以获得较高的分辨率。首先，读温度，并从读得的值截去0.5 C位（最低有效位）。这个值便是TEMP_READ。然后可以读留在计数器内 的值。此值是门开通期停止之后

28、计数剩余（COUNT_REMAIN）所需的最后一 个数值是在该温度处每一摄氏度的计数个数（COUNT_PER_C ）。于是，可以 使用下式计算实际温度：TEMPRATURE TEMPREAD- 0.25 +（CONTPER C - COUNTREMAIL）/ COUNT PER C（式 3-1）即：实际温度=读出温度-0.25+ （该温度处每一摄氏度的计数个数-计数剩余）/ 该温度处每一摄氏度的计数个数3.2 IH3605型湿度传感器3.2.1结构、引脚以及主要技术指标介绍由于IH3605内部的两个热化聚合体层之间形成的平板电容器电容量的大 小可随湿度的不同发生变化，从而可完成对湿度信号的采集

29、。热化聚合体层同 时具有防御污垢、灰尘、油及其它有害物质的功能。IH3605的结构及引脚定 义分别如图3-3所示：图3-3 IH3605型湿度传感器的结构和引脚图IH3605湿度传感器主要技术指标可大致分为一下十点：1. 电源电压：45.8V；2. 供电电流：200於(5VDC)；3. 湿度范围：0100%RH；4. 精度：2%RH (0100%RH、25C、V=5VDC)；5. 互换性：5%RH (060%RH)； 8%RH (90%RH)；6. 线性度：0.5%RH (典型)；7. 重复性：0.5 %RH；8. 稳定度：1%RH (50%RH、5 年内)；9. 响应时间：15s (25C及

30、空气缓慢流动环境下)；10. 工作温度：一40C85C。3.2.2电压输出特性IH3605的输出电压是供电电压、湿度及温度的函数。电源电压升高，输 出电压将成比例升高，在实际应用中，通过以下两个步骤可计算出实际的相对 湿度值13。1. 首先根据下述计算公式，计算出25C温度条件下相对湿度值RH0。V =匕。（0.0062RH0 + 0.16）（式 3-2）其中VOUT为IH3605的电压输出值，VDC为IH3605的供电电压值，RH0 为25C时的相对湿度值。2. 进行温度补偿，计算出当前温度下的实际相对湿度值RH。RH = RH 0/ （1.0546 - 0.002161）（式 3-3）其中

31、RH为实际的相对湿度值，t为当前的温度值，单位为C。3.2.3主要应用由于IH3605的输出电压较高且线性较好，因此电路无需进行信号放大及 信号调整。可以将IH3605的输出信号直接接到A/D转换器上，完成模拟量到 数字量的转换。由于IH3605的输出信号范围为0.83.9V （25C时），所以在 选择A/D转换器时应选择具有设定最小值和最大值功能的A/D转换器（比如 TLC1549）。IH3605的连接电路核心器件采用AT89C51单片机，A/D转换器采用TI 公司的TLC1549十位串行A/D转换器，R1、R2、R6设定A/D转换器的最大 输入电压，R3、R4、R7设置A/D转换器的最小输

32、入电压，温度探头D2采用 DALLAS公司的全数字式测温集成电路DS1820，由P10 口读入温度值，在单 片机内将读到的湿度值进行温度校正，得到实际的相对湿度值。其电路结构如 图3-4所示：3.3 O2-A2型氧气传感器由于在孵化过程中需要保持所孵化蛋合适的氧气浓度，因此选择氧气传感 器来检测孵化场所的氧气含量是极为必要的。本设计选择O2-A2型氧气传感 器。3.3.1相关参数1 .输出信号(nA) 85 -120 ;2. 测量范围(%) 0-30% ;3. 响应时间t90 10,;4. 零点电流2 ;5 .线性度0.6 ;6. 寿命(月)24+ ;7. 保证期(月)24 ;8. 温度范围(

33、C)-20- 55 ;9. 压力范围(kPa) 80-120 ;10. 湿度范围(% rh) 5 - 95;11. 储存期(月)6 ;12. 储存温度(C) 3 - 20 ;13. 负载电阻(W) 47- 100。3.3.2 O2-A2的结构及工作原理O2-A2型氧气传感器是由气体敏感层、电极、加热线圈、陶瓷管、防爆金 属网、卡环、基座以及管脚组成。其工作原理电路如图3-5所示：3.4 TLC4052运算放大器集成运算放大器种类很多，在各类仪表及控制电路中要求运算放大器必须 具有高精度，高共模抑制比和低温漂等性能。目前采用的精密运算放大器都具 有外接调零电位器输入端，应用时首先对其失调调零。由

34、于电路复杂，给调试 带来不便。美国TI仪器公司研制生产的TLC4502精密型双运算放大器，采用 自动校准技术，在上电时将输入失调电压自动调整为零，使用起来十分方便， 同时也节省了 PCB板和外部分离元件，所以本设计采用该器件作为运算放大 器，其管脚排列如图3-6所示：fl 2i?UT3n2iN-1CUT 1IN- 1IN - Vdd_-GND图3-6 TLC4502的管脚排列TLC4502自动校准运算放大器在片内利用对数字与模拟信号的处理，可 在上电时输入失调电压自动校准为零。完成自动校准一般需要300ms的时间， 连续校准时可在3范围内反复进行。一旦校准完成，大部分校准电路将脱 离信号通道并

35、被关断，这样，校准电路对信号通道几乎无影响，这也使得 TLC4502在校准周期结束之后可以完全像其他精密运算放大器一样使用8。TLC4502具有高精度，高增益，良好的电源抑制比，驱动能力强等特点， 可广泛应用于数据采集，数字音频，工业控制等领域。在本系统中，用来放大 从传感器出来的微弱信号，具体电路如图3-7所示：Vccg-jJVStlJ ,LRD.3.5 TLC1549型模数（A/D）转换器3.5.1 TLC1549型模数转换器简介从放大器出来的电压信号进入到A/D转换器以形成单片机便于处理的数 字信号。在该设计中，采用了美国TI公司生产的10位模数转换器TLC1549。TLC1549是美国

36、德州仪器公司生产的10位、开关电容、逐次逼近模/数 转换器。他采用CMOS工艺，具有2个数字输入端和1个3态输出端（芯片选择、 输入输出时钟和数据输出），他们提供了与主处理器串行端口的3线接口。其主 要特点有具有内在的采样和保持;采用差分基准电压高阻输入；片内系统时钟; 可按比例量程校准转换范围；总不可调整误差达到1LSBM ax （418 mV ）。3.5.2主要参数1. 电源电压范围：-0.56.5 V；2. 输入电压范围:-0.3VCC+ 0.3 V；3. 输出电压范围：-0.3VCC+ 0.3 V；4. 正基准电压:VCC+ 0.1 V；5. 负基准电压:-0.1 V；6. 工作温度范

37、围（自然通风）:070 C；7. 峰值输入电流（任何输入端）:20 mA；8. 峰值总输入电流（所有输入端）:30 mA。3.5.3 TLC1549的管脚说明TLC1549的引脚图如图3-8所示:REF十 rf 1 U sh cc ANALOG IN fl 27 fi I/O CLOCKREF- fl 3efi DATA OUTGND fl 4=pCS图3-8 TLC1549的管脚排列ANALOG IN：此引脚为模拟信号输入端，驱动源阻抗应Ml千欧。接至 ANALOG IN的外部驱动源应具有10毫安的电流驱动能力。CS：芯片选择，端高电平至低电平的跳变将在最大建立时间加内部系统 时钟两个下降沿

38、之内复位内部计数器和控制电路并使能DATA OUT和I/O CLOCK。低电平至高电平的跳变将在建立时间加内部系统时钟两个下降沿内 禁止 I/O CLOCK。DATA OUT：当CS为高电平时，这个A/D转换结果的3态串行输出端处 于高组态。当CS为低电平时，此端有效。在芯片选择有效的情况下，DATA OUT脱离高组态并被驱动至与前次转换结果的MSB值相对应的逻辑电平盘/O CLOCK的下一个下降沿把DATA OUT驱动至与次最高有效位相对应的逻辑 电平，其余的位被依次移出，LSB出现在I/O CLOCK的第九个下降沿。在I/O CLOCK的第十个下降沿，DATA OUT被驱动至低逻辑电平，因

39、此，大于10 个时钟的串行数据传送将产生零作为未用的LSB。GND：内部电路的地返回端。除非有说明，所有电压测量值均相对于GND。I/O CLOCK：输入/输出时钟。I/O CLOCK接受串行I/O时钟并实现下列 三个功能：（1）在I/O CLOCK的第三个下降沿，模拟输入电压开始对电容阵 列充电并一直充电到I/O CLOCK的第十个下降沿；（2）把前次转换结果的其 余九位移出至DATA OUT端上；（3）在第十个时钟下降沿把转换的控制传 送到内部状态控制器。REF+：基准电压的高端值加到此。最大输入电压范围加到REF+的电压 与加至REF一的电压之间的差值决定。REF一：基准电压的低端值加到

40、此。VCC：正电源电压。3.5.4 TLC1549的原理及工作方式在芯片选择（CS）无效情况下，I/O CLOCK最初被禁止且DATA OUT 处于高阻状态。当串行接口把CS拉至有效时，转换时序开始允许I/O CLOCK 工作并使DATA OUT脱离高阻状态。串行接口然后把I/O CLOCK序列提供 给I/O CLOCK并从DATA OUT接收前次转换结果。I/O CLOCK从主机串行 接口接收长度在10和16个时钟之间的输入序列。开始10个I/O时钟提供采 样模拟输入的控制时序。在CS的下降沿，前次转换的MSB出现10个时钟长 度，那么在10个时钟的下降沿，内部逻辑把DATA OUT拉至低电

41、平以确保 其余位的值为零。在正常进行的转换周期内，规定时间内高电平至低电平的跳 变可终止改周期，器件返回初始状态（输出数据寄存器的内容保持为前次转换 结果）。由于可能破坏输出数据，所以在接近转换完成时要小心防于止其被拉 至低电平。由于它采用串行输出的方式，占地面积小，方便灵活，与单片机的 接口也简单。3.6固态继电器（SSR）3.6.1固态继电器简介及特点固态继电器（SOLIDSTATE RELAYS），简写成“SSR”，是一种全部由固态 电子元件组成的新型无触点开关器件，它利用电子元件（如开关三极管、双向 可控硅等半导体器件）的开关特性，可达到无触点无火花地接通和断开电路的 目的，因此又被称

42、为“无触点开关”，它问世于70年代，由于它的无触点工作 特性，使其在许多领域的电控及计算机控制方面得到日益广范的应用。SSR成功地实现了弱信号（Vsr）对强电（输出端负载电压）的控制。由于光耦 合器的应用，使控制信号所需的功率极低（约十余毫瓦就可正常工作），而且 Vsr所需的工作电平与TTL、HTL、CMOS等常用集成电路兼容，可以实现直 接联接。这使SSR在数控和自控设备等方面得到广泛应用。在相当程度上可 取代传统的“线圈一簧片触点式”继电器（简称“MER”）。SSR由于是全固态电子元件组成，与MER相比，它没有任何可动的机械 部件，工作中也没有任何机械动作；SSR由电路的工作状态变换实现“

43、通”和 “断”的开关功能，没有电接触点，所以它有一系列MER不具备的优点，即工 作高可靠、长寿命（有资料表明SSR的开关次数可达108-109次，比一般MER 的106高几百倍）；无动作噪声；耐振耐机械冲击；安装位置无限制；很容易 用绝缘防水材料灌封做成全密封形式，而且具有良好的防潮防霉防腐性能；在 防爆和防止臭氧污染方面的性能也极佳。这些特点使SSR可在军事（如飞行器、 火炮、舰船、车载武器系统）、化工、井下采煤和各种工业民用电控设备的应 用中大显身手，具有超越MER的技术优势。交流型SSR由于采用过零触发技术，因而可以使SSR安全地用在计算机 输出接口上，不必为在接口上采用MER而产生的一

44、系列对计算机的干扰而烦 恼。此外，SSR还有能承受在数值上可达额定电流十倍左右的浪涌电流的特 点。3.6.2后向通道设计SSR按使用场合可以分成交流型和直流型两大类，它们分别在交流或直流 电源上做负载的开关，不能混用。SSR只有两个输入端（人和B）及两个输出端（C和D），是一种四端器件。工 作时只要在A、B上加上一定的控制信号，就可以控制C、D两端之间的“通” 和“断”，实现“开关”的功能，其中耦合电路的功能是为A、B端输入的控制信 号提供一个输入/输出端之间的通道，但又在电气上断开SSR中输入端和输出 端之间的（电）联系，以防止输出端对输入端的影响，耦合电路用的元件是“光 耦合器”，它动作灵

45、敏、响应速度高、输入/输出端间的绝缘（耐压）等级高；由 于输入端的负载是发光二极管，这使SSR的输入端很容易做到与输入信号电 平相匹配，在使用可直接与计算机输出接口相接，即受T，与“0”的逻辑电平控 制。触发电路的功能是产生合乎要求的触发信号，驱动开关电路工作，但由于 开关电路在不加特殊控制电路时，将产生射频干扰并以高次谐波或尖峰等污染 电网，为此特设“过零控制电路”。所谓“过零”是指，当加入控制信号，交流电 压过零时，SSR即为通态；而当断开控制信号后，SSR要等待交流电的正半 周与负半周的交界点（零电位）时，SSR才为断态。这种设计能防止高次谐波的 干扰和对电网的污染。吸收电路是为防止从电

46、源中传来的尖峰、浪涌（电压）对 开关器件双向可控硅管的冲击和干扰（甚至误动作）而设计的，一般是用“R-C” 串联吸收电路或非线性电阻（压敏电阻器）12。具体工作原理框图如图3-9所示：I W厩 | | 图3-9 SSR的工作原理框图3.6.3主要参数功率固态继电器的特性参数包括输入和输出参数，根据输入电压参数值大 小，可确定工作电压大小。如采用TTL或CMOS等逻辑电平控制时，最好采 用有足够带载能力的低电平驱动，并尽可能使“0”电平低于0.8 V。如在噪声很 强的环境下工作，不能选用通、断电压值相差小的产品，必需选用通、断电压 值相差大的产品，（如选接通电压为8 V或12 V的产品）这样不会

47、因噪声干扰 而造成控制失灵。输出参数的项目较多，现对主要几个参数说明如下：1. 额定输入电压它是指定条件下能承受的稳态阻性负载的最大允许电压有效值。如果受控 负载是非稳态或非阻性的，必需考虑所选产品是否能承受工作状态或条件变化 时（冷热转换、静动转换、感应电势、瞬态峰值电压、变化周期等）所产生的 最大合成电压。例如负载为感性时，所选额定输出电压必须大于两倍电源电压 值，而且所选产品的阻断（击穿）电压应高于负载电源电压峰值的两倍。如在电 源电压为交流220V、一般的小功率非阻性负载的情况下，建议选用额定电压 为400V600V的SSR产品；但对于频繁启动的单相或三相电机负载，建议 选用额定电压为660V800V的SSR产品。2. 额定输出电流和浪涌电流额定输出电流是指在给定条件下（环境温度、额定电压、功率因素、有无 散热器等）所能承受的电流最大的有效值。一般生产厂家都提供热降额曲线。 如周围温度上升，应按曲线作降额使用。浪涌电流是指在给定条件下（室温、额定电压、额定电流和持续的时间等） 不会造成永久性损坏所允许的最大非重复性峰值电流。交流继电器的浪涌电流 为额定电流的5-10倍（一个周期），直流产品为额定电流的1.5-5倍（一秒）。在 选用时，如负载为稳态阻性，SSR可全额或降额10%使用。对于电加热器、 接触器