时间：2023-11-20 06:19:40
【关键词】机电设备；矿用传感器；PIC控制
一、引言
PIC单片机作为新一代的工业控制装置 ，已经在电气控制系统中得到普遍应用。它不仅能实现复杂的逻辑控制 ，还能完成各种顺序和定时的功能 ，并且可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强。而在矿井局部通风机中为了满足对安全监控与节能越来越高的要求，为了进一步保证矿井的安全生产，减少井下工作面的无计划停电气设备，本项目提出采用电源自动接通系统对设备：当专供线路停电或设备因故障停止运转时，该系统可以自动进行报警，开启备用设备；当主设备恢复运转后，又可以自动停止备用设备的运行，从而实现工作面连续运行设备和风电闭锁。
二、矿用传感器
1.概述。KG3088型风速传感器是采用超声波涡街原理制成的固定式智能测风仪表。该仪器适用于煤矿井下各通风巷道中测量风流速度。仪器具有红外线遥控校正功能，可避免校正过程中对仪器周围的流场干扰，使仪器的校正更方便、准确。另外，由于仪器没有调节孔，使得密封性能更好，工作更可靠。仪器具有多种信号输出方式，可与国内各种监测系统配套使用。
2.仪器的功能介绍。仪器刚开机后的5秒内，显示单片机软件的版本信息，5秒后进入正常工作状态，显示风速值。仪器进入正常工作状态后，当达到一定的风速范围时，可通过遥控器对仪器进行校正。
三、PIC控制硬件设计
本系统选用美国Microchip公司的PICl6F877单片机。配合一些电路完成风速传感器自动转换系统。PIC单片机有以下优点：（1）采用哈佛结构（数据总线和指令总线分离）；（2）指令的“单字节化”；（3）精简指令集（RISC）技术；（4）寻址方式简单；（5）代码压缩率的提高；（6）运行速度高；（7）功耗低、驱动能力强；（8）具备PC和SPI串行总线端口；（9）寻址空间简洁；（10）电路简洁；（11）开发方便；（12）C语言编程；（13）品种丰富；（14）程序保密性强。
电路完成功能是：现一台风机工作另一台备用，如工作台风机出现故障时，风速传感器的频率低于120HZ立刻备用风机启动开始补风形成连续通风达到安全生产目的，这些过程通过PIC单片机的编程工作已基本完成，信号的采集来源已确定，（所采用的信号为数字信号，频率范围为200～373HZ），基本完成了两台风机在运行过程中实现互换，互换时间在0.5S。解决了现今煤矿通风当中，当一台风机出现事故，另外一台风机需由人工操作完成另外一台风机的运行，新系统完全实现了由PIC接受到风速传感器所给的信号，实现了自动切换另一台风机启动的目标。
四、软件设计
1.软件调试。在应用MPLAB-ICD实现在线调试时，首先应用MPLAB-ICD提供的一个范例程序tut877.asm，它能完成使PORTC口8个输出口依次高点平，而MPLAB-ICD在PORTC的8个口上都接了发光二极管，那么将程序烧写进去后就能完成。如果8个发光二极管的依次闪动。则程序烧写正确了。接下来依次调试子程序。在程序调试的后期，程序已经基本能完成任务。因为单部执行时，寄存器内容正确，所以程序正确，只是烧写器有问题。所以在程序调试过程中要细心、耐心，调试时最好能够及时地记录程序调试的进程和已解决的问题，这样有利于调试工作的连续性，调试工作不会有重复。而且及时的记录调试进程有利于错误的缩小，可以更好地完成调试。
2.程序编写。局部通风机控制PIC单片机风量判断程序C程序//
五、结语
实验测试结果证明用本系统PIC单片机能完成自动控制过程，功能比较完善，能比较快地完成自动控调整，软件编写功能能很好控制硬件自动操作。本系统今后还有待以进一步完善，增加更强大功能。能实现矿井井下工作面安全生产提高工作效率。
参考文献
[1]窦振中，汪立森著.《pic系列单片机应用设计与实列 》.北京航空航天大学出版社，1999（8）：1
[2]姜志海，赵艳雷编著.《单片机的C语言程序设计与应用》.电子工业出版社，2008（5）
[3]彭树生编著.《pic单片机实践与系统设计》.电子工业出版社，2007（11）
[4]谭浩强著.《C语言程序设计》.清华大学出版社，1999（11）
[5]李现明，吴皓.《自动检测技术》.机械工业出版社，2009-1-1
[6]武昌俊.《自动检测技术及应用》.机械工业出版社，2005-06-16
关键词：终端控制器；PIC单片机；串行通信；VC6.0
中图分类号：TP338文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)25-1566-02
The PIC Monolithic Integrated Circuit Applied in Plot Supervisory System
FENG Chuan-fang1,2
(1.Anhui University of Science and Technology, Huannan 232001, China; 2.Huainan Union University, Huannan 232001, China)
Abstract: This article discusses one kind of intelligent plot supervisory system based on the PIC monolithic integrated circuit, realizing the skill of the data record of the water meter, the electric meter and the gas meter automatically, as well as the monitoring of the fire, the gas leakage, the burglary and so on. It also elaborates the designs of the system's softwares and hardwares, the PC and many PIC monolithic integrated circuit's serial communication plans while using monolithic integrated circuit related software and hardware technology.
Key words: terminal control unit; PIC monolithic integrated circuit; serial communication; VC6.0
1 引言
随着生活水平的不断提高，人们对居住环境的要求也大大提高，对信息服务和安全防范的要求尤为突出。如何利用计算机和通信技术在智能化小区家庭智能管理系统中，对住户家庭水表、电表、煤气表的自动计量以及火灾、煤气泄漏、入室盗窃等警情的实时监控已经成为信息产业的热点技术。利用CAN总线技术虽然有其开放式、数字化、多点通信等诸多优点，但将其用于智能住宅小区，却因其成本偏高，目前在我国还难以推广。为此，作者开发出一种设备简单，成本低廉，便于维护经济型智能小区家庭管理系统，能有效地实现三表自动采集计费，防盗、防灾、自动报警和远程监控等功能。利用单片机进行实时采集，并将采集的数据通过串行口传给PC机，PC机完成数据的运算、存储、和打印。硬件通过PIC16FXX单片机实现，软件由VC++6.0实现。
2 系统结构
系统是由一台PC机（上位机）和多台PIC单片机（下位机，作为终端控制器）构成分布式控制系统，PC机COM口带多个终端控制器，终端控制器地址设为1－N。PC机采用巡查工作方式自动查询小区内所有终端控制器的报警状态，及时对各种报警信号做出响应，并通过有效手段（语音提示、电子地图标识等）向监控中心工作人员提供报警业主家庭有关地址、电话等详细信息，以便及时处理；同时通过抄表工作方式完成自动抄表以及报表输出等任务。终端控制器采集用户煤气表、电表、水表脉冲数据，实现3表自动计数；同时采集现场的防盗、防灾等信息，有意外事件发生时可自动启动报警器报警。PC机与终端控制器采用总线式网络结构相连，采用RS-485接口总线通信；RS485接口总线利用平衡发送和差分接收方式实现通信。以半双工工作方式工作，最大传输距离可达1200m，波特率在1200和38400b/s间可设置，RS485网络采用一对有补偿的双绞线。终端控制器采用PIC16FXX单片机，片中串行口加MAX487转换器，选用在多点总线传输线中双向数据通信应用网络广泛使用的MAX487收发器，其特点是具有限斜率的驱动器，即驱动器发送数字信号，其沿边斜率是受限制的，这使电磁干扰（EMI）减至最小，并减少因电缆终端不匹配而产生的影响。接口接线简单，维护方便，保证了抄表的可靠性和监控的实时性。
3 终端控制器硬件设计
每个家庭安装的终端控制器是以单片机PIC16FXX为核心的数据采集和处理装置，电路结构如图2所示。PIC16FXX单片机是由美国Microchip公司推出的一种新型的CMOS工艺的8位单片机，具有别具特色的哈佛总线和RISC结构，以及PIC16FXX的程序存储器为电可擦除闪速存储器（flash），可修改程序，甚至可在线编程。PIC16F83和PIC16F84片内数据存储器除RAM外，还有64K字节的EPROM，可以当作一般的或非易失性数据存储器使用，简单方便，它还具有片内上电复位，延时电路，看门狗电路等。终端控制器就是由PIC16FXX单片机扩展了8路信号输入通道，通信接口电路，键盘，看门狗电路，LCD显示器和EEPROM 24C16等。
为了简化硬件结构，将三表设计成脉冲表，报警探头为脉冲输出，从而避免了在控制器主板上使用A/D转换接口。本系统对表脉冲安排4路输入通道，利用单片机PIC16FXX的PORTA端口输入，表脉冲和报警脉冲信号分别通过斯密特触发器波形整形和74LS244缓冲器进入CPU，在一定的采样周期内，CPU轮流查询用户表和报警的输入端口状态，并进行数据分析处理，存到EEPROM 24C16相应的存储区，等待中央计算机的查询和抄写。再安排4路输入通道用于对设防、撤防、解警和求助操作的遥控处理。串行接口器件LCD液晶显示器可显示表数据和有关报警状态等信息，所采用的液晶显示模块，内置显示RAM和驱动控制器，通过4线与单片机相连。 8KB串行EEPROM 24C16，用以存储用户各表的数据信息、报警状态信息和采集监控终端地址以及有关初始化信息。每个用户的采集监控终端设置不同的地址，从而保证采集数据的正确无误。
终端控制器工作过程如下：上电复位自检后，开始运行，指示灯闪烁表示程序开始正常工作，初始化LCD，脉冲表，密码，报警状态，键盘，串口。然后进入主程序循环，首先记录报警状态，脉冲表数据，然后将上述两种数据存入24C16中，查询键盘，通过串口响应PC机通信命令与PC机之间进行数据传输。
4 系统通信
通信的发起方总是主机开始，由PC机控制通讯的主动性，单片机在通讯过程中处于被动地位。由于各分机共享同一频率，为避免冲突，PC机通过巡查分机的工作方式查询各单片机是否有信息要上报给PC机。
为了保证PC机与多台单片机之间能够准确、可靠的通信，确定一个明确而合理的通讯协议是关键。包括对数据格式、通讯方式、传送速度、传送步骤、检纠错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定。
为区分不同的分机，必须为每一个分机分配一个唯一的地址，此地址唯一区别各单片机。数据格式采用数据包的形式，一次传输一组数据，数据包格式如下：
■
起始标志位：1个字节数据长度：1个字节
分机地址：1个字节数据内容：n个字节
和检验：2个字节命令/数据：1个字节
结束标志位：1个字节
主机向单个单片机传数据时，首先，上位机顺次发送起始标志位，目的地址位，数据，生成检验位，结束标志位，上位机发送后每个下位机都产生中断把上位机数据包都接收下来，当接收到结束标志字符时，表示接受到一帧完整的数据包，然后对数据解包，把接收到的目的地和本机地址进行比较，如果不是则马上跳出中断服务程序，相同的话则表示要和本下位机进行通讯。主机发完信息后便等待该分机的接收应答。当接收数据包完成后，接受方也生成相应的检验和，如果接受方生成的检验和与接收到的检验和一致，则表明这次通讯成功，下位机根据接收到的内容给上位机发送相应的反馈信息。如果不一致，则表明此次通讯失败，下位机给上位机发送失败信息，要求上位机重新发送。
由于系统采用上位机巡查下位机的工作方式，单片机在通信过程中处于被动地位，只能其被轮询到的时候才能给上位机发送数据，否则即使信息要上报主机时，也必须处于等待。上位机从第一分机依次查询下位机，给巡查到的下位机发送查询命令，询问该单片机是否有信息要上报给上位机。被轮询的单片机如果没有信息要上报给上位机的话就给上位机发送无上报要求的指令，上位机接受到此指令后便轮询下一地址的分机；若分机有数据需上报便回发一个有上报要求给主机，主机收到后便等待分机上报数据，有上报数据的分机组织好数据后上报给主机，然后等待主机的接收应答。主机收到分机上报的数据后进行检查，若正确接收发正确接收应答，否则发错误接收应答。当接收错误后，主机等待分机再次上报数据，分机收到接收错误应答后再次发送数据。
信号传输中接受与发送都采用中断方式，多机通信从机中断服务程序如图3所示。
5 PC机通信程序设计
上位机的软件是基于VC++6.0实现的，其中的重点和难点是进行实时的串行通讯。应用VC++编写串行通信程序，通常可归纳为如下四种方法：一是利用Windows API通信函数；二是使用Microsoft提供的Microsoft Communications Control控件（简称MSComm）；三是利用第三方编写的通信类（如MuMega Technologies公司提供的Cserial类）；四是在VC++中用端口操作指令直接对串行端口编程，实现串行通信。本系统中采用的是MSComm控件，它是通过串行端口发送和接收数据，为应用程序提供串行通信功能，使用非常方便。
6 小结
本系统提出的通讯硬件和通讯协议已经在实际中使用，截止目前运行正常。这说明这种通讯方案在PC机和多台单片机的数据通讯中快速、准确、可靠的。
参考文献：
[1] 李朝青. PC机及单片机数据通讯技术[M]. 北京:北京航空航天大学出版社,2000.
[2] 阳宪惠. 现场总线技术及其应用[M]. 北京:清华大学出版社,1999.
【关键词】A/D转换；单片机
一、引言
PIC单片机是美国的微芯公司生产的超小型单片机和微型控制器，是Peripheral Interface Controller的简称。基于PIC单片机的设计，使用AD转换的功能，可以把模拟数据量转换成数字量数据，并可直接读取该数据量的值。本设计适合直流5V以下的信号从模拟端口输入。
本文以PIC16F88为例，来解说A/D转换的方法。
A/D转换，PIC内部的小电容（CHOLD）充电，在这之后，因为要执行一个存储电荷测定的步骤，所以需要等待一段时间，对于10bit的A/D转换的PIC，充电时间约20μs，再加上测定时间约20μs，合计需要40μs的时间。
二、寄存器
现在以PIC16F88为例，解说基于PIC的A/D转换的使用方法，首先说明一下与A/D转换相关的寄存器。
（1）ANSEL：对应的端口模拟量还是数字量的指定
ANS对应着PIC16F88的AN0—AN6（RA0—RA6），置1表示该端口为模拟量，置0表示该端口为数字量。但是TRIS（I/O口的方向控制寄存器）没有设置成功的话，该端口也是不能输入模拟量的。
（2）ADCON0/1：A/D转换控制寄存器
ADCON0：AD转换控制寄存器0
ADCON1：AD转换控制寄存器1
ADCS分别在两个寄存器中，操作起来有一些麻烦，因为ADCS2是后面补充的，这3个位的ADCS是用来决定A/D变换的时钟的。A/D变换时钟的选择方法：用来做AD变换的时钟，被叫做TAD，值越小，A/D转换就越快。详细内容请参照表1：AD变换时钟的选择方法。
TAD被数据表限定在1.6到6.4us之间，所以为了在这个范围内取最小的值使用ADCS的3位选择Tosc。TAD受PIC内部时钟的影响关系如下：
TAD=（PIC内部时钟周期）×（Tosc）
例如：对于给PIC提供10M的时钟的时候，周期就是0.1us，选择16Tosc的话，TAD刚好是1.6us，8M时周期是0.125us 16Tosc选择，TAD就变成了2us请看表1。
表1的灰色范围是ADCS2—0设定范围。
CHS从这里可以选择AD变换的通道。CHS 3位组合起来对应选择的端口：最大6.4us以上的数值也是不可以使用的。
CHS从这里可以选择AD变换的通道。CHS 3位组合起来对应选择的端口：
000=AN0 001=AN1 010=AN2 011=AN3 100=AN4 101=AN5 110=AN6
GO/DONE：置1 AD变换开始；AD变换完成，这个端口就自动置0。因此这个端口可以用来监听AD变换是否结束。
ADON：置1取样充电开始，置0充电停止并开始放电。
ADFM：变换完了的结果（10bit）在ADRESH，ADRESL中是靠左保存还是靠右保存的控制位。
ADRESH，ADRESL：变换后的数字量10 bit的值如图1所示，在ADRESH，ADRESL 16位的宽度中是靠左还是靠右来保存。如果必要的数据8位就足够，靠左只用读取ADRESH里面的数据就可以读取全部了。
VCFG：AD转换基准电压设定，使用电源电压为基准电压的场合，VCFG设置为00。
三、参数设置
ADON置1时模拟端口与CHOLD连接，充电开始。10位的AD变换的运行时间
（CHOLD充电的必须时间）TACQ是19.72us。根据PIC16F88的数据表的话，应该选定数据源内阻在10k以下。（请看图2）
GO/DONE置1时基于CHOLD存储的电荷的电压值的测定开始如图3所示。
A/D变换需要的时间是：12TAD+α。TAD最短的时间1.6us选择的时候，AD变换测量需要的时间久是：12*TAD+α=19.2μs+α（约20μs）。
四、应用实例
A/D变换器设计原理图如下图4所示，以PIC16F88为例，对于10bit的AD转换的PIC，充电时间约20μs，再加上测定时间约20μs，合计需要40μs的时间。图5给出了程序设计的流程图。
五、测试结果
根据输出的结果得到输入与输出的关系如图6所示。被测模拟量是 DC5V，分辨率256，精度0.02V。
PIC单片机可以用编程来实现复杂回路的功能，不使用焊锡就可以写、改和调整功能等等很多优点。用户可以根据自己的需要添加程序，再加上一些设备，使其资源得到充分的利用。
参考文献
[1]EDROM/ROM—Based 8—Bit CMOS Microcontr—oller Series.Microchip Technology Inc.，2000.
[2]MPLAB.IDE，SIMULATOR，EDITOR USER’S GUIDE.Microchip Technology Inc.，2000.
[3]阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，1999，4.
【关键词】温度测量；PIC16F877；DS18B20；仿真测试
在日常生活经常要用到温度的检测及控制，传统的测温元件有热电偶和热电阻，而热电偶和热电阻测出的一般是电压，在转换成对应的温度，需要比较多的硬件支持，硬件电路很复杂，软件调试也复杂，制作成本高。而且测出来的温度精度也没有技术成熟的温度传感器高。
本文基于PIC单片机来设计数字式测温计，直接采用数字式温度传感器DS18B20，用单片机对18B20进行控制，来进行测温[1]。显示部分可用lcd1602，单片机可直接驱动lcd1602显示温度，硬件较简单，稳定。DS18B20采用单总线技术，容易扩展，并且具有转换速度快，转换精度高，可由片机直接读出温度并显示出来等优点。
一、设计目标和思路
本文采用PIC16F877的USART异步通信模式，可广泛应用于单片机与PC机，以及单片机与单片机之间的通信。USART接口由RC6、RC7这两只引脚构成。RC6用于数据的发送，RC7用于接收数据[2]。
当单片机需要通过USART发送数据时，只需将所发送数据送入数据缓冲寄存器TXERG，然后系统会自动将TXREG寄存器内容送入发送移位寄存器TSR，接着系统会根据所设置的波特率脉冲信号，通过RC6引脚从高位到低位依次发送出去。当系统将TXERG寄存器内容加载到TSR中时，会自动将中断发送标志位TXIF置位，根据程序决定是否进入中断。而当单片机需要通过USART接受数据时，通过RC7引脚将数据依次送入接收移位寄存器RSR中，当收到一个停止位时，移位寄存器RSR就把收到的8位数据自动送入接收数据缓冲器RCREG中。在接收数据缓冲器RCREG收到一个稳定的数据后，接收中断标志位RCIF将自动置位，根据程序决定是否进入中断。
二、原理结构图
本文利用PIC16F877和DS18B20传感器设计了测温计，其包含主控器部分、温度显示部分、传感测试部分和按键设计部分[3]。
基于PIC16F877的测温计原理电路图结构如图1所示。
其中，电源部分的S1为复位按钮它在被按得时候断开放开后自动闭合，在其断开又闭合的瞬间使整套电路中各芯片的供电电压实现从5V降到0V再升到5V的过程，从而达到复位的目的。输入电容C2一般情况不接，但当集成稳压器远离整流、滤波电路时应接入一个0.33μf的电容器，它的作用是改善纹波和抑制输入的瞬时过电压，保证78L05的输入与输出间的电压差不会超过允许值。输出电容C3一般不采用大容量的电解电容器，只要接入0.1μf的电容器便可以改善负载的瞬态响应。但是，为了减小输出的纹波电压，在输出端并联一只大容量的电解电容C4，会取得更好的效果。然而，这样将随之产生一种弊端：一旦78L05的输入端出现短路时，输出端上的大电容器上储存的电荷将通过集成稳压器内部电路调整管的发射极与基极泄放，因大容量电容器释放能量较大，会造成集成稳压器内部调整管的损坏，导致电路无法工作。为了防止这一点，在78L05的输入端与输出端之间跨接一个二极管，它为C4上电荷的泄放提供了一个分流通路，对集成稳压器起保护作用。
串口接收温度函数流程图如图2所示。
三、Protues仿真调试
为调试和检验上述的电路原理图的正确性和合理性，本文通过Protues软件仿真来进行波形调试。
在仿真调试的过程中，先后对DS18B20测温模块、lcd1602显示模块、PIC单片机的USART模块通信等，分别进行了仿真测试。待各部分均测试正确无误后，方才对整体电路进行测试。图3所示即为本文对温度测量部分进行仿真调试和测试。
从Protues的仿真结果来看，本文设计的数字温度测量电路，以PIC16F877单片机为工作处理器的核心，外接DS18B20和LCD1602，用单片机处理数字信号，再把其送入显示器显示。在经过反复的仿真调试和测试后，验证其使用起来比较方便且结果简单易读。与此同时，如果在本文涉及的基础上在扩展其功能，如多点测温、温度报警等，则只需调整PIC单片机程序即可。这样的话，本文设计的测温系统，在具有电路简单、维护方便等优点的同时，还具有扩展兼容性好、读数准确易懂等特点，能够满足日常生活对测温计的一般基本要求。
参考文献
[1]刘君华.传感器技术及应用实例[M].电子工业出版社， 2008.
[2]彭树生，庄志洪，赵惠昌.《PIC单片机原理及应用》P224-226[M].机械出版社，2001，1.
[3]李荣正.PIC单片机原理及应用[M].北京航空航天大学出版社，2005.
作者简介：
柴志成（1982—），男，湖北浠水人，贵阳学院数学与信息科学学院讲师。
[关键词] 车载逆变电源 正弦脉宽调制 单片机
1 引言
随着社会的发展，人民生活水品的不断提高，汽车逐渐进入了大众的家庭中，有车族们已经不仅仅将汽车作为一种代步工具了，而开始将其作为一种享受生活的工具。有车族在户外需要使用的电子设备越来越多，例如汽车音响、车用DVD、车用冰箱、手提电脑、手机充电器和各种电源适配器等等，而这些电子设备一般都需要用市电220V供电，汽车所能提供的电源是蓄电池，一般小车是12V，因此要使用这些设备必须配备电源转换器，即车载逆变电源。车载逆变电源一般使用汽车电瓶或者点烟器供电，将汽车蓄电池的 12V直流电转变成一般电器所需要的220V交流电。在发达国家车载逆变电源是每辆车必须具备的。据统计，国内配备这种转换器的车辆还不足20%，加之每年汽车销售量居高不下，因而电源转换器在国内有很大的市场前景。
传统车载逆变电源都是准正弦波的逆变电源，也就是输出的交流电是方波220V，多采用PWM集成控制芯片控制逆变电路输出，如SG3525或TL494，存在着输出谐波大，效率低等问题，适用的负载较窄。本文介绍了一种输出为稳定、平滑的纯正弦波的车载逆变电源，以PIC单片机作为主控制器，产生逆变器的SPWM信号，经输出滤波后可等到标准的正弦波，同时具有稳压、过流保护、欠压保护等功能，使逆变电源的适用负载更广。
2 纯正弦车载逆变电源系统原理
纯正弦车载逆变电源系统原理如图1所示，主电路部分：蓄电池的12V直流电通过DC/DC升压电路升压为350V的高压直流电，DC/AC逆变电路将高压直流电转变为交流 SPWM波，通过LC滤波后得到纯正弦的220V/50HZ交流电。控制电路部分：主控电路是以Microchip的PIC16F74芯片为控制核心，该芯片是一款RISC高性能的CPU，仅含35个单字节指令，带有8位AD，双路PWM输出，3个定时/计数器，带UART接口，195个字节RAM，4k×14Bit的Flash存储器，保密性好，其指令速度在外部晶振20MHz下，可达200ns的指令周期。由PIC16F74产生两路SPWM控制信号，通过隔离驱动后控制DC/AC逆变电路的功率开关器件，并实时检测电压电流，保证输出电压恒定，电池欠压或过流时采取相应措施报警及保护。
3 主电路原理及设计
3.1 DC/DC升压电路设计
升压电路采用推挽式DC/DC变换电路。如图2所示，输入端Ui为蓄电池电压（＋12V），由DC/DC变换将DC12V电压逆变为高频方波，经高频升压变压器升压，再整流滤波得到输出端为Uo的直流电压（350V）。变压器T1起隔离和传递能量的作用。在开关管VT1开通时，变压器T1的N1绕组工作并耦合到副边N3绕组；开关管VT1关断时，N1向N3释放能量；反之亦然。在输出端，有电解电容和四个二极管构成副边整流滤波电路。
3.2 DC/AC 逆变电路设计
DC/DC升压电路输出的直流高压350V通过逆变桥,把直流电压变为交流电压，再经过LC滤波电路得实现50HZ/220V交流电，如图3所示。
3.3 主电路核心器件的选择和参数计算
DC/DC电路中，输入电压10.5～12.5 V，输入最大电流15 A，考虑一倍的余量，推挽电路开关管VT1及VT2耐压不小于30 V，正向电流不小于30 A，选用IRFZ48N。变压器副边输出整流桥由4个高效整流二极管HER305组成。滤波电容选用47μF/450 V电解电容。升压高频变压器T的设计应满足在输入电压最低时，副边电压经整流后不小于逆变部分所需要的最低电压350 V，同时输入电压最高时，副边电压不能过高，以免损坏元器件。同时也必须考虑绕线上的电压降和发热问题。选EE型铁氧体磁芯，原副边绕组为10匝∶300匝。
DC/AC电路中，对角的两个开关管V1与V4或V2与V3作为一组，两组开关轮流工作，在一个周期中的短时间内，四个开关将均处于断开状态，即设定有死区时间，以防止开关管直通。显然，通过开关管的电流较小，但要承受较高反向电压，即高压电压峰值，加上一定余量一选择600V，选择SSS6N60A为输出逆变开关管，该管基本参数：Vdss=600V RDS = 1.2Ω，Id=3.2 A。
4 控制电路原理及软件设计
控制电路的主要功能是以PIC16F74为核心，产生SPWM信号控制全桥逆变器的四个功率管，同时保证输出电压在负载波动的情况下快速稳定，并且实时监控电池电压、负载电流，对欠压、过流等异常现象进行处理。
4.1 SPWM控制信号的产生
采用离线计算SPWM波形信号，计算出的实际脉宽转换成计时步阶后生成128个值的正弦表存入PIC的ROM中以供调用，设置SPWM的频率为50Hz，PIC单片机CCP功能模块的PWM功能实现主要依靠相关寄存器值的设定，且以定时器2(TMR2)作为PWM的时基。相关寄存器的设置如下。
4.1.1 SPWM周期的设定由寄存器PR2设定
（PWM）周期＝（PR2+1）*4*Tosc*(TMR2)预分频
为提高分辨率，TMR2预分频设为1∶1，由此计算得PR2=0X9C。
4.1.2 定时器TMR2的控制寄存器T2CON设定
因为SPWM频率高，周期短，在每个周期内完成脉宽的调整比较困难，故在此寄存器中设置后分频为1∶3，这样每输出3个相同脉宽的SPWM波后改变一次脉宽值。
4.1.3 2个CCP模块的控制寄存器CCPlCON及CCP2CON的设定的设置类似，选择CCP模块作用于PWM功能模式，即bit3：O=1100。
4.1.4 CCPRlL脉宽写入寄存器写入的脉宽值在下个TMR2周期开始时转至CCPRlH，通过读CCPRlH的脉宽值来改变PWM脉宽。
4.1.5 寄存器TRISC对应于CCPl和CCP2的输入输出设置，应设置为输出形式，即TRISC的bit2：l=OO。
4.2 稳压及保护
利用PIC16F74的8位AD定时采集逆变器输出电压作为反馈，在CPU内部构成电压闭环，用软件实现PI调节，保证零误差调节，使输出电压有效值恒定，不受负载变化影响。为保证输出电压不至于在AD采样误差范围内频繁跳动，还必须应用软件滤波，对输出电压微调。
电池电压和负载电流的检测信号也送入CPU的AD，电池欠压时，CPU发出利用中断发出报警信号；负载过流时，CPU一方面发出报警信号，同时封锁SPWM信号，使输出电压下降为零，保护逆变电源。
5 样机实验结果
基于以上分析设计，制作了一台150W的实验样机，在带100W灯泡负载的实验条件下，测得输出电压波形如图4，实测电压有效值为218V，空载时226V，电压波动率在正负5%以内，输出波形为纯正弦波。
6 结论
本文设计了一种高性能的车载逆变电源，采用PIC单片机作为主控芯片产生SPWM信号，输出电压为纯正弦波，对车载逆变电源进行了完善的保护设计，结果表明，制作的车载逆变电源，所设计的电路基本能完成的测试功能，克服了传统的车载逆变电源只能产生方波交流电的缺点，提高了电源的适用范围。
参考文献
[1] 陈道炼. DC―AC逆变技术及其应用[M].北京：机械工业出版社，2003.
[2] 刘凤君. 正弦波逆变器[M].北京：科学出版社，2002.
[3] 陈国先. PIC单片机原理与接口技术[M].北京：电子工业出版社，2004.
[4] 陈国呈. PWM变频调速及软开关电力变换技术[M].北京:机械工业出版社, 2001.
关键词：热熔涂料；自动划线机；PIC单片机
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.14.028
0 绪论
热熔型道路划线机是随着热熔型涂料的发展而逐渐发展提高起来的，用来涂刷热熔型反光涂料，具有涂料与路面粘结力强、定向反光效果好、耐磨、抗老化、干燥迅速、流动性好等优点，但此种结构材料对所使用的划线机技术要求高。施工需要有数台设备分别完成从熔料到划线各个环节。智能型自动划线机主要依靠进口，技术先进，但结构庞大，价格昂贵，难以大面积推广；手推式划线机结构简单、价格较低，但操作繁琐、工人劳动强度高，难以铺设均匀间隔线，至今尚无理想的国产机型。针对以上问题，本文设计了一种价格较低、操作简单的基于PIC单片机控制的手推式公路热熔涂料标线自动划线机。它具有涂料加热、涂料温度显示、自动出料控制功能。
本文主要讨论了它机械结构和控制系统的软硬件设计。
1 机械部分结构及工作原理
基于PIC 单片机控制的热熔涂料标线自动划线机工作时，温度检测装置先检测熔釜内热熔融的涂料温度，将检测到的温度与设定的温度进行比较，加热系统控制模块根据比较的结果控制加热系统的启停，对涂料进行加热或保温，显示模块显示温度检测模块检测到的实时温度，当检测温度达到预设温度后，热熔涂料经料斗过滤，搅拌叶片搅拌均匀，由电磁阀控制料门自动打开出料开始划线，同时后部的玻璃珠储箱开关也开始撒玻璃珠，划线机在移动过程中，热涂料缓缓流入料斗后涂敷在路面上，同时玻璃珠通过撒珠箱落在涂料层中，含有玻璃珠的涂料层冷却后形成反光型热熔涂料标线。其原理示意图如图1所示。
该划线机主要由前后车轮、机架、搅拌桶、划线斗、玻璃珠斗、撒播器、电动机及单片机等组成。该机型结构紧凑，质量可靠，操作简便。该机的熔料釜采用耐热不锈钢制造，机身配有温度检测控制装置。涂料斗通过调整杠杆的高度来实现无级调节涂膜厚度。涂料斗与地接触的落地刀采用耐磨硬质合金制造，使其具有很好的耐久性；玻璃珠的撒布采用齿条轴随划线车的前进而联动的定量进料装置，当划线机进行划线时，定量辊洒下与所涂面积相当的玻璃珠，且玻璃珠撒布装置备有离合装置，可方便地离合，控制撒布装置的动作状态。
2 道路划线车控制系统总体设计
道路划线车控制系统总体设计包括硬件和软件两部分，主要有设定模块，温度检测模块，加热系统控制模块，自动出料控制模块和显示模块五个部分。硬件部分主要介绍单片机和其它硬件电路的联系，软件部分包括控制系统主程序设计。
2.1 控制系统硬件设计
根据道路划线车控制系统功能需要，其硬件电路包括单片机复位和时钟电路，温度仪，加热器件，电机控制电路、显示电路。其结构简图如图2所示。
单片机选用作为控制主机。PIC16F676是MICROCHIP公司的一款14引脚封装双列直插式结构的中档单片机，它体积小，功耗低，指令少，抗干扰性好，可靠性高，具有较强的模拟接口，代码保密性好。在一些小型应用中，比传统的C51单片机更加灵活。
温度控制器采用欧姆龙E5CSZ温度控制器。它是一种精确的温度检测控制器，可以对温度进行数字量化控制。采用热电偶作为温度检测元件，它的原理是把热电偶设计到相应电路中，热电偶随温度变化而改变，就会产生相应的电压电流改变，再通过微控制器对改变的电压电流进行检测、量化显示出来，并做相应的控制。数字温度控制器具有精确度高、灵敏度好、直观、操作方便等特点。
电磁阀选用高粘度法兰电磁阀。当线圈通电时，先导阀芯吸合，先导孔打开，阀上腔卸压，活塞靠下腔介质压力推动，电磁阀打开出料。当线圈断电时，先导阀芯靠弹簧复位，先导孔关闭，阀上腔由活塞节流孔增压和复位弹簧的推力，电磁阀关闭。
根据PIC16F676的端口功能和控制系统的需求情况，对单片机的端口进行分配，分配情况如表1。
2.2 道路划线车控制系统软件设计
道路划线车控制系统的主程序主要完成单片机的初始化涂料温度检测、料斗自动出料和涂料温度显示功能。其程序流程图如图3所示。
3 总结
基于PIC单片机控制的公路热熔涂料标线自动划线机它不同于以往的划线机，通过单片机的控制，将自动化和低成本统一起来，实现划线设备的升级，大大降低了操作人员的劳动强度。该新产品具有广阔的市场空间。本文设计的道路划线车控制系统基本可以满足设计的要求，但是它在抗干扰方面还需要进一步改善。
参考文献：
[1]陈先惠，海.加热溶剂型公路标线涂料的喷涂设备研制[J].流体传动与控制，2004（07）.
[2]鄂晓宇，王敏.高压无气冷喷漆划线车的发展概况和趋势[J].养护机械与施工技术，2004（05）.
[3]李克，林金木.一种新型公路划线车的专用喷涂系统[J].湖南大学学报，1996（02）.
[4]张明峰.PIC单片机入门与实战[M].北京航空航天大学出版社，2004.
[5]罗翼，张宏伟.PIC单片机应用系统开发典型实例[M].中国电力出版社，2005.
[6]陈国柱.基于PIC单片机的的道路划线车控制系统设计[D].太远理工大学硕士论文，2007（05）.
关键词 Microchip 电阻测试仪 1602液晶显示屏
中图分类号：TP368.1 文献标识码：A
1系统方案
1.1直流恒流源测量法
恒流源，是一种能向负载提供恒定电流的电源装置，它在外界电网电源产生波动和阻抗特性发生变化时仍能使输出电流保持恒定。
采用直流恒流源测量电阻，其测量思路是：由于直流恒流源电流通过电阻，经信号调理后进行信号采集，然后输出显示。由于通常的直流恒流源电流较小，对于微电阻的测量，信号电压会淹没在噪声中无法提取，所以先应进行恒流源扩展，使其大到信号能提取出来，接着进行信号调理中的信号放大，然后进行信号采集和A/D转换，最后显示测量结果，测量电路框图如图1。
图1：直流恒流源测量电阻流程图
1.2 直流恒压源测量法
电阻测量原理电路如图2所示。图2中：VS为激励电压压源，令VS=10000 mV。
图2：直流恒压源测量电阻原理图
则输入输出关系为：
V0=- （1）
（2）
其实质是将电阻值转化为电压值实现电阻测量。对于大量程电阻，可以改变RF 或VS以适应分辨率和输出电压U0范围的要求。改变VS称为程控激励源测量法，改变RF称作多量程法。程控激励源方法可在全量程范围内保持一致的分辨率和测量误差，但程控激励源的输出范围限制了电阻测量范围，大高电压激励源虽可扩大测量范围但不能保证精度且实现困难；多量程方法可扩大测量范围，但在任意量程内，分辨率呈非线性。考虑到直流恒压源测量对大电阻精度高，对于测量小电阻，直流恒压源明显精度不够，虽然直流恒压源不能满足我们的要求，但是它的多量程法对于我们还是有一定的启示。
1.3分压法测量电阻
分压法测量电阻测量原理为：通过最简单的电阻串联分压原理，检测RX所分得的电压，通过信号采集，把电压信号采集到单片机，经A/D转换并计算后，通过显示电路，显示电阻阻值。其实质还是将电阻值转化为电压值实现电阻测量。本测量方法的优点是测量电路简单，抗干扰能力强，可靠性高，短时间内容易搭建，另一方面可以简化程序中的算法。
开关可以采用电子开关和继电器两种方式，电子开关在导通时，内部电阻很大，对所测电阻有一定的影响，误差较大。而继电器线圈通电时，其电阻极小，可以减小误差，提高电阻测量的分辨率。如想进一步提高分辨率，可以多加几路基准电阻即可。
2硬件设计
本次设计以Microchip公司生产的PIC16F877单片机为核心，配以量程切换电路，测量电路，显示电路等构成简易的电阻测试仪。
2.1量程切换电路
量程切换电路主要使用了ULN2003，全称为八路NPN达林顿连接晶体管，特别适用于低逻辑电平数字电路（诸如TTL， CMOS或PMOS/NMOS）和较高的电流/电压要求之间的接口，广泛应用于计算机，工业用和消费类产品中的灯、继电器、打印锤或其它类似负载中。所有器件具有集电极开路输出和续流箱位二极管，用于抑制跃变。ULN2003的设计与标准TTL系列兼容，而ULN2804 最适于6至15伏高电平CMOS或PMOS。
2.2显示电路
液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用，因此显示电路采用的是1602的液晶显示屏而没有用数码管显示。
2.3报警电路
采用一个普通三极管加一个蜂鸣器实现，当出现故障时的报警提示功能。
3软件设计
本系统的软件设计采用模块化设计的方法，整个程序包括主程序、系统初始化程序、A/D转换程序等。所有的程序均采用C语言编写，可以很方便地调试和下载程序代码。
4结束语
本系统采用PIC单片机实现了一个简易电阻测试仪，达到了系统基本要求，而且系统稳定，测量精度较高，相对误差小于1%，操作简单，具有较强的实用性。
参考文献
【关键词】节能；PIC16F685；TOP221；温度监控
1.引言
《国务院办公厅关于严格执行公共建筑空调温度控制标准的通知》（〔2007〕42号）中规定：所有公共建筑内的单位，包括国家机关、社会团体、企事业组织和个体工商户，除医院等特殊单位以及在生产工艺上对温度有特定要求并经批准的用户之外，夏季室内空调温度设置不得低于26摄氏度，冬季室内空调温度设置不得高于20摄氏度。目前，室内空调温度设置超出上述范围的情况相当普遍，而现有的插座普遍不具备温度检测、智能通断电功能，无法判断室内温度是否在规定的范围内，不能在室内温度超出规定时进行提示，造成了电能的极大浪费。基于此本文设计了一种可以监控室内温度并提示或者自动切断电源的插座，可以很好地解决这个问题。
2.系统整体结构
如图1智能插座系统框图所示，本设计包括以单片机PIC12F685为核心的控制电路，空调电流检测电路，继电器电路，温度测量显示电路，蜂鸣器指示灯电路和为整体电路提供工作电源的直流稳压电源电路。
本设计中，当室内温度低于20摄氏度或者高于26摄氏度时，自动接通空调电源，允许空调运行。当室内温度在20至26摄氏度之间时，若空调不处于运行状态则自动断开空调电源，最大限度地节省待机功耗；若空调正在运行，则蜂鸣器发出信号，提醒工作人员温度超出规定范围，需要调整，从而达到节约电能的目的。
2.1 空调电流检测电路
如图2所示，空调工作电流检测电路中的电流互感器的源端接交流输入电压的两端，空调工作电流检测电路的信号输出端接单片机PIC12F685的采样输入端RA0。空调电流检测电路主要由电流互感器T1和取样电压电阻R15，比例放大电阻R14、R16、高频抑制电容C1、运算放大器LM358A、负载电阻R17、以及整流二极管D3、滤波电解电容C3组成。电流互感器T1初级的两个输入端连接在空调电源电路上，次级与取样电压电阻R15并联，取样电压电阻R15的电压信号与运算放大器LM358A的反相端2脚连接，运算放大器LM358A的1脚输出放大的交流电压信号端连接整流二极管D3，在整流二极管D3的输出端连接滤波电解电容C3。电阻R15将感应的交流充电电流转换成交流电压；运算放大器LM358A被接成反相放大器，反相放大器增益在这里仅由R14和R16的取值决定：K=R16/R14，当蓄电池开始充电时，感应的交流电流信号经R15转换为交流电压信号后输入LM358A的反相端2脚进行放大，运算放大器LM358A的1脚输出放大的交流电压信号，通过二极管D3整流，C3滤波将交流电压信号平均为直流电平信号，连接单片机PIC12F685的RA0端采样端口部分。
2.2 温度测量显示电路
温度测量采用DS18B20温度传感器。DS18B20 数字温度传感器是美国 DALLAS 半导体公司生产的新一代适配微处理器的智能温度传感器,它采用单总线协议，可直接数字化输出、测试。全部传感元件及转换电路都集成在形如一只三极管的集成电路内；测温范围－55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃，可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温；测量结果直接输出数字温度信号,同时可传送 CRC 校验码,具有极强的抗干扰纠错能力。适应电压范围宽：3.0-5.5V,单总线上外接一个4.7 K的上拉电阻,以保证总线空闲时, 状态为高电平。
温度显示采用两位一体共阳数码管SM41052A，由三极管S9012驱动。S9012集电极接5V直流稳压电源的输出端，基极通过电阻与单片机PIC12F685的RB7、RB6，发射极接两位一体共阳数码管的位选端，数码管的段选端经限流电阻接单片机PIC12F685的输出端RC7：RC0。
2.3 继电器电路
如图3继电器电路所示，继电器电路由5V继电器K1、三极管Q1(S9012)和整流二极管D1构成，继电器K1的线圈一端接5V直流稳压电源的输出端，另一端与三极管Q1的集电极连接，三极管Q1的基极通过电阻R1与单片机PIC12F685的继电器驱动输出端RA5连接，发射极接地。继电器K1线圈的两端并联整流二极管D1,在三极管Q1截止后为继电K1线圈中的电流提供一条回路，从而避免线圈产生过大的感应电势损坏三极管。
2.4 直流稳压电源电路
为了提高电能利用率，保证电路工作的稳定性、可靠性，最大限度的减少由电源波动带来的误操作，本设计中采用以TOP221单片开关电源为核心的开关电源电路
如图4所示，交流电AC由两个AC接点Port2、Port3输入，经C11和T2组成的EMI滤波器抑制电磁噪声，进入整流电路D4。整流后的脉动直流电经C5滤波，提供给TOP221开关调制电路。
高频变压器T3的次极绕组有两个，一个是主绕组，它提供电源的主能量，高频电压经肖特基二极管SB540整流后由滤波电容C4,C8滤波，再经电感L1组成低通滤波器向负载输出。L1主要是抑制高频噪声向负载输出，以防止负载受其干扰。输出端的电解电容C9是为了降低输出的交流纹波系数而加的，它主要是降低输出直流电压的交流纹波。另一个次级绕组组成反馈电压绕组，由二极管1N4148整流后加在光敏管PC817两端，输出的反馈电压加在光耦的二极管正极上，电阻R21和高精度可调稳压管TL431组成基准电压源，为光耦提供基准电压，这样光耦中的二极管的发光强度是由输出电压控制的，经光耦耦合到T4的控制端，从而实现脉宽的可控，达到稳压目的，为后续电路提供稳定低电压工作电源。
该电源的输入电压范围可达85-
265VAC，输出电压为5V，可提供0.8A的电流输出。负载调整率为±1%，电源效率约为70%，输出纹波电压小于50mV。
3.系统软件流程
系统的软件流程图如图5所示。
4.系统测试
将此设计中的智能插座的插头插到室内电源上，再将空调插头插到智能插座上，通过调整出三种室内温度进行测试，分别为18℃、23℃、27℃，配合空调遥控器的控制，测出此智能插座完全实现预期功能，工作安全可靠。
5.结语
本文设计的空调专用智能插座采用了高精度温度传感器DS18B20和直流稳压电源，温度测量准确，使用寿命长，减少对空调的影响。由单片机PIC16F685作为控制核心，只要温度超出〔2007〕42号文件规定的温度范围，就会发出提示信号，提醒室内人员调整空调的设定温度，从而节省了宝贵的电力资源。同时，在文件中规定的不需要开空调的温度范围内断开电源也在一定程度上节省了待机功耗，延长空调寿命。
参考文献
[1]Microchip公司.PIC16F685/687/689/690
数据手册(初稿)[Z].2006.
[2]郑殿春,窦玉雷,王新月.暂态电压下变压器线圈电感参数的计算[J].哈尔滨理工大学学报,2010,15(5):31-34,39.
[3]刘志铮,冯国会,王丽.某档案馆空调系统测试与能耗分析[J].2010(1):23-26.
[4]董圣英,姜倩倩.TOP221P在开关电源中的应用[J].科技信息(学术研究),2008(18):
81-83.