为您找到与单片机抗干扰电路图相关的共9个结果:
单片机控制系统已得到广泛应用,在应用现场存在着各种各样干扰源,他们对单片机应用系统的工作会产生很大影响。这些干扰可能来自应用系统自身,也可能来自供电系统、宇宙空间和工业现场。为了保证控制设备工作的安全可靠,在应用系统设计时就必须考虑到系统的抗干扰性能。以下是读文网小编为大家精心准备的:浅谈单片机应用系统的抗干扰技术相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
随着计算机技术的普及,系统工作可靠与否已经成为了系统能否发挥作用及工作成败的重大问题。单片机本身的干扰是最致命的干扰。单片机常常由于受到干扰而不能按正常执行程序,从而引起混乱。防止单片机“死机”的干扰技术主要从软件和硬件两个方面考虑。在硬件采用切断干扰传播路径,提高敏感器件的抗干扰性能;在软件上采用软件陷阱技术防干扰引起程序跑飞,并对两个可能存在的隐患采取有效的措施。
1.1 看门狗
看门狗是由CPU 控制的定时器,可以用来监视软件的运行及系统的工作状态,分为1 级看门狗和2 级看门狗。定时脉冲是由硬件直接产生或用单片机的ALE 信号。2 级看门狗额度两个定时器是同步进行的,因其定时器是同时清除的。
(1)级看门狗的定时器1 的定时长度为t1, 主程序循环周期为T,设计T 和t1 为T
(2)级看门狗是较完备的,它可使系统恢复到较理想的程度。定义2 级看门狗定时器2 的定时长度为 t2 ,设计 t2 为:t2>t1>T,0
1.2 远端强制复位
该技术用于单片机多机通信时,主机给从机复位。此技术不占用系统资源,在程序设计时也不用增加多余语句。设计一个监控电路,监视主机给从机传输命令的信道。合理安排工作时序,每隔一定时间,主机发出各种命令从机予以响应。若从机受到干扰失控,主机可以从应答命令的情况判断出,然后对其停止一定时间的控制操作。从机的通道监视电路收不到信号时,控制复位电路产生Reset 信号,使单片机系统复位。
以上介绍了单片机应用系统的二种抗干扰的硬件技术,除此之外还可以针对不同的干扰源采取不同的抗干扰措施。如针对电磁干扰,可采用屏蔽易干扰的电路、设备或直接屏蔽辐射源的方式达到抑制干扰的效果;针对过程通道干扰可采用光电耦合隔离、双绞线传输等方式抑制干扰;而对于抑制供电系统的干扰,则可采用使用交流稳压器、分立式供电、用低通滤波器过滤高次谐波等方式。
(1)单片机的程序能够井然有序的进行,要使程序运行环境安全可靠,一是硬件基础必须可靠,有足够的能力承担程序的运行压力,二是软件必须可靠,软件的可靠性体现在两个方面:足够的容错设计和初始化数据存储器。
1)足够的容错设计
尽管单片机拥有许多抗干扰的机制,但由于其工作环境太过复杂,干扰还是不能避免的。除外界环境对单片机的干扰之外,还存在许多人为因素与硬件因素造成的干扰,比如操作失误、硬件出错等,因此在设计软件是还要有足够的容错设计,在单片机应用系统受到不正常激励信号的时候,足够的容错设计能屏蔽掉大部分的不正常激励信号,对于那些没有被屏蔽掉的不正常激励信号,软件的容错设计能对其进行有序化处理,是单片机应用系统在受到不正常激励信号干扰的情况下还能保证程序的正常运行,除此之外,足够的容错设计还能减轻干扰对单片机应用系统的影响。
2)初始化数据存储器
在单片机应用系统运行过程中,存在血多数据处理、数据存储的问题,因此,数据存储对于单片机应用系统是非常重要的。当单片机刚上电时,单片机应用系统及数据存储器会有所不稳定,如果直接使用数据存储器,可能会导致数据出现偏差。所以,在设计软件时,应注意对数据存储器的初始化,增强软件的可靠性。
(2)单片机应用系统的软件抗干扰措施
1)设计软件陷阱技术
我们现在采用设置软件陷阱的方法拦截紊乱程序,将计数器引向一个制定的位置,然后执行一段对程序运行出错的处理解决程序。以下为陷阱设计的一般运用方案。ERROR 为指定位置,出错处理程序软件陷阱可安排在下面几个数据区进行有效处理。
中断向量区未使用的部分区域。当干扰源程序使未使用的中断开放,并加以激活这些中断后,一般引起系统程序的紊乱,及时捕捉到错误的办法一般是在中断位置设置软件陷阱。软件程序数据区域,一般运用指令冗余技术加以解决紊乱的程序在用户程序内部跳转,亦可以设置相关的软件陷阱,从而阻止程序紊乱。单片机的程序一般经常采用模块化设计,模块化设计程序是由一系列指令完成的,所以不能在这些指令中随意插入陷阱,一般将陷阱处理软件指令分布在各应用模板的空余数据单元里。正常程序中不会执行这些陷阱软件指令,如果程序紊乱从而进入陷阱区,则马上会将程序引入正确pc 计数器。
2)监视跟踪定时器
当程序跑飞进入死循环时,以上的方法均不能解决这种情况,这时应使用监视跟踪定时器解决,该技术就是不断监视程序循环运行时间间隔,若发现时间间隔超过已知的循环设定的时间间隔,就可以认定程序以进入死程序,然后加跳转指令LJMP 使程序返回到入口地址0000H,在0000H 添加相关的出错处理程序指令,使系统重新运行正常。
在日常生活中,单片机必不可免的会受到干扰,干扰对单片机造成的影响是难以想象的。我们必须对单片机的抗干扰性进行研究和探索,对单片机的各个运行过程了如指掌,才能更好的研究单片机,开发单片机,对单片机的系统应用采取全方位的保护。
相关
浏览量:15
下载量:0
时间:
单片机经过几十年的发展,目前已经广泛应用于生产生活的各个领域。全国高等院校的计算机科学与技术专业和电子信息工程等专业,已经普遍开设了单片机相关的课程。《单片机作为一种电子控制元件,越来越多地用于社会的各个领域。当代的工科大学生要求对于单片机技能有一定的掌握。以下是读文网小编为大家精心准备的:浅谈学生创新实践能力培养的单片机教学方法的改革相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
单片机从问世以来,对于人类的生活和社会的进步起到了巨大的推动作用。单片机的飞速发展也在越来越多地促进人类文明的进步。对于当今接受工科高等教育的人群来说,掌握单片机的实用技能,更好地利用单片机带来的优势;掌握单片机的开发技能,更好地设计实用产品;掌握单片机系统的维修维护技能,更好地发挥单片机的作用,都是必要的。
目前,单片机被广泛地应用于生产、生活的各个领域,在控制系统、测试系统上发挥着作用。如机床设备上的电子控制,能够使劳动生产率提高并保证产品质量;汽车电子控制系统和电控技术的完善,也在促进汽车的智能化、舒适化的发展;家电产品中的电控系统更是不可或缺的,为人类生活质量的提升提供了高效快捷的方法。
单片机课程是电子技术专业学生必修的一门重要专业基础主干课程,也是一门理论与实际密切结合的课程;是学生必修的一门重要专业基础主干课,也是一门理论与实际密切结合的课程,同时还是学生进行完整的智能电子产品开发必修的课程之一。学生对该课程内容掌握的程度直接影响其专业课程的学习和专业技能的提高,对于人才素质的培养起着举足轻重的作用,因此,对于单片机课程在工科专业的设置是必要的;另外,对于单片机知识的了解、学习、掌握也都是必要的。这就对于单片机教学如何顺利地开展,教师教学能力的提高,学生学习程度的深化,提出了更高的要求。本文正是在实践教学经验的基础上,总结了近年来单片机教学的问题和弊端,在与时俱进的思想引导下,提出了基于学生创新实践能力培养的单片机教学方法的改革思路。
2010 年,教育部基于国务院《国家中长期教育改革和发展规划纲要(201—2010 年)》和《国家中长期人才发展规划纲要(2010—2020 年)》的相关内容,提出了卓越工程师培养计划。该计划的主要目标是:面向工业界、面向未来、面向世界,培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才,为建设创新型国家、实现工业化和现代化奠定坚实的人力资源基础,增强我国的核心竞争力和综合国力。
笔者依据十余年的单片机教学经验,总结了单片机教学中存在的问题,目的是根据存在的普遍问题找到解决方法,更好地促进单片机教学。
1.传统的书本知识讲解方式。现在仍然在单片机的教学中存在单纯的书本知识教授的实例。教师在课堂教学中,按部就班,照本宣科地把书本知识灌输给学生。这种方法对于学生兴趣的培养不利,单片机课程本身就是枯燥难懂的理论知识,这种讲述方式不可能给学生以直接的刺激以激发学生的学习兴趣。有文献指出单片机课程具有如下特点:实践性强,课程本身对学生的理论基础要求不是很高,它侧重于具体技术在工程中的应用。但是这种认知也是有局限的,基础和理论知识必不可少,只是把精力完全放在理论知识的教授与学习上,对于单片机的掌握是远远不够的。
2.单片机知识的孤立讲解,与前续知识的衔接困难。单片机技术是与数字电子、模拟电子、计算机基础等理论知识密切相关的学科,孤立的讲解一定是不见成效的,如何使前续知识可以融合于后续的单片机学习也是教学环节必须注意的问题。
3.学生学习兴趣难以保证,课堂教学质量难以保证。基于以上的教学现状,学生的学习状态可想而知,完全是晦涩的知识传授,学生不知道学到什么程度,怎么学以致用,导致学生的学习主动性不高,很多学生对单片机的学习是知难而退,提不起兴趣,干脆放弃。
4.单片机的实验环节设置不足。几个学时的实验环节,基本上只能满足演示实验的时间要求,因此,学生的实际动手能力培养流于形式。
5.现有考核形式的弊端,以试卷的形式考核单片机知识的掌握无疑是不恰当的。这种考核形式也是与采用传统的教学方法的弊病之一,对于学生的考核还停留在对于知识点的记忆上,而忽视了单片机教学是要学以致用的宗旨。
注重能力培养无疑是单片机教学的重中之重,单片机课程在所有的工科专业课程中是最容易与实践结合的一门课程,对于学生自主学习能力的培养,创新思维的锻炼,实践能力的拓展都具有积极的意义。关于单片机教学的几点改革意见可以概括为:
1.从课程导入环节入手,设置实物展示与学生制作的产品展示环节,形象直观地告诉学生,通过单片机课程的学习,能学到什么,通过学习可以做什么。激发了学生的学习兴趣,学生才有可能在学习碰到困难时,正视困难,不逃避,不半途而废。这节导入课,对于单片机这门比较特殊的课程来说,是关键,是必不可少的环节。
2.克服传统教学的弊端,做到知识讲授与掌握程度的最大化。这就要求对课堂的教学时间的有效利用,教师对于教授内容的合理设计,有效地利用教学视频,与应用仿真软件的有效结合,丰富学习的手段,取得高效的学习收获。
3. 学生自主学习能力培养的必要性。单片机的实际应用特征决定,对于单片机的学习不能单纯局限于对课堂时间的利用,课下的消化理解,实践动手,都是必不可少的环节。学生要有效地利用网络学习资源,对于疑难问题寻根溯源,对于相关软件进行学习与操作,对于单片机开发系统进行实际操作,这样才能真正地学好单片机,用好单片机。
4.依靠开展学习兴趣小组,以团队学习的形式,巩固课堂知识。仅凭学生吃大锅饭喝大锅粥,使所有学生都能够在单片机学习中得到好成绩是不现实的,特别是对于非计算机电子专业的学生而言。依靠学生的兴趣选择,成立针对不同目标的学习兴趣小组,划分的依据可以是以对于课程掌握要求一类,做实际的不同产品设计一类。团队学习的形式可以实现优势互补,取长弊短,促进共同学习,小组之间也可以以实际的产品开发等成果进行交流,进而带动其他学生的学习积极性。
5.对于单片机学习的教学政策支持,也是尤为关键的。对于电子控制技术发展在社会生活各个环节的普及,使得单片机越来越重要,工科院校的各类专业不仅要开设单片机课程作为专业必修课,更要在实验条件、师资上给予重视和支持,老师教得好,有方法,可以更好地引导学生。实验条件和配套设施的购置和使用,使学生的动手能力得到锻炼。学校的学生创新项目的立项和资助上也应该向单片机控制方向的课题倾斜,让学生有更多的机会实现自己的创新思维,把idea 转化为产品。鼓励学生积极参加和参与各类各项的单片机方面的比赛,提升学生的实践能力和动手能力将不再是纸上谈兵。
对于有效的单片机学习方法进行总结,具体的学习过程按照理论学习→入门→能力训练→创新与实践→产品开发与设计→产品成果的过程进行,其中理论学习与能力训练作为基础环节,两者相辅相成,在同步的学习中,找到单片机的学习技巧,培养技能,从编程软件的运用,硬件设计的环节获得能力提升。
但是,单片机的学习不会只局限于理论学习能力和虚拟软件的应用能力,就连单片机开发板也只能作为学习单片机的工具。对于产品的开发设计环节要求学生首先有一个创新思想的切入点,对于某个产品进行实际的设计理念,从硬件设计,到硬件系统的合理搭建,再进行相关的软件编程。而实现产品的功能,最终,进行性能的可靠性调试,完成了单片机产品的设计。设计的产品成果可以充分体现学生的学习能力,学生的创新性思维,学生的实践能力。
近几年的教学实践证明了从教学方法进行改革和采用系统化的学习方法可以有效地促进学生对于单片机学习效率的提高。学生的实际产品成果,包括了汽车电动窗帘、药丸分装机、菌袋打孔机、自动装卸系统设计等。这些成果也充分证实了单片机的教学方法和学习方法的有效性,可以提高学生的学习能力,发挥学生的创新能力和实践能力,使得学生更早地接触产品设计,促进了能力培养。
对于单片机课程的掌握和良好运用无疑是一项巨大的工程,无论从教学方面而言,还是对学生的个体而言,学生的创新能力和实践能力的培养都被蕴含在具体的产品设计与开发中。对于当代大学生实现知识体系的完善化、系统化,通过单片机课程的学习和单片机控制产品的开发,无疑是一个好的切入点和有效手段。因此,今后工科学校的学生和教师不妨从单片机的学习入手,突破大学生实践创新能力培养的瓶颈。
相关
浏览量:2
下载量:0
时间:
采用C51单片机,根据节能环保的思想,利用光敏二极管电路来判断光线的强弱,来控制LED射灯亮与灭;通过控制PWM波的占空比来达到控制LED灯亮度变化的效果;经过测试,整个电路结构简单、工作稳定。以下是读文网小编为大家精心准备的:论基于51单片机控制的智能LED灯相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
【摘要】:本文中的基于51单片机控制的智能LED灯利用光感技术检测周围光的强度信号,同时热释电红外传感器采集了人体热释电传感信号,将信号传送到处理器,同时再利用单片机的功能来实现控制LED灯的开关调节。
【关键词】: 单片机 闭环回路控制 智能led灯
随着社会的发展人们对生活质量的要求越来越高,照明在能耗中所占的比例日益增加,照明也早已成为我们生活的不可或缺的一部分。在当今社会中,比较普遍使用的有通过声音、触摸、光感等来控制的照明灯具。然而这些都有一定的局限性,不能得到最大化的利用。
LED灯寿命比较长、省电、比较环保,正式由于这些优点的存在以及等下对LED灯的大力研究,因而LED灯走上了历史的舞台。采用LED灯作为我们社会的首选照明用具,肯定可以节约很多电能,节电的意义非凡,不但减少发电过程中的污染,还能为我们的后代留下财富。因此节电是件利国、利民、利己的好事。而本设计能最大限度的节省日常照明所消耗的电能,有着巨大的经济环境效用。
1.1控制板
控制板主要由以下几个部分组成:
MCS-51单片机、8位的微处理器、片内为128个字节,片外最多可外扩至64k字节数据存储器、程序存储器、5个中断源,2级中断优先权的中断系统、2个16位的定时器/计数器、1个全双工的串行口、4个并行8位I/O口、21个特殊功能寄存器。
1.2光照检测
方案一、采用光敏二极管或三极管等光传感器件把环境亮度转换成相应的数字电平,然后直接接入单片机IO引脚。
方案二、采用光敏电阻把环境亮度转换成相应的电压值(模拟值),然后通过运放后给单片机输入一个标准的数字信号。由于光敏电阻属于纯阻性器件,所以采用方案一。
1.3人体检测
人体检测主要通过菲涅尔透镜来完成,当人进入感应范围,人体释放的红外光透过镜片被聚集在某个同心环上,然后生成一个光信号,再通过探头将光信号转换成电信号来工作。
1.4热释电传感器
热释电红外线传感器用于检测人体辐射的红外线,然后通过一定的方式转换成电压信号,将电压信号投入到工作中。
人体热释电检测电路图如下:
检测对象—菲涅尔透镜—热释电红外传感器—信号处理电路—Vm
1.5照明设备驱动
方案一、采用可控硅控制。可控硅又称晶闸管,是一种具有三个PN结的四层结构的大功率半导体器件。其具有体积小、结构相对简单、功能强等特点,是比较常用的半导体器件之一。
方案二、采用继电器控制。继电器是一种当输入电、磁、声、光、热等达到一定值时,输出量发生跳跃式变化的自动控制器件。其动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小,所以广泛应用于运动、遥控、电力保护、自动化、测量和通信等装置中。根据不同的结构,可以将其分为电磁继电器、热敏干簧继电器、固态继电器、磁簧继电器、光继电器等。由于电磁继电器简单易用,开关状态极其容易判断,所以本设计采用电磁继电器来控制。
首先光照射到LED灯系统上,软件系统会对光照进行检测以及做出相应的反应。亮度调节分为三个阶段,当周围光强信号高于设定值时所有LED灯关闭。当周围光强度信号低于设定值时控制器打开一部分LED灯,光强信号低于更小的设定值时在打开一部分LED灯,光强信号低于最小的设定值时全部LED灯打开。进入深夜则会自动变暗减少能耗,检测周围有人时根据此时光强情况调节亮度,达到最大限度的节约电能和却不影响正常照明的目标。
3.1工作电压低,能耗低的LED灯构成照明设备
相对于普通的led灯,我们的led灯有以下优点:
1)全自动光敏开关,节能省电;
2)天亮自动关闭,天黑会自动开灯,从此,孩子睡觉不再怕黑,同时告别晚上睡醒时强光对眼睛的刺激;
3)智能感应:当有人、车进入产品的探测范围后,智能感应器工作打开灯具,离开探测范围后自动熄灭;
4)智能延时:智能感应灯以检测到的最后一次活动物体的时间为起始点,自动延时熄灭,不会造成中途熄灭的情况;
5)工作方式:感应开关接通后,在延时时间段内,如有物体活动开关将持续接通,直到活动物体离开;
6)亮度调节:根据外界的光线强度,自动识别白天黑夜,控制开关是否工作,并且可通过51单片机控制led灯的驱动电路来调节其亮度,达到节能的效果;
7)发光效率高,消耗的能量较同光效的白炽灯较少80%,较荧光灯减少50%;
3.2利用MCS-51单片机进行控制MCS-51单片机具有以下几个优点:
1)可靠性高;
2)控制功能强。具有丰富的控制指令;
3)实用性好。体积小,功耗低,价格便宜,易于产品化;
3.3多个led灯并联集成在一起控制亮度
通过光敏电阻检测外部光亮,然后通过51单片机控制led灯的亮灭个数,从而达到亮度控制。
相关文章:
浏览量:3
下载量:0
时间:
单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机,和计算机相比,单片机只缺少了I/O设备。概括的讲:一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时,学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。以下是读文网小编今天为大家精心准备的:基于16位单片机的语音电子门锁系统相关论文,内容仅供参考,欢迎阅读!
摘要:介绍采用声纹识别技术、在凌阳SPCE061A单片机上实现的一种语音电子门锁身份认证系统。实验结果表明,系统性能稳定,识别效果好,可以推广使用。
关键词:声纹识别 基于周期 线性预测 模式匹配 DTW
生物识别技术是利用人体生物特征进行身份认证的一种技术,是目前公认的最为方便与安全的识别技术。由于每个人的生物特征具有与其他人不同的唯一和在一定时期内不变的稳定性,不易伪造和假冒,所以利用牲识别和技术进行身份认证,安全、准确、可靠。
在生物识别领域中,声纹识别,也称为说话人识别,以其独特的方便性、经济性和准确性等优势受到世人瞩目,并且益成为人们日常生活和工作中重要且普遍的安全认证方式。声纹识别是一种根据说话人语音波形中反映说话人生理和行为特征的语音参数,自动识别说明人身份的技术。
声纹识技术可分为两类,即说话人辨认和说话人确认。前者用以判断某段语音是若干人中的哪一个所说的,是多选一的问题;而后者用以确认某段语音是若干人中的哪一个所说的,是多选一的问题;而后者用以确认某段语音是否是指定的某个人所说的,是一对一判别的问题。从另一方面,声纹识别又有与文本有关和与文本无关两种,根据特定的任务和应用,应用范围不同。与文本有关的声纹识别系统要求用户按照规定的内容发音,每个人的声纹模型逐个被精确地建立,而识别时也必须按规定的内容发音,因此可以达到较好的识别效果;而与文本无关的识别系统则不规定说话人的发音内容,模型建立相对困难,但用户使用方便,应用范围较宽。
本文介绍的语音电子门锁是一种在凌阳16位单片机SPCE061A上实现的与文本有关的说话人确认系统。该系统主要由说话人识别模块、门锁控制电机以及门锁等部分组成。在训练时,说话人的声音通过麦克风进入说话人语音信号采集前端电路,由语音信号处理电路对采集的语音信号进行特征化和语音处理,提取说话人的个性特征参数并进行存储,形成说话人特征参数数据库。在识别时,将待识别语音与说话人特征参数数据库进行匹配,通过输出电路控制门锁电机,最终实现对门锁的控制。
说话人识别算法原理框图如图1所示。
1.1 预处理
(1)去噪
对麦克风输入的模拟语音信号进行量化和采样,获得数字化的语音信号;再将含噪的语音信号通过去噪处理,得到干净的语音信号后并通过预加重技术滤除低频干扰,尤其是50Hz或60Hz的工频干扰,提升语音信号的高频部分,而且它还可以起到消除直流漂移、抑制随机噪声和提升清音部分能量的作用。
(2)端点检测
本系统采用语音信号的短时能量和短时过零率进行端点检测。语音信号的采样频率为8kHz,每帧数据为20ms,共计160个采样点。每隔20ms计算一次短时能量和短时过零率。通过对语音信号的短时能量和短时过零率检测可以剔除掉静默帧、白噪声帧和清音帧,最后保留对求取基音、LPCC等特征参数非常有用的浊音信号。
1.2 特征提取
在语音信号预处理后,接着是特征参数的提取。特征提取的任务就是提取语音信号中表征人的基本特征。
1.2.1 特征参数的选取
特征必须能够有效地区分不同的说话人,且对同一说话人的变化保持相对稳定,同时要求特征参数计算简便,最好有高效快速算法,以保证识别的实时性。
说话人特征大体可归为下述几类:
(1)基于发声器官如声门、声道和鼻腔的生理结构而提取的参数。如谱包络、基音、共振峰等。其中基音能够很好地刻画说话人的声带特征,在很大程度上反映了人的个性特征。
(2)基于声道特征模型,通过线性预测分析得到的参数。包括线性预测系数(LPC)以及由线性预测导出的各种参数,如线性预测倒谱系数(LPCC)、部分相关系数、反射系数、对数面积比、LSP线谱对、线性预测残差等。根据前人的工作成果和实际测试比较,LPCC参数不但能较好地反馈声道的共振峰特性,具有较好地识别效果,而且可以用比较简单的运算和较快的速度求得。
(3)基于人耳的听觉机理,反映听觉特性,模拟人耳对声音频率感知的特征参数。如美国尔倒谱系数(MFCC)等。MFCC参数与基于线性预测的倒谱分析相比,突出的优点是不依赖全极点语音产生模型的假定,在与广西无关的说话人识别系统中MFCC参数能够比LPCC参数更好地提高系统的识别性能。
此外,人们还通过对不同特征参数量的组合来提高实际系统的性能。当各组合参量间相关性不大时,会有较好的效果,因为它们分别反映了语音信号的不同特征。
在计算机平台的仿真实验中,通过各种参数的实际比较,采用MFCC参数比采用LPCC参数有更好的识别效果。但在SPCE061A平台上做实时处理时,与LPCC系统相比,MFCC系数计算有两个缺点:一是计算时间长;二是精度难以保证。由于MFCC系统的计算需要FFT变换和对数操作,影响了计算的动态范围;要保证系统识别的实时性,就只有牺牲参数精度。而LPCC参数的计算有递推公式,速度和精度都可以保证,识别效果也满足实际需要。
本系统采用了基音周期和线性预测倒谱系数(LPCC)共同作为说话人识别的特征参数。
1.2.2 LPCC参数的提取
基于线性预测分析的倒谱参数LPCC可以通过简单的递推公式由线性预测系数求得。递推公式如下:
其中p为LPC模型的阶数,也是模型的极点个数。
(1)LPC模型阶数p的确定
为使模型假定更好地符合语音产生模型,应该使LPC模型的阶数p与共振峰个数相吻合,其次是考虑声门脉冲形状和口唇辐射影响的补偿。通常一对极点对应一个共振峰,10kHz采样的语音信号通常有5个共振峰,取p=10,对于8kHz采样的语音信号可取p=8。此外为了弥补鼻音中存在的零点以及其他因素引起的偏差,通常在上述阶数的基础上再增加两个极点,即分别是p=12和p10。实验表明,选择LPC分析阶数p=12,对绝大多数语音信号的声道模型可以足够近似地逼近。P值选得过大虽然可以略微改善逼近效果,但也带来一些负作用,一方面是加大了计算量,另一方面有可能增添一些不必要的细节。
(2)线性预测系数的求取
自相关解法主要有杜宾(Durbin)算法、格型(Lattice)算法和舒尔(Schur)算法等几种递推算法。其中在杜宾算法是目前最常用的算法,而且在求取LPC系数时计算量也量小,本系统采用该递推算法。
1.2.3 基音参数的提取
基音估计的方法很多,主要有基于短时自相关函数和基于短时平均幅度差函数(AMDF)等基音估计方法。
(1)基于短时自相关函数的基音估计
短时自相关函数在基音周期的整数倍位置存在较大的峰值,只要找出第一最大峰值的位置就可以估计出基音周期。
(2)基于短时平均幅度差函数(AMDF)的基音估计
基于短时平均幅度差函数(AMDF)在基音周期的整数倍位置存在较大的谷值,找到第一最大谷值的位置就可以估计出基音周期。这种方法的缺点是当语音信号的幅度快速变化时,AMFD函数的谷值深度会减小,从而影响基音估计的精度。
实际上第一最大峰(谷)值点的位置有时并不能与基音周期吻合,第一最大峰(谷)值点的位置与短时窗的长度有关且会受到共振峰的干扰。一般窗长至少应大于两个基音周期,才可能获得较好的估计效果。语音中最长基音周期值约为20ms,本系统在估计基音周期时窗长选择40ms。为了减小共振峰的影响,首先对语音进行频率范围为[60,900]Hz的带通滤波。因为最高基音频率为450Hz,所以将上限频率设为900Hz可以保留语音的一、二次谐波,下降频率为60Hz是为了滤除50Hz的电源干扰。
以上两种方法都是对语音信号本身求相应的函数。本系统采用的基音估计方法是:首先对带通滤波后的短时语音信号进行线性预测,求取预测残差;再对残差信号求自相关函数,找出第一最大峰值点的位置,即得到该段语音的基音估计值。实验表明,通过残差求取的基音轨迹比直接通过语音求取的基音轨迹效果更好,如图2所示。图2中横坐标为语音帧数,纵坐标为8000/f,其中f为基音频率。
1.3 模式匹配
目前针对各种特征参数提出的模式匹配方法的研究越来越深入。典型的方法有:矢量量化方法、高斯混合模型方法、隐马尔可夫模型方法、动态时间规整(DTW)方法和人工神经网络方法。
这些方法都有各自的优点和缺点。其中DTW算法对于较长语音的识别,模板匹配运算量太大,但对短语音(有效语音长度低于3s)的识别既简单又有效,而且并不比其他方法识别率低,特别适用于短语音、与文本有关的说话人识别系统。本系统采用端点松驰两点的(DTW)算法,端点松驰引起的计算量增加并不大,还可以放松对端点检测的精度要求。
动态时间规整(DTW)算法基于动态规划的思想,解决了说话人不同时期发音长短、语速不一样的匹配问题。DTW算法用于计算两个长度不同的模板之间的相似程度,用失真距离表示。假设测试模板和参考模板分别用T和R表示,按时间顺序含有N帧和M帧的语音参数(本系统为12维LPCC参数),失真距离越小,表示T、R越接近。把测试模板的各个帧号n=1~N在一个二维直角坐标系中的横轴上标出,把参考模板的各帧号m=1~M在纵轴上标出,如图3所示。通过这些表示帧号的整数坐标画出纵横线即形成网络,网格中的每一个交叉点(n,m)表示测试模板中某一帧与参考模式中某一帧的交会点,对应两个向量的欧氏距离。DTW算法可以归结为寻找一条通过此网格中若干交叉点的路径,使得该路径上节点的距离和(即失真距离)为最小。对于端点松弛的情况,路径搜索原理相同,只是增加了搜索路径。
语音电子门锁系统的核心是说话人识别模块。包括按键输入、语音信号采集、语音信号处理、FLASH存储扩展、扬声器输出、控制输出以及LCD模组等。说话人识别模型的原理框图如图4所示。其核心为语音信号处理,本系统选用特别适用于数字语音识别领域的凌阳16位单片机SPCE061A,并通过SPCE061A实现对其他各组成部分的编程控制。
SPCE061A是凌阳公司开发的一种性价比非常高的16位单片机。在2.6V~3.6V工作电压范围内,工作频率范围为0.32MHz~49.152Mhz,较高的处理速度使其能够非常容易、快速地处理复杂的数字信号;中断系统支持10个中断向量以及14个可来自系统时钟、定时器/计数器、时间基准发生器、外部中断、键唤醒、通用异步串行通信及软件中断的中断源,非常适合实时应用领域;内嵌2K字的SRAM和32K字的FLASH,具有32位可编程的多功能I/O端口;包含有7通道10位通用A/D转换器和内置麦克风放大器与自动增益控制AGC功能的单通道声音A/D转换器,以及具有音频输出功能的双通道10位D/A转换器;SPCE061A采用CMOS制造工艺,同时增加了软件激发的弱振方式、空闲方式和掉电方式,系统处于备用状态下(时钟处于停止状态),耗电仅为2μA3.6V,极大地降低了其功耗;另外,μ’nSPTM的指令系统还提供具有较高运算速度的16位×16位的乘法运算指令和内积运算指令,为其应用增添了DSP功能,在复杂的数字信号处理方面既非常便利,又比专用的DSP芯片便宜得多.
说话人识别模块各组成部分完成的功能如下:
(1)按键输入部分:共有数字键、训练键、删除键、确认键和取消键等16个按键,用于密码输入和工作模式选择。采用4×4矩阵式键盘输入,只使用具有键唤醒功能IOA的低8位,可以合理利用硬件资源,且编程灵活。
(2)语音信号采集部分:通过SPCE061A内置麦克风放大器与自动增益控制AGC功能的单通道声音A/D转换器完成8kHz语音信号采集。
(3)FLASH存储扩展部分:用于存储说话人的个性特征参数参考模板。
(4)扬声器输出部分:通过SPCE061A具有音频输出功能的双通道10位D/A转换器完成用户训练、识别等各种操作的语音提示。
(5)控制输出部分:通过SPCE061A的可编程I/O口控制门锁控制电机。
(6)LCD模组部分:用以显示系统的工作状态,该部分根据成本和实际需要可选。
(7)SPCE061A:说话人的语音信号处理以及各部分的编程控制均由SPCE061A完成。
说话人识别模块有三种工作模式:训练模式、认证模式和密码模式,这三种模式都可通过工作模式按键选择。
(1)训练模式,说话人的声音通过麦克风进入语音信号采集前端电路。第一次语音输入时,由16位单片机SPCE061A对采集的语音信号进行处理,提取说话人的个性特征参数,并存储到外扩的FLASH内,形成说话人特征参数模板。可以进行三次训练,第二语音输入时,提取的个数特征参数与由第一次语音输入形成的特征参数模板进行匹配,在匹配距离小于模板更新阈值时,将说话人特征参数模板更新为两次特征参数的平均值。第三次语音输入时,提取的个性特征参数与由第一、二次语音输入形成的特征参数模板进行匹配,在匹配距离小于模板更新阈值时,将说话人特征参数模板更新为三次特征参数的平均值,形成最后的该说话人的特征参数模板。
(2)认证模式,同样通过麦克风录入说话人的声音,再由SPCE061A对采集的语音信号进行处理,将提取的说话人特征参数与存储在外扩FLASH内的特征参数模板进行匹配,匹配距离小于认证阈值时,通过认证;然后再判断匹配距离是否小于认证模式下的模板更新阈值,决定是否对模板进行更新。
(3)密码工作模式,在说话人感冒或其他使其声音发生暂时改变的情况下,可以采用长密码方式进行认证,以免因为非常原因被拒之门外。
另外,每个用户都有一个短密码(用户可自行修改),无论在训练模式还是认证模式都要输入此密码,以形成或找到与该用户相对应的特征参数模板。系统还设置一个具有长密码的超级管理员用户,可以通过键盘对用户模板进行添加或删除。
3 实验结果
对于说话人确认系统,表征其性能的最重要的两个参量是拒识率和误识率。前者是拒绝真实的说话人而造成的错误,后者是接受假冒者而造成的错误,二者与匹配阈值的设定相关。匹配阈值的设定与语音锁系统的应用场合、功能侧重有关,对于家庭、宾馆等门锁用户,要求误识率尽可能低,甚至为零;若用于公司员工考勤等同类功能,就不能有太高的拒识率。表1是对以下每种情况各进行100次实时匹配的结果,其中设定的阈值适合门锁用户。
表1 100次实时匹配结果
由以上实验结果可知,对于同一个人相同发送的拒识率为8%;对于同一个人相似发音情况,因为系统是对说话的人进行判别,对于这种情况,无论拒绝或接受都是合理的;对于同一个人不同发音和不同人发音的情况,误识率为零。使用录音机进行多次实验,通过认证的次数为零。对于门锁用户,这个结果十分理想的。若用于考勤等同类功能,可通过修改匹配阈值值实现。
声纹识别与其他生物识别技术相比,除具有不会遗失和忘记、不需记忆、使用方便等优点外,还具有以下特性:用户接受程度高,由于不涉及隐私问题,用户无任何心理障碍;声音输入设备造价低廉,而其他生特识别技术的输入设备通常造价昂贵。与利用虹膜、指纹和人脸等技术的门锁相比,基于SPCE061A构建的语音电子门锁系统具有成本低、使用方便、保密性好等优点。经大量实验测试表明,该系统性能稳定、识别效果好。下一步将进行小批量的试用,以发现问题并加以完善。但是,在环境噪声或干扰信号高于语音信号时,该系统将无法进行正确的语音识别,在背景噪声处理及其工程实际上还要进一步改进。
浏览量:2
下载量:0
时间:
与常规的充电器相比,多能源手机充电器有着明显的优势。以下是读文网小编为大家精心准备的:基于单片机的多能源手机充电器设计与研究相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
【摘要】:与常规的充电器相比,太阳能充电器有着明显的优势。文章介绍一种多用太阳能手机充电器,该设计利用单片机控制,用软件完成绝大部分任务,辅以简单的外围电路,实现软件和硬件的结合,便于手机的使用和能源的利用。
【关键词】:太阳能电池板 控制 单片机 DCDC变换器
由于化石燃料的燃烧,导致了全球环境污染和能源短缺,不可再生能源已经是进入紧急状态,能源危机越来越制约着国际社会经济发展,全球能源日益紧张并且环境污染越来越严重,我们必须开发使用清洁、可再生能源。目前使用最广泛的是太阳能、风能,同样温差能也开始受到广泛关注。
太阳能是一种可再生且无污染的自然资源。越来越多的国家已经使太阳能资源成为了各国经济发展的新动力。太阳能电池通过使用太阳发出的光能和材料相互作用产生电,来避免环境污染的可再生能源。这对改善生态环境,缓解温室气体等方面具有重要的意义。
风能,是一种公认的廉价环保且资源丰富的可再生能源。风能的储量非常丰富,并且是持续产生的。对于风力发电的技术相对成熟且开发成本较低,很适合大规模开发利用。由于风能具有该优点,所以得到了各国的高度重视和大力开发使用。
温差发电器是能将热能直接转化成电能的固态装置。美国科学家汤姆逊在研究鲨鱼鼻子时发现,鲨鱼将外界环境温差转换成电信号,传输给大脑来掌握海洋温度。并通过大量实验研究,发现了汤姆逊效应。基于该理论开发而成具有将温差转换成电压的半导体发电片。由于温差发电的转换效率低,造价高,仅在必要条件下才会使用,其开发潜力仍不小。
目前,采用单一的新能源技术充电,极易受到受环境影响,而达不到预期的发电效果。太阳能和风能两种资源都是取自自然环境,而自然环境又是瞬息万变的,所以采用单一的发电技术,很显然会存在不稳定的弊端,难以长期提供连续的电能。为了避免采用相当大的储电装置,对资金浪费,同时占用大量的场地。在此情况下,采用多种发电方式进行互补是必要的。根据我国所处气候区,该气候具有很强的互补性。例如冬天,太阳能辐射的强度较弱,风力较大;夏季,风力较小,太阳能辐射强度高。同时,白天风力较小,太阳能辐射强度大;黑天太阳能辐射强度接近为零,风力较大。因此,太阳能和风能具有极强的互补性。
2.1 系统整体结构设计
在全球能源危机越发显著的当下,开发和使用新能源已是大势所趋。为此,本课题在太阳能、风能、温差能方面,进行深度研究,提出并设计一套基于上述三种新能源技术的充电器,具体设计如下:硬件方面:新能源充电器主要由如下几部分组成:单片机模块、模数转换模块、液晶显示模块、降压稳压模块等。
系统由STC89C51 控制,模数转换芯片PCF8591 采集太阳能电池板输出电压电流、风力发电机输出电压,显示在液晶屏中;太阳能产生的电压,经降压稳压电路转换输出5V 电压,实现手机充电。温差能发电量较小,所以仅留出接口,方便采用万用表测量。
2.2 单片机系统电路设计
本设计中,微处理器选用STC89C51 单片机。51 单片机设计电源电路、复位电路、时钟电路,才可以使STC89C51 单片机稳定可靠地运行。设计中电源电路选用AOZ1016 降压稳压芯片,经过降压得到5.3V 电压,该电压可以满足单片机的正常工作。复位电路采用上电复位,实现上电后即复位。
时钟源电路采用无源晶振设计的,选用11.0592M 晶振作为系统的时钟源。此外,单片机直接驱动1602 液晶屏,显示电压信息。
2.3 降压稳压电路设计
本设计采用典型的BUCK 型电源芯片-AOZ1016 芯片作为降压稳压芯片。该芯片采用SO-8 封装设计而成,内部集成P 沟道场效应管和肖特基二极管,使外围电路非常简单。
2.4 A/D 转换电路设计
PCF8591 是具有IIC 总线接口的8 位A/D 及D/A 转换器。有4路A/D 转换输入,1路D/A 模拟输出。这就是说,它既可以作A/D 转换也可以作D/A 转换。A/D 转换为逐次比较型。电源电压典型值为5V。引脚功能如下:
PCF8591 芯片的模拟通道0 检测手机手机充电电压,模拟通道1 检测风能发电的电压,模拟通道2 检测太阳能电池板发电电压,模拟通道3 检测手机充电电流。
2.5 充电控制电路设计
在实际应用中,为了保护手机免收过高的电压冲击而烧坏,本系统设计了充电控制电路。结合A/D 转换电路,如果电压超过5.5V,则断开充电电路,从而保护手机。同时,也设计了按键控制充电回路通断的功能。
本设计的基本过程是从太阳能电池板获取太阳能后,进行电压的降压供系统供电和手机充电。而PCF8591 随时进行数模转换,将风能产生的电量、太阳能电池板发电电压、手机充电电压和电流等数据进行实时采集,然后进行LCD 液晶显示屏显示。另外,手机是否充电,以及充满电后,均通过单片机控制充电电路的通断。
本手机充电器系统的设计分为硬件电路设计和程序设计两个部分,硬件电路设计属于电路设计工作,通过对方案和可行性的分析,确定由89C51 单片机完成主电路的控制和测量,首先展开对主要电路与控制硬件电路设计,硬件电路的设计主要是设计电路原理图和原件,芯片参数的确定。在硬件电路设计上遇到不少麻烦,最初稳压电路想用LM7805,但后来发现设计要求中要求只利用升压,而LM7805 涉及降压,因此改换aoz1016 芯片来升压,再将电压输入usb 接口进行控制充电。并且在后期换掉了ADC0809 改用PCF8591这个四路的AD 进行数模转换。考虑到太阳能电池板输出电压随时波动,所以采用AOZ1016 降压稳压芯片,产生5.3V 的稳定电压,实现手机充电,并给单片机系统提供电源。采用51 单片机以及A/D 转换芯片,采集手机充电的电压值,并且显示在1602 液晶屏上。
本设计首先进行硬件设计和加工制作,在完成硬件加工,进行软件编程。最后得到完整的实物。通过对实物的功能测试,发现整个设计可以满足将太阳能为主要能源转换成电能,并直接给手机充电。在测试过程中,功能达到要求,符合设计需求,具有实际应用价值。
相关文章:
浏览量:3
下载量:0
时间:
单片机的使用领域已十分广泛,如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机,就能起到使产品升级换代的功效,常在产品名称前冠以形容词——“智能型”,如智能型洗衣机等。以下是读文网小编为大家精心准备的:浅谈基于单片机的数控直流电流源设计与仿真相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
在现代测控技术中普遍使用数控电源,由于普通电源在工作时会产生的误差,系统的精确度受到了影响。数控电源主要的发展方向,是针对上述缺点不断加以升级。微型单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了很好的发展条件,数控直流电流源是一种普遍使用的电子仪器,广泛应用于现代的教学实验和科学研究等领域。
数控直流电源设计采用单片机作为核心控制,基本原理简单,实现比较方便,电源的电流值也可以调整到较精确的数值,同样的也是采用LCD 进行显示。此方案采用保持电阻恒定而改变输入电压的方法来改变电流的大小。利用高精度D/A 转换器在单片机程序控制下提供可变的高精度的基准电压,该基准电压经过V/I 转换电路得到电流,再通过A/D 转换器将输出电流反馈至单片机进行比较,调整D/A 的输入电压,从而达到数控的目的。该方案的难点在于稳定恒流源的设计和高精度电流检测电路的设计。特点是可精确的控制电流的步进量,负载变化对电流输出的影响较小。
2.1单片机最小系统
(1) AT89S52 单片机。AT89S52 单片机是系统的核心部件,它是一种带8KB 可擦除只读存储器的低电压,高性能的单片机。AT89S52 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。此单片机共有4 个8 位的并行双向I/O 口,分别记作P0、P1、P2、P3。在本设计中P1 口只作为通用数据I/O 口使用,所以在电路结构上与P0 口有些不同。P2 口地址为A0H, 位地址为A0H~A7H。P2 口既可以作为系统高位地址线使用,也可以为通用I/O 口使用,所以P2 口电路逻辑与P0 口类似。这里面使用的是P3的第二功能信号。
(2)键盘模块。键盘模块使用的是4×4 键盘,这种键盘是行列扫描方式,它具有当按键较多时可降低占用单片机的I/O 口数目等优点,而且可以做到不必步进就能直接输入电流值。本方案的设计要求是按键的次数比较多结合该按键的优点,所以采用此种键盘,它可以对0 ~ 9 数字输入、“+”、“-”、“OK”、“SET”、“DEL”、“RESET/ON”等功能的实施。
(3)显示模块。使用LCD 液晶显示,LCD 具有轻薄短小,可视面积大,方便的显示数字,分辨率高,抗干扰能力强,功耗小,且设计简单等特点,芯片名称是 LM016L,该模块采用HD44780 作为驱动器驱动。
3.1输出电流范围的仿真
该方案的程序设计电流输出范围上限为20 ~ 2000mA,电压值限定了小于10V, 如果给定值在量程内时显示“OK!”;当给定值超过量程时将显示“ERROR! RESET!”。仿真时,如果在范围内,则可以任意输入4 位数字,若不在范围里,则系统显示“ERROR!RESET!”报警。
3.2步进调整仿真
在步进调整仿真,通过加减按钮进行1mA 步进调整,可观察到显示器的显示结果。通过键盘DEL 键可以修改上一步输错的数字。
3.3输出电流仿真
仿真最低电流200mA 负载电阻为2.0 时的状态,根据显示器显示内容可知,设定输出电流值为200mA,实测电流值为201mA,输出电压为0.400V,负载电阻为2.0,都满足设计要求。
这款数控直流电流源是以单片机系统为核心而设计制造出来的,具有电路简单,结构紧凑,价格低廉,可靠性高等优点,而且单片机具有精确的计算和控制功能,从而能够减少和排除各种误差的产生,高效的提高稳压电源输出电压精度。利用仿真技术可以在设计中调试电路,这样就为做成实物提供了很大的便利,同时节约了开发成本。经过实验证明本设计是可行的,并能够做成实物。
【浅谈基于单片机的数控直流电流源设计与仿真】相关
浏览量:2
下载量:0
时间:
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。以下是读文网小编今天为大家精心准备的:关于STC89C52单片机的宿舍智能防火报警系统设计相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
该智能防火系统以STC89C52 单片机为核心模块进行智能控制。该系统的总体构成主要包括以下几个部分:
1 主控的STC89C52 单片机2GSM 移动通信模块3 无线传输模块的设计4实时时钟电路5 防火信息采集与处理模块6 温湿度检测模块与键盘显示模块。该系统的设计是以单片机为核心, 并将其与通信技术和电子检测技术相结合, 从而形成一个稳定的智能化的防火报警系统。
GSM 移动通信模块主要提供无线短信和数据传输的功能。STC89C52 单片机通过依照GSM 通信模块的通信协议对其进行通信并控制, 从而进行短信智能收发。本系统以STC89C52 单片机电路为核心, 控制连接在各子模块上。通过STC89C52 单片机, 可监测室内温度, 湿度, 以及室内可燃气体和烟雾的浓度, 在数据异常时, 可通过控制GSM 移动通信模块, 向预留的号码进行短信报警。
在学生宿舍内部安装信息采集分析模块。当宿舍发生火灾时, 与之相对应的防火报警探测器无线发射电路启动发射无线接收模块在接收到无线信号后, 向主控单片机发送中断请求。主控单片机响应中断后, 读出发送信号的报警器编码比确定是哪个报警器发生异常, 由GSM 通信模块对预先设定好的号码进行短信报警, 短信内容也可预先设定, 说明具体的地址及联系人信息等。
(1)STC89C52 单片机的说明
STC89C52 是一种带8K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压,高性能COMOS8 的微处理器。STC89C52 主要功能包括兼容MCS51 指令系统,8K 可反复擦写FlashROM,32个双向I/O 口,256x8bit 内部RAM,3 个16 位可编程定时计数器,6 个中断源, 其中直接提供外部中断处理可使用P3.2(INT0)或P3.3(INT1);1 个全双工可编程标准串行口, 其引脚为P3.0(RXD) 和P3.1(TXD);时钟频率0-24MHz2 个串行中断, 可编程UART 串行通道,3 级加密位, 低功耗空闲和掉电模式, 软件设置睡眠和唤醒功能等。该单片机对于程序烧写输入非常方便,故用其作为主控系统。
(2)GSM 短信模块的简介
GSM 短信的远程控制系统, 能够接收远端预定义的短信息指令来控制8 路控制开关, 同时检测4 路按键开关量并通过单片机译码, 由GSM 短信模块传送到远端。郑凌燕. 葛万成(2006)针对GSM 具有实时, 方便, 快捷等优点对GSM 短信远程控制系统进行了描述。当单片机向GSM 短信模块发送信息时, 由4 路按键开关输入信息, 由单片机将单片机指令转换成AT 指令后传输给GSM 短信模块, 由GSM 短信模块将信息发送给预留号码, 实现远程信息传输控制的目的。本系统电路主要由四部分组成:GSM 短信模块, 单片机, 控制电路, 显示窗口。
(3) 无线传输模块设计
避开传统有线连接系统的局限弊端, 本系统采用无线传输方式。无线模块是利用无线技术进行无线传输的一种模块,主要由发射器,接收器和控制器组成。它的工作频率:315MHZ/433MHZ( 本设计选用315MHZ), 其发射功率:≤ 500MW, 静态电流:≤ 0.1UA, 发射电流:3 ~ 50MA, 它的工作电压:DC3 ~ 12V。当工作电压为3V 时, 在空旷地传输时距离约40 至50M, 当工作电压为12V 时, 达到最优工作电压, 空旷地传输距离约700-800M。除开无线发射模块外, 还有无线接收模块。平时未接收到发射出的信号时, 输出的只是杂乱的信号; 当无线接收模块接收到发射信号时, 经放大,变频, 滤波等处理后输出控制信号, 送到相应的解码芯片进行解码, 解码有效端口Vt也输出高电平经过一个非门转换送给单片机的外部中断0 接口。单片机在接到外部中断请求后, 执行外部中断服务子程序,读出数据码, 确定发出信号的传感器, 并进行短信报警。
(4) 温湿度测量电路设计
本系统中温湿度传感器采用新型温湿度传感器。这款温湿度传感器可给出全校准相对湿度及温度值输出,具有卓越的长期稳定性,湿度值输出分辨率为14 位,温度值输出分辨率为12位,并可编程为12 位和8 位。其中,两线制的串口设计,使外围系统变得快速简单,能耗低,体积小,不仅节省了资源,也简化了单片机的编程,提高了精度。徐会东(2005)指出,在将STH11 与单片机串口相连后, 初始化传输时, 应首先发出”传输开始”命令, 该命令可在SCK 为高时DATA 由高电平变为低电平, 并在下一个SCK 为高时将DATA 升高。接下来的命令顺序包含三个地址位( 目前只支持”000”) 和5 个命令位, 当DATA 脚的ack 位处于地电位时, 表示SHT11 正确收到命令。
如果与SHT11 传感器的通讯中断, 下列信号顺序会使串口复位: 即当DATA 线处于高电平时, 触发SCK9 次以上( 含9 次), 此后应再发一个”传输开始”命令。SHT11 利用两只传感器分别产生相对湿度, 温度的信号然后经过放大, 分别送至A/D 转换器进行模/ 数转换, 校准和纠错。最后通过二线串行接口将相对湿度及温度的数据送至单片机处理, 单片机对处理数据后进行数字显示并作相应的控制。王海宁(2008)针对控制对象的特点, 在系统辨识的基础上对系统的控制算法进行了仿真研究, 最后针对温控系统进行了实验, 通过对实验数据的分析表明本文所述的基于单片机的温度控制系统的设计的合理性和有效性。
(5) 可燃气体浓度探测器的设计
传感器电路中最主要的期间就是QM-N10 气敏半导体传感器,该器件在洁净空气中的阻值大约有几十kΩ,接触到可燃气体时,电导率增大,电阻值急剧下降,下降幅度与瓦斯浓度在0.5% 以下成正比。一旦QM - N10 敏感到可燃气体时,IC1A 的脚处于高电位,此时IC1A 的脚变为低电平,经IC1B 反相后变为高电平,多谐振荡器起振工作,三极管VT2 周期地导通与截止,于是由VT1、T2、C4、HTD 等构成的正反馈振荡器间歇工作,发出报警声。与此同时,发光二极管LED1 闪烁。从而达到可燃气体泄漏告警的目的。
本系统的重点为单片机与短信模块串口通信的设计, 因为它承担着自动运行以及向外报警的功能。本系统采用异步通讯方式, 异步串行通讯规定了字符数据的传递方式, 即每个数据以相同的帧格式传递, 每一帧信息由起始位, 数据位, 奇偶校验位和停止位组成。STC89C52 单片机的串口仅占用了单片机的P3.0和P3.1 脚。当非串口方式工作时, 这两根口线还可以作为一般的I/O 口线使用。
宿舍防火智能防火系统为宿舍火灾预防工作提供了一条安全有效的途径, 本系统通过以核心模块STC89C52 单片机展开,与GSM 移动通信模块相结合, 同时与新型温湿度传感器, 可燃气体浓度检测器相结合, 设计了智能防火报警系统。展现了现代科学技术的自动化, 智能化的特点, 在平安校园建设方面起了积极的作用。
浏览量:3
下载量:0
时间:
北方地区冬季供暖以集中供热为主,不仅消耗大量的燃煤,而且造成巨大的环保压力,其中存在很大的节能减排空间。集中供热系统普遍存在两大问题,一是不同热需求混网难以兼顾,造成供热效果差和能源浪费大;二是“大流量、小温差”,造成冷热不均和输配能耗大。其根源在于缺乏适当位置的适当调控与适当计量。以下是读文网小编为大家精心准备的:基于单片机的自供电供暖温度智能调控装置研究相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
【摘要】:设计了一种自供电的供暖调控装置,其主要包括温差供电模块、电路控制模块、水流控制模块。本装置工作时,温差供电模块可利用暖气管道与室温的温差发电,以STC89C52单片机为核心的电路控制模块可实时监测室内温度,并能根据用户设定温度和室内实际温度驱动水流控制模块,以调控供暖管道水流量,从而达到调节室内温度的目的。
【关键词】:温差发电 水流控制 温度调控 单片机
城镇居民的冬季供暖一直是社会关注的焦点,传统的供暖装置既不能根据用户的实际需要来调控室温,也造成了能源浪费。通过本装置居民能够根据实际需求设定室内温度,并且装置本身可以利用暖气管道与室温的温差进行发电,不需要额外的电源,实现了自供电功能。
1. 1 半导体温差发电原理
半导体温差发电是利用塞贝克效应将热能转化为电能,将P 型和N 型两种不同类型的热电材料( P 型是富空穴材料,N 型是富电子材料) 相连形成一个PN 结,一端置于高温状态,另一端置于低温状态,由于热激发作用,P 型材料高温端空穴浓度高于低温端,N 型材料高温端电子浓度高于低温端,在浓度梯度的驱动下,P型材料空穴和N 型材料电子会向低温端扩散,从而形成电动势。
1. 2 DS18B20 温度传感器工作原理
DS18B20 内部结构主要由四部分组成: 64 位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH 和TL、配置寄存器,它能把采集的温度信号直接转化成数值信号输出,并且测温范围为- 55 ~ +125 ℃,精度为±5 ℃。
本装置工作时SP1848 型温差半导体组利用暖气管道与室温的温差进行发电,一部分电能维持装置工作,剩余部分电能储存到锂电池中,作为备用电源。DS18B20 温度传感器可实时监测室内温度,并将数字信号传送给STC89C52 单片机,当温度低于或高于某一设定值时,单片机会向步进电机驱动芯片发送信号,以驱动步进电机的转动,水流控制阀会在步进电机的带动下实现对水流量的控制。
2. 1 温差供电模块结构设计
本模块采用4 块SP1848-27145 半导体温差发电片串联发电,其单片规格为40 mm 长* 40mm 宽* 3. 4 mm 厚,内涵126 对PN 结。HY910导热硅胶具有导热性能好,粘合力强等特点,其蒸发量为0. 001%( 200℃ /24Hours) ,热传导系数大于0. 975 W/m-K,耗散系数小于0. 005,适用于散热片无固定扣具情况下的粘贴导热。半导体片两端都涂抹HY910 导热硅胶后,将热端紧贴在暖气片表面,冷端则和100 mm 长* 100 mm 宽* 40mm 厚的铝合金散热片紧贴在一起,以此来保持半导体两端温差。北方城镇暖气片温度一般为60 ~ 70 ℃,室内实际温度一般为15 ~ 20 ℃,理论上半导体片两端温差可维持在40 ~ 55 ℃之间,由于半导体温差发电片本身的导热,根据实际测量结果应减去8℃的温差损耗,故半导体片两端温差实际可维持在32 ~ 47 ℃之间,发电功率可达到2 W 左右。
2. 2 水流控制模块机械结构设计
水流控制模块机械结构由ULN2003 步进电机和XU8230 直式温控阀组成。ULN2003 步进电机为减速步进电机,直径为28 mm,额定工作电压为5 V,步进角度为5. 625* ( 1 /64) ,其5 线4 相的电路可以用ULN2003 芯片驱动,也可以接成2相使用,为更精确的控制暖气管道水流量,本模块采用ULN2003 芯片驱动。XU8230 直式温控阀公称压力为1. 6 MPa,工作温度为- 10 ℃≤T≤100 ℃,管螺纹符合ISO 228 标准,并配有外加锥型密封圈。将ULN2003 步进电机转子与XU8230直式温控阀调节手轮进行刚性连接,并把步进电机外壳与温控阀固定在一起,这样ULN2003 步进电机就可以带动XU8230 直式温控阀调节手轮转动。
3. 1 温差发电电路
STC89C52 单片机工作电压为5 伏,选LM7805 集成稳压器将SP1848 型温差半导体输出电压稳定在5 V,然后向5 V 锂电池充电,最后由锂电池向装置供电。
3. 2 单片机控制电路
3. 2. 1 温度测量显示电路
STC89C52 单片机是一个低功耗,高性能的51 内核的CMOS 8 位单片机,具有抗干扰性能强、速度快、功耗低和指令代码完全兼容8051 单片机等特点。如图7 在STC89C52 单片机最小系统的基础上,采用DS18B20 型温度传感器采集温度,温度显示采用1602 型液晶显示器,直接通过单片机I /O 接口通信。PO 口作为普通I /O 口使用,在其外部接拉电阻后,与1602 液晶显示器DB0-DB7 数据口相连; DS18B20 型温度传感器信号输出端口直接与P2. 7 口相连。
3. 2. 2 L298N 电机驱动电路
L298N 是专用驱动集成电路,属于H 桥集成电路,最大输出电流为4A,最高工作电压为50 V,用于驱动感性负载,其输入端直接与单片机P2. 0-P2. 3 口相连,可以方便地受单片机控制,实现电机的止转、正转角度与反转角度。
本装置利用温差半导体组为本装置供电,充分利用了二次能源,并且能够根据室温的实际情况,自动调节暖气管道的水流量,避免了能源的浪费,也为居民带来了更舒适的室内环境,具有很好的推广前景。
相关
浏览量:2
下载量:0
时间:
实践教学是巩固理论知识和加深对理论认识的有效途径,是培养具有创新意识的高素质工程技术人员的重要环节,是理论联系实际、培养学生掌握科学方法和提高动手能力的重要平台。有利于学生素养的提高和正确价值观的形成。以下是读文网小编为大家精心准备的:浅谈单片机实践教学的应用研究相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
随着电子技术和物联网技术的飞速发展,单片机技术已发展成为一门关键的技术学科。近年来,高校单片机课程成了很多专业的必修课,成为微机类课程的主干课程。该课程是一门应用性很强的课程,如何让学生在学好基础知识的同时,迅速掌握设计应用技术,其中的实践教学起着非常重要的作用。单片机实践教学包括单片机基本理论实验、典型功能应用实验、应用开发实验以及新技术使用实验等多环节训练。
单片机作为计算机发展的一个重要分支领域,根据目前发展情况,从不同角度单片机大致可以分为通用型/ 专用型、总线型/ 非总线型及工控型/ 家电型。
1、通用型/ 专用型是按单片机适用范围来区分的。例如,80C51 是通用型单片机,它不是为某种专用用途设计的;专用型单片机是针对一类产品甚至某一个产品设计生产的,例如为了满足电子体温计的要求,在片内集成ADC接口等功能的温度测量控制电路。
2、总线型/ 非总线型是按单片机是否提供并行总线来区分的。总线型单片机普遍设置有并行地址总线、数据总线、控制总线,这些引脚用以扩展并行外围器件都可通过串行口与单片机连接,另外,许多单片机已把所需要的外围器件及外设接口集成一片内,因此在许多情况下可以不要并行扩展总线,大大减省封装成本和芯片体积,这类单片机称为非总线型单片机。
3、工控型/ 家电型是按照单片机大致应用的领域进行区分的。一般而言,工控型寻址范围大,运算能力强;用于家电的单片机多为专用型,通常是小封装、低价格,外围器件和外设接口集成度高。显然,上述分类并不是惟一的和严的。例如,80C51 类单片机既是通用型又是总线型,还可以作工控用。
除了以上分类,行业间大多以制造公司的名字命名,如:STC 单片机,PIC 单片机,EMC 单片机,ATMEL 单片机,TI 公司单片机,凌阳单片机等。
80C51 单片机历史悠久,功能强大,兼容性好,能满足大多数高等学校的教学要求。主流单片机包括CPU、4KB 容量的ROM、128 B 容量的RAM、2 个16 位定时/ 计数器、4个8 位并行口、全双工串口行口、ADC/DAC、SPI、I2C、ISP、IAP。国内大部分高校都使用80C51 单片机作为单片机教学的主要使用对象。随着社会的进步和电子技术的发展,人们对单片机的处理速度、字长和存储容量提出更高的要求,传统的80C51 系列单片机渐渐不能满足人们各种各样的需要。
AVR 单片机是20 世纪90 年代开发出来的。是一款基于RISC 指令架构的8 位单片机。RISC(Reduced InstructionSet Computer,精简指令集计算机)。综合了半导体软件性能和集成技术的新构架。AVR 单片机采用RISC 构架,具有1MIPS/MHz 的快速运行处理能力。
AVR 单片机采用Harvard 结构,在上一条指令执行的时候就取出当前的指令,然后以一个周期执行指令。在其他的RISC 以及类似RISC 结构的单片机中, 外部振荡器的时钟被分频降低到传统的内部指令执行周期,这种分频最大达12 倍(80C51)。AVR 单片机用一个时钟周期执行一条指令,它是8 位单片机中第一个真正的RISC 结构的单片机。
AVR 单片机采用了Harvard 结构,所以它的数据存储器和程序存储器是独立组织和寻址的,寻址空间分别为可直接访问8MB 的数据存储器和8MB 的程序存储器。同时,由32 个通用工作寄存器所构成的寄存器组被双向映射,因此可以采用读写寄存器和读写片内快速SRAM 存储器两种方式来访问32 个通用工作寄存器。
同时,AVR 单片机采用低功率非挥发的CMOS 工艺制造,内部分别集成Flash、E2PROM 和SRAM 三种不同性能和用途的存储器, 除了可以通过SPI 口和一般的编程器对AVR 单片机的Flash 程序存储器和E2PROM 数据存储器进行编程外,绝大多数的AVR 单片机还具有线编程(ISP)的特点,为学习和使用AVR 单片机带来了极大的方便。
综上所诉,高校在单片机选择的问题上可以遵循以下原则。可选的单片机主要有两类:传统的80C51 单片机和AVR 单片机。80C51 单片机结构简单,功能强大,入门门槛较低,适合初学者和普通高校使用。相比AVR 单片机,结构复杂,功能更为强大,可以实现复杂的功能,应用范围更广。但学习门槛较高,不太适合初学者和普通高校。建议基础较好的学生可以学习AVR 单片机,重点大学也可考虑开设AVR 单片机的课程以取代传统的80C51 单片机课程。
1、传统的单片机实验课主要以验证性实验为主。通过实验把教师在理论课上教授的内容验证一遍,让学生能更好的理解单片机的内部结构和各种功能。不可否认,传统的实验课有它的合理性和必要性,但是也有明显的弊端。
(1)采用实验例程过于简单,实验内容索然无味,难以激发学生的学习兴趣和学习主动性;
(2)对不同层次水平的学生采用相同的实验例程和评价标准,区分度不明显,不适合因材施教的理念;
(3)实验课时间过少。单片机是一门实践性非常强的课程,仅靠理论课的学习是远远不够的。即使开设了相关的实验课,但实验课时也非常有限。
鉴于以上问题,需要从实验例程的选择和设计人手,合理安排分配时间。除了正常的实验课,更要合理利用课余时间。给学生布置有一定难度的具体任务,使学生在完成任务的同时,掌握单片机技术和相关的各种知识,提高学生的动手能力和解决实际问题的能力。由于单片机种类繁多、功能强大、应用广泛。有许多基于单片机的实验例程可供选择,能很好的满足实践教学的各种要求和需要。
2、本文受山西大学商务学院教改项目资助。作者在项目期间,对学生进行了单片机开发的培训,培训结束后参加了2014 年山西省大学生电子设计大赛。比赛结束后带领学生一起研究和开发了一些实用的单片机例程。通过以上一系列的活动积累了一定的单片机实践教学经验。
(1)实验课上使用的实验例程难度不宜太大,基本还是一些验证性实验。可以从实验环节和实验内容上加以改进。采用案例教学法,教师可以先通过一个具体实验例程边讲解边调试程序,最终完成该例程。学生在该过程中能较好的掌握单片机的编程方法和外部I/O 口和内部资源的使用方法。然后使用任务驱动法,给学生布置一个类似的任务,让学生独立完成。作者在单片机培训期间就是采用的此方法,学生反映效果良好;
(2)充分利用实验课以外的时间是学好单片机的关键。可以针对不同水平和层次的学生,提出不同的有一定实用价值的任务。激发学生的学习兴趣和主动性,培养学生创新能力。学生在完成任务的过程中可以掌握单片机的基本原理和培养一定的工程实践能力。参加各类电子设计大赛也是一个好的方法。作者带领学生参加了2014 年山西省大学生电子设计大赛,制作研发了自动消防小车。自动消防小车是以单片机为控制核心,外加各种传感器和相关电路实现的。通过大赛,激发了学生的学习兴趣和主动性,使学生真正了解了单片机的作用和设计开发的过程,起到了很好的示范作用。
大赛结束后作者和学生一起策划成立了电子设计创新协会。协会主要负责学生课余时间的学习。并且开放了一个实验室供学生课余时间使用。作者带领协会学生开发和设计了一批基于单片机的实用例程。例如:发现学校厕所经常有男生抽烟,就开发了基于单片机的烟感报警器;还有基于单片机的四旋翼飞机和驾车辅助系统等实用例程。
随着科学技术的发展和国家对技术技能型人才的不断需求,对高校实践教学提出了更高的要求。传统的单片机实践教学已不能满足要求。本文通过对单片机实践教学存在的问题进行了研究,结合自己的单片机实践教学经验,提出一些建设性的建议和方法,希望可以起到抛砖引玉的效果。
【浅谈单片机实践教学的应用研究论文】相关
浏览量:3
下载量:0
时间: