基于MXT8051的濕度、溫度以及CO濃度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)

　　引言

　　MXT8051單片機(jī)是以高速單指令周期8051 為核的MCU。電路擁有豐富的外設(shè)，包括PWM、UART、WDT、Timer 等，大容量存儲(chǔ)器，內(nèi)嵌32Kx8 可在線編程flash，10 位AD，8 位DA，若干OP，36x4 LCD driver、POR、LDO 以及可編程增益放大器(PGA)等模擬電路。電路集成片上調(diào)試系統(tǒng)，通過標(biāo)準(zhǔn)JTAG接口，快速診斷復(fù)雜SoC，該調(diào)試系統(tǒng)具有不占用任何硬件資源，支持全速運(yùn)行、單步運(yùn)行、硬件斷點(diǎn)、軟件斷點(diǎn)以及觀察內(nèi)部特殊功能寄存器、程序指針和內(nèi)部RAM 等功能。上位機(jī)通過標(biāo)準(zhǔn)JTAG 接口以及用戶定義指令執(zhí)行在線編程和在線調(diào)試。同時(shí)提供調(diào)試和編程軟件包。

　　MXT8051豐富的片上資源最大限度地減少了外部元件的使用。使得在設(shè)計(jì)高集成度、低成本和低功耗的控制電路時(shí)具有更多的選擇。本文充分利用MXT8051的片上資源外接了DHT11來進(jìn)行溫濕度檢測(cè)，TGS2442進(jìn)行CO的檢測(cè)。LCD顯示采用時(shí)代民芯的段位LCD顯示，串行通訊采用MAX232。排風(fēng)系統(tǒng)由交流電機(jī)控制子系統(tǒng)和PWM控制直流風(fēng)扇子系統(tǒng)組成。

　　硬件設(shè)計(jì)

　　總系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　圖1所示為該應(yīng)用的總體框圖。電源供電同時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)給各元件供電。MXT8051的IO口通過隔離驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)開關(guān)管來控制開關(guān)管的通斷。電機(jī)的供電電壓、電流經(jīng)檢測(cè)電路再通過MXT8051的10位AD轉(zhuǎn)換進(jìn)行檢測(cè)。MXT8051根據(jù)檢測(cè)到的電壓電流數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波等算法處理，應(yīng)用PID控制算法，改變IO輸出的相角以及占空比以便調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。

　　電源供電以及檢測(cè)系統(tǒng)

　　電源系統(tǒng)直接通過市電供電，通過變壓器以及整流橋轉(zhuǎn)換成直流低壓，以供給轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行電壓變換。同時(shí)，也可以采用UC3844等應(yīng)用廣泛的開關(guān)電源芯片電路將市電交流電轉(zhuǎn)換成12V直流電。另外，還可以采用整流橋加穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓的方式直接降壓以降低成本。由于MB39A136具有內(nèi)置過壓、低壓、過流、過溫保護(hù)，MB39A136輸入的范圍為4.5V～25V，通過MB39A136雙通道轉(zhuǎn)換成5V及3.3V輸出，以便給MXT8051、檢測(cè)電路和隔離電路供電以及LCD顯示電路。電源電壓檢測(cè)電路采用MB3771，用MB3771來檢測(cè)5V及3.3V，當(dāng)電壓低于設(shè)定值時(shí)發(fā)出RESE信號(hào)以重啟MXT8051，從而避免由于電壓低而造成的誤操作。

　　母線零電壓、主回路電流檢測(cè)以及開關(guān)管開關(guān)相角控制

　　電壓過零檢測(cè)最簡(jiǎn)單的方法就是測(cè)量主回路電壓極性的變化，如圖2所示。電源線輸入電壓大于0.7V時(shí)，輸出低電平到MXT8051的INT0，中斷觸發(fā)可設(shè)雖為下降沿觸發(fā)。計(jì)時(shí)采用MXT8051的TIMER0方式2 8位自動(dòng)重裝載模式，TMOD寄存器的GATE=1，計(jì)數(shù)器時(shí)鐘采用系統(tǒng)時(shí)鐘以便可達(dá)到1ms的精度。當(dāng)TR0=1和INT0同時(shí)為1時(shí)開始計(jì)數(shù)。INT0中斷服務(wù)程序中讀出TL0的度數(shù)即為高電平脈沖的寬度，此脈沖寬度時(shí)間即為交流電壓半個(gè)周期的時(shí)間。

　　如圖3所示，電流檢測(cè)采用主回路中接入串聯(lián)檢測(cè)電阻，采用雙向電流檢測(cè)器MAX9918/MAX9920。電阻兩端分別接入MAX9918/MAX9920的RS+及RS-端，經(jīng)過MAX9918/MAX9920電平轉(zhuǎn)換以及放大濾波等環(huán)節(jié)，得出適合接入MXT8051的AD轉(zhuǎn)換電平，從而得出主回路的電流值。MXT8051中AD參考電壓為1.26V，因此MAX9918/MAX9920輸出最大為1.26V，本系統(tǒng)中用AIN0進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換以測(cè)量主回路電流。查詢AD轉(zhuǎn)換值，檢測(cè)供電電壓過零以及負(fù)載電流的值來控制觸發(fā)晶閘管的開關(guān)時(shí)刻，可進(jìn)行相角控制以控制電機(jī)的不同轉(zhuǎn)速。此電路稍經(jīng)修改就可以用于其它許多類似的場(chǎng)合。