基于MXT8051的濕度、溫度以及CO濃度自動(dòng)調節系統

　　引言

　　MXT8051單片機是以高速單指令周期8051 為核的MCU。電路擁有豐富的外設，包括PWM、UART、WDT、Timer 等，大容量存儲器，內嵌32Kx8 可在線(xiàn)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。電路集成片上調試系統，通過(guò)標準JTAG接口，快速診斷復雜SoC，該調試系統具有不占用任何硬件資源，支持全速運行、單步運行、硬件斷點(diǎn)、軟件斷點(diǎn)以及觀(guān)察內部特殊功能寄存器、程序指針和內部RAM 等功能。上位機通過(guò)標準JTAG 接口以及用戶(hù)定義指令執行在線(xiàn)編程和在線(xiàn)調試。同時(shí)提供調試和編程軟件包。

　　MXT8051豐富的片上資源最大限度地減少了外部元件的使用。使得在設計高集成度、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(lái)進(jìn)行溫濕度檢測，TGS2442進(jìn)行CO的檢測。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)系統由交流電機控制子系統和PWM控制直流風(fēng)扇子系統組成。

　　硬件設計

　　總系統設計

　　圖1所示為該應用的總體框圖。電源供電同時(shí)檢測系統給各元件供電。MXT8051的IO口通過(guò)隔離驅動(dòng)電路驅動(dòng)開(kāi)關(guān)管來(lái)控制開(kāi)關(guān)管的通斷。電機的供電電壓、電流經(jīng)檢測電路再通過(guò)MXT8051的10位AD轉換進(jìn)行檢測。MXT8051根據檢測到的電壓電流數據進(jìn)行濾波等算法處理，應用PID控制算法，改變IO輸出的相角以及占空比以便調整電機的轉速和轉矩。

　　電源供電以及檢測系統

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

　　母線(xiàn)零電壓、主回路電流檢測以及開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)相角控制

　　電壓過(guò)零檢測最簡(jiǎn)單的方法就是測量主回路電壓極性的變化，如圖2所示。電源線(xiàn)輸入電壓大于0.7V時(shí)，輸出低電平到MXT8051的INT0，中斷觸發(fā)可設雖為下降沿觸發(fā)。計時(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，計數器時(shí)鐘采用系統時(shí)鐘以便可達到1ms的精度。當TR0=1和INT0同時(shí)為1時(shí)開(kāi)始計數。INT0中斷服務(wù)程序中讀出TL0的度數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，電流檢測采用主回路中接入串聯(lián)檢測電阻，采用雙向電流檢測器MAX9918/MAX9920。電阻兩端分別接入MAX9918/MAX9920的RS+及RS-端，經(jīng)過(guò)MAX9918/MAX9920電平轉換以及放大濾波等環(huán)節，得出適合接入MXT8051的AD轉換電平，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，本系統中用AIN0進(jìn)行AD轉換以測量主回路電流。查詢(xún)AD轉換值，檢測供電電壓過(guò)零以及負載電流的值來(lái)控制觸發(fā)晶閘管的開(kāi)關(guān)時(shí)刻，可進(jìn)行相角控制以控制電機的不同轉速。此電路稍經(jīng)修改就可以用于其它許多類(lèi)似的場(chǎng)合。