智能溫控風扇設計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上畢業(yè)設計（論文） 題 目 學生姓名 專業(yè)班級 學 號 所 在 系 指導教師 完成時間 智能溫控風扇的設計摘 要基于室內(nèi)環(huán)境溫度監(jiān)測和單片機控制技術，設計了一種智能溫控調(diào)速風扇。從智能溫控調(diào)節(jié)風扇速度的基本工作原理、模塊化硬件設計、軟件實現(xiàn)的過程。系統(tǒng)原理工作穩(wěn)定，成本低，具有一定的節(jié)能效果。通過單片機實現(xiàn)控制智能溫控電風扇的主要功能：當按下開關按鍵時，系統(tǒng)初始化默認的設定溫度為26度，如果外界溫度高于設定的溫度時，電風扇自動啟動運轉(zhuǎn)，如果外界溫度低于設定溫度則電風扇自動關閉，同時顯示外界的溫度?？梢栽O置所需的溫度，并同時顯示所設定的溫度，同時可按加減鍵設定溫度。智能溫

2、控電風扇的隨著外界溫度自動控制風扇啟動關閉，普通電風扇無法根據(jù)外界溫度自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，智能溫控電風扇讓電風扇這一家用電器變的更智能化。也大量節(jié)約電能，因此智能電風扇的設計具有重要的現(xiàn)實意義。關鍵詞：智能控制，主控制器，分控制器，單片機，定時控制Esign of intelligent temperature control fanABSTRACTIndoor environment temperature monitoring and control technology based on MCU, designs an intelligent temperature control fan.

3、The basic working principle, the intelligent temperature adjustment in fan speed module hardware design and software implementation. The working principle of system stability, low cost, it has certain effect of saving energy.通過單片機實現(xiàn)控制智能溫控電風扇的主要功能：當按下開關按鍵時，系統(tǒng)初始化默認的設定溫度為26度，如果外界溫度高于設定的溫度時，電風扇自動啟動運轉(zhuǎn)，如果

4、外界溫度低于設定溫度則電風扇自動關閉，同時顯示外界的溫度?？梢栽O置所需的溫度，并同時顯示所設定的溫度，同時可按加減鍵設定溫度。Through the MCU control the main function of the intelligent temperature control electric fan: when the switch button is pressed, the system initialize default setting temperature to 26 degrees, if the outside temperature is higher than

5、the set temperature, the electric fan automatic startup and running, if the outside temperature below the set temperature, the electric fan to automatically shut down. At the same time that the outside temperature. You can set the desired temperature, and at the same time that the set temperature, a

6、nd can set the temperature switch.智能溫控電風扇的隨著外界溫度自動控制風扇啟動關閉，普通電風扇無法根據(jù)外界溫度自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，智能溫控電風扇讓電風扇這一家用電器變的更智能化。也大量節(jié)約電能，因此智能電風扇的設計具有重要的現(xiàn)實意義。Intelligent temperature control electric fan with the outside temperature automatic control fan startup and shutdown, the ordinary electric fan cannot according to the o

7、utside temperature automatically adjust the speed of, the intelligent temperature control electric fan for electric fan in the household appliances become more intelligent. It saves a large amount of electric energy, therefore it has important practical significance to the design of intelligent elec

8、tric fan.Key Words: Intelligent control，Host controller, Auxiliary controller, Single-chip microcomputer, Timed controlling專心-專注-專業(yè)目 錄1 緒論1.1 引言在生活中，我們常常會接觸到或者使用到一些跟溫度有關的設備。比如空調(diào)，雖然不少城市家庭用上了空調(diào)，可是我國大部分人口屬于農(nóng)村地區(qū)因此電風扇還是作為降溫防暑必備電器設備，春夏（夏秋）交替時節(jié)，天氣變化太快，氣溫降低時，電風扇還是高速運轉(zhuǎn)媽，白天還好尤其到了晚上，氣溫降的比較低，人都已經(jīng)入睡，風扇因該逐步減小轉(zhuǎn)速，避

9、免熟睡中的人感冒。雖然常用電風扇有調(diào)節(jié)不同檔位的功能，但還是須要人工手動更換不同的檔位，一般常用風扇都有定時功能，可是定時時間長短有限制，一般是一兩個小時，氣溫在一兩個小時后氣溫依舊比較高，而風扇就關閉了，其功能不會隨天氣氣溫變化改變風扇風速大小。又比如電腦，電腦中CPU發(fā)熱比較高，需要利用風扇引起空氣流動，帶走熱量，使電腦不至于發(fā)熱燒壞。要使電腦保持較低的溫度，必須用大功率、高轉(zhuǎn)速、大風量的風扇，而風扇的噪音與其功率成正比。如果要低噪音，則要減小風扇轉(zhuǎn)速，又會引起電子設備溫度上升，不能兩全其美。為解決上述問題，我們設計了這款智能溫控自動風扇系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用高精度集成溫度傳感器，用單片機控制，

10、能顯示實時溫度，并根據(jù)使用者設定的溫度自動在相應溫度時作出小風、大風、停機相對的一些操作，精確度高，動作準確。1.2 發(fā)展現(xiàn)狀與應用領域當今社會已經(jīng)完全進入了電子信息化，溫度控制設備在各行各業(yè)中已經(jīng)得到了充分的利用。具有對溫度進行實時監(jiān)控的功能，以保證工業(yè)儀器，測量工具，農(nóng)業(yè)種植的正常運作，它的最大特點可以實時監(jiān)控當前環(huán)境溫度的高低，并能同時控制電機運作。它的廣泛應用和普及使得人們在日常生活帶來了方便，而且大大節(jié)約電能。環(huán)境溫度監(jiān)測控制是利用單片機系統(tǒng)來完成的一個小型的控制系統(tǒng)?，F(xiàn)階段運用與國內(nèi)大部分家庭，系統(tǒng)效率越來越高，成本也越來越低。其發(fā)展趨勢可以根據(jù)其性質(zhì)進行相應的改進可以運用與不同場

11、合的溫度監(jiān)測控制，并帶來大量的經(jīng)濟效益。它廣泛應用于城市、農(nóng)村、各種工業(yè)生產(chǎn)，在一定情況下亦適用于太陽能、鍋爐，火電廠及對溫度敏感的產(chǎn)業(yè)的自動控制和溫度報警，是實現(xiàn)無人值守的理想產(chǎn)品，市場極為廣闊，需求量大。并且使用壽命長，適用范圍廣，安裝極其容易。2 整體方案的設計2.1 系統(tǒng)整體設計本設計的整體思路是：利用溫度傳感器DS18B20檢測環(huán)境溫度并直接輸出數(shù)字溫度信號給單片機進行處理，在LED數(shù)碼管上顯示當前環(huán)境溫度值以及預設溫度值。其中預設溫度值只能為整數(shù)形式，檢測到的當前環(huán)境溫度可精確到小數(shù)點后一位。同時也采用PWM脈寬調(diào)制方式來改變直流風扇電機的轉(zhuǎn)速。并通過兩個按鍵改變預設溫度值。系統(tǒng)結(jié)

12、構(gòu)框圖：如圖2-1所示。單片機LED顯示DS18B20復位開關PWM驅(qū)動電路直流電動機圖2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.2 方案論證該設計實現(xiàn)風扇直流電機的溫度控制，讓風扇的電機能根據(jù)外部環(huán)境溫度的變化自動啟動關閉以及改變電機轉(zhuǎn)速和換擋停機控制部件。2.3 溫度傳感器的選擇方案在本設計溫度傳感器選擇方案中有以下兩種方案：方案一：采用熱敏電阻作為檢測溫度的核心元件，并通過運算放大器放大，可是由于熱敏電阻會隨溫度變化而變化，進而產(chǎn)生輸出電壓變化的微弱電壓變化信號，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809將微弱電壓變化信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并將取得數(shù)字信號輸入單片機顯示。方案二：采用數(shù)字式的集成溫度傳感器DS18B20

13、作為溫度檢測的核心元件，溫度傳感器DS18B20檢測后會直接輸出數(shù)字溫度信號給單片機進行處理。對于方案一，采用熱敏電阻作為溫度檢測元件，價格便宜，但熱敏電阻對溫度的細微變化不太敏感，從而環(huán)境監(jiān)測時可能出現(xiàn)問題。在信號采集、放大以及轉(zhuǎn)換的過程中還會產(chǎn)生失真和誤差，并且由于熱敏電阻的R-T關系的非線性，其自身電阻對溫度的變化存在較大誤差，雖通過一定電路處理可以修正，但電路變得更加復雜，而且在我們所在的環(huán)境溫度變化過程中難以檢測溫度細微的變化。故該方案不適合本系統(tǒng)。對于方案二，由于數(shù)字式集成溫度傳感器DS18B20的高度集成化，大大降低了外接放大轉(zhuǎn)化等電路的誤差因數(shù)，溫度誤差變得很小，而且不會增加電

14、路處理，由于其檢測溫度的原理與熱敏電阻檢測的原理有著本質(zhì)的區(qū)別，溫度傳感器DS18B20對溫度分辨力極高。溫度值在器件內(nèi)部轉(zhuǎn)化成數(shù)字量直接輸出顯示，系統(tǒng)程序設計得到了簡化，溫度傳感器還采用先進的單總線技術，使得單片機的接口變得非常更為簡潔，抗干擾能力強，因此該方案適用于本系統(tǒng)。2.4 控制核心的選擇在本設計中控制核心采用AT89C52單片機，通過軟件編程的方法進行溫度檢測和判斷，并在其I/O口輸出控制信號。AT89C52單片機工作電壓低，性能高，片內(nèi)含8k字節(jié)的只讀程序存儲器ROM和256字節(jié)的隨機數(shù)據(jù)存儲器RAM，它兼容標準的MCS-51指令系統(tǒng)，其價格比較便宜，適合本設計系統(tǒng)。方案一：采用

15、電路中電壓比較作為控制部件。溫度傳感器采用熱敏電阻或熱電偶等，溫度信號轉(zhuǎn)為電信號并放大，判斷并且控制風扇電機轉(zhuǎn)速，當高于或低于某值時將風扇切換到相應檔位。方案二：采用單片機作為核心控制操作。以軟件編程方式對溫度傳感器獲取的溫度進行判斷，并在端口輸出控制信號。對于方案一，采用電路電壓比較具有電路簡單、易于實現(xiàn)，以及無需編寫軟件程序的特點，但控制方式比較單一，不能自由設置其上下限溫度設置，也無法滿足不同用戶以及不同環(huán)境下的不同溫度設置要求，本系統(tǒng)中不采用。對于方案二，以單片機作為控制器，通過編寫軟件程序來控制溫度不但能將傳感器感測到的溫度通過顯示電路顯示出來，而且用戶能自由設置不同的溫度值，滿足客

16、戶的需求。通過程序判斷溫度具有極高的精準度，能精確把握環(huán)境溫度的微小變化。本系統(tǒng)采用方案二。2.3 顯示電路的選擇方案一：采用四位共陽數(shù)碼管顯示溫度，動態(tài)掃描顯示方式。方案二：采用液晶顯示屏LCD顯示溫度對于方案一，成本低廉，顯示溫度明確醒目，在夜間也能看見，功耗極低，顯示驅(qū)動程序的編寫也相對簡單，這種顯示方式得到廣泛應用。不足的地方是掃描顯示方式是使四個LED逐個點亮，因此會有閃爍，對于人眼的視覺暫留時間比較短，當數(shù)碼管掃描周期小于這個時間時人眼將感覺不到燈的閃爍，因此可以通過增大掃描頻率來消除燈管的閃爍問題，適合本系統(tǒng)采用。對于方案二，LCD液晶體顯示屏顯示字符優(yōu)美，不但能顯示數(shù)字還能顯示

17、字符甚至一些圖形，LED數(shù)碼管無法比的。但是液晶顯示模塊價格昂貴，驅(qū)動程序復雜，從簡單實用的原則考慮，不適合本系統(tǒng)采用。2.4 調(diào)速方式的選擇方案一：采用數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC0832來控制電機轉(zhuǎn)動，由單片機獲取當前環(huán)境溫度值輸出相應數(shù)字量到DAC0832中，再由DAC0832產(chǎn)生相應模擬信號控制晶閘管的導通角，從而通過無級調(diào)速電路實現(xiàn)風扇電機轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié)。方案二：采用單片機軟件編程實現(xiàn)PWM（脈沖寬度調(diào)制）調(diào)速的方法。PWM是英文Pulse Width Modulation的縮寫，它是遵循其規(guī)律改變脈沖序列的脈沖寬度，以調(diào)節(jié)輸出量和波形的一種調(diào)節(jié)方式，在PWM驅(qū)動控制的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，最常用的是矩

18、形波PWM信號，在控制時需要調(diào)節(jié)PWM波得占空比。占空比是指高電平持續(xù)時間在一個周期時間內(nèi)的百分比。而控制電機的轉(zhuǎn)速時，占空比越大，轉(zhuǎn)速就越快，若全為高電平，占空比為100%時，轉(zhuǎn)速達到最大。用單片機I/O口輸出PWM信號時，有下列三種方法：(1) 利用軟件延時。當高電平延時時間到時，對I/O口電平取反，使其變成低電平，然后再延時一定時間；當?shù)碗娖窖訒r時間到時，再對該I/O口電平取反，如此循環(huán)即可得到PWM信號。在本設計中應用了此方法。(2) 利用定時器。控制方法與(1)相同，只是在該方法中利用單片機的定時器來定時進行高低電平的轉(zhuǎn)變，而不是用軟件延時。應用此方法時編程相對復雜。(3) 利用單片

19、機自帶的PWM控制器。在STC12系列單片機中自身帶有PWM控制器，但本系統(tǒng)所用到得AT89系列單片機無此功能。對于方案一，該方案能夠?qū)崿F(xiàn)對直流風扇電機的無級變速，速度變化靈敏，但是D/A轉(zhuǎn)換芯片的價格較高，與其溫控狀態(tài)下無級變速功能相比性價比不高。對于方案二，相對于其他用硬件或者軟硬件相結(jié)合的方法實現(xiàn)對電機進行調(diào)速而言，采用PWM 用純軟件的方法來實現(xiàn)調(diào)速過程，具有更大的靈活性，并可大大降低成本，能夠充分發(fā)揮單片機的功能，對于簡單速度控制系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了一種有效的途徑。綜合考慮選用方案二。2.5 控制執(zhí)行部件的選擇方案一：采用數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片AD0832控制，由單片機根據(jù)當前環(huán)境溫度值送出相應數(shù)

20、字量到AD0832，由AD0832產(chǎn)生模擬信號控制晶閘管的導通角，從而配合無級調(diào)速電路實現(xiàn)溫控時的無級變速電機自動調(diào)節(jié)。方案二：采用繼電器，繼電器的接有控制晶閘管導通角的電阻的接入電路與否由單片機控制，根據(jù)當前溫度值在相應管腳送出高/低電平，決定某個繼電器的導通角控制電阻是否接入電路。對于方案一，該方案能夠?qū)崿F(xiàn)在風扇處于溫控狀態(tài)時也能無級調(diào)速，但是D/A轉(zhuǎn)換芯片價格較高，與其溫控狀態(tài)下無級調(diào)速功能相比性價比不高。對于方案二，雖然在溫控狀態(tài)下只能實現(xiàn)弱/大風兩級調(diào)速，但采用繼電器價格便宜，控制可靠，且出于在溫控狀態(tài)時無級調(diào)速并不是特別需要的功能，綜合考慮采用方案二。3 主要原件的介紹系統(tǒng)主要器件

21、包括DS18B20溫度傳感器、AT89C52單片機、四位LED共陰數(shù)碼管、風扇步進電機。輔助元件包括電阻、電容、晶振、電源、按鍵、開關等。3.1 溫度傳感器3.1.1 溫度傳感器的種類和選擇 目前市場上常用的溫度傳感器有pt100，溫敏電阻，DS18B20等等。本次設計我們采用DS18B20，DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器它具有以下特點：（1）獨立的單線接口，只需一個接口引腳即可通信；（2）多點能力使分布使分布式溫度檢測應用得以簡化；（3）不需外部元件；（4）可用數(shù)據(jù)線供電，不需要備用電源；（5）測量范圍從-55攝氏度到+125攝氏度，增值量為0.5攝氏度；（6）以

22、9位數(shù)字值方式讀出溫度；（7）在1秒（典型值）內(nèi)把溫度變?yōu)閿?shù)字；（8）用戶可定義的，非易失行的溫度警告設置；（9）告警收索命令識別和尋址溫度在編訂的極限范圍之外的器件；（10）應用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費類產(chǎn)品，溫度計和各種熱敏系統(tǒng)。3.1.2 DS18B20的工作原理及其單片機的接口電路DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，主要由4 部分組成：64 位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH 和TL、配置寄存器。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。 64位ROM和單線接口存儲器和控制器高速緩存寄存器8位CRC生成器溫度靈敏元件

23、低溫觸發(fā)器TL高溫觸發(fā)器HL配置寄存器電源檢測圖3-1 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖3-2 DS18B20外形及管腳由于DS18B20只有一根數(shù)據(jù)線。因此它和主機（單片機）通信是需要串行通信，而AT89S51有兩個串行端口，所以可以不用軟件來模擬實現(xiàn)。經(jīng)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，一切處理均從序列開始。主機發(fā)送（Tx）-復位脈沖（最短為480s的低電平信號）。接著主機便釋放此線并進入接收方式（Rx）。總線經(jīng)過4.7K的上拉電阻被拉至高電平狀態(tài)。在檢測到I/O引腳上的上升沿之后，DS18B20等待15-60s,并且

24、接著發(fā)送脈沖（60-240s的低電平信號）。然后以存在復位脈沖表示DS18B20已經(jīng)準備好發(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通過使用時間片來讀出和寫入數(shù)據(jù)，時間片用于處理數(shù)據(jù)位和進行何種指定操作的命令。它有寫時間片和讀時間片兩種。寫時間片：當主機把數(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。所有時間片必須有60微秒的持續(xù)期，在各寫周期之間必須有最短為1微秒的恢復時間。讀時間片：從DS18B20讀數(shù)據(jù)時，使用讀時間片。當主機把數(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

25、秒；來自DS18B20的輸出數(shù)據(jù)在時間下降沿之后的15微秒內(nèi)有效。為了讀出從讀時間片開始算起15微秒的狀態(tài)，主機必須停止把引腳驅(qū)動拉至低電平。在時間片結(jié)束時，I/O引腳經(jīng)過外部的上拉電阻拉回高電平，所有讀時間片的最短持續(xù)期為60微秒，包括兩個讀周期間至少1s的恢復時間。一旦主機檢測到DS18B20的存在，它便可以發(fā)送一個器件ROM操作命令。所有ROM操作命令均為8位長。圖3-3 DS18B20與單片機接口電路3.2 單片機3.2.1 單片機的種類及選擇當今世界上的單片機種類繁多，廠商琳瑯滿目，產(chǎn)品性能各異。其種類如下：（1）AVR單片機：ATMEL公司的AVR單片機，是增強型RISC內(nèi)載Fla

26、sh的單片機，芯片上的Flash存儲器附在用戶的產(chǎn)品中，可隨時編程，再編程，使用戶的產(chǎn)品設計容易，更新?lián)Q代方便。AVR單片機采用增強的RISC結(jié)構(gòu)，使其具有高速處理能力，在一個時鐘周期內(nèi)可執(zhí)行復雜的指令，每MHz可實現(xiàn)1MIPS的處理能力。AVR單片機工作電壓為2.76.0V，可以實現(xiàn)耗電最優(yōu)化。AVR的單片機廣泛應用于計算機外部設備，工業(yè)實時控制，儀器儀表，通訊設備，家用電器，宇航設備等各個領域。 （2）Motorola單片機：Motorola是世界上最大的單片機廠商。從M6800開始，開發(fā)了廣泛的品種，4位，8位，16位，32位的單片機都能生產(chǎn)，其中典型的代表有:8位機M6805，M68H

27、C05系列，8位增強型M68HC11，M68HC12 ，16位機M68HC16， 32位機M683XX。 Motorola單片機的特點之一是在同樣的速度下所用的時鐘頻率較Intel類單片機低得多，因而使得高頻噪聲低，抗干擾能力強，更適合于工控領域及惡劣的環(huán)境。（3）MDT20XX系列單片機：工業(yè)級OTP單片機，Micon公司生產(chǎn)，與PIC單片機管腳完全一致，海爾集團的電冰箱控制器，TCL通信產(chǎn)品，長安奧拓鈴木小轎車功率分配器就采用這種單片機。（4）MicroChip單片機：MicroChip單片機的主要產(chǎn)品是PIC 16C系列和17C系列8位單片機，CPU采用RISC結(jié)構(gòu)，分別僅有33，35，

28、58條指令，采用Harvard雙總線結(jié)構(gòu)，運行速度快，低工作電壓，低功耗，較大的輸入輸出直接驅(qū)動能力，價格低，一次性編程，小體積。 適用于用量大，檔次低，價格敏感的產(chǎn)品。在辦公自動化設備，消費電子產(chǎn)品，電訊通信，智能儀器儀表，汽車電子，金融電子，工業(yè)控制不同領域都有廣泛的應用，PIC系列單片機在世界單片機市場份額排名中逐年提高，發(fā)展非常迅速。（5）Scenix單片機：Scenix公司推出的8位RISC結(jié)構(gòu)SX系列單片機與Intel 的Pentium II等一起被<<Electronic Industry Yearbook 1998>>評選為1998年世界十大處理器。在技

29、術上有其獨到之處：SX系列雙時鐘設置，指令運行速度可達50/75/100MIPS(每秒執(zhí)行百萬條指令，XXX M Instruction Per Second) ；具有虛擬外設功能，柔性化I/O端口，所有的I/O端口都可單獨編程設定，公司提供各種I/O的庫函數(shù)，用于實現(xiàn)各種I/O模塊的功能，如多路UART，多路A/D，PWM，SPI，DTMF，F(xiàn)S，LCD驅(qū)動等等。采用EEPROM/FLASH程序存儲器，可以實現(xiàn)在線系統(tǒng)編程。通過計算機RS232C接口，采用專用串行電纜即可對目標系統(tǒng)進行在線實時仿真。 （6）EPSON單片機：EPSON單片機以低電壓，低功耗和內(nèi)置LCD驅(qū)動器特點著名于世，尤其

30、是LCD驅(qū)動部分做得很好。廣泛用于工業(yè)控制，醫(yī)療設備，家用電器，儀器儀表，通信設備和手持式消費類產(chǎn)品等領域。目前EPSON已推出四位單片機SMC62系列，SMC63系列，SMC60系列和八位單片機SMC88系列。（7）東芝單片機：東芝單片機門類齊全，4位機在家電領域有很大市場，8位機主要有870系列，90系列，該類單片機允許使用慢模式，采用32K時鐘時功耗降至10UA數(shù)量級。東芝的32位單片機采用MIPS 3000A RISC的CPU結(jié)構(gòu)，面向VCD，數(shù)字相機，圖像處理等市場。 （8）8051單片機：8051單片機最早由Intel公司推出，其后，多家公司購買了8051的內(nèi)核，使得以8051為內(nèi)

31、核的MCU系列單片機在世界上產(chǎn)量最大，應用也最廣泛，有人推測8051可能最終形成事實上的標準MCU芯片。LG公司生產(chǎn)的GMS90系列單片機，與Intel MCS-51系列，Atmel 89C51/52，89C2051等單片機兼容，CMOS技術，高達40MHZ的時鐘頻率，應用于: 多功能電話，智能傳感器，電度表，工業(yè)控制，防盜報警裝置，各種計費器，各種IC卡裝置，DVD，VCD，CD-ROM。 （9）華邦單片機：華邦公司的W77，W78系列8位單片機的腳位和指令集與8051兼容， 但每個指令周期只需要4個時鐘周期，速度提高了三倍，工作頻率最高可達 40MHz。同時增加了WatchDog Time

32、r，6組外部中斷源，2組UART，2組Data pointer及Wait state control pin。 W741系列的4位單片機帶液晶驅(qū)動，在線燒錄，保密性高，低操作電壓(1.2V1.8V)。3.2.2 AT89C52 單片機簡介AT89C52是52系列單片機的一個型號，它是由ATMEL公司生產(chǎn)的一個低電壓、高性能的8位單片機，片內(nèi)器件采用ATMEL公司的非易失性、高密度存儲技術生產(chǎn)，與標準的MCS-51指令系統(tǒng)兼容，同時片內(nèi)置有通用8位中央處理器和8k 字節(jié)的可反復擦寫的只讀程序存儲器ROM以及256 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器RAM，在許多許多較復雜的控制系統(tǒng)中AT89C2單片機得到了廣泛的

33、應用。AT89C2有40個引腳，各引腳介紹如下：VCC：+5V電源線；GND：接地線。P0口：P0.7P0.0，這組引腳共8條，其中P0.7為最高位，P0.0為最低位。這8條引腳共有兩種不同的功能，分別使用于兩種不同的情況。第一種情況是單片機不帶片外存儲器，P0口可以作為通用I/O口使用，P0.7P0.0用于傳送CPU的輸入/輸出數(shù)據(jù)，此時它需外接一上拉電阻才能正常工作。第二種情況是單片機帶片外存儲器，其各引腳在CPU訪問片外存儲器時先是用于傳送片外存儲器的低8位地址，然后傳送CPU對片外存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。P1口：P1口是一個內(nèi)部含上拉電阻的8位雙向I/O口。它也可作為通用的I/O口使用，與P

34、0口一樣用于傳送用戶的輸入輸出數(shù)據(jù)，所不同的是它片內(nèi)含上拉電阻而P0口沒有，故P0口在做該用途時需外接上拉電阻而P1口則無需。在FLASH編程和校驗時，P1口用于輸入片內(nèi)EPROM的低8位地址。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，它可以作為通用I/O口使用，傳送用戶的輸入/輸出數(shù)據(jù)，同時可與P0口的第二功能配合，用于輸出片外存儲器的高8位地址，共同選中片外存儲單元，但此時不能傳送存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。在一些型號的單片機中，P2口還可以配合P1口傳送片內(nèi)EPROM的12位地址中的高4位地址。P3口：P3口引腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，當P3口寫入1后，它們被內(nèi)部上拉為高電

35、平。它也可作為通用的I/O口使用，傳送用戶的輸入輸出數(shù)據(jù)，P3口也作為一些特殊功能端口使用，如圖3-4所示：圖3-4 AT89C52單片機P3.0：RXD（串行數(shù)據(jù)接收口）P3.1：TXD（串行數(shù)據(jù)發(fā)送口）P3.2：（外部中斷0輸入）P3.3：（外部中斷1輸入）P3.4：T0（記數(shù)器0計數(shù)輸入）P3.5：T1（記時器1外部輸入）P3.6：（外部RAM寫選通信號）P3.7：（外部RAM讀選通信號）RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平狀態(tài)。ALE/：地址鎖存允許/編程線，當訪問片外存儲器時，在P0.7P0.0引腳線上輸出片外存儲器低8位地址的同時還在ALE/線上

36、輸出一個高電位脈沖，其下降沿用于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，以便空出P0.7 P0.0引腳線去傳送隨后而來的片外存儲器讀寫數(shù)據(jù)。在不訪問片外存儲器時，單片機自動在ALE/線上輸出頻率為1/6晶振頻率的脈沖序列。：外部程序存儲器ROM的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號將不出現(xiàn)。/VPP：允許訪問片外存儲器/編程電源線，當保持低電平時，則在此期間允許使用片外程序存儲器，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。當端保持高電平時，則允許使用片內(nèi)程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XT

37、AL1和XTAL2：片內(nèi)振蕩電路輸入線，這兩個端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來連接單片機片內(nèi)OSC的定時反饋回路。3.2.3 AT89C52的性能特點和芯片引腳圖AT89C52單片機，采用雙列直插封裝（DIP），有40個引腳。該單片機采用Atmel公司的高密度非易失性存儲技術制造，與美國Intel公司生產(chǎn)的MCS51系列單片機的指令和引腳設置兼容。其主要特征如下： （1）8位CPU（2）內(nèi)置4K字節(jié)可重復編程Flash，可重復擦寫1000次（3）完全定態(tài)操作：0Hz24Hz，可輸出時鐘信號（4）128B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（5）32根可編程I/O線（6）2個16位定時/計數(shù)器（7）中斷系統(tǒng)有

38、6個中斷源，可編為兩個優(yōu)先級（8）一個全雙工可編程串行通道（9）具有兩種節(jié)能模式：閑置模式和掉電模式值得注意的是，P0、P1、P2、P3口作為普通I/O口使用時都是準雙向口結(jié)構(gòu)，其輸入操作和輸出操作本質(zhì)不同，輸入操作是讀引腳狀態(tài)，輸出是對鎖存器的寫入操作。當內(nèi)部總線給口鎖存器置0或1時，鎖存器中的0、1狀態(tài)立即反映到引腳上。但在輸入操作時，如果鎖存器狀態(tài)為0引腳被鉗位0狀態(tài)，導致無法讀出引腳的高電平輸入。因此，準雙向口作為輸入口時，應先使鎖存器置1（稱之為置輸入方式）。然后，再讀引腳，例如：要將P1口的狀態(tài)讀入到累加器A中，應執(zhí)行以下兩條指令： MOV P1，#0FFH ；P1口置入方式MOV

39、 A， P1 ；讀P1口引腳狀態(tài)到A另外，I/O口的端口自動識別功能，保證了無論是P1口（低8位地址）P2口（高8位地址）的總線復用，還是P3口的功能復用，內(nèi)部資源自動選擇而不需要用指令進行狀態(tài)選擇。近年來，隨著計算機技術的發(fā)展，單片機的功能越來越強大。由于單片機的壽命長、速度快、低功耗、低噪聲、可靠性高的特點及16位、32位單片機的出現(xiàn)，在工業(yè)領域仍具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?AT89C52引腳圖如圖3-5所示。圖3-5 AT89C52引腳圖3.3 直流電機直流電動機的結(jié)構(gòu)原理圖如圖3-6所示。圖3-6 無刷直流電動機的機構(gòu)原理圖它主要有電動機本體、位置傳感器和電子開關線路三部分組成。電動機本體在

40、結(jié)構(gòu)上與永磁同步電動機相似，但沒有籠型繞組和其它啟動裝置。其定子繞組一般制成多相（三相、四相、五相不等），在實際應用中多為三相，三相繞組又可分為星形連接和三角形連接。轉(zhuǎn)子由永久磁鋼按一定極對數(shù)（2P=2,4.）組成。圖中的電動機本體為三相倆極。三相定子繞組分別與電子開關線路中相應的功率開關器件連接，在圖 中A相、B相、C相繞組分別與功率開關V1、V2、V3相接。位置傳感器的跟蹤轉(zhuǎn)子與電動機轉(zhuǎn)軸相連接。當定子繞組的某一相通電時，該電流與轉(zhuǎn)子永久磁場的磁極所產(chǎn)生的磁場相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，再由位置傳感器將轉(zhuǎn)子磁場位置變換成電信號，去控制電子開關線路，從而使定子各相繞組按一定次序?qū)ǎ?/p>

41、子相電流隨轉(zhuǎn)子位置的變化而按一定的次序換相。由于電子開關線路的導通次序是與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角同步的，因而起到了機械換向器的換向作用。因此，所謂直流電動機，就其基本結(jié)構(gòu)而言，可以認為是一臺由電子開關線路、永磁式同步電動機以及位置傳感器三者組成的“電動機系統(tǒng)”。其原理框圖,如圖3-7所示。直流電源開關電路電動機位置傳感器圖3-7 直流電動機原理框圖電動機轉(zhuǎn)子的永久磁鋼與永久有刷直流電動機中所使用的永久磁鋼的作用相似，均是在電動機的氣隙中建立足夠的磁場，其不同之處在于無刷直流電動機中永久磁鋼裝在轉(zhuǎn)子上，而直流有刷電動機的磁鋼裝在定子上。無刷直流電動機電子開關線路是用來控制電動機定子上各相繞組通電的順序和時間，

42、主要有功率邏輯開關單元和位置傳感器信號處理單元兩個部分組成。功率邏輯開關單元是控制電路的核心，其功能是將電源的功率以及一定邏輯關系分配給無刷直流電動機定子上各相繞組，以便使電動機產(chǎn)生持續(xù)不斷的轉(zhuǎn)矩。而相繞組導通的順序和時間主要取決于來自位置傳感器的信號。但位置傳感器產(chǎn)生的信號一般不能直接用來控制功率邏輯開關單元，往往要經(jīng)過一定邏輯處理后才能去控制邏輯開關單元。綜上所述，組成無刷直流電動機各主要部件的框圖，如圖3-8所示。直流電動機動機電動機本體電子開關電路位置傳感器主定子主轉(zhuǎn)子霍爾元件光電碼盤功率邏輯開關位置信號處理圖3-8 直流電動機的組成框圖4 硬件設計4.1 開關復位電路在單片機應用系統(tǒng)

43、中，除單片機本身需要復位以外，外部擴展I/O接口電路也需要復位，因此需要一個包括上電和按鈕復位在內(nèi)的系統(tǒng)同步復位電路。單片機上的XTAL1和XTAL2用來外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來連接單片機片內(nèi)OSC的定時反饋回路。本設計中開關復位與晶振電路如圖4-1所示，當按下按鍵開關S1時，系統(tǒng)復位一次。其中電容C1、C2為20pF，C3為10uF，電阻R2、R3為10k。圖4-1 系統(tǒng)復位電路4.2 數(shù)碼管顯示電路本設計制作中選用4位共陰極數(shù)碼管作為顯示模塊，它和單片機硬件的接口如圖4-2所示。其中前2位數(shù)碼管DS1、DS2用于顯示溫度傳感器實時檢測采集到的溫度，可精確到0.1攝氏度，顯示范圍為09

44、9.9攝氏度；后2位數(shù)碼管DS3、DS4用于顯示系統(tǒng)設置的初值溫度，只能顯示整數(shù)的溫度值，顯示范圍為099攝氏度。4位數(shù)碼管的段選a、b、c、d、e、f、g、dp線分別與單片機的P0.0P0.7口連接，其中P0口需接一10K的上拉電阻，以使單片機的P0口能夠輸出高低電平。5位數(shù)碼管的位選W1W5分別與單片機的P2.0P2.4口相連接，只要P2.0P2.4中任一位中輸出低電平，則選中與該位相連的數(shù)碼管。圖4-2 數(shù)碼管顯示電路4.3 溫度采集電路DS18B20數(shù)字溫度傳感器通過其內(nèi)部計數(shù)時鐘周期來的作用，實現(xiàn)了特有的溫度測量功能。低溫系數(shù)振蕩器輸出的時鐘信號通過由高溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的門周期而被

45、計數(shù)，計數(shù)器預先置有與-55相對應的一個基權(quán)值。如果計數(shù)器計數(shù)到0時，高溫度系數(shù)振蕩周期還未結(jié)束，則表示測量的溫度值高于-55，被預置在-55的溫度寄存器中的值就增加1，然后這個過程不斷重復，直到高溫度系數(shù)振蕩周期結(jié)束為止。此時溫度寄存器中的值即為被測溫度值，這個值以16位二進制形式存放在存儲器中，通過主機發(fā)送存儲器讀命令可讀出此溫度值，讀取時低位在前，高位在后，依次進行。由于溫度振蕩器的拋物線特性的影響，其內(nèi)用斜率累加器進行補償與單片機1位I/O線相連，且單片機的1位I/O線可掛接多個DS18B20，就可實現(xiàn)單點或多點溫度檢測在本設計中將DS18B20接在P1.7口實現(xiàn)溫度的采集。其與單片機

46、的連接如圖4-3所示。圖4-3 溫度采集電路4.4 風扇電機驅(qū)動與調(diào)速電路本設計中由單片機的I/O口輸出PWM脈沖，通過一個達林頓反向驅(qū)動器ULN2803驅(qū)動12V直流無刷風扇電機以及實現(xiàn)風扇電機速度的調(diào)節(jié)。鍵盤控制設置溫度，通過軟件向單片機輸入相應控制指令，由單片機通過P1.7口輸出與轉(zhuǎn)速相應的PWM脈沖，經(jīng)過ULN2803驅(qū)動風扇直流電機控制電路，實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速與啟停的自動控制。當環(huán)境溫度升高時，直流電機的轉(zhuǎn)速會相應按照設定的等級有所提高；當環(huán)境溫度下降時，電機的轉(zhuǎn)速會相應的下降；當環(huán)境溫度低于設置溫度時，電機停止轉(zhuǎn)動，而環(huán)境溫度又高于預設溫度時，電機重新啟動。電路如圖4-4所示，風扇電機的

47、一端接12V電源，另一端接ULN2803的OUT7引腳，ULN2803的IN7引腳與單片機的P3.1引腳相連，通過控制單片機的P3.1引腳輸出PWM信號，由此控制風扇直流電機的速度與啟停。圖4-4 風扇電機驅(qū)動與調(diào)速電路系統(tǒng)選用的風扇電機為12V直流無刷電機，單達林頓反向驅(qū)動器ULN2803輸入TTL信號為5V或CMOS信號為615V時，輸出的最大電壓為50V，最大電流為500mA，工作溫度范圍為070。本系統(tǒng)中單片機I/O口輸出的TTL信號為5V，因此此風扇電機可以用ULN2803來驅(qū)動。5 軟件設計主程序流程圖如5-1所示：startSystem init是否超過系統(tǒng)設定溫度風扇運行是否加

48、減鍵同時按下進入系統(tǒng)設定加減鍵是否同時按下退出設定N加速減速是N是NY圖5-1 主程序流程圖通過單片機模塊檢測溫度采集模塊采集到的溫度并作出相應處理，當溫度高于25時，風扇電路導通，風扇轉(zhuǎn)動并隨溫度改變轉(zhuǎn)速。當溫度低于25時，風扇電路不通電，風扇不轉(zhuǎn)。實現(xiàn)風扇自動停止并隨溫度變化自動調(diào)速，同時顯示當前溫度。程序?qū)崿F(xiàn)的功能是上電復位時檢測溫度傳感器DS18B20是否存在或它工作是否正常,當不存在或工作不正常時從蜂鳴器發(fā)出報警聲,提示用戶檢查DS18B20,安裝或者更換。這部分功能由DS18B20復位與檢測子程序RESET完成。當檢測到傳感器工作正常后，發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令及讀取溫度值命令，將從DS1

49、8B20讀取的二進制溫度值轉(zhuǎn)換為七段碼在LED上顯示出來。顯示功能由溫度顯示子程序DISP1子程序?qū)崿F(xiàn)。功能介紹：單片機復位后，進行初始化工作，然后進入按鍵功能模塊，最后完成工作。初始化中，將DS18B20，內(nèi)部RAM，包括按鍵，默認為控制狀態(tài)，溫度設定為25。加減按鍵同時按下進入溫度設定狀態(tài)，然后按加或減按鍵進行溫度設定，然后再次同時按加減鍵退出。6 系統(tǒng)調(diào)試6.1 系統(tǒng)存在的不足及展望 本系統(tǒng)由于時間的限制和成本的問題，所以做的比較簡單。在本次系統(tǒng)中，只有降溫電路而沒有升溫電路，就是說當傳感器檢測到溫度太低時卻不能對其進行升溫，而且對本次設計沒有對電機設計調(diào)速系統(tǒng)，從而電機只能以一種速度進

50、行調(diào)節(jié)，不能自己選擇調(diào)節(jié)升降溫的速率。對于本系統(tǒng)，雖然在某些方面存在著不足，但是對于一般精度要求的不高的溫度檢測中的應用能夠滿足用戶的需求，并且它的造價成本低，容易上手，簡單實用等特點。根據(jù)不同用戶的需求，不同情況的需要，對其進行進一步的擴展和改進。例如，對其裝一個升溫電路或者報警電路，并設計一個調(diào)速電路，這樣用戶可以根據(jù)自己需要進行調(diào)節(jié)溫度，而且有報警電路可以更加放心的監(jiān)控溫度高低。已成型的溫度控制器廣泛應用于城市、農(nóng)村、學校、工礦企事業(yè)單位及工業(yè)控制，是實現(xiàn)無人值守的理想產(chǎn)品，市場極為廣闊，需求量大。并且使用壽命長，適用水質(zhì)范圍廣，安裝極其容易。6.2 調(diào)試過程中遇到的故障及解決方法在軟硬

51、件聯(lián)合調(diào)試過程中，主要遇到了以下幾個問題：（1）不管怎么樣調(diào)節(jié)電位器，LCD都是暗的。（2）由于驅(qū)動電流不夠，電機不會轉(zhuǎn)。（3）系統(tǒng)的仿真完全通過，但在把程序?qū)懭階T89C52后，系統(tǒng)卻不能正常運行。解決方法依次如下：（1）更換了一個電位器，調(diào)節(jié)后液晶亮度明顯正常。（2）外接一個電機驅(qū)動電路。（3）把AT89C52上的29腳和31腳接上高電平，就能使單片機只訪問內(nèi)部程序存儲器。結(jié)束語 時光飛逝，學校生活也即將告別，大學這幾年學習積累知識點。經(jīng)過這次畢業(yè)設計總結(jié)歸以下幾點：（1）大學期間主要是學習基礎理論知識，并未真正地去應用和實踐。但是經(jīng)過這次畢業(yè)設計，我接觸到了更多平時沒有接觸到的儀器設備、

52、元器件以及相關的使用調(diào)試經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)了自己很多不足之處。我還體會到了所學理論知識的重要性：知識掌握得越多，設計得就更全面、更順利、更好。（2）畢業(yè)設計能夠從理論設計和工程實踐相結(jié)合、鞏固基礎知識與培養(yǎng)創(chuàng)新意識相結(jié)合、個人作用和集體協(xié)作相結(jié)合等方面全面的培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)。這些對我在將來的工作和學習當中都會有很大的幫助。（3）學會了怎樣查閱資料和利用工具書。一個人不可能什么都學過，什么都懂，因此，當在設計過程中需要用一些不曾學過的東西時，就要去有針對性地查找資料，然后加以吸收利用，以提高自己的應用能力，而且還能增長自己見識，補充最新的專業(yè)知識。（4）實踐能力得到了進一步提高，在調(diào)試過程中積累了一些

53、經(jīng)驗。（5）畢業(yè)設計對以前學過的理論知識起到了回顧作用，并對其加以進一步的消化和鞏固。（6）畢業(yè)設計培養(yǎng)了嚴肅認真和實事求是的學習態(tài)度。同學之間的友誼互助也充分的在畢業(yè)設計當中體現(xiàn)出來了。致謝論文即將完成，我要向我所有曾經(jīng)幫助過我的良師益友表以深深的謝意。首先要感謝我的論文指導老師。非常感謝彭沛夫老師、彭沛夫老師在我大學的最后學習階段畢業(yè)設計階段給自己的指導從最初的定題到資料收集到寫作、修改到論文定稿她們給了我耐心的指導和無私的幫助。為了指導我們的畢業(yè)論文她們放棄了自己的休息時間她們的這種無私奉獻的敬業(yè)精神令人欽佩在此我向她們表示我誠摯的謝意。同時感謝所有任課老師和所有同學在這四年來給自己的指

54、導和幫助是他們教會了我專業(yè)知識教會了我如何學習教會了我如何做人。正是由于他們我才能在各方面取得顯著的進步在此向他們表示我由衷的謝意并祝所有的老師培養(yǎng)出越來越多的優(yōu)秀人才桃李滿天下最后深深的感謝呵護我成長的父母。每當我遇到困難的時候父母總是第一個給我鼓勵的人?；仡?0多年來走過的路每一個腳印都浸滿著他們無私的關愛和諄諄教誨10年的在外求學之路寄托著父母對我的殷切期望。他們在精神上和物質(zhì)上的無私支持堅定了我追求人生理想的信念。父母的愛是天下最無私的最寬厚的愛。大恩無以言報惟有以永無止境的奮斗期待將來輝煌的事業(yè)讓父母為之驕傲。我亦相信自己能達到目標。 “長風破浪會有時直掛云帆濟滄?！边@是我最喜歡的詩

55、句。以此作為結(jié)尾與所有要感謝的人共勉相信自己追逐最初的夢想永不放棄參考文獻1韓志軍.單片機系統(tǒng)設計與應用實例，機械工業(yè)出版社，2010,22馮先成.單片機應用系統(tǒng)設計，北京航空大學出版社，20093李群芳.單片微型計算機接口技術及應用，電子工業(yè)出版社，2005,14李鋼,趙彥峰.1-Wire總線數(shù)字溫度傳感器DSI8B20原理及應用J.現(xiàn)代電子技術，2005,25樓俊軍.基于Proteus和Keil的單片機演奏樂曲的實現(xiàn)J ,科技信息，20106吳金戍,沈慶陽,郭庭吉.8051單片機實踐與應用,清華大學出版社,20027王會明,侯加林. 智能電風扇控制器的研制J, 電子與自動化，1998,58張毅剛.MCS-51單片機原理及應用M,哈爾濱工業(yè)大學出版社，2004，069蔡朝洋.單片機控制實習與專題制作M,北京航空航天大學出版社，2006，1110肖蘭.電