風扇模擬控制系統(tǒng)

1、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計設(shè)計報告題目名稱： 電風扇模擬控制系統(tǒng) 班 級： 10自動化一班 姓 名： 學 號： xxxxxxxxxxxx 座 號： xx 華南理工大學廣州學院2013年11月20日目錄摘要1一、引言2二、設(shè)計任務(wù)22.1.設(shè)計目的22.2.設(shè)計題目22.3.設(shè)計任務(wù)2三、設(shè)計方案23.1.設(shè)計方案特點23.2.關(guān)于最小系統(tǒng)STC89C5233.3.系統(tǒng)設(shè)計框圖3四、電路部分44.1.電源穩(wěn)壓模塊設(shè)計44.2.單片機最小系統(tǒng)設(shè)計44.3.達林頓ULN2803驅(qū)動設(shè)計54.4.EEPROM AT24C02電路設(shè)計64.5.鍵盤電路設(shè)計64.6.霍爾傳感器模塊設(shè)計64.7.HS0038紅外接

2、收設(shè)計74.8.LED發(fā)光二極管顯示電路設(shè)計7五、系統(tǒng)電流流程圖7六、軟件設(shè)計流程圖8七、測試方法與測試結(jié)果87.1.測試儀器：87.2.測試方法87.3.測試結(jié)果：8八、心得總結(jié)9九、參考文獻99【摘要】本次課程設(shè)計是通過KEIL C軟件和Altium Designer Summer 09軟件設(shè)計一個電風扇模擬控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括獨立鍵盤電路模塊、直流穩(wěn)壓電路模塊、程序下載電路模塊、EEPROM模塊、達林頓驅(qū)動電路模塊、LED發(fā)光二極管顯示模塊、紅外遙控模塊。同時，考慮到為電路提供穩(wěn)定的電壓和電流，所以在該系統(tǒng)上加油獨立穩(wěn)壓源、獨立按鍵和下載端口。本次設(shè)計方案以STC89C52為控制核心，實

3、現(xiàn)了用兩個按鍵分別作為啟動和停止按鈕；用三個按鍵分別控制直流電機的不同轉(zhuǎn)速；用兩個LED燈顯示電風扇的工作狀態(tài)，采用二進制方法表示直流電機的轉(zhuǎn)速：第一檔位顯示“01”、第二檔位顯示“10”、第三檔位顯示“11”（其中0表示LED發(fā)光二極管不工作，1則表示工作）；設(shè)置一個“搖頭/停止搖頭”按鍵控制步進電機轉(zhuǎn)動與停止；設(shè)置一個按鍵控制“獨立鍵盤控制”與“紅外遙控器控制”的功能切換。【關(guān)鍵詞】 單片機、直流電機、步進電機、STC89C52 AbstractThis microprocessor and microcontroller course is designed by KEIL softwa

4、re and Altium Designer Summer 09 software to design an electric fan analog control system, the system includes a separate keyboard circuit module, the DC voltage regulator modules, download circuit module, the EEPROM module, Darlington driver circuit modules, LED light-emitting diode display module,

5、 infrared remote control module. At the same time, taking into account the circuit to provide a stable voltage and current fuel independent voltage source, independent keys and download port on the system.The design STC89C52 control core to achieve two key as the start and stop buttons; three button

6、s control the DC motor speed; working state with two LED lights, fans, using the binary method said DC motor speed: the first gear display "01" second gear "10", third gear display "11" (where "0" indicates that the LED light emitting diode does not work, &quo

7、t;1" indicates it works); to set up a "shaking his head / stop shaking his head" button to control the stepper motor rotates and stops; set a button to control the "independent keyboard control switch with infrared remote control" function.Key words MCU, DC motor, stepper mo

8、tor,STC89C52一、 引言電風扇是一種利用電動機驅(qū)動扇葉旋轉(zhuǎn)，來達到使空氣加速流通的家用電器，主要用于清涼解暑和流通空氣，廣泛用于家庭、辦公室、商店、醫(yī)院等場所。如今的電風扇也一改人們印象中的傳統(tǒng)形象，在外觀和功能上都更追求個性化、人性化，也增加了照明、驅(qū)蚊等更多的實用功能。電風扇曾一度被認為是空調(diào)產(chǎn)品沖擊下的淘汰品，其實并非如此，家用電風扇并沒有隨著空調(diào)的普及而消失于市場，近年來反而出現(xiàn)了市場銷售復蘇的趨勢。其主要原因：一是風扇和空調(diào)的降溫效果不同，空調(diào)有強大的制冷功能，可以快速有效地降低環(huán)境溫度，但電風扇更溫和，更加適合老人兒童和體質(zhì)較弱的群體使用；二是電風扇有價格優(yōu)勢，價格低廉而

9、且相對省電，安裝和使用也非常簡單。二、 設(shè)計任務(wù)2.1. 設(shè)計目的1. 培養(yǎng)針對課題需要，選擇和查閱有關(guān)手冊、圖表及文獻資料的自學能力，提高組成系統(tǒng)、編程、調(diào)試的動手能力；2. 通過對課題設(shè)計方案的分析、選擇、比較、熟悉單片機用系統(tǒng)開發(fā)、研制的過程，軟硬件設(shè)計的方法、內(nèi)容及步驟；3. 鞏固、加深和擴大單片機應(yīng)用的知識面，提高綜合及靈活運用所學知識解決工業(yè)控制的能力。2.2. 設(shè)計題目電風扇模擬控制系統(tǒng)2.3. 設(shè)計任務(wù)1. 完整的模擬出電風扇的整個系統(tǒng)；2. 電風扇模擬控制系統(tǒng)包括啟動、停止按鈕；3. 電風扇模擬控制系統(tǒng)包括三種不同風力級別的按鈕；4. 電風扇模擬控制系統(tǒng)包括自動轉(zhuǎn)頭、停止轉(zhuǎn)頭

10、按鈕。三、 設(shè)計方案3.1. 設(shè)計方案特點1. 電源上電時，電風扇不加電，只有按下啟動按鈕時，電風扇開始工作，電路就將默認最高轉(zhuǎn)速檔位以及搖頭方式自動開始運行。按下停止鍵時，電風扇停止工作；2. 按下“搖頭/停止搖頭”鍵，電風扇能以一定的角度進行左右搖頭，并有指示燈；3. 按下調(diào)速的三個按鍵，可以切換電風扇不同檔位的風速，并有兩路LED發(fā)光二極管顯示當時的風速；4. 按下“紅外遙控開啟”鍵，可以將系統(tǒng)上的按鍵切換成紅外遙控器對系統(tǒng)進行控制，通過HS0038紅外接收器接收信號對系統(tǒng)進行控制；5. 電風扇模擬系統(tǒng)包括多個電源輸入接口，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電壓和電流，是系統(tǒng)穩(wěn)定工作。3.2. 關(guān)于最小系

11、統(tǒng)STC89C52STC89C52是一個低功耗，高性能COMS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復位電路，三個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中

12、斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35Mhz，6T/12T可選。外形及引腳排列如下圖所示。3.3. 系統(tǒng)設(shè)計框圖本設(shè)計采用STC89C52單片機為核心控制器件，系統(tǒng)框圖如下所示STC89C52顯示模塊按鍵控制電路獨立鍵盤控制直流電機HS0038紅外接收器控制步進電機四、 電路部分該系統(tǒng)以STC89C52單片機為核心，有電源電路，時鐘電路，復位電路，鍵盤電路，驅(qū)動電路，紅外電路，霍爾傳感器電路等組成。4.1. 電源穩(wěn)壓模塊設(shè)計LM7805可提供直流5V的輸出電壓，應(yīng)用范圍廣，內(nèi)含有過流和過載保護電路，帶散熱時

13、能持續(xù)提供1A的電流，如果使用外圍器件，還能提供不同的電壓和電流。電路原理圖如下圖所示。外部電壓VCC經(jīng)過穩(wěn)壓芯片LM7805穩(wěn)壓后即可輸出穩(wěn)定的5V電壓為整個電風扇系統(tǒng)供電。 4.2. 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計電風扇模擬控制系統(tǒng)采用STC89C52進行系統(tǒng)控制，運用到了復位電路、時鐘電路、串口、I/O口。STC89C52單片機的上電+按鍵復位電路，復位按鍵按下后，復位端與+5V電源接通，迅速放電，使RST引腳為高電平，復位按鍵彈起后，電源通過10K的電阻對10F電容重新充電，RST引腳出現(xiàn)復位正脈沖。利用芯片內(nèi)部的振蕩器，然后在引腳XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體振蕩器，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器

14、，發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時鐘電路。用到的單片機芯片具有與MCS-51 兼容的功能，具有8K字節(jié)可編程閃爍存儲器可編程串行通道，同時是低功耗的閑置和掉電模式，片內(nèi)置有振蕩器和時鐘電路。4.3. 達林頓ULN2803驅(qū)動設(shè)計達林頓三極管是將兩個三極管適當?shù)倪B接在一起，以組成一個等效的新的三極管，這個新的三極管就是達林頓三極管。達林頓三極管有放大倍數(shù)大、驅(qū)動能力強、功率大、開關(guān)速度快、可做成功率放大模塊、易于集成化等性能特點，主要用于大負載驅(qū)動電路、音頻功率放大器電路、中（大）容量的開關(guān)電路和自動控制電路。ULN2803達林頓三極管在該電風扇模擬控制系統(tǒng)中用于驅(qū)動步進電機與直流電機。4.4. EEP

15、ROM AT24C02電路設(shè)計采用具有I2C總線接口的串行E2PROM器件可很好地解決掉電數(shù)據(jù)保存問題，且硬件電路簡單。AT24C02具有2Kb的存儲容量，內(nèi)部分成32頁，每頁8B，共256B。AT24C02可解決掉電數(shù)據(jù)保存問題，可對所存數(shù)據(jù)保存100年，并可多次擦寫，擦寫次數(shù)可達10萬次以上。在該系統(tǒng)中，主要用來保存電風扇搖頭的轉(zhuǎn)向，每次上電后都可以讀出斷電前搖頭的轉(zhuǎn)向，并繼續(xù)保持轉(zhuǎn)向工作。4.5. 鍵盤電路設(shè)計電風扇模擬控制系統(tǒng)使用行列掃描方式，在單片機的P2口上連接七個按鍵，單片機掃描鍵盤，如果有按鍵按下，單片機會根據(jù)鍵碼執(zhí)行相應(yīng)的程序，使整個系統(tǒng)的功能更加完善。4.6. 霍爾傳感器模

16、塊設(shè)計在該電風扇模擬控制系統(tǒng)中，為了更好的控制電風扇搖頭是轉(zhuǎn)動的角度，在系統(tǒng)上增加了兩個霍爾傳感器。當霍爾傳感器感應(yīng)到磁性物體時，會立即變成低電平。通過電平的控制，可以將接收到電平信號時令單片機對步進電機做出相應(yīng)的回應(yīng)，使得電風扇在一定的角度內(nèi)進行擺頭操作。4.7. HS0038紅外接收設(shè)計當按鍵S7按下后（打開外部中斷），系統(tǒng)上的按鈕不起作用，對系統(tǒng)的操作將改成紅外遙控發(fā)射器，紅外發(fā)射器發(fā)出信號后，單片機將接收到的信號進行解碼，做出相應(yīng)的回應(yīng)，從而達到控制電風扇的作用，當遙控按下其中一個設(shè)置好的按鈕（切換回鍵盤，即關(guān)閉外部中斷）時，將切換回按鍵控制。紅外遙控可以方便我們在一定的距離對電風扇進

17、行控制，而不用每次都走到電風扇前才能對電風扇控制，紅外控制的距離可達3米。 4.8. LED發(fā)光二極管顯示電路設(shè)計通過用兩個LED發(fā)光二極管來顯示當前直流電機的轉(zhuǎn)速：LED3亮，LED4滅，表示直流電機轉(zhuǎn)速為1檔；LED3滅，LED4亮，表示直流電機轉(zhuǎn)速為2檔；LED3和LED4都亮，表示直流電機轉(zhuǎn)速為3檔。紅外接收五、 系統(tǒng)電流流程圖EEPROMLED顯示電路時鐘電路復位電路步進電機獨立鍵盤直流電機霍爾傳感器STC89C52RC直插單片機從框圖可以看出，以STC89C52單片機為核心，由單片機控制步進電機和直流電機，利用其他小模塊來完善整個電風扇系統(tǒng)，使得我們能更好、更方便的操作電風扇。六、

18、 軟件設(shè)計流程圖根據(jù)整個系統(tǒng)的要求，完成整個電風扇模擬系統(tǒng)必須經(jīng)過以下幾個步驟：單片機通過接收按鍵的信號，并通過LED發(fā)光二極管顯示直流電機當前的工作狀態(tài)，利用霍爾傳感器接收到的信號控制步進電機正反轉(zhuǎn)從而實現(xiàn)電風扇搖頭的角度。系統(tǒng)主程序流程圖：記錄步進電機的轉(zhuǎn)向、控制步進電機轉(zhuǎn)動的角度、顯示直流電機的轉(zhuǎn)速步進電機、直流電機工作系統(tǒng)初始化開始開機鍵是否按下Y關(guān)機鍵是否按下 N步進電機、直流電機停止工作NY七、 測試方法與測試結(jié)果7.1. 測試儀器：數(shù)字萬用表、電烙鐵、直流穩(wěn)壓電源、PC機7.2. 測試方法利用數(shù)字萬用表測試每一個電路支路，查看是否有出現(xiàn)虛焊或者出現(xiàn)斷線等；利用數(shù)字萬用表測試每一個電路的實際電壓電流；根據(jù)電機轉(zhuǎn)速帶動扇葉測試風速的大小來測試電機是否有調(diào)速；利用磁鐵靠近霍爾傳感器，測試步進電機是否會根據(jù)接收到傳感器的信號后反向轉(zhuǎn)動；利用串行通信口把程序下載到芯片STC89C52中調(diào)試每一步的流程，同時檢測電路模塊上的按鍵功能與程序是否一致；測試AT24C02是否能正常工作，記錄步進電機斷電前的轉(zhuǎn)向。7.3. 測試結(jié)果：每個電源模塊之間測試的電壓誤差范圍在12V；直流電機有三個檔速的調(diào)節(jié)；接收霍爾傳感器的信號后，步進電機能很快