智能風扇采用單片機AT89C51控制系統(tǒng)畢業(yè)論文初

1、精品文檔摘 要電風扇是夏天給人們降溫的非常好的家用電器,智能風扇就是能根據(jù)溫度的改變，風扇轉(zhuǎn)速隨之改變,現(xiàn)在的風扇很難做到這一點，只有人為的幾檔調(diào)速。夏夜溫度下降后人們?nèi)菀滓蚴焖軟?，當溫度升高時，它又不能根據(jù)溫度的變化改變轉(zhuǎn)速。本設計智能風扇采用單片機AT89C51作為控制系統(tǒng)的核心，使用溫度傳感器DS18B20進行當前的溫度采集，利用PWM脈沖寬23度調(diào)制技術進行實時調(diào)速,并通過LED數(shù)碼管顯示當前溫度。關鍵詞：單片機；溫度傳感器；風扇； PWM；Design of Smart Fan Based on Single Chip MicrocomputerAbstractFan is ve

2、ry good for people cooling appliances in the summer. Smart Fan is according to changes in temperature, and fan speed changes. Now the fan is difficult to do this, only a few artificial stall speed. The design of the fan control system uses AT89C51 microcontroller , the indoor temperature sensor DS18

3、B20 temperature acquisition, use PWM pulse width modulation technology for real-time control, and displays the current temperature through the LED digital tube. Key Words: Microcontroller；Temperature Sensors；Fan；歡迎下載精品文檔第一章 緒 論31.1引言31.2 開展現(xiàn)狀與應用領域31.3 本次設計的主要任務和內(nèi)容4第二章 方案論證52.1 控制核心的選擇52.2 調(diào)速方式的選擇52.

4、3 溫度傳感器的選擇62.4 顯示電路的選擇7第三章 主要原件的介紹73.1 AT89C51簡介73.2 DS18B20簡介93.3四位共陽極數(shù)碼管11第四章 系統(tǒng)主要硬件電路設計124.1 DS18B20的工作原理及其單片機的接口電路124.2 風扇PWM調(diào)速原理及其單片機接口電路144.3晶振及復位電路設計154.4 數(shù)碼顯示電路164.5按鍵連接電路17第五章 軟件設計185.1 程序設置18第六章 系統(tǒng)調(diào)試196.1 軟件調(diào)試206.1.1 按鍵顯示局部的調(diào)試206.1.2 傳感器DS18B20溫度采集局部調(diào)試206.1.3 電動機調(diào)速電路局部調(diào)試216.2 硬件調(diào)試216.2.1 傳

5、感器DS18B20溫度采集局部調(diào)試21電動機調(diào)速電路局部調(diào)試216.3 系統(tǒng)功能216.3.1 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能226.3.2 系統(tǒng)功能分析22總 結(jié)23謝 辭23參考文獻24附錄25附錄一：電路原理圖25附錄二：源程序25第一章 緒 論1.1引言在現(xiàn)實生活中，咱們總是要運用一些降溫設施。雖然如今不少城市家庭都用空調(diào)設備作為降溫工具,但在大局部鄉(xiāng)村家庭電風扇依舊是作為夏季降溫的主要工具。春夏或是夏秋交替時節(jié)，早晚溫差較大，白晝溫度較高，風扇應該轉(zhuǎn)動的較快，這樣才可以讓人感到?jīng)鏊?。到了夜間，氣溫降落很多，當人們?nèi)胨螅L扇的轉(zhuǎn)速應慢慢減下來，防止感冒。盡管如今的風扇有多個檔位可以調(diào)節(jié)，但都必須由

6、人工來換擋，在人們酣睡以后就無能為力了。針對這個問題我們現(xiàn)在普遍采用定時的方法，但采用定時的方法普遍只能定時兩個多小時，如果在這兩個多小時里溫度沒有變化很大，人們就會感到酷熱醒過來去翻開風扇，這樣就影響了人們的睡眠質(zhì)量。從以上 剖析可知，須要設計出一種智能化的電風扇來解決這個問題。本設計的控制核心采用單片機AT89C51，當前環(huán)境溫度通過溫度傳感器18B20來采集。實時溫度通過LED數(shù)碼管來顯示，并依據(jù)溫度傳感器檢測到的當前環(huán)境溫度，輸出相應占空比的PWM脈沖信號，進而調(diào)節(jié)風扇不同的轉(zhuǎn)速。1.2 開展現(xiàn)狀與應用領域雖然作為一種老式家電，電風扇曾一度被認為是空調(diào)沖擊下的淘汰品；但電風扇

7、具備擺放便利、體積輕巧、價格廉價等優(yōu)勢。我國對電風扇的優(yōu)化研究是很積極的，由于大局部家庭受消費水平的限制，作為成熟的家電產(chǎn)業(yè)中一員的電風扇，在中國還是具有很廣闊市場的，智能電風扇已經(jīng)投入市場，目前這方面的技術已經(jīng)成熟。下一階段的研究將是使其愈加人性化，更好的滿足不同群體的人的需求。根據(jù)不同人群的不同需要，美的等家電企業(yè)也相繼推出了大廈扇和學生扇等智能化電風扇產(chǎn)品。國外和我國在電器研究方面比較起來，前者對電風扇的研究并不是很踴躍，但是國外在智能化電器領域卻比我國更加先進?！爸悄芑娖靼齻€層次：智能化磁力啟動器、智能化接觸器、和智能化斷路器等是智能化的電器元件，智能化開關柜：多臺斷路器；智能化

8、供配電系統(tǒng)：用電設備與供電系統(tǒng)的控制的控制關系十分密切 。增強網(wǎng)絡性能，最大程度地提升配電系統(tǒng)和用電設備的自動化水平是這兩個層次上的智能化任務的重點采用可編程器件及微處理器，大量功能通過“以軟代硬來實現(xiàn)，并擁有“現(xiàn)場設計的能力并充分增強智能化電器元件的“柔性與 適應性。是新型智能化電器元件的開展趨勢。例如一種采用FPGA器件構(gòu)成的專用功能集成電路已被投入了使用。隨著溫度控制技術的開展，為了使電風扇愈加人性化以及節(jié)省電能等，溫度控制風扇越來越受到青睞并被廣泛的應用。 溫控風扇系統(tǒng)之所以能很好的節(jié)約電能是因為能根據(jù)當前的環(huán)境溫度去自動開通、關閉電風扇并能控制電風扇的轉(zhuǎn)速，這樣也方便用戶們的使用更具

9、人性化。并且溫控風扇系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、日常生活中都有寬泛的使用，如在工業(yè)生產(chǎn)中大型機械設備的散熱系統(tǒng)，或限制筆記本電腦上的智能CPU風扇等基于單片機的溫控風扇都能夠根據(jù)環(huán)境溫度的上下自動啟動或停止轉(zhuǎn)動，并能夠按照溫度的變化完成轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié)，在現(xiàn)實生活中具非常廣泛的用途，因此它的設計具有一定的價值意義1.3 本次設計的主要任務和內(nèi)容 本設計的主要控制核心是AT8951單片機，溫度傳感器采集到的數(shù)據(jù)處理通過51單片機來完成，并且電風扇的各種工作狀態(tài)是通過各種電子元器件對其進行實時控制的，進而滿足用戶的需要。本次設計主要完成以下內(nèi)容：(1)可根據(jù)當前環(huán)境溫度和預設溫度自動調(diào)節(jié)風扇轉(zhuǎn)速，當前溫度大于預

10、設溫度上限，風扇轉(zhuǎn)速較高；小于預設溫度上限，大于預設溫度下限風扇轉(zhuǎn)速較低；小于預設溫度下限風扇自動關閉。 (2) 預設溫度可通過按鍵增加或減少，三個按鍵。第一個為功能鍵按第一下顯示溫度上限可對溫度上限進行設置，按第二下顯示溫度下限可對溫度下限進行設置，按第三下顯示環(huán)境溫度。第二個鍵為溫度設置加鍵，按一下加五度。第三個鍵為溫度減鍵，按一下溫度減一。 (3) 能夠?qū)崿F(xiàn)對風扇轉(zhuǎn)速的手自動控制。 (4)自動模式下，通過對溫度信號的檢測，完成對風扇轉(zhuǎn)速的智能控制。 (5) 數(shù)碼管可以對環(huán)境溫度進行顯示，并顯示風扇檔位。第二章 方案論證2.1 控制核心的選擇 方案一：采用單片機作為控制核心。在本設計中采用

11、AT89C51單片機，通過編程的方法來完成對溫度的實時采集，在其I/O口輸出相應的控制信號控制風扇的轉(zhuǎn)速。單片機AT89C51工作電壓相對較低，單片內(nèi)含有4k字節(jié)的ROM和256字節(jié)的RAM，并且價錢也相對低廉。方案二：采用電壓比較電路作為控制執(zhí)行部件。將采集到的溫度信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柸缓蠼?jīng)放大電路放大，通過集成運算放大器組成的比較電路的判斷決定電風扇的轉(zhuǎn)動速度。 對于方案一，用單片機AT89C51作為控制器件，單片機經(jīng)過讀取ds18b20當前溫度程序和顯示溫度程序?qū)囟葌鞲衅鱀S18B20檢測到的環(huán)境溫度通過LED數(shù)碼管顯示出來，并且單片機的外部按鍵可以通過按鍵掃描程序?qū)︻A設的溫度上下限初值進

12、行增大或者減小，同時對于設計中所要實現(xiàn)的功能采用單片機的軟件編程更容易實現(xiàn)，本錢低，所以以單片機AT89C51為控制核心，適合本次設計。對于AT89C51的具體參數(shù)參見下面“主要元件介紹中的各器件介紹。對于方案二，控制核心采用電壓比較電路的方案，雖然該方案電路比較簡單、易于實現(xiàn)，但預設溫度的初值不能進行更改，無法滿足不同用戶的使用需求，因此本次設計不采納這個方案。2.2 調(diào)速方式的選擇方案一：采用變壓器調(diào)速方式，將市電220v交流電壓通過線圈降壓到不同的數(shù)值然后通過把電風扇電機接到不同電壓值的線圈上來完成對直流電機轉(zhuǎn)速的控制。方案二：采用單片機的PWM軟件編程方式來調(diào)速。PWM是英文Pulse

13、 Width Modulation的簡寫形式，它的文意思是脈沖寬度調(diào)制。PWM是一種按某種規(guī)律變化的脈沖方波，在PWM驅(qū)動的直流電機的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)當中，最常用的是矩形PWM脈沖信號波，也是編寫程序比較簡單的。在對直流電機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)時，需要根據(jù)當前溫度來輸出相應占空比的PWM脈沖。PWM脈沖的占空比指的是高電平的時間在一個周期時間內(nèi)的所占的百分比，假設全為低電平，占空比為零，風扇不轉(zhuǎn)；假設全為高電平，占空比為100%，轉(zhuǎn)速到達最大 。用單片機輸出PWM脈沖信號時，有如下兩種方法：(1) 利用軟件延時?？梢岳镁幊誊浖刂茊纹瑱CP1.0口上下電平的時間實現(xiàn)不同占空比的PWM脈沖的輸出，利用賦值

14、的方法對單片機輸出的電平進行上下轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)風扇的調(diào)速，本設計采用該方法。設計不同占空比的PWM脈沖的思路是：假設采用1S的周期方波，以50MS為基準；那么20個基準便就是一個1S，那么當其中10個連續(xù)的50MS的高電平脈沖，然后10連續(xù)的50MS低電平脈沖，便得到了占空比為50%的PWM方波信號。(2) 利用單片機自帶的PWM功能。但本次設計所用得AT89C51單片機沒有這種功能，只有STC系列的才有，故不可行。對于方案一，該方案可以對直流風扇進行調(diào)速，但調(diào)節(jié)不是非常方便，而且利用變壓器來改變電壓，不能適應人性化要求。對于方案二，采用PWM 脈沖調(diào)制的編程軟件方法來實現(xiàn)對直流電機的實時調(diào)速

15、，具有很大的靈活性，并且可以更充分地發(fā)揮單片機的功能，綜合考慮選用方案二。2.3 溫度傳感器的選擇 方案一：檢測溫度的元器件采用熱電偶，并與適當?shù)耐鈬娐废嗯浜希蓡纹瑱CAT89C51將檢測到的溫度信號進行處理。方案二：檢測溫度的元器件采用熱敏電阻，采集的信號經(jīng)過運算放大器放大，由于熱敏電阻的阻值的變化是由溫度變化會引起、進而可以得到輸出電壓變化的信號。方案三：檢測溫度的元器件采用高精度集成溫度傳感器DS18B20，單片機可處理直接輸出的數(shù)字溫度信號。對于方案一，檢測元器件采用熱電偶，它檢測的溫度范圍非常寬，-50攝氏度到1600攝氏度都能檢測，但是電路設計非常復雜，故本設計不采用該方案。對于

16、方案二，雖然熱敏電阻價格相對來說較為廉價、元器件也比較容易買到，但是對溫度的變化感應敏感度不強，在檢測溫度信號時，有可能會產(chǎn)生失真和誤差，故本設計不采用這個方案。對于方案三，由于溫度傳感器DS18B20的集成度很高，所以大大減少了外接電路，從而檢測誤差也會小很多，DS18B20檢測溫度的原理與前面兩種方案檢測溫度的原理有著很大的不同。其檢測到的溫度值能直接送入單片機處理，不用編寫較多的轉(zhuǎn)換程序，簡化了程序的編寫，且只需用一根線便可與單片機相連，接口也相當簡單，本次設計采用該方案。關于DS18B20的詳細參數(shù)參看下面 的器件介紹。2.4 顯示電路的選擇方案一：采用四位共陽極數(shù)碼管顯示溫度，動態(tài)掃

17、描顯示方式。方案二：采用液晶顯示屏LCD顯示溫度對于方案一來說數(shù)碼管的優(yōu)勢是顯示溫度明亮醒目，在夜間也能看見并且本錢低廉，顯示驅(qū)動程序的編寫也較為簡單，功耗也較低，這種顯示方式得到了廣泛應用。缺乏的地方是數(shù)碼管顯示時會有閃爍，因為掃描顯示的方式是使四個LED逐個點亮.但是可以通過增大掃描的頻率來消除閃爍感,因為人眼的視覺暫留時間為20MS，當數(shù)碼管掃描周期小于這個時間時人眼將感覺不出閃爍，。對于方案二，液晶顯示屏的優(yōu)勢是能顯示字符甚至圖形還能顯示數(shù)字，顯示屏顯示字符優(yōu)美，這是LED數(shù)碼管所無法比較的。但是液晶顯示驅(qū)動程序較復雜，模塊價格較貴，從簡單實用的原那么考慮，本系統(tǒng)采用方案一。第三章 主

18、要原件的介紹系統(tǒng)主要器件包括DS18B20溫度傳感器、AT89C51單片機、四位LED共陽數(shù)碼管、風扇。輔助元件包括電阻、電容、晶振、電源、按鍵、開關等。3.1 AT89C51簡介AT89C51是由美國ATMEL公司生產(chǎn)的一款低電壓單片機，兼容MCS-51指令，內(nèi)部含有256字節(jié)的RAM和4K字節(jié)的ROM。其含有Flash存儲單元，功能十分強大，并且中央處理器是8位的。AT89C51單片機具有以下標準的功能：一個8位CPU頻率范圍是1.2-12MHZ，4K字節(jié)的Flash閃存，256字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM，4個8位并行的I/O口，一個全雙工的串行口，2個16位的定時/計數(shù)器，5個中斷源的中

19、斷控制系統(tǒng)，片內(nèi)自帶振蕩器和時鐘電路。AT89C51單片機管腳圖如3.3所示： 圖3.3 AT89C51單片機 各管腳功能如下8:VCC：40引腳接5V供電電壓。GND：20引腳接地。XTAL1：19引腳外接微調(diào)電容和石英晶體,為單片機提供外部時鐘信號。XTAL2：18引腳外接微調(diào)電容和石英晶體,為單片機提供外部時鐘信號。P0口：P0.7P0.0，這組引腳一共有8個，其中P0.0為最低位，P0.7為最高位。是漏極開路的8位準雙向I/O口，有兩種功能。第一:做通用I/O口，無片外內(nèi)存時，P0口可做通用I/O接口使用。第二：做地址/數(shù)據(jù)口，在訪問外部內(nèi)存時，用作地址總線的低8位和數(shù)據(jù)總線。P1口：

20、P1.7P1.0,其中P1.0為最低位，P1.7為最高位，僅用作I/O口。P2口：P2.7P2.0，其中P2.0為最低位，P2.7為最高位。P2口是帶內(nèi)部上拉電阻的8位準雙向I/O接口，具有兩種功能。第一：做通用I/O口，無片外內(nèi)存時，P2口可用作通用I/O口。第二：做地址口，在訪問外部內(nèi)存時，用作地址總線的高8位。P3 口：P3.7P3.0，其中P3.7為最高位，P3.0為最低位。P3口是雙功能口。具有兩種功能。第一：用作通用I/O口。第二功能：P3.0RXD串行口輸入；P3.1TXD串行口輸出；P3.2INTO外部中斷0輸入；P3.3INT1外部中斷1輸入；P3.4T0定時計數(shù)器的脈沖輸入

21、；P3.5T1定時計數(shù)器的脈沖輸入；P3.6WR片外RAM寫信號；P3.4RD片外RAM讀信號。RST：9引腳復位輸入，高電平有效。 ：29引腳外部程序內(nèi)存讀信號。通常接EPROM的OE端，當訪問外部程序內(nèi)存時，此腳會定時輸出脈沖信號作為讀片外程序內(nèi)存的選通信號。端在每個機器周期中兩次有效，但當訪問外部RAM時，兩次負脈沖不出現(xiàn)。可驅(qū)動8個LS型TTL。 ALE/：30引腳地址鎖存編程/允許線，當單片機訪問片外存儲器時，在P0.0P0.7引腳線上輸出ALE/線上輸出一個高電位脈沖的同時還在片外存儲器低8位地址，其下降沿的作用是把這個片外存儲器低8位地址鎖存到外部專用地址鎖存器。/VPP：31引

22、腳內(nèi)外部程序內(nèi)存選擇輸入端。=1，CPU訪問片外ROM，并執(zhí)行其指令。當PC>0FFFH時，自動轉(zhuǎn)向片外ROM。=0，不管片內(nèi)是否含有內(nèi)存，只執(zhí)行片外ROM的指令。3.2 DS18B20簡介DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有四個局部：配置存放器、非揮發(fā)的報警觸發(fā)器TH和TL、64位的只讀程序存儲器ROM、溫度傳感器?？偣灿腥齻€管腳，包含DQ，GND，VDD。其中DQ為數(shù)字信號端，GND為電源地，VDD為電源輸入端。DS18B20的主要性能特點如下：(1) 僅可用一個端口便可以通信；(2) 無須外部器件；(3) DS18B20支持多點組網(wǎng)功能；(4) 適應電壓范圍廣，電壓范圍為3.05.5V；(

23、5) 待機功耗為零；(6) 溫度以9位或12位數(shù)字；(7) 具有報警命令識別功能；(8) 具有負電壓特性，電源接反時，芯片不會燒壞；DS18B20的管腳圖及局部溫度值與DS18B20輸出的數(shù)字量對照表見圖 3.5和表3-1所示： 圖3.5 DS18B20溫度傳感器 表3-1 局部溫度值與DS18B20輸出的數(shù)字量對照溫度值/ 數(shù)字輸出二進制 數(shù)字輸出十六進制 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H+85 0000 0101 0101 0000 0550H+25.625 0000 0001 1001 0001 0191H+10.125 0000 0000 1010 0010

24、 00A2H+0.5 0000 0000 0000 1000 0008H0 0000 0000 0000 0000 0000H-0.5 1111 1111 1111 1000 FFF8H-10.125 1111 1111 0110 1110 FF5EH-25.625 1111 1111 0110 1111 FF6FH-55 1111 1100 1001 0000 FC90H3.3四位共陽極數(shù)碼管四位共陽極數(shù)碼管，位控制端(1-4)給高電平使能相應的位，筆段控制端(A-B、DP.)給低電平可點亮。第四章 系統(tǒng)主要硬件電路設計本次設計的思路：本次設計采用AT89C51單片機為控制核心，當前溫度利用

25、溫度傳感器DS18B20采集并送入單片機處理，單片機根據(jù)預設溫度與當前溫度的比較決定是否開啟風扇和風扇轉(zhuǎn)速，并通過四位共陽極LED數(shù)碼管顯示風扇檔位和當前環(huán)境溫度。當前溫度高于預設溫度上限，風扇工作在高檔位2檔；低于預設溫度上限高于預設溫度下限時風扇工作在低檔位1檔；當前溫度低于預設溫度下限風扇停止轉(zhuǎn)動0檔。單片機根據(jù)當前的溫度輸出相應占空比的PWM脈沖，送入5V的直流電機，從而產(chǎn)生不同轉(zhuǎn)速。復位方式是：上電自動復位，沒有復位按鍵。系統(tǒng)總體設計圖如圖3.1所示。 AT89C51溫度、檔位顯示鍵盤功能輸入 電機調(diào)速 數(shù)字溫度傳感器圖3.1 系統(tǒng)總體設計結(jié)構(gòu)圖4.1 DS18B20的工作原理及其單

26、片機的接口電路 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，主要由4 局部組成：64 位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH 和TL、配置存放器。其管腳排列如圖3-2所示，DQ 為數(shù)字信號端，GND 為電源地，VDD 為電源輸入端。 圖4-1 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖3-2 DS18B20外形及管腳因為DS18B20只有一根數(shù)據(jù)線。所以它和單片機的通信是需要串行通信，由于AT89C51有兩個串行端口，所以可以不用軟件來模擬實現(xiàn)。通過單線接口訪問DS18B20必須遵循如下協(xié)議：初始化、ROM操作命令、存儲器操作命令和控制操作。要使傳感器工作，一切處理必須從序列開始。單片機發(fā)送Tx-復位

27、脈沖最短為480s的低電平信號。接著單片機便釋放數(shù)據(jù)線線并進入接收方式Rx。經(jīng)過4.7K的上拉電阻總線被拉至高電平狀態(tài)。在檢測到I/O引腳上的上升沿信號之后，DS18B20需要等待15-60s,然后接著發(fā)送脈沖信號60-240s的低電平信號。并且以存在復位脈沖表示DS18B20已經(jīng)準備好了發(fā)送或接收，然后給出正確的ROM命令和存儲操作命令的數(shù)據(jù)。DS18B20通過使用時間片進行寫入和讀出數(shù)據(jù)的操作，時間片被用來處理數(shù)據(jù)位和進行何種指定操作。它有寫時間片和讀時間片兩種。寫時間片：當單片機把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時，產(chǎn)生寫時間片。有兩種類型的寫時間片：寫1時間片和寫0時間片。所有時間片需

28、要有60微秒的持續(xù)期，在各個寫周期之間必須要保持最短為1微秒的恢復時間。讀時間片：在從DS18B20讀數(shù)據(jù)時，使用讀時間片。當單片機把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時產(chǎn)生讀時間片。數(shù)據(jù)線在邏輯低電平必須保持至少1微秒的時間；來自溫度傳感器DS18B20的輸出數(shù)據(jù)在時間下降沿之后的15微秒內(nèi)有效。為了使單片機讀出從讀時間片開始算起15微秒的狀態(tài)，其必須停止把引腳驅(qū)動拉至低電平狀態(tài)。在時間片結(jié)束之后，I/O引腳通過外部的上拉電阻拉回至高電平狀態(tài)，所有讀時間片的最短保持時間為60微秒，包括兩個讀周期間至少要有1s的恢復時間。一旦主機檢測到DS18B20的存在，它便會發(fā)送一個器件ROM操作命令。所有

29、的ROM操作命令均為8位長。 圖3-3 DS18B20與單片機接口電路4.2 風扇PWM調(diào)速原理及其單片機接口電路我們采用的是PWM來實現(xiàn)直流電動機的調(diào)速，優(yōu)點：控制原理簡單，輸出波動小，線性好，對鄰近電路干擾小。缺點：功率低，散熱問題嚴重。PWM調(diào)速原理：輸出電壓 2-1 2-2式2-1中稱為占空比。占空比D表示了在一個周期T里開關管導通的時間與周期的比值。D的變化范圍為0<=D<=1。當在電源電壓U不變的情狀態(tài)下，輸出的平均電壓取決于占空比D的大小，改變D值也就可以改變輸出電壓的平均值了，進而可以到達控制直流電機轉(zhuǎn)速的目的，也就實現(xiàn)了PWM調(diào)速。風扇驅(qū)動電路核心元件由兩個三級管

30、組成。Q1為NPN型三極管8050，基極高電平有效;Q2為PNP型三極管8550，基極低電平有效。R3、R4是限流電阻，R5是上拉電阻。當外界溫度高于預設溫度上限時，P1.0輸出較高電平令Q1導通，當Q1導通電流較大時Q2基極會產(chǎn)生低電平使Q2導通大幅度導通風扇轉(zhuǎn)速較快。當外界溫度低于預設溫度上限高于預設溫度下限時，P1.0會根據(jù)程序占空比輸出一個間斷的高電平，使風扇轉(zhuǎn)速較慢。當外界溫度低于預設溫度下限時，占空比為零，風扇停止轉(zhuǎn)動。4.3晶振及復位電路設計單片機工作時需要時鐘信號，時鐘信號通?？捎赏獠糠绞交蛘邌纹瑱C的內(nèi)部方式提供。本次設計采用內(nèi)部時鐘方式，利用單片機內(nèi)部自帶的反相放大器，XTA

31、L2為放大器的輸出端，XTAL1為放大器的輸入端，這兩個引腳外接石英晶體振蕩器和微電容，構(gòu)成可以自激的振蕩器。本設計在XTAL1和XTAL2外接了一個12MHZ的晶振，22pf的電容9。復位是使單片機回復到初使的狀態(tài)，就跟計算機的重啟差不多，并從初始狀態(tài)從新工作。單片機是高電平復位，一般有兩種方式：按鍵復位和上電復位，兩種復位方式均可。本次設計采用上電復位，當系統(tǒng)上電時，系統(tǒng)復位一次，電阻R1為10k。其時鐘電路與復位電路如圖3.4所示： 4.4 數(shù)碼顯示電路 顯示電路局部包括4個共陽極七段數(shù)碼管，PNP型晶體管，電阻器等。提供段選數(shù)據(jù)的方式是用單片機的P0端口連接共陽極數(shù)碼管的七位數(shù)據(jù)端，通

32、過用單片機的P2端口的P2.0P2.3連接數(shù)碼管的片選端來提供片選信號輸出，用8550PNP型三極管搭建驅(qū)動電路驅(qū)動來驅(qū)動數(shù)碼管顯示的顯示電路。因為P0口內(nèi)部沒有上拉電阻,所以需要在P0接一個10K的排阻到電源。通過P0口把要顯示的數(shù)據(jù)送給數(shù)碼管進行點亮，并且通過P2.0P2.3四個端口輪流翻開數(shù)碼管的位選通，由于每位數(shù)碼管所刷新顯示的時間非常短掃描周期在20ms左右和人眼視覺暫留，所以我們根本看不出它的閃爍，而是固定同步顯示各數(shù)據(jù)。4.5按鍵連接電路按鍵包括三個獨立按鍵S1 S2和S3，一端與單片機的P3.1、P3.2和P3.3口連接，另一端接地，當按下任一鍵時，P3口讀取低電平有效。系統(tǒng)上

33、電后，進入按鍵掃描子程序，以查詢的方式確定各按鍵，完成溫度初值的設定。其中按鍵S1為設置鍵，可設置溫度上下限值，第一次按下設置鍵設置溫度上限值，第二按下設置鍵設置溫度下限值，再按加減鍵就可以修改溫度值。每按一次S2溫度加鍵，系統(tǒng)對最初設定值加五，按鍵S3為減按鍵，每按下一次，系統(tǒng)對初定值進行減一計算。其連線圖如圖3-4所示。第五章 軟件設計5.1 程序設置程序設計局部主要包括主程序、溫度讀取函數(shù)、DS18B20初始化函數(shù)、DS18B20溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)、按鍵掃描函數(shù)、風扇電機控制函數(shù)、數(shù)碼管顯示函數(shù)以及溫度處理函數(shù)。DS18B20初始化函數(shù)完成對DS18B20的初始化；DS18B20溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)完

34、成對環(huán)境溫度的實時采集；單片機對溫度傳感器數(shù)據(jù)的讀取及數(shù)據(jù)換算由溫度讀取函數(shù)完成，溫度上下限初值的加減設定由按鍵掃描函數(shù)根據(jù)需要來完成；溫度處理函數(shù)對采集到的溫度進行分析處理，為電機轉(zhuǎn)速的變化提供條件；風扇電機控制函數(shù)那么根據(jù)溫度的數(shù)值完成對電機轉(zhuǎn)速及啟停的控制。主程序流程圖如圖4-1所示。否 初始化讀取傳感器溫度按鍵掃描并顯示溫度測量溫度與設置溫度比較低于下限高于下限低于上限高于上限風扇停止風扇50%速度旋轉(zhuǎn)風扇全速旋轉(zhuǎn)j<100,j+1是第六章 系統(tǒng)調(diào)試6.1 軟件調(diào)試 按鍵局部的調(diào)試起初根據(jù)流程圖設計編寫的系統(tǒng)程序：P3口是程序的按鍵接口，現(xiàn)實采用P0控制數(shù)碼管LED的段碼，數(shù)碼管

35、位碼由P2口控制，從而實現(xiàn)數(shù)碼管的顯示以及按鍵功能。程序經(jīng)過編譯沒有出錯，但在仿真調(diào)試過程中，數(shù)碼管只是顯示的亂碼，沒有顯示正確的溫度，按鍵功能也不管用，當按鍵按下時，數(shù)碼管溫度顯示并不變化。經(jīng)過反復查找與分析，發(fā)現(xiàn)按鍵掃描程序中沒有參加按鍵消抖程序和松手檢測程序，按鍵在按下與松手時，會有一定程度上的的抖動，從而可能使單片機處理時做出不正確的判斷，導致按鍵調(diào)節(jié)預設溫度初值時失靈，甚至根本不工作。因此必須在按鍵掃描程序中參加消抖局部程序和松手檢測程序，即在按鍵按下與松手時參加延時判斷程序，以檢測按鍵是否完全按下或真的已松手。在按鍵掃描程序中參加了消抖程序，按鍵也能有效的工作了，到達了很好的效果。

36、顯示局部的調(diào)試數(shù)碼管不能正確的顯示，主要是因為所有數(shù)碼管的段碼都由P0口傳送，而數(shù)碼管顯示又采用了動態(tài)掃描的方式，但在程序中卻沒有設置顯示段碼的暫存器，導致當P0口傳送段碼時發(fā)生混亂，不能正確識別段碼。應在系統(tǒng)中參加鎖存器，或是在程序中設定存儲段碼的空間。并且在數(shù)碼管顯示程序中參加了段碼的存儲空間后，數(shù)碼管能夠正常的顯示溫度了。 傳感器DS18B20溫度采集局部調(diào)試因為數(shù)字式集成溫度傳感器DS18B20是高度集成化的，所以為軟件的編寫和調(diào)試帶來了很大的方便，低功耗、高精度、體積小也為控制電機轉(zhuǎn)速的精度和穩(wěn)定性提供了很好的條件。軟件設計中采用了P1.2引腳作為數(shù)字溫度輸入口，通過溫度轉(zhuǎn)換程序使輸

37、入的數(shù)字信號得以顯示。通過軟件設計，實現(xiàn)了對環(huán)境溫度的連續(xù)檢測，由于硬件LED個數(shù)的限制，只能顯示檔位和環(huán)境溫度的整數(shù)局部。 電動機調(diào)速電路局部調(diào)試本設計中，采用了以兩個三極管為核心的驅(qū)動電路驅(qū)動直流電機，本系統(tǒng)僅驅(qū)動一個。軟件設置了P1.0口輸出不同的PWM波形，通過三極管驅(qū)動直流電機轉(zhuǎn)動，通過軟件中程序設定，根據(jù)不同溫度輸出不同的PWM波，從而得到不同的占空比控制風扇直流電機。6.2 硬件調(diào)試 傳感器DS18B20溫度采集局部調(diào)試將DS18B20芯片的數(shù)據(jù)線接在對應的單片機P1.2口上，并將VCC和GND焊接到相應位置。系統(tǒng)調(diào)試中為測試DS18B20能否在系統(tǒng)板上工作，將手心靠近或者用手指

38、捏住芯片時，假設可發(fā)現(xiàn)LED顯示的后兩位溫度迅速升高，即可驗證了DS18B20能在電路板上工作。由于DS18B20有3個引腳，因此在調(diào)試過程中應注意各個引腳所對應位置，以免其接反而導致芯片不能正常工作甚至燒毀芯片。電動機調(diào)速電路局部調(diào)試系統(tǒng)本局部的設計中重在軟件設計，但是在選擇三極管時要選擇兩個適宜的三極管以到達能驅(qū)動直流電機的電壓。因為外圍的驅(qū)動電路只是將送來的PWM信號放大從而驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。系統(tǒng)軟件設置在P1.0口輸出是電機轉(zhuǎn)動的PWM占空比，當環(huán)境溫度高于設置溫度下限時，電機開始轉(zhuǎn)動，假設此時用高于環(huán)境溫度的熱源靠近芯片DS18B20時，發(fā)現(xiàn)當當前溫度大于預設溫度上限，風扇轉(zhuǎn)速較高；小于

39、預設溫度上限，大于預設溫度下限風扇轉(zhuǎn)速較低；小于預設溫度下限風扇自動關閉。 按鍵顯示局部的調(diào)試系統(tǒng)顯示局部實現(xiàn)了以下功能：LED顯示的第一位實現(xiàn)了顯示當前風扇擋數(shù)，LED的后兩位能根據(jù)按鍵的調(diào)整顯示所需的設計溫度或者是環(huán)境溫度。且LED的顯示效果很好，很穩(wěn)定。6.3 系統(tǒng)功能 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)：單片機系統(tǒng)檢測環(huán)境溫度的變化，然后根據(jù)環(huán)境溫度變化來控制風扇直流電機輸入占空比的變化，從而產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)動速度，也可根據(jù)按鍵調(diào)節(jié)不同地上下限溫度，再由環(huán)境溫度與設置溫度的差值來控制電機。當當前環(huán)境溫度低于設置溫度下限時，電機停止轉(zhuǎn)動；當當前環(huán)境溫度高于設置溫度下限時，單片機根據(jù)不同的環(huán)境溫度和

40、設置溫度的比較輸出不同占空比的PWM信號，當當前溫度大于預設溫度上限，風扇轉(zhuǎn)速較高；小于預設溫度上限，大于預設溫度下限風扇轉(zhuǎn)速較低；小于預設溫度下限風扇自動關閉。并能通過按鍵調(diào)節(jié)當前的設置溫度。 系統(tǒng)功能分析系統(tǒng)總體上由六局部組成，即按鍵電路、溫度檢測電路、復位電路、電機驅(qū)動電路、數(shù)碼管顯示電路。首先考慮的是溫度檢測電路，溫度檢測電路是整個系統(tǒng)的首要局部，首先要通過溫度傳感器檢測到環(huán)境溫度，然后才能用單片機來判斷溫度的上下，然后通過單片機的占空比輸出相應的平均電壓控制直流風扇電機的轉(zhuǎn)速。其次是電機驅(qū)動電路，電路的設計中采用了以兩個三極管為核心的驅(qū)動電路，實現(xiàn)較好的控制效果；該局部需要使用外圍電

41、路將單片輸出的PWM信號轉(zhuǎn)化為平均電壓輸出，根據(jù)不同的PWM波形得到不同的平均電壓，從而控制電機的轉(zhuǎn)速。再次是數(shù)碼管的動態(tài)顯示電路，該局部的功能實現(xiàn)對環(huán)境溫度、設置溫度和風扇檔位的顯示，其中DS18B20采集環(huán)境溫度，按鍵實現(xiàn)不同設置溫度的調(diào)整，實現(xiàn)了對環(huán)境溫度和檔位的及時動態(tài)顯示。總 結(jié) 到目前為止，我的論文已經(jīng)完成。從最開始的無從入手，毫無頭緒，到對硬件軟件設計思路的清晰，整個設計過程都是對我大學四年學習的考察。因為我對電路和編程一直都挺感興趣的，所以我選擇了這個題目，定下論文題目后，我馬上開始收集與論文相關的材料，盡量讓我準備的資料更加完整，在之后的寫作過程中，我也遇到了許多的問題和困難

42、，多虧了老師的指導和同學們的幫助，我才能讓論文和實物作品慢慢成形，當我終于完成了所有的任務之后，看著我的論文，我覺得一切都是值得的。這次畢業(yè)論文的制作過程讓我更加了解了自己，知道了獨立思考的重要性。我會牢記在這次畢業(yè)設計中所經(jīng)歷和感受到的一切，這會我知道今后無論遇到任何事什么困難，都需要腳踏實地、認真謹慎，更要有不怕困難，堅持不懈的精神。 謝 辭本次課題是在王老師的悉心指導下完成的。在對本課題的設計以及論文編寫過程中，王老師給予充分正確的指導。在此，謹向王老師表示崇高敬意和衷心的謝意！同時也感謝所有幫助過本課題完成的其他老師以及同學的大力支持，沒有他們的積極配合，這次畢業(yè)設計也是不能完成的那么

43、順利。通過本次畢業(yè)設計的制作，我深刻地意識到專業(yè)知識的重要性，也深刻理解了理論聯(lián)系實際的真正含義，并且也檢驗了大學四年的學習成果。在這次設計中我學會了如何把理論和實際問題結(jié)合起來，讓實踐來驗證理論，讓理論來指導實踐。盡管通過這次畢業(yè)設計覺得自己有了質(zhì)的飛躍，但仍需要在以后的工作和學習過程中中繼續(xù)努力、不斷完善。這幾個月的設計是對過去所學知識的系統(tǒng)總結(jié)和擴充的過程，為今后的開展打下了良好的根底。由于自身專業(yè)知識水平有限，設計中一定存在諸多的缺乏之處，還敬請各位老師批評指正。 參考文獻 1 胡漢才.單片機原理及其接口技術.北京:清華大學出版社,20042 劉國鈞，陳紹業(yè)，王鳳翥.圖書館目錄.第1版

44、.北京：高等教育出版社，19573 求是科技.單片機典型模塊設計實例導航.北京:人民郵電出版社,20044 王化詳,張淑英.傳感器原理.天津:天津大學出版社,20025 榮俊昌.新型電風扇原理與維修.北京:高等教育出版社,20046 王港元.電工電子實踐指導.江西:江西科學技術出版社,20057 余小平，奚大順.電子系統(tǒng)設計M.北京：航空航天大學出版社，2007.37-538 來清民.傳感器與單片機接口及實例M.北京：航空航天大學出版社，2021.90-929 劉健，徐煒，伊均萍，劉良成.電路分析M.北京:電子工業(yè)出版社，2005.75-7910 鄭海春、姜月.智能無線防盜報警系統(tǒng).西化:微計

45、算機信息, 2021(2).21-4311 童詩白、華成英.模擬電子技術根底第三版.北京：高等教育出版社，2007.12 附錄附錄一：電路原理圖附錄二：源程序#include<reg51.h>#include<intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/sbit dj=P10;/電機控制端接口sbit DQ=P12;/溫度傳感器接口/按鍵接口/sbit key1=P31;/設置溫度sbit key2=P32;/溫度加sbit key3=P33;/溫度減/sbit w1=P20;sbit w

46、2=P21;sbit w3=P22;sbit w4=P23;/共陰數(shù)碼管段選/uchar table22=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x77,0x7C,0x39,0x5E,0x79,0x71,0x40,0x38,0x76,0x00,0xff,0x37;/'-',L,H,滅,全亮，n 16-21uint wen_du; uchar gao,di;/pwmuint shang,xia; /比照溫度暫存變量uchar dang;/檔位顯示uchar flag;uchar d1,d2,d3;/顯示數(shù)據(jù)暫存變量vo

47、id delay(uint ms)uchar x;for(ms;ms>0;ms-)for(x=10;x>0;x-);/*ds18b20延遲子函數(shù)晶振12MHz */ void delay_18B20(uint i)while(i-);/*ds18b20初始化函數(shù)*/void Init_DS18B20() uchar x=0; DQ=1; /DQ復位 delay_18B20(8); /稍做延時 DQ=0; /單片機將DQ拉低 delay_18B20(80); /精確延時 大于 480us DQ=1; /拉高總線 delay_18B20(14); x=DQ; /稍做延時后 如果x=0那

48、么初始化成功 x=1那么初始化失敗 delay_18B20(20);/*ds18b20讀一個字節(jié)*/ uchar ReadOneChar()uchar i=0;uchar dat=0;for (i=8;i>0;i-) DQ=0; / 給脈沖信號 dat>>=1; DQ=1; / 給脈沖信號 if(DQ) dat|=0x80; delay_18B20(4); return(dat);/*ds18b20寫一個字節(jié)*/ void WriteOneChar(uchar dat) uchar i=0; for (i=8;i>0;i-) DQ=0; DQ=dat&0x01; delay_18B20(5); DQ=1; dat>>=1;/*讀取ds18b20當前溫度*/void ReadTemperature()uchar a=0;uchar b=0;uchar t=0;Init_DS18B20();WriteOn