畢業(yè)設計（論文）-基于單片機的室內(nèi)智能通風控制系統(tǒng)設計.doc

天津職業(yè)技術(shù)師范大學Tianjin University of Technology and Education畢 業(yè) 設 計專 業(yè)： 電氣技術(shù)教育 班級學號： 電氣0812班-3號學生姓名： 指導教師： 二一三年六月天津職業(yè)技術(shù)師范大學本科生畢業(yè)設計基于單片機的室內(nèi)智能通風控制系統(tǒng)設計Design of Indoor Intelligent Ventilation Control System Based on MCU專業(yè)班級： 電氣0812班學生姓名： 指導教師： 教授學 院：自動化與電氣工程學院2013年6月摘 要目前，國內(nèi)大部分住宅室內(nèi)的污染狀況令人擔憂。室內(nèi)空氣污染不僅破壞人們的工作和生活環(huán)境，而且直接威脅著人們的身體健康。新型的建筑材料帶來的日用化學品進入住宅，成為室內(nèi)嚴重的污染源;另外，空調(diào)的普及使室內(nèi)通風率明顯的下降。這些都造成了室內(nèi)污染的累積，導致室內(nèi)的空氣質(zhì)量嚴重惡化。由于上述種種原因，造成我國大部分居住建筑的通風狀況相對較差，基本上不能滿足我國室內(nèi)空氣標準的有關(guān)規(guī)定。在自然通風不能滿足需要的時候，往往可以通過機械通風方式來改善室內(nèi)的熱環(huán)境和空氣質(zhì)量。論文所研究的室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)充分利用溫度傳感器模塊實現(xiàn)智能檢測當前環(huán)境溫度，通過對建筑物室內(nèi)溫度，進而控制送風設備，達到智能調(diào)節(jié)建筑物室內(nèi)環(huán)境的目的，以此改善室內(nèi)空氣品質(zhì)，使人們在室內(nèi)居住的環(huán)境更加舒適。本系統(tǒng)采用層次化、模塊化設計。整個系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、單片機控制系統(tǒng)組成。系統(tǒng)以單片機AT89S52為核心，以DS18B20系列溫度傳感器等作為測量元件，通過單片機與傳感器相連，達到測溫控制電機風扇的系統(tǒng)。此系統(tǒng)描述了測溫傳感器DS18B20與單片機的硬件連接，軟件編程設計和各個模塊系統(tǒng)進行了分析。此系統(tǒng)可以實時對溫度的測量和顯示，可通過紅外遙控進行需要通風的溫度設置。此系統(tǒng)使用起來非常方便、體積小、靈敏度較高、節(jié)能、成本低等優(yōu)點。關(guān)鍵詞：空氣品質(zhì)；單片機；溫度；傳感器ABSTRACTCurrently, most houses indoor pollution is a disturbing problem. Indoor air pollution not only destroy peoples working and living environment, but also threat to peoples health. New building materials brought chemicals into the house and become the most serious indoor pollution, In addition, the popularization of the air-conditioner decreased the room ventilation significantly. These all resulted to the accumulation of indoor pollution, led to serious deterioration of indoor air quality. All these reasons resulted the worse ventilation condition of most buildings in our country, and basically can not meet the relevant provisions of Chinas indoor air quality standards.When natural ventilation can not meet our need, we often use mechanical ventilation to improve the indoor thermal environment and air quality. The environment regulating system in this paper make full use of temperature sensor module to realize the intelligent detection of the current temperature, through the temperature test in buildings, we can control the air supply equipment to monitor the indoor environment of buildings intelligently in order to improve indoor air quality, so that comfort the living environment indoors.The system uses a hierarchical and modular design. The whole system consists data acquisition system and microprocessor control system. MCU AT89S52 is the core of the system, and DS18B20 series of temperature sensors is the measure element. Through the connection of microcontroller and the sensors, we can achieve to measure the temperature of fan motor control system. This system describes the hardware connection of the temperature sensor DS18B20 and the MCU, analyzed the software design and programming each module system. This system can be real-time temperature measurement and the display can be performed via the infrared remote control to set the temperature of air. This system has small size, high sensitivity, low cost ,energy-saving and it is easy to use.Key Words：Air quality；Microcontroller；Temperature；Sensor目 錄1 緒論11.1 課題研究的目的及意義11.2課題研究的主要內(nèi)容21.3方案選擇及論證22 元器件介紹42.1 溫度傳感器42.2 紅外遙控傳感器82.3 單片機102.3.1 單片機控制電路102.3.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)102.3.3 引腳功能112.4 八段數(shù)碼管133系統(tǒng)硬件設計153.1系統(tǒng)電路組成框圖153.2最小應用系統(tǒng)設計153.2.1晶振電路163.2.2復位電路173.3溫度測量電路單元模塊設計183.4控制電路設計183.5顯示模塊設計194 軟件系統(tǒng)設計204.1主程序流程圖204.2按鍵程序流程圖214.3測溫程序流程圖21總 結(jié)23參考文獻24附錄1:電路原理圖25附錄2：系統(tǒng)部分程序26致 謝3511天津職業(yè)技術(shù)師范大學2013屆本科生畢業(yè)設計1 緒論1.1 課題研究的目的及意義（1）設計的實施將提供有效的節(jié)能措施設計的開發(fā)符合我國節(jié)約型社會的建設要求，隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，能源消費需求增加，能源供需矛盾非常突出，提高能源利用效率、改善能源環(huán)境己經(jīng)迫在眉睫。我國現(xiàn)在是世界第二大能源消耗國家，國家領(lǐng)導已經(jīng)把尋找能源放到了國家戰(zhàn)略的重要位置。節(jié)能是國家可持續(xù)發(fā)展的必由之路。據(jù)調(diào)查，在高層空調(diào)建筑全年總電耗中，新風能耗占到15%25%，因此，減少新風負荷在當前提倡建筑節(jié)能的形勢下非常有重要。居室空氣的健康和建筑通風的節(jié)能是現(xiàn)代健康住宅的兩個核心問題，它是關(guān)系到人民生活質(zhì)量的進一步提高和國家可持續(xù)發(fā)展的重大問題。 （2）設計的實施符合智能建筑發(fā)展趨勢世界衛(wèi)生組織“健康住宅”標準的15條里面有8條跟室內(nèi)空氣質(zhì)量有關(guān)，這些是提高生活品質(zhì)的重要標志；節(jié)約能源，建筑節(jié)能關(guān)系到國家可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。關(guān)著窗子要新風，通風還要不耗能！這是擺在我們面前一個大難題。 （3）室內(nèi)污染的危害2003年的非典，人們還無法忘記?！邦A防非典，通風比消毒還有用”，這是在非典時期獲得的經(jīng)驗?，F(xiàn)在非典已經(jīng)浮出了我們的生活，然而生物污染問題并沒有走遠。一些致病微生物通過空氣傳播的現(xiàn)象很猖獗，形成“室內(nèi)生物污染”。通風不流暢，包括裝修產(chǎn)生污染物等不易擴散和稀釋，從而對人體健康帶來不利的影響。辦公設備、家具等也在排放大量的有害氣體。這些是化學污染。 都市中室外空氣中的粉塵、花粉、飄絮、噪聲，室內(nèi)濕氣、異味、煙氣也讓渴望高品質(zhì)生活的人越來越難以忍受，馬路越修越寬，機動車越來越多，日夜川流不息，開窗通風獲得新鮮空氣需要付出更高的代價。這些是物理污染。 美國預防醫(yī)學雜志報道，在家里所接觸的污染物遠比外面多，從重金屬到各種揮發(fā)性有機化學物質(zhì)都有。據(jù)美國環(huán)保署進行的相關(guān)研究顯示，一般人在家中接觸到致癌因子的幾率出現(xiàn)了歷史新高，比在室外時的要高出570倍。 最近，北京市衛(wèi)生局對部分住宅區(qū)和寫字樓的抽檢表明，新裝修后居室甲醛含量普遍超標，最高者竟超標73倍！世界衛(wèi)生組織日前公布的報告中已將室內(nèi)空氣污染與高血壓、膽固醇過高癥、肥胖癥等一起列入了人類健康的10大殺手黑名單之中。 根據(jù)2003年3月1號起施行的國家室內(nèi)空氣質(zhì)量標準GBT18883-2002規(guī)定：每人每小時30立方米新鮮空氣。 （4）改善家居室內(nèi)的空氣質(zhì)量通風才是解決室內(nèi)污染的好辦法 ，在生活中我們雖然可以找到很多方法減少室內(nèi)空氣污染，但是室內(nèi)空氣品質(zhì)專家指出，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量的最有效的辦法就是通風。自然通風，從前不是什么問題。如果自然環(huán)境好，室外空氣新鮮、沒有噪聲和灰塵，室內(nèi)外溫差不大，自然通風是最好的室內(nèi)空氣健康解決辦法。 但是，隨著城市化的發(fā)展和人們生活水平的提高，開窗通風現(xiàn)在變成了一個矛盾重重的重要問題。 窗外馬路噪聲越來越嚴重，我們怎么自救？室內(nèi)空氣污染威脅著我們的健康，風沙、灰塵、飄絮讓無數(shù)注重生活品質(zhì)的家庭主婦頭疼；更重要的是加上很多建筑的設計缺陷本身就沒有穿堂風，自然通風越來越少。這一切放在一起就使得是否開窗通風這個在過去不是問題的問題變成了一個難解的矛盾?？此坪唵蔚耐L，成為一個關(guān)系到人們呼吸健康和國家可持續(xù)發(fā)展的大問題。1.2課題研究的主要內(nèi)容（1）溫度的測量，由溫度傳感器DS18B20測量室內(nèi)的溫度，將測量的溫度與設置的溫度值進行對比。（2）顯示，將室內(nèi)的溫度顯示到八段數(shù)碼管上。（3）控制部分，將測量的溫度與設置的上下限溫度進行對比后，如果高于設置的上限溫度時驅(qū)動風機動作進行通風，如果低于設置的下限溫度時進行加熱。（4）紅外遙控，在對上下限溫度進行設置時可以用按鍵進行設置，也可以通過紅外遙控進行設置，同時紅外遙控還可以對燈的開關(guān)進行控制。1.3方案選擇及論證1.電源方案選擇由于本系統(tǒng)需要+5V電源供電，我考慮了如下幾種方案為系統(tǒng)供電。方案1：采用4節(jié)1.5V干電池供電，電壓達到6V，經(jīng)7805穩(wěn)壓后給直流電機供電及單片機系統(tǒng)和其他芯片供電。由于干電池電量有限，使用大量的干電池將會給系統(tǒng)調(diào)試帶來不便，而且電池對環(huán)境產(chǎn)生污染源。因此，我們放棄了這種方案。方案2： 采用變壓器整流濾波再經(jīng)過7805穩(wěn)壓穩(wěn)定后再給直流電機供電及單片機和其他芯片供電，。此方案是自制一個+5v電源，電路比較簡單，而且元件也比較廉價，電路板小而易攜帶。因此，這種方案比較可行，因此我們選擇了此方案。綜上考慮，我們選擇了方案2。2 溫度傳感器選擇方案1：使用熱敏電阻設計由于本設計是測溫控制直流電機電路，可以使用熱敏電阻之類的器件利用其感溫效應，在將隨被測溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測溫度顯示出來，這種設計需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，感溫電路比較麻煩而且測量的精度不夠，抗干擾能力比較差，受各方面因素的影響較多，所以此方案不可取。方案2：使用DS18B20傳感器設計采用AT89S52單片機作控制器，溫度傳感器選用DS18B20來對環(huán)境溫度采集，測溫電路由溫度傳感器DS18B20實現(xiàn)，本設計所介紹的DS18B20溫度采集與傳統(tǒng)的熱敏電阻之類的利用感溫效應相比，具有溫度采集數(shù)據(jù)處理方便，測溫范圍廣，測溫準確，主要用于對測溫比較準確的場所，或科研實驗室使用，該設計控制器使用單片機AT89S52測溫傳感器使用DS18B20，用,實現(xiàn)溫度顯示,能準確達到以上要求。故選擇方案2。3 顯示模塊的選擇方案1：用液晶LCD1602顯示，雖然顯示內(nèi)容比較多，但是價格稍微偏貴，顯示的字體比較小，距離遠時看不清當前的溫度，可視距離較小。對于此設計來說只需要清楚的顯示溫度值，沒必要用液晶LCD1602顯示很多內(nèi)容。方案2：用六位八段數(shù)碼管，成本很低，顯示數(shù)字很大，在屋內(nèi)完全可以看清楚當時的溫度，應用在此設計中非常合適。綜上考慮，我們選擇了方案2。4控制模塊選擇在此設計中我選擇的是繼電器驅(qū)動風機，室內(nèi)通風系統(tǒng)如果用直流電機只能控制小風機，只有使用交流電的風機才能達到良好的排風效果，繼電器能起到了弱電控制強電的作用，而且我們都知道家用電器都是220V，使用繼電器能控制220V的家用電器。當今社會遙控的應用已經(jīng)很廣泛，因為他非常方便，比如：電視，在我們需要換臺的時候不用跑到電視旁邊，只要用遙控器就可以遠距離換臺?？照{(diào)，在我們感覺溫度不適合的時候只要有遙控隨時隨地就可以調(diào)溫。可見遙控在我們生活中應用起來很方便，給我們帶來了便利。在此設計中我也選擇了紅外遙控，以便于人們方便的調(diào)節(jié)對排風的上限溫度和加熱的下限溫度設置，還可以直接用遙控器控制通風、加熱和室內(nèi)燈的開關(guān)。2 元器件介紹2.1 溫度傳感器采用DS18B20溫度傳感器實物圖2-1所示，管腳說明如表2-1 圖2-1 DS18B20實物表2-1 存儲結(jié)構(gòu)序號名稱引腳功能1GND接地結(jié)2DQ數(shù)據(jù)輸入/出引腳3VDD可選擇的VDD引腳 圖3-2中表示了DS18B20的主要部件。DS1820 有三個主要數(shù)字部件：1）64 位激光 ROM，2）溫度傳感器3）非易失性溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL。圖2-2 D18B20的主要部件DS18B20 的存儲器結(jié)構(gòu)如表2-2存儲器由一個暫存 RAM 和一個存儲高低溫報警觸發(fā)值 TH 和TL 的非易失性電可擦除EEPRAM 組成。當在單線總線上通訊時，暫存器幫助確保數(shù)據(jù)能夠完整。首先，數(shù)據(jù)被寫在了暫存器中，可以讀回這里的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)在校驗之后，拷貝一個暫存器的命令會把數(shù)據(jù)傳到非易性EEPRAM中。在更改存儲器數(shù)據(jù)的過程中完整性在這個過程中得到了確保。暫存器的結(jié)構(gòu)為 8 個字節(jié)的存儲器。頭兩個字節(jié)包含測得的溫度信息。第三和第四字節(jié)是TH和 TL 的拷貝，是易失性的，每次上電復位時被刷新。下面兩個字節(jié)沒有使用，但是在讀回數(shù)據(jù)時，它們?nèi)勘憩F(xiàn)為邏輯 1。第七和第八字節(jié)是計數(shù)寄存器，它們可以被用來獲得更高的溫度分辨力。表2-2存儲結(jié)構(gòu)暫存器字節(jié)溫度 LSB0溫度 MSB1暫存器字節(jié)TH用戶字節(jié)12TL用戶字節(jié)23配置寄存器4保留5保留6保留7CRC8 （1）初始化：DS18B20如果要進行數(shù)據(jù)交換必須由一個初始化序列程序開始。當DS18B20發(fā)出響應主機的應答脈沖時，即由主機表明它已處在總線上并且準備工作。（2）ROM命令： DS18B20的ROM如表2-3每個ROM的命令都是8位長。（3）功能命令：在主機有功能命令時可以對DS18B20進行讀/寫SCRATCHPA存儲器，或者啟動溫度轉(zhuǎn)換。DS18B20的功能命令如表2-4所示。表2-3 DS18B20的ROM命令描述協(xié)議命令發(fā)出后1-wire總線活動SEARCH ROM能識別掛在總線上的DS18B20碼FOH所有DS18B20向主機發(fā)送ROM碼READ ROM當只有DS18B20掛于總線時，此命令可以讀取ROM碼33HDS18B20向主機發(fā)送ROM碼MATCH ROM只有匹配的DS18B20的ROM碼才會響應55H主機向總線上發(fā)送一個ROM碼SKIP ROM可以使用在特定的總線上的所有的器件CCH無ALARM SEARCH與SEARCH ROM命令一樣，DS18B20在溫度超出警報線的時才響應ECHDS18B20在超出警報線時向主機發(fā)送ROM碼表2-4 DS18B20功能命令命令描述協(xié)議命令發(fā)出后1-wire總線活動溫度轉(zhuǎn)換命令Convert t進行溫度變換44H主機的轉(zhuǎn)換新狀態(tài)由DS18B20傳送（寄生電源不適用）存儲器命令Read SCRATCHPAD對暫存器完整數(shù)據(jù)進行讀的操作BEH9字節(jié)的數(shù)據(jù)可以通過DS18B20向主機發(fā)送Write SCRATCHPAD寫入暫存器的數(shù)據(jù)（TH，TL和精度）4EHDS18B20接受主機傳送3個字節(jié)的數(shù)據(jù)Copy SCRATCHPADEEPROM復制TH、TL和配置寄存器里的數(shù)據(jù)48H無Recall E2將TH、TL和配置寄存器的數(shù)年據(jù)從EEPROM中調(diào)到暫存器中B8HDS18B20向主機傳送調(diào)用狀態(tài)Read Power Supply電源供電狀態(tài)傳遞給主機B4HDS18B20將供電狀態(tài)傳給主機DS18B20采用單總線通信協(xié)議來保證數(shù)據(jù)的完整性。該協(xié)議定義的信號類型有：復位脈沖、應答脈沖、寫0、寫1、讀0、和讀1。除應答脈沖外，主機發(fā)出所有這些同步信號信號。字節(jié)的低位在總線傳輸上的所有數(shù)據(jù)和命令都是在前。初始化序列：復位脈沖和應答脈沖在初始化程序的過程中，主機用來拉低單總線的時間至少是480s，來達到產(chǎn)生復位脈沖（TX）的目的。進入接收（RX）模式后主機也釋放總線。在總線被釋放之后，單總線被5K的上拉電電阻拉高。這個上升沿后被DS18B20檢測到之后，延時15-60s, 用60-240s來拉低總線產(chǎn)生的應答脈沖初始化波形如圖2-3所示。圖2-3初始化序列圖2、讀和寫時序在寫時序時， DS18B20通過主機寫入數(shù)據(jù)；而在讀時序時，來自DS18B20的數(shù)據(jù)被主機讀入。每一個時序，總線只能傳輸一位數(shù)據(jù)。讀/寫時序如圖2-4所示圖2-4 讀/寫時序（1）寫時序：包括兩種寫時序：“寫1”和“寫0”。主機在寫1時序時向DS18B20寫入邏輯“1”，主機在寫0時序時向DS18B20寫“0”。60s所有寫時序需要的最少時間，1s的恢復時間是當兩次寫時序需要的最小時間。主機拉低總線時開始這兩種寫時序。寫1時序：主機在拉低總線后，必須在15s內(nèi)被釋放，然后總線高電平由上拉電阻決定。寫0時序：主機在拉低總線后，保持低電平（至60s）在整個時序期間是必要的。寫時序開始15-60s期間，DS18B20采樣總線狀態(tài)?？偩€為高電平時，DS18B20被寫入邏輯“1”，總線為低電平時，DS18B20被告寫入邏輯“0”。（2）讀時序：只能在主機發(fā)出對DS18B20讀時序時才能進行主機的傳送數(shù)據(jù)。因此，訊時序在主機發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后就會廠生，這樣DS18B20才能夠正常的傳送數(shù)據(jù)。主機發(fā)起每次的讀時序，1s是拉低總線需要的最少時間。讀時序之后在被主機發(fā)起后， “1”或“0”開始被DS18B20在總線上傳輸。若要保持總線為高電平則DS18B20發(fā)送“1”，則；拉低總線時發(fā)送“0”。DS18B20在時序結(jié)束時釋放總線傳送“0”，高電平狀態(tài)再由上拉電阻將總線拉回到空閑。2.2 紅外遙控傳感器1外型紅外遙控實物圖如圖：圖2-5圖2-5 紅外遙控傳感器實物圖紅外遙控傳感器對外只有3個引腳：Out、GND、Vcc與單片機接口非常方便，如1腳：脈沖信號輸出接，直接接單片機的IO 口2腳：GND接系統(tǒng)的地線（0V）；3腳：Vcc接系統(tǒng)的電源正極（+5V）；2簡介 VS1838B內(nèi)含高速、高靈敏度的PIN光電二極管和低功耗、高增益的前置放大IC,由環(huán)氧樹脂封裝外加外屏蔽抗干撓設計而成，該產(chǎn)品已經(jīng)通過REACH和SGS認證屬于環(huán)保產(chǎn)品，在紅外遙控系統(tǒng)中被作為接收器使用。3.特性由環(huán)氧樹脂封裝，外加外屏蔽抗干撓設計、寬工作電壓，2.7-5.5V、 低功耗、有比較寬廣的角度及長距離接收、 抗干撓能力強，能抵擋環(huán)境干撓、 輸出匹配TTL、CMOS電平，低電平有效。 4. 應用: 視聽器材(音箱,電視,DVD,衛(wèi)星接收機等)； 家庭電器(空調(diào),電風扇,燈飾等)； 其它紅外線遙控產(chǎn)品。5.紅外遙控應用電路原理圖2-6 圖2-6 紅外遙控應用電路原理圖6.紅外遙控傳感器工作原理：遙控器由紅外接收及發(fā)射電路、信號調(diào)理電路、中央控制器8031.程序及數(shù)據(jù)存儲器、鍵盤及狀態(tài)指示電路組成。遙控器有兩種狀態(tài)：學習、控制狀態(tài)。在遙控器處于學習狀態(tài)時，使用者每次按下一個控制鍵，紅外線接收電路部分就開始對紅外線進行接收，并在此時將接收的信號轉(zhuǎn)換成電信號，再通過檢波、整形、放大，再由CPU定時對其采樣，將每個采樣點的二進制數(shù)據(jù)以8位為一個單位，分別存放到規(guī)定的存儲單元中，這樣便于對遙控器進行控制使用。當遙控器在控制狀態(tài)的時候，在使用的時，每按下一個控制鍵，一系列的二進制數(shù)據(jù)被CPU從規(guī)定的存儲單元中讀取，信號保持電路串行輸出決定，同時信號調(diào)制由調(diào)制電路進行，經(jīng)放大后的調(diào)制信號。7.使用注意：1).焊接條件：（焊點需離樹脂膠體根部2MM以上） a.浸錫：請在260且5秒以內(nèi)一次焊接完成，同時應避免樹膠膠體浸入錫槽內(nèi)。 b.烙鐵：用300W的烙鐵，其尖端溫度不得高于350且5秒以內(nèi)一次焊接完成。 2).焊接時請勿在產(chǎn)品施加外力，產(chǎn)品引腳成形必須在焊接前完成，以免影響產(chǎn)品接收性能。 3).線路板上的安裝孔間距請與產(chǎn)品腳間距離保持一致。 4).產(chǎn)品在高溫狀態(tài)下進行載切引腳容易產(chǎn)生性能不良，請在常溫在下或焊接前進行引腳載切; 5).引腳彎折成型條件：a.彎折點需離樹脂膠體根部2MM以上。b.須在焊接前或完全冷卻狀態(tài)下。 6).請注意保護紅外線接收器的接收面，沾污或磨損后會影響接收效果，切勿用高腐蝕性溶濟對 產(chǎn)品進行清洗，以免腐蝕產(chǎn)品影響性能，推薦使用酒精擦拭或浸漬且在常溫下不得超過3分鐘。 7).產(chǎn)品為靜電敏感元件，使用前請采取相應的防靜電保護措施（人員、設備、臺面、地面等）。2.3 單片機2.3.1 單片機控制電路系統(tǒng)采用的微控制器是ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗、高性能單片機AT89S52，它有32個外部雙向輸入/輸出 （I/O） 端口，片內(nèi)含8k bytes的可重復編程的Flash存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器 （RAM），3個16位可編程定時計數(shù)器，1個全雙工串行通信口，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)。AT89S52可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。2.3.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)AT89S52單片機包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時器/計數(shù)器、并行I/O口、串行I/O口和中斷系統(tǒng)等幾大單元以及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線三大總線構(gòu)成。圖2-7為單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。(1) 中央處理器中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件，能處理8位二進制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負責控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。(2) 程序存儲器AT89S52共有8KB個E2PROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。(3) 數(shù)據(jù)存儲器（RAM）AT89S52內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAM只有128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。圖2-7內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖(4) 并行輸入輸出口AT89S52共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。(5) 串行輸入輸出口AT89S52內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當同步移位器使用。(6) 定時/計數(shù)器AT89S52有三個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)功能，并以其定時或計數(shù)結(jié)果對單片機進行控制。(7) 中斷系統(tǒng)AT89S52具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、三個定時/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有兩級的優(yōu)先級別選擇。2.3.3 引腳功能 管腳圖如圖：2-8圖2-8 AT89S52芯片引腳圖(1) 電源和晶振VCC：供電電壓。GND：接地。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。(2) I/O口 P0口P0口的字節(jié)地址為80H，位地址為80H87H。P0口既可以作為通用I/O口使用，也可以作為單片機系統(tǒng)的地址/數(shù)據(jù)線使用。當作為輸出口使用時，由于輸出電路是漏極開路，必須外接上拉電阻才能有高電平輸出。 P1口P1口的字節(jié)地址為90H，位地址為90H97H。P1口只能作為通用I/O口使用。當作為輸出口使用時，已能對外提供推拉電流負載，外電路無需再接上拉電阻；當作為輸入口使用時，應先向其鎖存器寫入“1”，使輸出驅(qū)動電路的FET截止。 P2口P2口的字節(jié)地址為0A0H，位地址為0A0H0A7H。P2口用于為系統(tǒng)提供高位地址，但只作為地址線使用而不作為數(shù)據(jù)線使用。此外，P2口也可作為通用I/O口使用。 P3口P3口的字節(jié)地址為0B0H，位地址為0B0H0B7H。P3口可以作為通用I/O口使用，但在實際應用中它的第二功能信號更為重要。P3口引腳的第二功能，如下所示： P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（計時器0外部輸入）P3.5 T1（計時器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）(3) 4根控制線 RST：復位信號。保持RST腳兩個機器周期以上的高電平，就可以完成CPU系統(tǒng)復位操作，使系統(tǒng)的一些單元內(nèi)容回到規(guī)定值。 /PSEN：外部程序存儲器讀選通信號。在讀外部ROM時，/PSEN有效（低電平），以實現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。 /EA/VPP：訪問程序存儲器控制信號。當/EA信號為低電平時，對ROM的讀操作限定在外部程序存儲器；而當/EA為高電平時，則對ROM的讀操作是從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延續(xù)至外部程序存儲器。 ALE/PROG：地址鎖存控制信號。在系統(tǒng)擴展時，ALE用于控制P0口輸出的低8位地址送入鎖存器鎖存起來，以實現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的分時傳送。此外由于ALE是以六分之一晶振頻率的固定頻率輸出的正脈沖，因此也可作為外部時鐘或外部定時脈沖使用。2.4 八段數(shù)碼管 一、共陰極八段數(shù)碼管外型八段，在許多產(chǎn)品或場合上經(jīng)?？梢?。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由八個發(fā)光二極管所組成，為七個筆畫與一個小數(shù)點，依順時針方向為A、B、C、D、E、F、G與DP等八組發(fā)光二極管之排列，可用以顯示09數(shù)字及英文數(shù)A、b、C、d、e、F。八段顯數(shù)碼管的腳位和線路圖如2-9 圖2-9八段數(shù)碼管俯視圖 由于發(fā)光二極管只有在順向偏壓的時候才會發(fā)光。因此，七段顯示器依其結(jié)構(gòu)不同的應用需求，區(qū)分為低電位動作與高電位動作的兩種型態(tài)的組件，另一種常見的說法則是共陽極( 低電位動作)與共陰極( 高電位動作)七段顯示器，如圖2-10圖2-10共陰極(高電位動作) 二、八段顯示器顯示原理八段顯示器可用來顯示單一的十進制或十六進制的數(shù)字，它是由八個發(fā)光二極管所構(gòu)成的( 每一個二極管依位置不同而賦予不同的名稱，請參見3-4-1 ) 。我們可以簡單的說，要產(chǎn)生數(shù)字，便是點亮特定數(shù)據(jù)的發(fā)光二極管。例如要產(chǎn)生數(shù)字0，須只點亮A、B、C、D、E、F節(jié)段的發(fā)光二極管；要產(chǎn)生數(shù)字5，則須點亮A、C、D、F、G等節(jié)段發(fā)光二極管，以此類推，參見圖3-4-1。因此，以共陰極八段顯示器而言，要產(chǎn)生數(shù)字0，必須控制Cyclone II FPGA芯片接連至A、B、C、D、E、F 等接腳呈現(xiàn)“高電位”，使電路形成通路狀態(tài)。表2-5則為共陰極八段顯示器顯示之數(shù)字編碼。 表2-5八段數(shù)碼管的數(shù)字顯示顯示數(shù)字DPGFEDCBA16進制0001111113F100000110062001010115B3010011114F401100110665011011016D6011111017D700000111078011111117F9011011116F3系統(tǒng)硬件設計本硬件設計系統(tǒng)主要包括了測溫系統(tǒng)的設計以及單片機應用系統(tǒng)設計。一個單片機應用系統(tǒng)的硬件電路設計主要包含有兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴展，即單片機內(nèi)部的功能單元，如ROMRAMI/O口定時/計數(shù)器中斷系統(tǒng)等，當不能滿足應用系統(tǒng)的要求時，還必須在片外進行擴展，選擇適當?shù)男酒?，設計相應的電路。二是系統(tǒng)配置，既按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設備，并要考慮設計合適的接口電路。3.1系統(tǒng)電路組成框圖通風系統(tǒng)的控制核心是AT89S52單片機，系統(tǒng)由測溫模塊、直流電機驅(qū)動模塊、數(shù)碼顯示模塊、溫度模塊、紅外遙控模塊、電源模塊等幾部分構(gòu)成。系統(tǒng)框圖如圖3-1所示。圖3-1系統(tǒng)框圖3.2最小應用系統(tǒng)設計 AT89S52是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機，因此，AT89S52芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單可靠。用AT89S52單片機構(gòu)成最小應用系統(tǒng)時，只要將單片機接上時鐘電路和復位電路即可，如圖3-2所示。由于集成度的限制，最小應用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。最小應用系統(tǒng)電路圖如圖3-23-2最小系統(tǒng)電路圖端口說明如表3-1：表3-1小 端口說明網(wǎng)絡標號I/O端口說明C0C7P0口連接在74LS245A0A7由此芯片驅(qū)動數(shù)管B0B5P2口數(shù)碼管的位選擇motoP1.0 控制自動通風繼電器K2P1.1手動控制通風繼電器K1P1.2手動控制加熱繼電器heat P1.3自動控制加熱繼電器DQP3.0溫度傳感器輸入端口IRP3.3紅外傳感器輸入端口S0P3.5設置按鍵S1P3.6溫度十位數(shù)加S2P3.7溫度個位數(shù)加RST9腳單片機復位端XATAL1-XATAL218和19腳單片機晶振3.2.1晶振電路單片機晶振兩個電容的作用：這兩個電容是晶振負載電容，分別接在晶振的兩個腳上和對地的電容，一般是幾十Pf。它會影響到晶振的諧振頻率和輸出幅度，在訂購晶振時，晶振的負載電容=(Cd*Cg)/(Cd+Cg)+Cic+C式中Cd,Cg為分別接在晶振的兩個腳上和對地的電容,Cic（集成電路內(nèi)部電容+C（PCB上電容）經(jīng)驗值為3至5pf。晶振電路如圖3-3圖3-3晶振電路3.2.2復位電路復位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)過一定的延時才撤銷復位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分合過程中引起的抖動而影響復位。單片機復位電路參數(shù)的選定須在振蕩穩(wěn)定后保證復位高電平持續(xù)時間大于2個機器周期。AT89S52單片機是整個開發(fā)板的控制中心，我們在選用電路時應該保證它的可靠性和抗干擾性.在選用具體電子器件的時候，應該確定它的各項參數(shù)，盡量使用參數(shù)相當?shù)钠骷?。復位電路如圖3-4圖3-4復位電路3.3溫度測量電路單元模塊設計此溫度測量電路中，由DS18B20溫度傳感器進行溫度測試，電路如下圖3-5所示：溫度的測量，由溫度傳感器DS18B20測量室內(nèi)的溫度，將測量的溫度與設置的溫度值進行對比。將測量的溫度與設置的上下限溫度進行對比后，如果高于設置的上限溫度時驅(qū)動風機動作進行通風，如果低于設置的下限溫度時進行加熱。圖3-5測溫電路圖3.4控制電路設計控制電路如圖3-6所示： 圖3-6控制電路圖此電路里共有三個繼電器，分別是控制通風、加熱和室內(nèi)燈開關(guān)，當三極管基極電平為“0”時，繼電器吸合，基極電平為“1”時，繼電器斷開，在通風和加熱電路上，都有兩個三極管去控制，這樣設計是為了加入手動功能，Q4和Q5是自動控制通風和加熱繼電器吸合，Q1和Q2是手動控制通風和加熱繼電器吸合，當按下?lián)u控器上自動按鈕之后，此設計按照程序設計溫度而進行通風或者加熱，當按下?lián)u控器上手動按鈕之后，程序就會自動跳出自動程序，這時可以人為的控制通風和加熱繼電器吸合，如果不按自動，此時設計就相當于一個溫度計。如果到晚上用戶不想讓它自動通風或者加熱就可以按下手動按鈕，這樣就不會自動啟動控制。此設計還加入室內(nèi)燈的開關(guān)繼電器，更能方便用戶使用，以后在開關(guān)燈就可以不在按墻上的開關(guān)。3.5顯示模塊設計 示電路電路圖3-7所示：圖3-7測溫模塊電路圖此顯示電路所示六位八段數(shù)碼管顯示，數(shù)碼管較大，在遠處可就可以看清當前溫度，在此顯示電路中用到74LS245，此芯片是具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。采用74LS245增加I/O口的驅(qū)動能力。當片選/CE為低電平時有效，AB/AB為高電平時，信號由A向B傳輸，反之為低電平時，信號由B向A傳輸。4 軟件系統(tǒng)設計在進行控制系統(tǒng)設計時，除了硬件系統(tǒng)的設計外，還需要對根據(jù)每個對象的實際需要設計程序。在單片機控制系統(tǒng)中，大體可分為數(shù)據(jù)處理和過程控制兩個基本類型。數(shù)據(jù)的處理包括：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)變換，顯示處理等。控制程序主要是使單片機按一定的方法進行計算，再輸入信號，以便于控制。在進行軟件設計時，通常把整個過程分成若干個部分，每一部分叫做一個模塊。所謂“模塊”，實質(zhì)上就是完成一定功能，相對獨立的程序段。 模塊程序設計法的主要優(yōu)點是：（1）單個模塊比起一個完整的程序易編寫及調(diào)試；（2）模塊可以共存，一個模塊可以被多個任務在不同條件下調(diào)用；4.1主程序流程圖主程序是在程序運行中初始化各個端口、內(nèi)部中斷，保證外部電路都恢復初始化，在主程序中的循環(huán)程序中調(diào)用按鍵盤函數(shù)和計數(shù)程序，因為主程序初始化之后進入主循環(huán)程序當中，開始調(diào)入函數(shù)。系統(tǒng)主程序流程圖如4-1所示： 圖4-1系統(tǒng)主程序流程圖4.2按鍵程序流程圖在人機交互中，通過按鍵輸入各種信息，調(diào)整各種參數(shù)或發(fā)出控制指令等，因此按鍵處理在智能控制系統(tǒng)中是非常重要的部分。以單只按鍵分析，單I/O口按鍵如圖所示。此時I/O口為輸入狀態(tài)，當按鍵未按下時，上拉電阻將I/O電平接至5V。按下按鍵后，I/O高電平被拉至0V。這樣根據(jù)I/O電平就可判斷按鍵盤狀態(tài)。即I/O口電平為0時，就表示按鍵按下，當I/O口為高電平時，就表示按鍵彈起。需要注意的是，實際的按鍵在被按下時，由于機械觸點的彈性的作用，按鍵在閉合時不會馬上穩(wěn)定的地接通，在斷開時也不會一下子斷開。因在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動，抖動時間長短由按鍵機械特性及操作人員動作決定，一般為520ms；按鍵函數(shù)流程圖如圖4-2 4.3測溫程序流程圖DS18B20復位子程序如圖4-3所示；讀溫度值子程序如圖4-4所示；數(shù)據(jù)處理子程序如圖4-5所示圖4-3 DS18B2復位子程序圖4-2按鍵流程圖 圖4-3 DS18B20復位子程序 圖4-5 數(shù)據(jù)處理子程序總 結(jié)本設計是通過測量室內(nèi)溫度來控制通風系統(tǒng)，此系統(tǒng)已經(jīng)成功的進行過多次試驗，運行穩(wěn)定，節(jié)省了人力投入，提高了自動化控制水平和工作效率，系統(tǒng)的調(diào)試和維護也非常方便，符合智能通風技術(shù)的要求，真正做到既經(jīng)濟又實用的控制目的，具有推廣價值。在設計的過程中，我學會很多軟件的使用。在設計實物的過程中，學到到了很多知識，但是也遇到不少的困難，雖然在同學和老師的幫助最后都得到了解決，但是這也體現(xiàn)出了我在專業(yè)方面不足的地方，所以通過這次的畢業(yè)設計我感悟最大的就是在以后學習生活中怎樣提升自身的專業(yè)水平。通過這次畢業(yè)設計，使我深刻地認識到學好專業(yè)知識的重要性，也理解了理論聯(lián)系實際的含義，并且檢驗了大學五年的學習成果。雖然在這次設計中對于知識的運用和銜接還不夠熟練。但是我將在以后的工作和學習中繼續(xù)努力、不斷完善。這段時間的設計是對過去所學知識的系統(tǒng)提高和擴充的過程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎。此設計是通過溫度來實現(xiàn)室內(nèi)智能通風控制，其實，通過測量空氣中的成分也是可以實現(xiàn)室內(nèi)智能通風。我想在條件允許的情況下通過溫度和空氣成分結(jié)合起來進行對室內(nèi)通風系統(tǒng)設置會更加完美。參考文獻1周洪,胡文山,張立明,盧亦焱. 智能家居控制系統(tǒng). 北京：電力出版社,2006.2李盛林，王宏平，魏敏.機械設計基礎實驗教學改革的探討.實驗技術(shù)與管理，2005，22（7）：98-102. 3梁俊彥,李玉翔.機電一體化技術(shù)的發(fā)展及應用.科技資訊,2007(9).4沈晉明.我國目前室內(nèi)空氣品質(zhì)改善的對策與措施暖通空調(diào)，2002，32(2):34-37.5 李欣,林豹.住宅通風換氣機研究.中國住宅設施，2002.5.6中華人民共和國建設部.GB50019一2003，采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范北京:中國計劃出版社，2003.7陸亞俊，馬最良,鄒平華.暖通空調(diào).北京:中國建筑工業(yè)出版社，2003.8雙平，張國強，彭建國等.自然通風技術(shù)研究進展.2004. 34(3):22-28.9IEAAnnuslRePorts.HybridVentilationArmex35.Synde