建筑电气类单片机实验教学平台的开发

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【摘　要】本文以应用为研究出发点,结合温度控制系统,基于常用的51单片机开发了一套建筑电气类专业适用的单片机应用的综合实验平台.该平台具有实用性、易用性、专业性等特点,有利于提高目前的实验教学硬件水平及教学质量.

【关 键 词】单片机；建筑电气；智能温控系统

近年来,单片机以其控制能力强、可靠性高、通用性好、扩展灵活、体积小、价格便宜等优点,在工业控制、楼宇自动化、家用电器等领域都有着广泛的应用.[1]在现代智能建筑中,电梯控制系统、空调温控系统、照明控制系统[2]中均可见到单片机的踪影.然而现在市场上的单片机实验平台大多是面向电子类专业开发、缺乏专业建筑电气实验模块、集成度高,使得建筑电气类学生在学习和理解上存在较大困难.[3]针对这种现象和我校实际情况,本文结合温度控制系统展开研究,并注重实用性,以应用为出发点,开发出一套在实验项目内容方面更具针对性和实用性,且适合建筑电气工程、建筑设备工程及楼宇智能化等专业学生进行单片机课程实践教学需要的单片机实验平台.

1.总体技术方案设计

首先,对《单片机原理与应用》课程的教学和实验平台所需要的功能进行研究,并以AT89S52单片机为CPU的单片机综合实验平台模型；其次,对市场上现有的单片机实验平台的优缺点进行比较分析,根据分析结果对模型的硬件及软件方面进行完善；最后,针对建筑电气类专业中温度控制和电机控制较多的特点,确定了以智能温度控制系统为核心的实验平台,并明确了该系统所需要的主要芯片、编程方式、系统扩展方式.

2.单片机实验平台硬件设计

根据总体技术方案要求,该单片机综合实验平台硬件主要包括流水灯模块、交通灯模块、独立键盘模块、矩阵键盘模块、LED数码管显示模块、液晶模块、ISP模块、DS18B20温度测试模块、继电器驱动电路和电机控制电路等.实验平台硬件设计框图如图1所示.

图1　实验平台硬件设计框图

图2　DS18B20接线图

在整个电路设计过程中应尽量兼顾系统的先进性、经济性和实验的方便性、安全性.其中温度测试模块采用数字温度传感器DS18B20,接线方便,简单易用.DS18B20接线图如图2所示.

电机控制模块中的驱动芯片采用L298N,该芯片可直接驱动两台直流电机或一台步进电机.同时,考虑到系统稳定性,使用TLP521对L298N和单片机进行光耦隔离以消除电机对系统稳定性的影响,从而保护单片机不受损坏；通过布置去耦电容、适当的方式布置数字地和模拟地等措施解决电磁兼容问题,提高系统稳定性.

３．单片机实验平台软件设计

图3　智能温控系统流程图

在该实验平台上共设计了模拟交通灯、计数器、秒表、温度检测等七个基础实验和一个综合实验“智能温控系统”.以综合实验为例说明其软件的实现过程.软件的编写可以再KeilC51环境下进行,芯片型号选择AT89S52,用C语言按照图3所示的流程图编写源程序,利用KeilC51编译生成HEX文件,再利用PROGISP将生成的HEX文件下载至单片机中即可实现对智能温控系统的调试.

4.小结

针对目前市场上的基于单片机实验教学平台缺乏建筑电气类实验平台以及实验教学上的需要,本文结合单片机教学经验,运用51系列单片机开发了一套适用于建筑电气类专业的综合实验平台,并成功实现硬件设计及调试、软件编程,实验结果表明该系统具有良好的稳定性及实用性,极大提高了单片机实验教学硬件水平,满足了高职院校的专业性实验教学的需要.

【参考文献】

［１］王静霞.单片机应用技术-C语言版[M].北京：电子工业出版社,2009.5．

［２］张世冬.单片机在楼宇照明中的应用[J].科技致富向导,2011（11）：122.

［３］林志强.机械类专业“单片机原理及应用”课程教学探索与实践[J].理工高教研究,2010,29（3）：121-124.