畢業(yè)：溫控電風(fēng)扇設(shè)計(完整版)資料

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畢業(yè)：溫控電風(fēng)扇設(shè)計（完整版）資料(可以直接使用，可編輯優(yōu)秀版資料，歡迎下載）河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）題目:溫控電風(fēng)扇學(xué)生姓名：李歡歡系部：電信系專業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù)年級：04級指導(dǎo)教師：肖海紅成績：2007摘要該設(shè)計是為了讓電風(fēng)扇這一家用電器變的更智能化。如今人們生活的很忙碌，在夏天，結(jié)束了一天的工作后，回到家便可以感受夏日家里的涼爽,而且又物美價廉，非常適合廣大老百姓的使用。當(dāng)室溫高于需要開啟電風(fēng)扇的某一溫度并且人出現(xiàn)在熱釋電傳感器可測范圍時，電風(fēng)扇自動開啟，人離開后自動關(guān)閉；當(dāng)室溫低于這一溫度時，即使人在熱釋電傳感器可測范圍內(nèi)，電風(fēng)扇也處于關(guān)閉狀態(tài)。關(guān)鍵字：溫度傳感器，熱釋電傳感器，步進電機。目錄摘要…………………2第一章緒論………51.1傳統(tǒng)電風(fēng)扇簡介…………………51.2溫控電風(fēng)扇簡介………………51.3溫控電風(fēng)扇設(shè)計目的………………5第二章溫控電風(fēng)扇結(jié)構(gòu)和原理………………62.1溫控電風(fēng)扇結(jié)構(gòu)…………………62.2溫控電風(fēng)扇流程圖………62.3溫控電風(fēng)扇電路原理圖…………………72.4主要元件的工作原理簡介…………7第三章溫控電風(fēng)扇控制系統(tǒng)………………93.1溫控電風(fēng)扇的控制電路…………93.2溫控電風(fēng)扇的硬件電路……………13第四章軟件設(shè)計……………164.1主程序設(shè)計…………164.2溫度測量程序設(shè)計…………174.3顯示程序設(shè)計…………184.4溫度設(shè)定程序設(shè)計…………19第五章結(jié)束語………………23參考文獻…………24致謝…………………25第一章緒論傳統(tǒng)的風(fēng)扇是只高，中，低三個風(fēng)速擋，并且是人工開關(guān)，還不知室溫是多少，該用哪個擋。而這個設(shè)計是一新技術(shù)，在電子行業(yè)，單片機上早已經(jīng)廣泛的應(yīng)用。而這個是單片機電路板和溫度探測相結(jié)合，將其應(yīng)用于家用電風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速精確控制上，能夠有良好的表現(xiàn)。1.1傳統(tǒng)電風(fēng)扇簡介眾所周知，傳統(tǒng)的電風(fēng)扇的開啟和關(guān)閉要人為的去開，關(guān)，好一點的會有個遙控器，可還是要人去操作，這對現(xiàn)代忙碌的人群來說是很麻煩的。而我過的電網(wǎng)電壓為220伏，50赫茲，在由于供電頻率不能改變，傳統(tǒng)的電風(fēng)扇的電機轉(zhuǎn)速基本上變化不大，依靠它的“開，高速，中速，低速，?！彪姍C來調(diào)整室內(nèi)溫度，其電機的一開一停，一高一低之間容易造成室內(nèi)溫度忽冷忽熱，并消耗較多電能，還容易燒毀電機。1.2溫控電風(fēng)扇簡介它是采用多擋全自動變頻器，使得對電風(fēng)扇各擋風(fēng)量的調(diào)節(jié)更加細(xì)化，使得電風(fēng)扇的控制更具人性化，同時它也具有全自動、控制簡單、智能化、制作容易。使用溫度傳感器、熱釋電紅外傳感器、專用控制集成電路和單片機，實現(xiàn)當(dāng)室溫達到設(shè)定開啟風(fēng)扇的溫度并且人出現(xiàn)在熱釋電傳感器可測范圍時，電風(fēng)扇自動開啟，并且可以根據(jù)室溫變換頻率，人離開后自動關(guān)閉；當(dāng)室溫低于這一溫度時，即使人在熱釋電傳感器可測范圍內(nèi)，電風(fēng)扇也處于關(guān)閉狀態(tài)。電路遙感距離為10m，角度為85℃，溫度設(shè)定為1.3溫控電風(fēng)扇設(shè)計目的在如今，人們煩瑣的事情越來越多，回到家更想一動不動好好休息一下，消除自己一天的工作疲勞，傳統(tǒng)風(fēng)扇還要去開啟，調(diào)速，固定它的轉(zhuǎn)動方向，同樣的風(fēng)速吹的人會痛，這讓人們覺得很麻煩也很無奈。而溫控電風(fēng)扇就解決了這些問題。只要人一進入它的探測范圍，它就會自己啟動，吹出變換方向適合室內(nèi)溫度的風(fēng)來，免除人為的手工操作。中國有13億人，使用空調(diào)的只占總?cè)丝诘娜某?，還有多數(shù)人使用電風(fēng)扇，由此可見它的市場是巨大的，人們已經(jīng)普遍把它使用在了生活中。溫控電風(fēng)扇是把自動開與關(guān)和通過對電流的轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)電動機運轉(zhuǎn)頻率的自動調(diào)節(jié)，從而達到改變風(fēng)速的目的。此設(shè)計用到單片機，它是把微處理器，存儲器(RAN和RON)，輸入/輸出接口以及定時器/計數(shù)器等集成在一起的集成電路芯片。它與集成電路相結(jié)合，組成一個設(shè)定，感溫，控制和輸出與一身的模塊。利用單片機89C51和一些電路對室溫進行探測，從而對電風(fēng)扇進行開和關(guān)的第二章溫控電風(fēng)扇結(jié)構(gòu)和原理溫控電風(fēng)扇結(jié)構(gòu)溫控電風(fēng)扇有內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部結(jié)構(gòu)組成。內(nèi)部結(jié)構(gòu)有集成電路板和風(fēng)扇電機組成，外部結(jié)構(gòu)就是機殼。整個部分電路板是重種之中，它上面連接了有單片機，溫度傳感器，熱釋電紅外傳感器，PWM脈寬調(diào)治電路，延時開關(guān)電路,按鍵式電磁開關(guān)，自動變頻器，電壓---頻率轉(zhuǎn)換電路，LED顯示器，A/D轉(zhuǎn)換電路、可控硅觸發(fā)控制電路、振蕩、電源電路組成。溫控電風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1時鐘及復(fù)位電路數(shù)據(jù)及程序存儲器鍵盤顯示電路穩(wěn)壓器時鐘及復(fù)位電路數(shù)據(jù)及程序存儲器鍵盤顯示電路穩(wěn)壓器電源電路步進電機89C51單片機A/D轉(zhuǎn)換器震蕩熱釋電紅外傳感器溫度傳感器PWM脈寬調(diào)制電路A/D轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換控電風(fēng)扇流程圖待機待機是否有人?是否設(shè)定溫度?是否達到設(shè)定溫度?啟動PWM電路啟動步進電機待機主要元件工作原理簡介步進電機原理簡介步進電機和普通電動機不同之處是步進電機接受脈沖信號的控制。步進電機靠一種叫環(huán)形分配器的電子開關(guān)器件，通過功率放大器使勵磁繞組按照順序輪流接通直流電源。由于勵磁繞組在空間中按一定的規(guī)律排列，輪流和直流電源接通后，就會在空間形成一種階躍變化的旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子步進式的轉(zhuǎn)動，隨著脈沖頻率的增高，轉(zhuǎn)速就會增大。步進電機的旋轉(zhuǎn)同時與相數(shù)、分配數(shù)、轉(zhuǎn)子齒輪數(shù)有關(guān)。

現(xiàn)在比較常用的步進電機包括反應(yīng)式步進電機、永磁式步進電機、混合式步進電機和單相式步進電機等。其中反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩?，F(xiàn)階段，反應(yīng)式步進電機獲得最多的應(yīng)用。步進電機的控制方式

如果通過單片機按順序給繞組施加有序的脈沖電流，就可以控制電機的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)數(shù)字角度的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)動的角度大小與施加的脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)動的速度與脈沖頻率成正比，而轉(zhuǎn)動方向則與脈沖的順序有關(guān)。以三相步進電機為例，電流脈沖的施加共有三種方式。熱釋電傳感器原理熱釋電傳感器利用的正是熱釋電效應(yīng)，是一種溫度敏感傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，元件兩個表面做成電極，當(dāng)傳感器監(jiān)測范圍內(nèi)溫度有ΔT的變化時，熱釋電效應(yīng)會在兩個電極上會產(chǎn)生電荷ΔQ，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱電壓ΔV。由于它的輸出阻抗極高，所以傳感器中有一個場效應(yīng)管進行阻抗變換。熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷ΔQ會跟空氣中的離子所結(jié)合而消失，當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時，ΔT=0，傳感器無輸出。當(dāng)人體進入檢測區(qū)時，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生ΔT，則有信號輸出；若人體進入檢測區(qū)后不動，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出，所以這種傳感器能檢測人體或者動物的活動。溫度傳感器的原理溫度傳感器的基本原理是由熱電偶傳感器演變而來，主要按照熱電效應(yīng)來工作。將兩種不同的導(dǎo)體A和B連接起來，組成一個閉合回路，即構(gòu)成感溫元件。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個接點1和2之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生電動勢，因而在回路中形成一定大小的電流，這種現(xiàn)象即稱為熱電效應(yīng)，也叫溫差電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)進行工作的。熱電偶的一端是將A、B兩種導(dǎo)體焊接在一起，稱為工作端，置于溫度為t的被測介質(zhì)中。另一端稱為參比端或自由端，放于溫度為t0的恒定溫度下。當(dāng)工作端的被測介質(zhì)溫度發(fā)生變化時，熱電勢隨之發(fā)生變化，將熱電勢送入計算機進行處理，即可得到溫度值。PWM脈寬調(diào)制原理脈寬調(diào)制(PWM)是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。簡而言之，PWM是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法。這三種PWM輸出編碼的分別是強度為滿度值的10%、50%和90%的三種不同模擬信號值。對噪聲抵抗能力的增強是PWM相對于模擬控制的另外一個優(yōu)點，而且這也是在某些時候?qū)WM用于通信的主要原因。從模擬信號轉(zhuǎn)向PWM可以極大地延長通信距離。步進電機原理步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控制變的非常的簡單。雖然步進電機已被廣泛地應(yīng)用，但步進電機并不能象普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。第三章溫控電風(fēng)扇控制系統(tǒng)3.1溫控電風(fēng)扇的控制電路一、89C51單片機簡介AT89C51部分管腳定義Vss：地Vcc：電源：提供掉電、空閑、正常工作電壓P0.0-0.7：P0I/O口-P0口是開漏雙向口，可以寫為1使其狀態(tài)為懸浮用作高阻輸入。P0也可以在訪問外部程序存儲器時作地址的低字節(jié)，在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時作數(shù)據(jù)總線，此時通過內(nèi)部強上拉輸出1。P1.0-1.7：P1I/O口-P1口是帶內(nèi)部上拉的雙向I/O口，向P1口寫入1時，P1口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口。當(dāng)作為輸入腳時，被外部拉低的P1口會因為內(nèi)部上拉而輸出電流(見DC電氣特性)。P1口第2功能：T2(P1.0)定時/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入/時鐘輸出(見可編程輸出)T2EX(P1.1)定時/計數(shù)器2重裝載/捕捉/方向控制P2.0-2.7：P2I/O口-P2口是帶內(nèi)部上拉的雙向I/O口，向P2口寫入1時，P2口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口。當(dāng)作為輸入腳時，被外部拉低的P2口會因為內(nèi)部上拉而輸出電流(見DC電氣特性)。在訪問外部程序存儲器和外部數(shù)據(jù)時分別作為地址高位字節(jié)和16位地址(MOVX@DPTR)，此時通過內(nèi)部強上拉傳送1。當(dāng)使用8位尋址方式(MOV@Ri)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口發(fā)送P2特殊功能寄存器的內(nèi)容。RST：復(fù)位當(dāng)晶振在運行中，只要復(fù)位管腳出現(xiàn)2個機器周期高電平即可復(fù)位，內(nèi)部有擴散電阻連接到Vss僅需要外接一個電容到Vcc，即可實現(xiàn)上電復(fù)位。PSEN：程序存儲使能當(dāng)執(zhí)行外部程序存儲器代碼時，PSEN每個機器周期被激活兩次，在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時PSEN無效，訪問內(nèi)部程序存儲器時PSEN無效。XTAL1：晶體1反相振蕩放大器輸入和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路輸入。XTAL2：晶體2反相振蕩放大器輸出。AT89C51部分關(guān)聯(lián)功能簡介（1）復(fù)位在振蕩器工作時將RST腳保持至少兩個機器周期高電平12時鐘模式為24個振蕩器周期6，時鐘模式為12振蕩器周期可實現(xiàn)復(fù)位為了保證上電復(fù)位的可靠，RST保持高電平的時間至少為振蕩器啟動時間（通常為幾個毫秒）再加上兩個機器周期。復(fù)位后，振蕩器以12時鐘模式運行當(dāng)已通過并行編程器設(shè)置為6時鐘模式時除外。（2）振蕩器特性XTAL1和XTAL2為輸入和輸出，可分別作為一個反相放大器的輸入和輸出。此管腳可配置為使用內(nèi)部振蕩器。要使用外部時鐘源驅(qū)動器件時，XTAL2可以不連接而由XTAL1驅(qū)動。外部時鐘信號無占空比的要求，因為時鐘通過觸發(fā)器二分頻輸入到內(nèi)部時鐘電路。但高低電平的最長和最短時間必須符合手冊的規(guī)定。（3）定時器0和1的操作定時和計數(shù)功能由特殊功能寄存器TMOD的控制位進行選擇。這兩個定時/計數(shù)器有4種操作模式，通過TMOD的M1和M0選擇。兩個定時/計數(shù)器的模式0、1和2都相同模式3不同。（4）中斷本器件提供6個中斷源。外部中斷INT0和INT1可根據(jù)寄存器TCON中的IT0和IT1位狀態(tài)分別設(shè)置為電平或者邊沿觸發(fā)。實際產(chǎn)生的中斷標(biāo)志是TCON中的位IE0和IE1。當(dāng)產(chǎn)生外部中斷時，如果是邊沿觸發(fā)，進入中斷服務(wù)程序后由硬件清除中斷標(biāo)志位。如果中斷是電平觸發(fā)，由外部請求源而不是由片內(nèi)硬件控制請求標(biāo)志。定時器0和定時器1中斷由TF0和TF1（分別由各自的定時/計數(shù)寄存器控制，定時器0工作在模式3時除外）產(chǎn)生。當(dāng)產(chǎn)生定時器中斷時，進入中斷服務(wù)程序后由片內(nèi)硬件清除標(biāo)志位。……[8]（P12-15）二、按鍵電路按鍵電路采用的是單片機89C51的15，16，17腳作為按鍵的輸入端子。它們分別是SW1開關(guān)按鍵、SW2遞減按鍵、SW3遞增按鍵。當(dāng)按下開關(guān)按鍵時會給單片機一低電平，從而單片機檢測到這個腳電平的變化，會作出下一步的處理，經(jīng)內(nèi)部分析運算后輸出相應(yīng)的控制數(shù)據(jù)。開關(guān)按鍵的是單片機內(nèi)部的T1記數(shù)功能，當(dāng)此腳電平變化一次，內(nèi)部就會記一次數(shù)。按鍵電路如圖所示：遞減按鍵用的是單片機的3.6口。當(dāng)此按鍵按下一次就會使P1口所有的輸出端口就會變化。遞增按鍵用的是3.7口，工作過程同遞減按鍵3.6口。按鍵電路如圖2所示。三、LED顯示電路整機的電壓輸出顯示電路如圖所示：本設(shè)計采用兩個一樣的集成數(shù)碼管。LED數(shù)碼管由各自的三極管驅(qū)動與關(guān)閉。當(dāng)單片機輸出顯示數(shù)據(jù)的同時還輸出兩個驅(qū)動信號送到DS1、DS2的各自的三極管的基極，使三極管導(dǎo)通從而使LED顯示相應(yīng)輸出電壓值。數(shù)碼管和三極管要用截止電流盡量小一些的器件。因為了減小整機的功耗，所以必須用截止電流小些的器件。LED顯示電路如圖3所示：圖2按鍵電路圖DS1DS2圖3LED顯示電路圖四、復(fù)位電路復(fù)位電路如圖4所示：圖4復(fù)位電路圖上電后5V電壓通過C向R電阻充電，這時在89C51的復(fù)位端就會形成一個負(fù)的電壓脈沖。這時單片機就認(rèn)為給它一低的電平信號告訴它要復(fù)位了。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。本電路采用的是上電自動復(fù)位，不需要手動按動按鈕去人工復(fù)位。在復(fù)位有效期間，ACE、PSEN也輸出高電平，REST輸入端返回低電平以后單片機從0地址開始執(zhí)行程序[3]（P20。五、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路數(shù)模轉(zhuǎn)換電路如圖5所示：DAC0808是具有16個引腳的雙列直插式8位D/A轉(zhuǎn)換器件。其引腳功能分別為：1腳為空,2腳為GND,3腳為VEE，4腳為DAC輸出引腳，5－12腳為數(shù)據(jù)輸入引腳，13腳為VCC，14腳為基準(zhǔn)電壓（VREF＋），15腳為基準(zhǔn)電壓（VREF－），16腳為COMPENSATION。當(dāng)數(shù)據(jù)輸入量全為0時，其4腳輸出電壓最低，接近零；當(dāng)數(shù)據(jù)輸入量全為1時，其4腳輸出電壓最高，電壓值由基準(zhǔn)電壓VREF決定。因此，基準(zhǔn)電壓的精度決定了D/A轉(zhuǎn)換的精度。圖5數(shù)模轉(zhuǎn)換電路圖本文所用的基準(zhǔn)電壓為15V，而數(shù)據(jù)輸入量在00H－FFH之間變化，即D/A輸出的電壓有256種。從而不難算出本電源的精度＝15V÷256＝0.05859V≈0.06V。假如我們想要6V的直流電壓，數(shù)據(jù)輸入量＝6V÷0.06V＝100，注意這里的100是十進制的，單片機不能識別十進制數(shù)據(jù)，所以要把十進制轉(zhuǎn)換成二進制或十六進制（轉(zhuǎn)換時可用WINDOWS自帶的科學(xué)計算器進行）。100轉(zhuǎn)換成十六進制后為64H。只要給DAC0808輸入64H，它就能輸出6V的電壓（注意：理論值和實踐值有所出入，具體運用時要適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)數(shù)據(jù)輸入量），該電壓經(jīng)運放TL082后再去推動LM317，由LM317輸出我們需要的電壓值，實現(xiàn)了電壓數(shù)控調(diào)節(jié)。3.2溫控電風(fēng)扇的硬件電路第二節(jié)直流穩(wěn)壓電路一、三端穩(wěn)壓器LM317的輸出電流是1.5A，輸出電壓可在1.5-37V之間連續(xù)可調(diào)。輸出電壓由控制腳決定，最高輸出電壓由電源電壓決定。此電路采用的三端穩(wěn)壓集成電路LM317。它的1腳是控制端。2腳是輸出端。3腳是電源端。引腳非常少易于控制，并且輸出電壓穩(wěn)定帶負(fù)載能力強。它配合前級的推動電路從而實現(xiàn)電壓的數(shù)控調(diào)節(jié)。LM317在工作時流過的電流是非常大的，所以一定要加足夠大的散熱片。以便較快的散去工作時的熱量避免因高溫而損壞LM317穩(wěn)壓集成電路。此設(shè)計的LM317是不能用一般的三端穩(wěn)壓器代替的。因為一般的三端穩(wěn)壓器是不帶控制腳他只有接地腳。三端穩(wěn)壓器電路如圖6所示：圖6三端穩(wěn)壓電路圖二、緩沖與保護電路緩沖電路采用的是集成運放TL082。它的1腳是控制輸出，2腳是輸入端，3腳接地端，8腳是+15V輸入端，4腳是-15V輸入端。它的作用是把D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路輸出的控制電壓進行放大后去推動LM317輸出所要的電壓。保護電路是由（R10、R11、R12）取樣電阻和單片機的25腳組成。工作原理是：當(dāng)單片機檢測到負(fù)載短路時，25腳的電壓會發(fā)生變化這時單片機就認(rèn)為負(fù)載短路迫使整機處于待機狀態(tài)，使輸出電壓為零從而保護了三端穩(wěn)壓器不至于損壞，并且還避免了負(fù)載因短路在擴大故障范圍。三、溫度傳感器電路溫度傳感器采用專用的DS18B20溫度集成傳感器，當(dāng)溫度大于150℃時其輸出端的電壓將回降到很低（接近0V）。傳感器要與LM317三端穩(wěn)壓器緊密相接觸，以便及時感知三端穩(wěn)壓器的溫度變化。只要三端穩(wěn)壓器的溫度大于150℃是溫度傳感器就會輸出低電平送到單片機的保護檢測腳，從而啟動保護功能。傳感器電路圖如圖7所示。圖7傳感器電路圖四、硬件電路的整體分析220V市電經(jīng)變壓器將壓后變成15V的交流電壓，經(jīng)整流電路后變成正負(fù)15V左右的直流電壓。（變壓器是采用三抽頭的）-15V電壓送到緩沖放大集成運放為其提供負(fù)的工作電壓。+15V直流電壓經(jīng)五伏穩(wěn)壓后變成穩(wěn)定的5V電壓為單片機和D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路提供工作電壓。數(shù)模轉(zhuǎn)換器是一個八位的D/A轉(zhuǎn)換器件。當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)全為0時，其數(shù)控電源輸出的電壓接近0V。當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)全為1時，其數(shù)控電源輸出電壓最高接近基準(zhǔn)電壓。基準(zhǔn)電壓值由VREF決定。此電路采用的基準(zhǔn)電壓是15V。當(dāng)接通電源后89C51得到復(fù)位電壓復(fù)位后，內(nèi)部開始執(zhí)行程序，而輸出相應(yīng)的電壓值。SW1是開關(guān)按鍵，按一下次按鍵后整機處于待機狀態(tài)，同時LED顯示“OF”。電源無電壓輸出，按任意鍵可以開機。SW2是輸出電壓遞減調(diào)節(jié)按鍵，當(dāng)按一下SW2時，89C51單片機地16腳（P3.6口）會得到一個變化的脈沖，這個變化的脈沖送到單片機內(nèi)部處理后由P1口的1到8腳輸出遞減電壓的數(shù)據(jù)，直接送到數(shù)模轉(zhuǎn)換集成電路的A1-A8端子（也就是5-12腳），電壓遞減數(shù)據(jù)經(jīng)D/A集成電路轉(zhuǎn)換后，由4腳輸出一個控制電壓。這個控制電壓直接送到集成運放TL082，經(jīng)TL082反相放大后，直接推動LM317三端穩(wěn)壓器輸出相應(yīng)的電壓值。從而實現(xiàn)數(shù)控電壓的無觸點調(diào)節(jié)。并且由89C51單片機的內(nèi)部輸出顯示電壓的數(shù)據(jù)電壓去推動V1，V2三極管的導(dǎo)通，從而驅(qū)動LED數(shù)碼管顯示相應(yīng)的輸出電壓值。SW3按鍵（電壓遞增調(diào)節(jié)）與電壓遞減調(diào)節(jié)的工作原理相反。當(dāng)剛開機時由于單片機要初始化（復(fù)位）這一瞬間單片機輸出的數(shù)據(jù)不受控制，從而會導(dǎo)致LM317輸出一個高的電壓，會使用電器（負(fù)載）損壞。為了防止這一現(xiàn)象的發(fā)生，從而設(shè)置了V3（PNP）保護三極管。當(dāng)單片機初始化時，各端口的電壓為低電平，這時V3導(dǎo)通，繼電器得到工作電壓，使繼電器的觸點斷開，從而切斷了輸出電壓，保護了用電器不被瞬間輸出的高電壓損壞。當(dāng)復(fù)位后，P2.5口恢復(fù)了高電平，這時V3截止，繼電器得不到工作電壓而恢復(fù)到常閉狀態(tài)，這時就輸出正常的電壓到用電器。當(dāng)用電器（負(fù)載）短路或過載現(xiàn)象時，會到造成輸出電壓大幅度下降，此電壓經(jīng)取樣電路后的電壓也會下降很多，這時P2.4口的電位也隨之降低。程序立即檢測到P2.4這一變化。立即使P2.5口為低電平從而使V3導(dǎo)通，繼電器工作切斷輸出電壓。這時整機也轉(zhuǎn)入待機狀態(tài)，直至故障排除后才能重新開機，否則整機將一直處于待機狀態(tài)[1]（P272）。整機電路圖如圖8所示：圖8整機電路原理圖第四章軟件設(shè)計主程序設(shè)計開始初始化開始初始化按鍵功能有按鍵？設(shè)定各位按鍵各位按鍵十位案件NY單片機復(fù)位后，開始初始化工作，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(rèn)為控制狀態(tài)，溫度設(shè)定為24℃數(shù)字顯示的程序：ORG0000H

AJMPSTART

ORG0030h

START:movsp,#60h;溫度測量程序設(shè)計開始開始有人？初始化采集室內(nèi)溫度判斷溫度？返回延時開啟風(fēng)扇NYNY

duqu:LCALLGET_TEMPER;調(diào)用讀溫度子程序并初始化DS18B20LCALLDISP;調(diào)用顯示當(dāng)前溫度 MOVA,29H;將現(xiàn)場實際溫度傳遞給A CJNEA,2FH,LL1;比較當(dāng)前的溫度與設(shè)定的溫度是否相等 CLRP2.0;開啟電風(fēng)扇 SJMPANJIAN顯示程序設(shè)計接受信號并查表接受信號并查表開始返回信號是否完整？延時YNDISP:movP0,#0A4H;//將數(shù)字2的編碼送P0口

CLRP2.0;//打開第一位數(shù)碼管的顯示電源

ACALLD1MS;//調(diào)用延時1MS子程序

SETBP2.0;//顯示1MS后關(guān)第一位數(shù)碼管顯示

MOVP0,#0B0H;//數(shù)字3的編碼

CLRP2.1;//打開第二位數(shù)碼管的顯示電源

ACALLD1MS;//調(diào)用延時1MS子程序

SETBP2.1;//顯示1MS后關(guān)第二位數(shù)碼管顯示

MOVP0,#99H;//數(shù)字4的編碼

CLRP2.2;//打開第三位數(shù)碼管的顯示電源

ACALLD1MS;//調(diào)用延時1MS子程序

SETBP2.2;//顯示1MS后關(guān)第三位數(shù)碼管顯示

MOVP0,#92H;//數(shù)字5的編碼

CLRP2.3;//打開第四位數(shù)碼管的顯示電源

ACALLD1MS;//調(diào)用延時1MS子程序

SETBP2.3;//顯示1MS后關(guān)第四位數(shù)碼管顯示

RET;//返回從第一位顯示循環(huán)

4.4溫度設(shè)定程序設(shè)計初始化初始化開始是否有人?讀取室內(nèi)溫度返回達到設(shè)定溫度？延時開啟風(fēng)扇NYYN功能介紹：加減按鍵同時按下進入溫度設(shè)定狀態(tài)，然后按加或減按鍵進行溫度設(shè)定，然后再次同時按加減鍵退出TEMPER_LEQU29H;用于保存讀出溫度的低8位TEMPER_HEQU28H;用于保存讀出溫度的高8位FLAG1EQU38H;是否檢測到DS18B20標(biāo)志位FLAG2EQU01H;進入設(shè)定狀態(tài)標(biāo)志位ORG0000HAJMPMAIN;轉(zhuǎn)入主程序ORG0030HMAIN:MOV2FH,#24;設(shè)定高于24度為溫度過高SETBP2.1;閉等待指示燈CLRFLAG2main1: mova,2FH;存儲的最高溫度24度 movb,#10;取出十位和個位 divab ORLA,#00110000B mov41H,a;十位 mov42H,b;個位 MOVA,42H ORLA,#00110000B;轉(zhuǎn)化成ASCII碼 mov42H,A mova,2FH movb,#100; divab ORLA,#00110000B mov40H,a;LL1:SETBP2.0;關(guān)閉電風(fēng)扇ANJIAN: LCALLDISP MOVA,P1 ;讀取當(dāng)前按鍵的值A(chǔ)NLA,#0FH ;屏蔽高位sheding:CJNEA,#0CH,jia;加減按鍵一起按就進入溫度設(shè)定狀態(tài)ACALLDELAY100;消除鍵抖動CJNEA,#0CH,jia;加減按鍵一起按就進入溫度設(shè)定狀態(tài)setbflag2 ;啟動設(shè)定sjmpduqujia:CJNEA,#0EH,jian;加處理ACALLDELAY100;消除鍵抖動CJNEA,#0EH,jian;加處理JNBFLAG2,DUQU;在加減鍵沒有同時按下的時候，只按加按鍵時不執(zhí)行任何功能，并跳到讀取當(dāng)前溫度MOVA,2FH ;先讀取原先設(shè)定的溫度值INCA ;原先設(shè)定的溫度值加1，當(dāng)設(shè)定的溫度值不能超過125MOV2FH,A ;將當(dāng)前設(shè)定的溫度值保存SJMPBAOCUNjian:CJNEA,#0DH,duqu;減處理 ACALLDELAY100;消除鍵抖動 CJNEA,#0DH,duqu;減處理 JNBFLAG2,DUQU;在加減鍵沒有同時按下的時候，只按加按鍵時不執(zhí)行任何功能，并跳到讀取當(dāng)前溫度MOVA,2FH ;先讀取原先設(shè)定的溫度值DECA ;原先設(shè)定的溫度值減1，當(dāng)設(shè)定的溫度值不能超過-25MOV2FH,A ;保存當(dāng)前設(shè)定的溫度baocun:CJNEA,#0CH,TUICHU;加減按鍵一起按就保存溫度設(shè)定狀態(tài)并退出設(shè)定ACALLDELAY100;消除鍵抖動CJNEA,#0CH,TUICHU;加減按鍵一起按就保存溫度設(shè)定狀態(tài)并退出設(shè)定clrflag2;關(guān)閉設(shè)定 SJMPQUITTUICHU:CPLP2.1;等待退出設(shè)定狀態(tài) LCALLDELAY100 LCALLDELAY100 LCALLDELAY100 LCALLDELAY100 LCALLDELAY100 SJMPBAOCUN quit:LCALLDISP ljmpmain1disp: JNBFLAG2,DQ MOVA,2FH;顯示設(shè)定溫度值 SJMPXSDQ:mova,29H;顯示當(dāng)前溫度值XS:movb,#10;取出十位和個位 divab MOVDPTR,#WORDTAB MOVCA,@A+DPTR MOVP0,A CLRP2.7;開啟個位數(shù)碼管顯示 SETBP2.6 SETBP2.5 LCALLDELAY100 SETBP2.7 MOVA,B MOVDPTR,#WORDTAB MOVCA,@A+DPTR MOVP0,A CLRP2.6;開啟十位數(shù)碼管顯示 SETBP2.7 SETBP2.5 LCALLDELAY100 SETBP2.6 mova,29H movb,#100;取出百位 divab MOVDPTR,#WORDTAB MOVCA,@A+DPTR MOVP0,A CLRP2.5 SETBP2.6 SETBP2.7 LCALLDELAY100 SETBP2.5 RET;100毫秒延時子程序，占用R4、R5DELAY100:MOVR4,#100D222:MOVR5,#248 DJNZR5,$ DJNZR4,D222 RETINIT_1820: SETBP3.2 NOP CLRP3.2 MOVR0,#06BH;主機發(fā)出延時537微秒的復(fù)位低脈沖 MOVR1,#03HTSR1: DJNZR0,TSR1 MOVR0,#6BH DJNZR1,TSR1 SETBP3.2;然后拉高數(shù)據(jù)線 NOP NOP NOP MOVR0,#25HTSR2: JNBP3.2,TSR3;等待DS18B20回應(yīng) DJNZR0,TSR2 LJMPTSR4;延時TSR3: SETBFLAG1;置標(biāo)志位,表示DS1820存在 LJMPTSR5TSR4: CLRFLAG1;清標(biāo)志位,表示DS1820不存在 LJMPTSR7TSR5: MOVR0,#06BHTSR6: DJNZR0,TSR6;時序要求延時一段時間TSR7: SETBP3.2 RETWRITE_1820: MOVR2,#8;一共8位數(shù)據(jù) CLRCWR1: CLRP3.2 MOVR3,#5 DJNZR3,$ RRCA MOVP3.2,C MOVR3,#21 DJNZR3,$ SETBP3.2 NOP DJNZR2,WR1 SETBP3.2 RETGET_TEMPER: LCALLINIT_1820;先復(fù)位DS18B20 JBFLAG1,TSS2 RET;判斷DS1820是否存在?若DS18B20不存在則返回TSS2: MOVA,#0CCH;跳過ROM匹配 LCALLWRITE_1820 MOVA,#44H;發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令 LCALLWRITE_1820 LCALLDELAY100;延時750微秒以上,等待18B20A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束 LCALLINIT_1820;準(zhǔn)備讀溫度前先復(fù)位 MOVA,#0CCH;跳過ROM匹配 LCALLWRITE_1820 MOVA,#0BEH;發(fā)出讀溫度命令 LCALLWRITE_1820 LCALLREAD_18200;將讀出的溫度數(shù)據(jù)保存到28H/29H RETREAD_18200: MOVR4,#2;將溫度高位和低位從DS18B20中讀出 MOVR1,#29H;低位存入29H(TEMPER_L),高位存入28H(TEMPER_H)RE00: MOVR2,#8RE01: CLRC SETBP3.2 NOP NOP CLRP3.2 NOP NOP NOP SETBP3.2 MOVR3,#08RE10: DJNZR3,RE10 MOVC,P3.2 MOVR3,#21RE20: DJNZR3,RE20 RRCA DJNZR2,RE01 MOV@R1,A DECR1 DJNZR4,RE00 RETWORDTAB:DB3FH,06H,5BH,4FH;"0","1","2","3"DB66H,6DH,7DH,07H;"4","5","6","7"DB7FH,6FH,77H,7CH;"8","9","A","B"DB39H,5EH,79H,71H;"C","D","E","F"DB80H,00H,40H;"小數(shù)點","暗","負(fù)號"DELAY7: SETBP1.7 MOVR3,#120FRT:ACALLDELAY100 CPLP1.6 DJNZR3,FRT SETBP1.6 RETDELAY500:MOVR4,#248DA222:MOVR5,#248 DJNZR5,$ DJNZR4,DA222 RETEND第五章結(jié)束語在寫畢業(yè)論文時我深深體會到搞設(shè)計的艱辛與困難。電風(fēng)扇我們都很熟悉，但要想把單片機技術(shù)運用到電風(fēng)扇上是不簡單的，剛開始我只是設(shè)想用單片機去控制熱釋電傳感器，把人出現(xiàn)的模擬電壓變成數(shù)字的并且?guī)与婏L(fēng)扇啟動。于是我就查了許多資料通過自己分析與研究，我把這些零碎的資料系統(tǒng)的結(jié)合在一起就設(shè)計出來了溫控電風(fēng)扇。當(dāng)然在電路上我還是采用了一部分人家現(xiàn)成的電路圖，然后我把這些電路結(jié)合自己的理論知識，把單片機技術(shù)運用到了一般的電路中，從而實現(xiàn)了溫度和人同時控制電風(fēng)扇的啟動。由于我的理論知識還很欠缺，在論文里也有不少的錯誤。在以后的工作中我會更加的努力學(xué)習(xí)來彌補我現(xiàn)在的不足之處。參考文獻北航出版社高速嵌入式單片機原理與應(yīng)用耿德根主編機械工業(yè)出版社安防系統(tǒng)工程周遐主編2003.8高等教育出版社電子技術(shù)實踐與訓(xùn)練廖先蕓2005.6人民郵電大學(xué)出版社單片微型計算機實用系統(tǒng)設(shè)計潘新民1998高等教育出版社單片機原理及應(yīng)用技術(shù)李全利2004.11傳感器原理及工程應(yīng)用西安電子科技大學(xué)出版社郁有文2000人民郵電出版社傳感器工作原理及應(yīng)用實例黃繼昌，徐巧魚.

高等教育出版社智能卡技術(shù).劉守義2004.8航空工業(yè)出版社傳感器原理余瑞芳1997致謝我的大學(xué)生活馬上就要結(jié)束了，我的畢業(yè)設(shè)計也基本上寫完了，三年的大學(xué)校園就要結(jié)束了，我真是感慨萬千，馬上就要告別哺育了我三年的母校和我親愛的老師和同學(xué)們，我真是舍不得?？墒菫榱宋以谏鐣细玫陌l(fā)展和我個人的目標(biāo)不得不離開學(xué)校，去尋找心得知識來更好的發(fā)展自己。把現(xiàn)在所學(xué)的東西運用到社會實踐中去。畢業(yè)設(shè)計（論文）選題報告題目名稱溫控電風(fēng)扇學(xué)生姓名李歡歡專業(yè)應(yīng)用電子技術(shù)班級04級選題的目的和意義為了讓電風(fēng)扇這一家用電器變的更智能化。如今人們生活的很忙碌，在夏天，結(jié)束了一天的工作后，回到家便可以感受夏日家里的涼爽,而且又物美價廉，非常適合廣大老百姓的使用。二、主要參考文獻與資料獲得情況北航出版社高速嵌入式單片機原理與應(yīng)用耿德根主編機械工業(yè)出版社安防系統(tǒng)工程周遐主編2003.8高等教育出版社電子技術(shù)實踐與訓(xùn)練廖先蕓2005.6人民郵電大學(xué)出版社單片微型計算機實用系統(tǒng)設(shè)計潘新民1998高等教育出版社單片機原理及應(yīng)用技術(shù)李全利2004.11傳感器原理及工程應(yīng)用西安電子科技大學(xué)出版社郁有文2000人民郵電出版社傳感器工作原理及應(yīng)用實例黃繼昌，徐巧魚.

高等教育出版社智能卡技術(shù).劉守義2004.8航空工業(yè)出版社傳感器原理余瑞芳1997三、指導(dǎo)教師審批意見年月日畢業(yè)設(shè)計（論文）中期檢查報告題目名稱溫控電風(fēng)扇學(xué)生姓名李歡歡所學(xué)專業(yè)應(yīng)用電子技術(shù)班級04級一、階段性成果（或論文進展情況）二、存在的問題三、指導(dǎo)教師對學(xué)生勞動紀(jì)律、設(shè)計（論文）進展等方面的評語年月日畢業(yè)設(shè)計（論文）及答辯的評價意見指導(dǎo)教師評語（應(yīng)包括選題是否恰當(dāng)、是否理論聯(lián)系實際、論點是否正確、論證是否充分、語言是否通順、結(jié)構(gòu)是否合理、行文是否規(guī)范）：分?jǐn)?shù)：簽名：年月日答辯小組評語：答辯小組成員簽字：分?jǐn)?shù)：簽名：年月日系學(xué)術(shù)委員會意見（同意給優(yōu)、良、中、及格、不及格等次）分?jǐn)?shù)：簽名：年月日摘要在控制領(lǐng)域中,經(jīng)常需要進行各種位移量的測量。在實際的工業(yè)位置控制領(lǐng)域中，為了提高控制精度，準(zhǔn)確地對控制對象進行檢測是十分重要的。傳統(tǒng)的機械測量位移裝置已遠遠不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，而數(shù)字式傳感器光電編碼器,能將角位移量轉(zhuǎn)換為與之對應(yīng)的電脈沖輸出,主要用于機械位置和旋轉(zhuǎn)速度的檢測，具有精度高，體積小等特點，因此本設(shè)計決定采用光電編碼器進行位移檢測。

本設(shè)計為采用光電編碼器來實現(xiàn)位移測量及其仿真，實現(xiàn)測量來自外部的不同的位移值及顯示。具體應(yīng)用AT89C51單片機為核心，光電編碼器進行位移測量，同時以LCD液晶顯示模塊顯示。本設(shè)計采用的光電編碼器輸出電壓為5V，輸出信號經(jīng)四倍頻電路處理后送入單片機進行計數(shù)處理，最后送入LCD模塊顯示。本文從位移測量原理入手，詳細(xì)闡述了位移測量系統(tǒng)的工作過程，以及硬件電路的設(shè)計、顯示效果。本文吸收了硬件軟件化的思想，實現(xiàn)了題目要求的功能。關(guān)鍵詞：位移測量，光電編碼器，單片機，LCD顯示模塊AbstractInthecontrolfield,avarietyofdisplacementmeasurementsoftenneedtobecarriedout.Inactualindustrypositioncontroldomain,toincreasethecontrolprecision,carriesontheexaminationtothecontrolledmemberisaccuratelyveryimportant.Thetraditionalmachinerysurveydisplacementinstallshasnotbeenabletosatisfythemodernproductionbyfartheneed,butthedigitalsensorelectro-opticencoder,cantransformtheangulardisplacementintowithitcorrespondenceelectricitypulseoutput,mainlyusesinthemechanicalpositionandthevelocityofwhirlexamination,hastheprecisiontobehigh,volumesmallandsooncharacteristics,thereforethisdesigndecidedthatusestheelectro-opticalencodertocarryonthedisplacementtoexamine.Thisdesigntousetheelectro-opticalencodertorealizethedisplacementsurveyandthesimulation,realizesthesurveyfromtheexteriordifferentdisplacementvalueandthedemonstration.Makesconcreteusingat89C51monolithicintegratedcircuitisthecore,theelectro-opticalencodercarriesonthedisplacementtosurvey,simultaneouslybyLCDliquidcrystaldisplaymoduledemonstration.Thisdesignusestheelectro-opticalencoderoutputvoltageis5V,theoutputsignalafterfourdoublingcircuitprocessingsendsinthemonolithicintegratedcircuittocarryoncountingprocessing,finallysendsintheLCDmoduledemonstration.Inthispaper,detailedworkingprocessofdisplacementmeasurementsystemisstartedwithprincipleofdisplacementmeasurement,andhardwarecircuitdesignanddisplay.Thispaperhasabsorbedtheideaofhardwareandsoftwaretoachievewiththesubjectrequiredfunctionality.Keywords:Thedisplacementsurveys,electro-opticalencoder,microcontroller,LCDdisplaymodule目錄第一章緒論·················································1.1位移測量及其傳感器簡介··································1.2國內(nèi)外位移測量技術(shù)簡介··································第二章原理說明及方案選擇···································2.1位移測量理論的簡要介紹··································2.2方案選擇及原理··········································鑒相原理·············································用軟件實現(xiàn)脈沖的鑒相和計數(shù)···························用硬件實現(xiàn)脈沖的鑒相和計數(shù)···························用單片機內(nèi)部計數(shù)器實現(xiàn)可逆計數(shù)·······················2.3位移測量參數(shù)及電路參數(shù)分析······························2.3.1MCS-51的定時器/計數(shù)器簡介2.3.2定時器模式選擇位第三章系統(tǒng)電路的設(shè)計 ········································3.1硬件電路的設(shè)計···········································單片機的選擇 ·········································AT89C51的介紹········································光電編碼器的選擇 ·····································3.1.41XP8001-1簡介········································3.2軟件的設(shè)計···············································第四章顯示部分···············································4.1LED顯示器 ················································4.2LCD顯示器 ················································LCD的分類及特點 ······································筆段式LCD液晶顯示器的驅(qū)動·····························LCD顯示模塊LCDM（LiquidCrystalDisplayModule）······4.3LCD顯示器的驅(qū)動接口 ······································第五章仿真實現(xiàn)················································5.1PROTEUS仿真軟件簡介·······································5.2KEIL與PROYEUS的聯(lián)合使用··································結(jié)論······························································謝辭······························································參考文獻··························································附錄一系統(tǒng)電路原理圖············································附錄二程序清單··················································附錄三仿真電路圖················································緒論1.1位移測量及其傳感器簡介位移是線位移和角位移的統(tǒng)稱。位移測量在機械工程中應(yīng)用很廣，在機械工程中不僅經(jīng)常要求精確地測量零部件的位移和位置，而且力、扭矩、速度、加速度、流量等許多參數(shù)的測量，也是以位移測量為基礎(chǔ)的。位移是向量，除了確定其大小之外，還應(yīng)確定其方向。一般情況下，應(yīng)使測量方向與位移方向重合，這樣才能真實地測量出位移量的大小。如測量方向和位移方向不重合，則測量結(jié)果僅是該位移在測量方向的分量。位移測量時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的測量對象，選擇適當(dāng)?shù)臏y量點、測量方向和測量系統(tǒng)。位移測量系統(tǒng)是由位移傳感器、相應(yīng)的測量放大電路和終端顯示裝置組成。位移傳感器的選擇恰當(dāng)與否，對測量精度影響很大，必須特別注意。針對位移測量的應(yīng)用場合，可采用不同用途的位移傳感器。表1.1-1中列出了較常見的位移傳感器的主要特點和使用性能。表1.1-1常用位移傳感器一覽表型式測量范圍精確度直線性特點電阻式滑線式線位移1~300mm±0.1%±0.1%分辨力較好，可靜態(tài)或動態(tài)測量。機械結(jié)構(gòu)不牢固角位移0~360°±0.1%±0.1%變阻器式線位移1~1000mm±0.5%±0.5%結(jié)構(gòu)牢固，壽命長，但分辨力差，電噪聲大角位移0~60r±0.5%±0.5%應(yīng)變式非粘貼的±0.15%應(yīng)變±0.1%±1%不牢固粘貼的±0.3%應(yīng)變±2%~3%使用方便，需溫度補償半導(dǎo)體的±0.25%應(yīng)變±2%~3%滿刻度

±20%輸出幅值大，溫度靈敏性高電感式自感式變氣隙型±0.2mm±1%±3%只宜用于微小位移測量螺管型1.5~2mm測量范圍較前者寬，使用方便可靠，動態(tài)性能較差特大型300~2000mm0.15%~1%差動變壓器±0.08~75mm±0.5％±0.5%分辨力好，受到磁場干擾時需屏蔽渦電流式±2.5~±250mm±1%~3%＜3%分辨力好，受被測物體材料、形狀、加工質(zhì)量影響同步機360°±0.1°~±7°±0.5%可在1200r/min轉(zhuǎn)速工作，堅固，對溫度和濕度不敏感微動同步器±10°±1%±0.05%非線性誤差與變壓比和測量范圍有關(guān)旋轉(zhuǎn)變壓器±60°±0.1%電容式變面積10-3~10±0.005%±1%受介電常數(shù)因環(huán)境溫度、濕度而變化的影響變間距10-3~10mm0.1%分辨力很好，但測量范圍很小，只能在小范圍內(nèi)近似地保存線性霍爾元件±1.5mm0.5%結(jié)構(gòu)簡單，動態(tài)特性好感應(yīng)同步器直線式10-3~102.5μm~250mm模擬和數(shù)字混合測量系統(tǒng)，數(shù)字顯示(直線式感應(yīng)同步器的分辨力可達1μm)旋轉(zhuǎn)式0o~360°±0.5°計量光柵長光柵10-3~103μm~1m同上(長光柵分辨力可達1μm)圓光柵0o~360°±0.5”磁尺長磁尺10-3~105μm~1m測量時工作速度可達12m/min圓磁尺0o~360°±1”角度編碼器接觸式0o~360°10-6rad分辨力好，可靠性高光電式0o~360°10-6rad本設(shè)計使用了其中可直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的角度編碼器中的光電編碼器。光電編碼器是一種高精度的角位移傳感器。它在角度測量、位移測量和速度測量中有著廣泛的應(yīng)用。因其具有直接輸出數(shù)字量、響應(yīng)快、精度高、抗干擾能力強、分辨率高、輸出穩(wěn)定等特點,其應(yīng)用范圍不僅僅局限于角位移,角速度測量等場合,在直線位移,尤其是大位移測量領(lǐng)域也越來越廣泛的應(yīng)用。本課題即是用單片機與光電編碼器來實現(xiàn)大位移的測量。1.2國內(nèi)外位移測量技術(shù)簡介第九屆CIMT2005中國國際機床展覽會上展示了當(dāng)今世界位移測量技術(shù)最新的發(fā)展和最新型的位移傳感器，并將數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機床推向更高精度、更高速度、更高可靠、更高效率的發(fā)展，也將數(shù)顯技術(shù)和數(shù)顯量具推向一個新的高度。其中最新發(fā)展主要體現(xiàn)在三個方面：（1）絕對式光柵尺在控制系統(tǒng)中逐步取代現(xiàn)在通用的增量式光柵尺，并廣泛應(yīng)用于反饋控制系統(tǒng)和數(shù)控機床。（2）單場掃描光柵尺將逐步取代現(xiàn)在通用的四場掃描光柵尺。（3）目前普遍采用的增量式容柵測量系統(tǒng)是不能防水的，在不改變數(shù)顯卡尺的柵式結(jié)構(gòu)條件下采用變電感的測量系統(tǒng)，就能防水，容柵的防護等級也提高了。另外在增量式碼道旁邊再增加絕對式碼道，采用絕對式編碼技術(shù)通電后不需要對零，在點位測量時也不會產(chǎn)生超速錯誤。今后普及型的量具仍會采用容柵測量系統(tǒng)，而防水型的都會采用電磁感應(yīng)測量系統(tǒng)?，F(xiàn)代位移測量系統(tǒng)普遍采用光柵、磁柵、感應(yīng)同步器、球柵和容柵等柵式測量系統(tǒng)，都是應(yīng)用了重復(fù)周期的結(jié)構(gòu)設(shè)計，位移的測量都是采用增量測量方法，也就是在確定初始點后要用讀出從初始點到所在位置的增量數(shù)（步距）來確定位置。因此設(shè)備在開機后每個軸需要移動一個位置尋找參考標(biāo)記。近幾年來為了解決開機后機床各個軸在不移動的情況下，光柵尺就能夠提供當(dāng)前絕對位置的數(shù)據(jù)，德國HEIDENHAIN、日本三豐（MITUYOYO）、西班牙FAGOR等公司都開發(fā)了絕對式光柵尺，并成功用于數(shù)控機床，配備了絕對式光柵尺的機床或生產(chǎn)線在重新開機后立刻重新獲得各個軸的絕對位置以及刀具的空間指向，因此可以立刻從中斷處開始繼續(xù)原來的加工程序，這就大大地提高了數(shù)控機床的有效加工時間。絕對式測量是現(xiàn)代測量技術(shù)發(fā)展的趨勢，在位移移傳感器上會得到普遍的應(yīng)用，日本三豐公司已將增量式容柵數(shù)顯卡尺用新一代絕對式容柵數(shù)顯卡尺替代，新推出的防水?dāng)?shù)顯卡尺也采用絕對式電磁感應(yīng)測量系統(tǒng)。日本KF-G公司正在研發(fā)絕對式磁柵尺，即將推出新產(chǎn)品。英國-ALCMM公司也在推出絕對式球柵傳感器?？傊^對式直線傳感器有顯著優(yōu)點，是當(dāng)前發(fā)展起來的新一代產(chǎn)品，將使數(shù)控機床反饋控制系統(tǒng)提高到一個新的高度。本設(shè)計使用的是光柵式光電軸角編碼器。光柵式光電編碼器正向著高分辨力的方向發(fā)展。如日本尼康公司生產(chǎn)的2HR32400軸角編碼器,每轉(zhuǎn)可輸出1296萬個脈沖(0.1″),可謂日本的最高分辨力。我國在光電軸角編碼器的開發(fā)方面上也已經(jīng)取得了長足的進展,1985年航天部一院計量站研制的精密數(shù)顯轉(zhuǎn)臺,分辨力0.01″;1995年中科院長春光機所和中國計量科學(xué)研究院聯(lián)合研制出的角度基準(zhǔn),分辨力0.001″,精度P+V=0.05″(誤差修正后);成都光電所研制的JC21精密測角儀的增量式光電軸角編碼器分辨力達到了0.02″,測角精度R≤0.04″。目前市場上有銷售的光電編碼器按現(xiàn)有產(chǎn)品的主要構(gòu)成元件分類，可分為晶體管式、集成電路式和單片機式。晶體管式所采用的元件主要是晶體管，有的晶體管式轉(zhuǎn)速測量儀設(shè)有記憶電路，其數(shù)碼管無閃爍現(xiàn)象，顯示效果較好，而且測量速度較高。顧名思義集成電路式轉(zhuǎn)速測量儀，所采用的元件是集成電路元件。由于集成電路具有重量輕、體積小、功耗小等優(yōu)點，而且集成電路元件內(nèi)設(shè)有顯示電路，這使得轉(zhuǎn)速測量儀實現(xiàn)小型化。單片機的出現(xiàn)使得這種儀表的設(shè)計變得更加靈活。第二章原理說明及方案選擇2.1位移測量理論的簡要介紹位移測量的應(yīng)用系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科技教育、民用電器等各領(lǐng)域的應(yīng)用極為廣泛，往往成為某一產(chǎn)品或控制系統(tǒng)的核心部分，其各種參數(shù)在不同的應(yīng)用中有其側(cè)重，但轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)作為普遍的應(yīng)用在國民經(jīng)濟發(fā)展中，有重要的意義。在位移控制系統(tǒng)中,為了提高控制精度,準(zhǔn)確測量控制對象的位移是十分重要的。目前,檢測位移的方法有兩種：（1）使用位置傳感器,測量到的位移量由變送器經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,送至系統(tǒng)進行進一步處理。此方法雖然檢測精度高,但在多路、長距離位置監(jiān)控系統(tǒng)中,由于其成本昂貴、安裝困難,因此并不適用。（2）使用光電編碼器。光電編碼器是高精度控制系統(tǒng)常用的位移檢測傳感器。當(dāng)控制對象發(fā)生位置變化時,光電編碼器便會發(fā)出A、B兩路相位差90°的數(shù)字脈沖信號。正轉(zhuǎn)時A超前B為90°,反轉(zhuǎn)時B超前A為90°。脈沖的個數(shù)與位移量成比例關(guān)系,因此,通過對脈沖計數(shù)就能計算出相應(yīng)的位移。該方法不僅使用方便、測量準(zhǔn)確,而且成本較低,在電力拖動系統(tǒng)中經(jīng)常采用這種位置測量方法。2.2方案選擇及原理使用光電編碼器測量位移,準(zhǔn)確無誤的計數(shù)起著決定性作用。由于在位置控制系統(tǒng)中,電機既可以正轉(zhuǎn),又可以反轉(zhuǎn),所以要求計數(shù)器既能實現(xiàn)加計數(shù),又能實現(xiàn)減計數(shù)。相應(yīng)的計數(shù)方法可以用軟件實現(xiàn),也可以用硬件實現(xiàn)。使用軟件方式對光電編碼器的脈沖進行方向判別和計數(shù)降低了系統(tǒng)控制的實時性,尤其當(dāng)使用光電編碼器的數(shù)量較多時,且其可靠性也不及硬件電路。但其外圍電路比較簡單,所以在計數(shù)頻率不高的情況下,使用軟件計數(shù)仍有一定的優(yōu)勢。對編碼器中輸出的兩路脈沖進行計數(shù)主要分兩個步驟:首先要對編碼器輸出的兩路脈沖進行鑒相,即判別電機是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn);其次是進行加減計數(shù),正轉(zhuǎn)時加計數(shù),反轉(zhuǎn)時減計數(shù)。鑒相原理脈沖鑒相的方法比較多,既可以用軟件實現(xiàn),也可以用一個D觸發(fā)器實現(xiàn)。圖1是編碼器正反轉(zhuǎn)時輸出脈沖的相位關(guān)系。圖2.2-1編碼器輸出波形由圖1中編碼器輸出波形可以看出,編碼器正轉(zhuǎn)時A相超前B相90°,在A相脈沖的下降沿處,B相為高電平;而在編碼器反轉(zhuǎn)時,A相滯后B相90°,在A相脈沖的下降沿處,B相輸出為低電平。這樣,編碼器旋轉(zhuǎn)時通過判斷B相電平的高低就可以判斷編碼器的旋轉(zhuǎn)方向。用軟件實現(xiàn)脈沖的鑒相和計數(shù)編碼器輸出的A向脈沖接到單片機的外部中斷INT0,B向脈沖接到I/O端口P1.0,如圖2所示。當(dāng)系統(tǒng)工作時,首先要把INT0設(shè)置成下降沿觸發(fā),并開相應(yīng)中斷。當(dāng)有效脈沖觸發(fā)中斷時,執(zhí)行中斷處理程序,判別B脈沖是高電平還是低電平。若是高電平,則編碼器正轉(zhuǎn),加1計數(shù);若是低電平,則編碼器反轉(zhuǎn),減1計數(shù)。圖2是軟件方法的計數(shù)與判向電路。圖2.2-2軟件方法的計數(shù)與判向電路2.2.3硬件計數(shù)在執(zhí)行速度上有軟件計數(shù)不可比擬的優(yōu)勢,通常采用多個可預(yù)置4位雙時鐘加減計數(shù)器74LS193級聯(lián)組成的加減計數(shù)電路。如圖3所示,P0、P1、P2、P3為計數(shù)器的4位預(yù)置數(shù)據(jù)端,與數(shù)據(jù)輸入鎖存器相接;QA、QB、QC、QD為計數(shù)器的4位數(shù)據(jù)輸出端,與數(shù)據(jù)輸出緩沖器相接;MR為清零端,與上電清零脈沖相接;PL為預(yù)置允許端,由譯碼控制電路觸發(fā);CU為加脈沖輸入端,CD為減脈沖輸入端;TCU為進位輸出端;TCD為借位輸出端。圖2.2-3加減計數(shù)芯片74LS193當(dāng)CU和CD中一個輸入脈沖時,另一個必須處于高電平,才能進行計數(shù)工作。而從編碼器直接輸出的A、B兩路脈沖不符合要求,不能直接接到計數(shù)器的輸入端,但可以利用這兩路脈沖之間的相位關(guān)系對其進行鑒相后再計數(shù)。圖4給出了光電編碼器實際使用的鑒相與雙向計數(shù)電路,鑒相電路用1個D觸發(fā)器和2個與非門組成,計數(shù)電路用3片74LS193組成。當(dāng)光電編碼器順時針旋轉(zhuǎn)時,A相超前B相90°,D觸發(fā)器輸出?Q(W1)為高電平,Q(W2)為低電平,與非門N1打開,計數(shù)脈沖通過(W3),送至雙向計數(shù)器74LS193的加脈沖輸入端CU,進行加法計數(shù);此時,與非門N2關(guān)閉,其輸出為高電平(W4)。當(dāng)光電編碼器逆時針旋轉(zhuǎn)時,A相比B相延遲90°,D觸發(fā)器輸出?Q(W1)為低電平,Q(W2)為高電平,與非門N1關(guān)閉,其輸出為高電平(W3);此時,與非門N2打開,計數(shù)脈沖通過(W4),送至雙向計數(shù)器74LS193的減脈沖輸入端CD,進行減法計數(shù)。圖4是光電編碼器輸出脈沖的鑒相及其計數(shù)。圖2.2-4光電編碼器輸出脈沖的鑒相及其計數(shù)用單片機內(nèi)部計數(shù)器實現(xiàn)可逆計數(shù)對以上兩種計數(shù)方法進行分析可知,用純軟件計數(shù)雖然電路簡單,但是計數(shù)速度慢,難以滿足實時性要求,而且容易出錯,用外接加減計數(shù)芯片的方法,雖然速度快,但硬件電路復(fù)雜,由圖4可以看出,要制作一個12位計數(shù)器需要5個外圍芯片,成本較高。我們可以用單片機內(nèi)部的計數(shù)器來實現(xiàn)加減計數(shù)。單片機8051片內(nèi)有2個16位定時器(定時器0和定時器1),單片機8052還有一個定時器(定時器2),這3個定時器都可以作為計數(shù)器使用。但單片機8051內(nèi)部的計數(shù)器是加1計數(shù)器,所以不能直接應(yīng)用,必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)能浖幊虂韺崿F(xiàn)其“減”計數(shù)功能。硬件電路如圖5所示。圖2.2-5單片機內(nèi)部計數(shù)器加減計數(shù)的硬件結(jié)構(gòu)我們可以把經(jīng)過D觸發(fā)器之后的脈沖,即方向控制脈沖（DIR）接到單片機的外部中斷INT0端，同時經(jīng)過反向器后再接到另一個外部中斷INT1，并且把計數(shù)脈沖A接到單片機的片內(nèi)計數(shù)器T0端即可，相對外部計數(shù)芯片來說，使用這種方法電路相對要簡單的多。系統(tǒng)工作時，先要把兩個中斷設(shè)置成下降沿觸發(fā)，并打開相應(yīng)的中斷。當(dāng)方向判別脈沖（DIR）由低—高跳變時，INT1中斷，執(zhí)行相應(yīng)的中斷程序，進行加計數(shù)；而當(dāng)方向判別脈沖由高—低跳變時，INT0中斷，執(zhí)行相應(yīng)的中斷程序，進行“減”計數(shù)（實際是重新復(fù)值，進行加計數(shù)）。下面是軟件編程思路（在C語言環(huán)境下來實現(xiàn)計數(shù)功能）：#includeintdatak=1;voidservice_int0()interrupt0using0{k--;/*標(biāo)志位減1*/TR0=0;/*停止計數(shù)*/TH0=-TH0;TL0=-TL0;/*把計數(shù)器重新復(fù)值，此時相當(dāng)于減計數(shù)*/TR0=1;/*開始計數(shù)*/}voidservice_int1()interrupt2using1{k++;/*標(biāo)志位加1*/TR0=0;/*停止計數(shù)*/TH0=-TH0;TL0=-TL0;/*把計數(shù)器重新復(fù)值，此時相當(dāng)于加計數(shù)*/TR0=1;/*開始計數(shù)*/}voidtimer0(void)interrup1using2{if(k=0)/*反向計數(shù)滿*/elseif(k=1)/*計數(shù)為0*/else/*正向計數(shù)滿*/}voidmain(void){TCON=0X05;/*設(shè)置下降沿中斷*/TMOD=0X05;/*T0為16位計數(shù)方式*/IE=0X87;/*開中斷*/TH0=0;TL0=0;/*預(yù)置初值*/}此方法采用中斷的形式進行計數(shù),硬件電路比較簡單,程序也不復(fù)雜,執(zhí)行速度較快。以上分別介紹了利用軟件、外接計數(shù)芯片及單片機內(nèi)部計數(shù)器實現(xiàn)對編碼器輸出脈沖進行計數(shù)的方法。利用軟件計數(shù),硬件電路簡單,但占用了較多的CPU資源,執(zhí)行速度較慢。利用外接計數(shù)芯片的方法計數(shù),計數(shù)速度較快,但要用較多的外圍芯片,硬件電路復(fù)雜。利用單片機內(nèi)部計數(shù)器實現(xiàn)加減計數(shù),在編碼器旋轉(zhuǎn)方向不頻繁改變的情況下,計數(shù)速度很快,而且外圍電路簡單,編程也不復(fù)雜,只是占用了2個外部中斷和1個內(nèi)部計數(shù)器。綜上所述選用第三種計數(shù)方法，即利用單片機內(nèi)部計數(shù)器實現(xiàn)可逆計數(shù)。2.3位移測量參數(shù)及電路參數(shù)分析在本設(shè)計的仿真中，光電編碼器產(chǎn)生的A,B相方