基于STM32的智能溫控風(fēng)扇設(shè)計(jì)

摘要隨著時(shí)代的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)于生活水平的要求越來(lái)越高，因此基于各種微控制器的家用電器也在飛速發(fā)展。電風(fēng)扇作為一種在炎熱天氣經(jīng)常使用的家用電器，應(yīng)用十分廣泛。電風(fēng)扇相對(duì)于空調(diào)來(lái)說(shuō)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠且耗能低，因此電風(fēng)扇成為了更多人的選擇。老式的風(fēng)扇往往需要人為開(kāi)啟、關(guān)閉以及調(diào)節(jié)檔位風(fēng)速，這對(duì)于老年人和活動(dòng)不方便的病人來(lái)說(shuō)十分困難，因此提高老式電風(fēng)扇的智能化程度十分重要。在眾多的微控制器中，STM32作為一種價(jià)格相對(duì)低廉，編程相對(duì)便捷的微控制器被廣泛應(yīng)用于各種智能家居之中，例如掃地機(jī)器人、心率監(jiān)測(cè)手環(huán)、無(wú)人機(jī)等。本文研究的是一種基于STM32的智能溫控風(fēng)扇，該風(fēng)扇具有液晶顯示功能，顯示有溫度、閾值、檔位、模式、是否檢測(cè)到人體等指標(biāo)；具有人體紅外檢測(cè)功能，檢測(cè)是否有人出現(xiàn)；具有溫度檢測(cè)模塊測(cè)量環(huán)境或人體溫度；能夠通過(guò)按鍵控制模式、閾值、檔位，并且按鍵設(shè)置的指標(biāo)均可通過(guò)藍(lán)牙模塊與藍(lán)牙調(diào)試助手設(shè)置。該風(fēng)扇操作簡(jiǎn)單、功能豐富、耗能低，可以被廣泛應(yīng)用。關(guān)鍵詞：STM32；智能溫控風(fēng)扇；紅外檢測(cè)；藍(lán)牙AbstractWiththedevelopmentsofthetimesandtheprogressofsociety,peoplehavehigherandhigherrequirementsforlivingstandards.Therefore,householdappliancesbasedonvariousmicrocontrollersarealsodevelopingrapidly.Electricfans,asakindofhouseholdappliance,areoftenusedinhotweatherwidely.Comparedwithairconditioners,electricfansaremoreeconomicalandconsumelessenergy,andthuspreferredbymostpeople.Asweknow,theoldtypeoffansoftenhastobemanuallyturnedonandoffaswellasadjustedforwindspeedingear,whichisdifficultfortheelderlyandpatientswithlimitedmobility.Inthiscase,improvingtheintelligenceoftheoldelectricfansbecomesveryimportant.Amongmanymicrocontrollers,STM32,asarelativelycheapandconvenientmicrocontroller,iswidelyusedinvarioussmarthomessuchasfloorsweepingrobot,heartratemonitoringbracelet,UAVandsoon.Inthispaper,anintelligenttemperaturecontrolfanisinvestigatedbasedontheSTM32.Thefanhasaliquidcrystaldisplayfunction,whichcandisplaytemperature,threshold,gear,mode,whethertodetectthehumanbodyandotherindicators,anditalsohasinfrareddetectionfunctionofhumanbody.Inaddition,ithasatemperaturedetectionmoduletomeasurethetemperatureoftheenvironmentorhumanbody.Themode,thresholdandgearcanbecontrolledbypressingthekey,andtheindicatorssetbypressingthekeycanbesetbyBluetoothmoduleandBluetoothdebuggingassistant.Thefanhastheadvantagesofsimpleoperation,richfunctionsandlowenergyconsumption,andthuscanbewidelyused.Keywords:STM32;intelligenttemperaturecontrolfan;infrareddetection;Bluetooth

目錄TOC\o"1-2"\h\u11893摘要 324335Abstract 38529第1章緒論 5198471.1概述 5251921.2課題研究的背景及意義 5163651.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 5227391.4主要研究方式 6102251.5論文結(jié)構(gòu) 68859第2章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 767202.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo) 7238952.2主控芯片的選擇 7131052.3溫度傳感器的選擇 8155412.4顯示電路的選擇 914422.5鍵盤(pán)輸入模塊的選擇 998192.6本章小結(jié) 103549第3章系統(tǒng)硬件電路部分 1014763.1硬件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 10124113.2單片機(jī)最小系統(tǒng) 10245753.3溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 11198793.4人體檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 12119063.5HC-05傳輸電路設(shè)計(jì) 13294853.6顯示模塊電路設(shè)計(jì) 143603.7風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 15195063.8本章小結(jié) 1611479第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 1791034.1軟件編程要求 1788024.2硬件編程軟件介紹 17138604.3編程語(yǔ)言選擇 18242224.4系統(tǒng)初始化程序設(shè)計(jì) 19155174.5溫度獲取子程序設(shè)計(jì) 20215774.6人體檢測(cè)子程序設(shè)計(jì) 2142214.7HC-05控制子程序設(shè)計(jì) 22188604.8顯示數(shù)據(jù)子程序設(shè)計(jì) 23118864.9本章小結(jié) 24553第5章實(shí)物調(diào)試 25102795.1系統(tǒng)硬件測(cè)試 2574385.2系統(tǒng)的軟件測(cè)試 25272385.3系統(tǒng)的調(diào)試分析 2672045.4本章小結(jié) 298141結(jié)論 2922419參考文獻(xiàn) 3132684致謝 32第1章緒論1.1概述在天氣炎熱的夏季，電風(fēng)扇是大多數(shù)家庭必不可少的一種家用電器，傳統(tǒng)家庭使用的風(fēng)扇大多功能單一，只能做到人為設(shè)置風(fēng)扇左右擺動(dòng)以及通過(guò)風(fēng)扇上的按鍵來(lái)進(jìn)行風(fēng)速的檔位調(diào)節(jié)，而且不同的檔位之間風(fēng)速差值過(guò)大，手動(dòng)操作對(duì)于行動(dòng)不便的老人以及病人來(lái)說(shuō)并不適用。因此，針對(duì)這些老式風(fēng)扇的缺點(diǎn)，本文研究了一種基于STM32系列單片機(jī)控制的智能溫度控制風(fēng)扇。STM32系列單片機(jī)具有較好的性能以及合理的功耗，并且有豐富的芯片型號(hào)供我們選擇、價(jià)格低廉，適用于開(kāi)發(fā)大規(guī)模的產(chǎn)品。該智能溫控風(fēng)扇采用了DS18B20溫度傳感器模塊對(duì)周?chē)沫h(huán)境溫度進(jìn)行采集并將數(shù)據(jù)傳輸入單片機(jī)中，經(jīng)過(guò)處理后可根據(jù)溫度來(lái)調(diào)節(jié)檔位以及風(fēng)速。利用紅外人體檢測(cè)模塊檢測(cè)周?chē)欠裼腥瞬⒅悄芸刂骑L(fēng)扇的開(kāi)啟與關(guān)閉。可通過(guò)按鍵設(shè)置自動(dòng)或手動(dòng)模式、風(fēng)速檔位、溫度閾值以及在自動(dòng)模式下調(diào)節(jié)風(fēng)速等，并且這些參數(shù)都可以通過(guò)OLED液晶顯示屏顯示，同時(shí)可以通過(guò)藍(lán)牙調(diào)試助手遠(yuǎn)程無(wú)線控制風(fēng)扇模式、檔位、閾值等。1.2課題研究的背景及意義溫控風(fēng)扇系統(tǒng)是根據(jù)當(dāng)時(shí)溫度情況去自動(dòng)開(kāi)通和關(guān)閉電風(fēng)扇，能夠很好的節(jié)約電能，同時(shí)也方便用戶們的使用更具人性化。而且溫控風(fēng)扇系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、日常生活中都有廣泛的應(yīng)用，如在工業(yè)生產(chǎn)中大型機(jī)械設(shè)備的散熱系統(tǒng)，或筆記本電腦上的智能CPU風(fēng)扇等基于單片機(jī)的溫控風(fēng)扇都能夠根據(jù)環(huán)境溫度的高低自動(dòng)啟動(dòng)或停止轉(zhuǎn)動(dòng)，并能夠根據(jù)溫度的變化實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的自動(dòng)調(diào)節(jié)。因此，溫控風(fēng)扇的研究具有一定的實(shí)用價(jià)值。在萬(wàn)物互聯(lián)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，數(shù)據(jù)反饋交互變得越來(lái)越重要。自主化的數(shù)據(jù)處理、反饋是人們更加期盼的。因此，智能設(shè)備的發(fā)展尤為重要，智能設(shè)備的使用不但可以緩解人們的工作負(fù)擔(dān)，還可以在一定程度上減少人為的工作失誤，降低工作中不必要的損失。在這樣的需求下，微處理器系統(tǒng)的發(fā)展尤為重要，微處理器系統(tǒng)對(duì)于數(shù)據(jù)的敏感性也是智能行業(yè)蓬勃發(fā)展的主要影響因素。在現(xiàn)有技術(shù)方法上進(jìn)行思想的融合，將會(huì)促進(jìn)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，信息化水平有了很大的進(jìn)步。近幾年，我國(guó)電風(fēng)扇市場(chǎng)發(fā)展迅速，產(chǎn)品產(chǎn)出持續(xù)擴(kuò)張，國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵(lì)電風(fēng)扇產(chǎn)業(yè)向高技術(shù)產(chǎn)品方向發(fā)展，國(guó)內(nèi)企業(yè)新增投資項(xiàng)目逐漸增多。投資者對(duì)電風(fēng)扇市場(chǎng)的關(guān)注越來(lái)越密切，這使得電風(fēng)扇市場(chǎng)技術(shù)發(fā)展需求急劇增大。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、信息技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)的生產(chǎn)和管理進(jìn)入了自動(dòng)化、信息化和智能化時(shí)代，智能化已經(jīng)成為時(shí)代發(fā)展的需要。基于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和日常生活的實(shí)際需要，研究和開(kāi)發(fā)智能電風(fēng)扇控制具有十分重要的意義。該設(shè)計(jì)可以應(yīng)用于工廠自動(dòng)化、倉(cāng)庫(kù)管理、智能玩具和民用服務(wù)等領(lǐng)域，可提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)環(huán)境。國(guó)外在電風(fēng)扇方面的研究相對(duì)我國(guó)并沒(méi)有展現(xiàn)出極強(qiáng)的積極性，但是在智能化電器方面的研究部分卻領(lǐng)先于我國(guó)。智能化電器包含三個(gè)層次：智能化的電器元件(如智能化斷路器、智能化接觸器和智能化磁力啟動(dòng)器等)，智能化開(kāi)關(guān)柜和智能化供配電系統(tǒng)。智能化開(kāi)關(guān)柜包含多臺(tái)斷路器，而且供電系統(tǒng)的控制與用電設(shè)備的控制關(guān)系很密切。這兩個(gè)層次上的智能化工作重點(diǎn)是加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)功能，最大限度地提高配電系統(tǒng)和用電設(shè)備的自動(dòng)化水平[1]。作為一種常用的家用電器，電風(fēng)扇在如今雖被廣泛普及，但是功能大多還停留在數(shù)年之前，大多數(shù)電器廠家并沒(méi)有對(duì)其投入太多的關(guān)注。所以電風(fēng)扇的智能化也和所有的家用電器智能化一樣，必將成為一種新的發(fā)展需要[2]。1.4主要研究方式本次系統(tǒng)屬于嵌入式方向，一方面，我們要學(xué)習(xí)硬件連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)南嚓P(guān)原理。另一方面，也要學(xué)習(xí)軟件邏輯處理、控制編程等知識(shí)。相關(guān)理論知識(shí)、技術(shù)知識(shí)的研究方式如下：(1)前沿期刊研讀：通過(guò)相關(guān)文獻(xiàn)網(wǎng)站進(jìn)行前沿技術(shù)論文的研讀，掌握當(dāng)前相關(guān)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀以及研究技術(shù)。進(jìn)一步掌握當(dāng)前熱門(mén)開(kāi)發(fā)技術(shù)，為后期的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)夯實(shí)穩(wěn)定的理論儲(chǔ)備。(2)開(kāi)發(fā)文檔閱讀：通過(guò)瀏覽器進(jìn)行相關(guān)模塊開(kāi)發(fā)文檔的下載閱讀，通過(guò)開(kāi)發(fā)文檔我們能夠準(zhǔn)確的了解模塊的性能、運(yùn)行參數(shù)、傳輸協(xié)議、注意事項(xiàng)以及管腳傳輸標(biāo)準(zhǔn)?？焖俚恼莆諗?shù)據(jù)的打包傳輸格式，為后期的軟件編程邏輯控制提供可靠的硬件支持。(3)編程語(yǔ)言學(xué)習(xí)：在熟悉硬件相關(guān)知識(shí)后，進(jìn)行邏輯控制語(yǔ)言的學(xué)習(xí)。掌握和熟悉傳輸信號(hào)的控制，然后進(jìn)行軟件邏輯的相關(guān)編程，實(shí)現(xiàn)硬件自主化工作。軟件編程邏輯也是整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能控制的關(guān)鍵所在，通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)整個(gè)硬件數(shù)據(jù)的獲取與控制。1.5論文結(jié)構(gòu)本次設(shè)計(jì)的基于STM32的溫控風(fēng)扇系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)多種模式的風(fēng)扇控制，系統(tǒng)通過(guò)外圍檢測(cè)設(shè)備獲取環(huán)境數(shù)據(jù)(環(huán)境溫度、是否有人、無(wú)線控制、按鍵控制)，搭配數(shù)據(jù)傳輸通信模塊以及微處理器CPU模塊控制整個(gè)檢測(cè)工作的自主邏輯。本文通過(guò)不同章節(jié)分階段論述整個(gè)系統(tǒng)落地實(shí)現(xiàn)，通過(guò)不同章節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中不同的側(cè)重點(diǎn)(理論知識(shí)、實(shí)踐過(guò)程、工作流程等)的論述。各個(gè)章節(jié)的主要工作說(shuō)明如下:第一章：通過(guò)闡述研究背景以及意義說(shuō)明系統(tǒng)的實(shí)際用途。通過(guò)大量期刊論文資料的閱讀了解當(dāng)前相關(guān)科研的最新進(jìn)展。通過(guò)研究方式的介紹說(shuō)明整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)架構(gòu)。通過(guò)不同方面表明系統(tǒng)的可行以及前沿性；第二章：在該章節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)、系統(tǒng)完成功能的簡(jiǎn)要說(shuō)明。通過(guò)硬件連接說(shuō)明圖進(jìn)行輔助說(shuō)明，使得能夠更加清晰的了解實(shí)現(xiàn)脈絡(luò)。然后在進(jìn)行相關(guān)主要控制模塊的選型，通過(guò)系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行各個(gè)模塊的性能的對(duì)比選型。確定系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的相關(guān)外圍控制模塊，最后進(jìn)行系統(tǒng)性能標(biāo)準(zhǔn)的闡述說(shuō)明；第三章：介紹各個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊以及微處理器CPU單元的工作原理，從每個(gè)模塊的數(shù)據(jù)傳輸模式、數(shù)據(jù)獲取方式等不同方面進(jìn)行模塊說(shuō)明。通過(guò)各個(gè)模塊的工作原理說(shuō)明進(jìn)一步掌握模塊的工作方式；第四章：在了解到硬件數(shù)據(jù)的獲取儲(chǔ)存格式后，通過(guò)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)自主化工作；第五章：在系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)完成后，為了確保系統(tǒng)的泛化性以及穩(wěn)定性。先通過(guò)對(duì)硬件的各部分以及整體進(jìn)行性能檢測(cè)，然后在對(duì)軟件部分的子函數(shù)以及主函數(shù)進(jìn)行軟件調(diào)試。最后將軟硬件結(jié)合測(cè)試，保證最終設(shè)計(jì)的成功實(shí)現(xiàn)。第2章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)本文設(shè)計(jì)的基于STM32的溫控風(fēng)扇系統(tǒng)，主要工作是進(jìn)行不同模式的風(fēng)扇控制。通過(guò)單片機(jī)搭配外圍檢測(cè)模塊進(jìn)行相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)智能化監(jiān)測(cè)[3][4]。系統(tǒng)通過(guò)外圍檢測(cè)模塊進(jìn)行環(huán)境模擬數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)化工作。然后，系統(tǒng)微處理器單片機(jī)通過(guò)CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)化讀取儲(chǔ)存，并且通過(guò)邏輯判斷進(jìn)行異常數(shù)據(jù)檢測(cè)。系統(tǒng)當(dāng)檢測(cè)到數(shù)據(jù)異常后，會(huì)搭配數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)行用戶的及時(shí)提醒，減少不必要的安全隱患、財(cái)產(chǎn)損失。系統(tǒng)的方案目標(biāo)可分為以下幾方面:(1)系統(tǒng)能夠時(shí)實(shí)進(jìn)行相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集工作，成功處理數(shù)據(jù)為可傳輸?shù)哪Ｊ剑?2)系統(tǒng)能夠搭建時(shí)實(shí)的數(shù)據(jù)傳輸通道，實(shí)現(xiàn)外圍檢測(cè)數(shù)據(jù)獲取端、微處理器單片機(jī)數(shù)據(jù)邏輯處理端的分離；(3)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)友好的人機(jī)交互，并且能夠搭配數(shù)據(jù)展現(xiàn)端進(jìn)行操作的智能提示、反饋以及數(shù)據(jù)的展示。2.2主控芯片的選擇單片機(jī)是系統(tǒng)功能得以實(shí)現(xiàn)的重要保證，需要合理正確的選擇。在選擇單片機(jī)芯片時(shí)主要考慮以下幾個(gè)方面：(1)單片機(jī)的工作電壓，為了實(shí)現(xiàn)低功耗，需要采用工作電壓較低的單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能；(2)單片機(jī)的工作溫度范圍，如果單片機(jī)的工作溫度范圍過(guò)低不能適應(yīng)較高溫度的環(huán)境容易導(dǎo)致系統(tǒng)異常；(3)通用I/O口個(gè)數(shù)，要用到很多的外界模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互等，要有足夠I/O進(jìn)行模塊與單片機(jī)之間的連接；(4)由于需要的功能模塊較多，考慮單片機(jī)的存儲(chǔ)空間是否足夠；(5)為了盡可能地降低功耗，考慮單片機(jī)可以滿足的低功耗模式；(6)考慮單片機(jī)的不同工作環(huán)境，選擇抗干擾能力強(qiáng)的單片機(jī)；(7)為了推廣大規(guī)模使用，單片機(jī)的成本必須要考慮。在本文中設(shè)計(jì)的基于STM32的溫控風(fēng)扇系統(tǒng)中，有兩種微處理器單片機(jī)可供選擇：方案一：STM32單片機(jī)，該處理器單元是當(dāng)前嵌入式最熱門(mén)單片機(jī)，該單片機(jī)能夠快速的實(shí)現(xiàn)相關(guān)的運(yùn)算以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)讀取工作，該單片機(jī)也能快速的實(shí)現(xiàn)外部設(shè)備的連接，較低的能耗以及較高的性能也是其流行的主要原因。該單片機(jī)提供多個(gè)DMA通道，內(nèi)部中斷以及輸出輸入通道。當(dāng)程序代碼在系統(tǒng)中處理的時(shí)候，系統(tǒng)通過(guò)強(qiáng)大的抗干擾能力以及高速處理能力為程序代碼的運(yùn)行提供可靠依據(jù)。STM32的時(shí)鐘特點(diǎn)也能夠?yàn)槲覀兊南到y(tǒng)提供更可靠的服務(wù)，系統(tǒng)能夠及時(shí)快速進(jìn)行相關(guān)的邏輯處理，這也是使得系統(tǒng)應(yīng)用到不同數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要原因。由于本系統(tǒng)對(duì)于環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)性的要求，STM32單片機(jī)能夠輕松勝任我們的工作要求。該單片機(jī)在當(dāng)微控制系統(tǒng)中的市場(chǎng)占比比較大，相關(guān)的開(kāi)發(fā)環(huán)境、開(kāi)發(fā)文檔、開(kāi)發(fā)技術(shù)也比較完善，非常適合相關(guān)檢測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。方案二：52單片機(jī)，52單片機(jī)是基于內(nèi)核52的8位處理器，該單片機(jī)內(nèi)部提供穩(wěn)定高效的工作頻率，內(nèi)置可反復(fù)擦拭的Flash以及52字節(jié)的RAM，該單片機(jī)能夠兼容多種指令集和多個(gè)引腳。52單片機(jī)對(duì)于小批量數(shù)據(jù)能夠及時(shí)快速的進(jìn)行讀取，能夠輕松駕馭相關(guān)環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。52單片機(jī)內(nèi)置的復(fù)位單元能節(jié)省外部資源空間。該微處理器單元能夠在不借助編碼器下通過(guò)串口進(jìn)行程序的上傳，也非常適合相關(guān)數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。綜合對(duì)比兩種方案的選擇，兩種單片機(jī)都能實(shí)現(xiàn)本次系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的目標(biāo)，但是對(duì)于實(shí)際應(yīng)用情況的考慮。本次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)要進(jìn)行多種數(shù)據(jù)采集工作。因此，綜合考慮系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間、系統(tǒng)性能、系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本，我們最終選擇STM32單片機(jī)作為本次溫控風(fēng)扇系統(tǒng)的微控制器。2.3溫度傳感器的選擇本設(shè)計(jì)是基于溫度控制的一款嵌入式風(fēng)扇，所以溫度傳感器的選擇對(duì)于該設(shè)計(jì)尤為重要。方案一：利用檢測(cè)溫度的熱敏電阻和運(yùn)算放大器組成的熱敏電阻溫度測(cè)量電路。由于溫度變化從而引起熱敏電阻的電阻率發(fā)生變化，進(jìn)而使輸入電壓發(fā)生變化。通過(guò)模數(shù)器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)再傳入單片機(jī)中進(jìn)行處理。方案二：運(yùn)用熱電偶為核心的測(cè)量電路來(lái)檢測(cè)溫度變化，并通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)化將信號(hào)傳入單片機(jī)中進(jìn)行處理。方案三：采用DS18B20模塊來(lái)檢測(cè)溫度。DS18B20是一款數(shù)字溫度傳感器，無(wú)需采用轉(zhuǎn)換模塊，可直接將數(shù)字信號(hào)采集并送入單片機(jī)。熱敏電阻由于其溫度系數(shù)比其它金屬高，所以靈敏度較高，而且由于其工作范圍大，體積小便于測(cè)量狹小空間等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。但是它的缺點(diǎn)也極為明顯，其阻值和溫度的關(guān)系是非線性的，雖然可以通過(guò)一些電路加以修正，但是修正的電路是極為復(fù)雜的，不適用于我們的系統(tǒng)之中，并且它的穩(wěn)定性相對(duì)比較差，不易更換。熱電偶測(cè)量電路的優(yōu)缺點(diǎn)也十分明顯。熱電偶相對(duì)于熱面電阻來(lái)說(shuō)非線性得到極大改善，并且堅(jiān)實(shí)耐用無(wú)自身發(fā)熱。熱電偶的測(cè)量范圍非常的廣，可達(dá)到-200到+2500攝氏度。然而熱電偶也有其缺點(diǎn)，例如信號(hào)調(diào)理電路復(fù)雜，一旦處理不當(dāng)就會(huì)引入誤差，導(dǎo)致精度下降，并且熱電偶的抗干擾能力差，當(dāng)周?chē)须s亂電場(chǎng)以及磁場(chǎng)時(shí)，對(duì)測(cè)量可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。最主要的問(wèn)題是其過(guò)大的測(cè)量范圍達(dá)不到我們?cè)O(shè)計(jì)的溫控風(fēng)扇對(duì)于精度的要求。對(duì)于方案三所選擇的DS1820溫度傳感器無(wú)疑是最符合我們?cè)O(shè)計(jì)要求的。它和處理器連接時(shí)只需要一條信號(hào)線就可以和微處理器實(shí)現(xiàn)雙向通訊。單總線的經(jīng)濟(jì)成本低，抗干擾能力強(qiáng)，具有使用方便和適合大多數(shù)場(chǎng)合的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。此外，DS18B20高度集成化，避免了上述兩種測(cè)量電路的復(fù)雜性和可能出現(xiàn)的誤差，并且DS18B20與其它兩種測(cè)量有著本質(zhì)的區(qū)別，對(duì)于溫度的測(cè)量可直接在模塊內(nèi)部轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)，這就避免了信號(hào)轉(zhuǎn)換過(guò)程中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤和誤差，所以對(duì)于本設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，DS18B20作為溫度檢測(cè)的模塊最為合適。2.4顯示電路的選擇在本文中設(shè)計(jì)的基于STM32的溫控風(fēng)扇系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，有兩種系統(tǒng)交互模塊可供選擇:方案一：LED數(shù)碼管顯示模塊，該數(shù)碼管顯示模塊主要運(yùn)用于數(shù)據(jù)顯示量比較低的系統(tǒng)中，顯示屏刷新的頻率較低，相關(guān)的功耗比較高。在模塊控制方面，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)控制比較麻煩，對(duì)于開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)不友好，相關(guān)的數(shù)據(jù)控制只能夠通過(guò)不同的數(shù)碼管排列組合進(jìn)行控制，數(shù)據(jù)的可擴(kuò)展性比較差，需要對(duì)各個(gè)數(shù)碼管進(jìn)行管腳連接，也比較浪費(fèi)IO管腳。方案二：OLED顯示模塊，該顯示模塊通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)電路和擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸格式也變得比較通俗易懂。最重要的一點(diǎn)是該顯示模塊的數(shù)據(jù)顯示編程比較方便，成熟的API能夠進(jìn)一步提高開(kāi)發(fā)人員的代碼的兼容性、易控制性。該顯示模塊能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜字符的顯示，提高了數(shù)據(jù)交互的多樣性。用戶不用對(duì)于各個(gè)IO進(jìn)行編程控制，只需要調(diào)用相關(guān)封裝好的API進(jìn)行目標(biāo)數(shù)據(jù)顯示設(shè)計(jì)。綜合對(duì)比兩種方案的選擇，兩種顯示模塊都能實(shí)現(xiàn)本次系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的目標(biāo)，但是考慮控制難度、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的效率以及交互端口顯示的便捷性，OLED顯示模塊更加適合本文設(shè)計(jì)的基于STM32的溫控風(fēng)扇系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。2.5鍵盤(pán)輸入模塊的選擇在本次基于STM32的溫控風(fēng)扇系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)當(dāng)中，有兩種鍵盤(pán)輸入模塊可以選擇：方案一：獨(dú)立按鍵模塊，獨(dú)立按鍵模塊的數(shù)據(jù)傳輸是通過(guò)所連接的管腳進(jìn)行傳輸，每使用一個(gè)按鈕就會(huì)多使用一個(gè)管腳資源，每個(gè)按鍵和微處理器進(jìn)行獨(dú)立連接。通過(guò)獲取按鍵的高低電平進(jìn)行控制信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，獨(dú)立按鍵模塊設(shè)計(jì)非常方便。系統(tǒng)在較少的控制信號(hào)需求下，獨(dú)立按鍵模塊是非常好的選擇，能夠減少不必要的管腳資源浪費(fèi)。方案二：矩陣按鍵選擇，測(cè)出具體哪個(gè)按鍵的狀態(tài)，然后進(jìn)行不同按鍵數(shù)據(jù)的傳輸，矩陣按鍵模塊的主要特點(diǎn)是作用于大量數(shù)據(jù)輸入的情況(輸入密碼、需要0-9數(shù)字控制等)。矩陣按鍵模塊能夠大量的節(jié)省相關(guān)的IO管腳資源。綜合對(duì)比兩種方案的選擇，兩種顯示模塊都能實(shí)現(xiàn)本次系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的目標(biāo)，但綜合系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境、數(shù)據(jù)處理容量、控制信號(hào)交互是否頻繁，本次基于STM32的溫控風(fēng)扇系統(tǒng)對(duì)于相關(guān)輸入信號(hào)的依賴(lài)判斷比較少，更側(cè)重于系統(tǒng)的相關(guān)控制設(shè)置，所以獨(dú)立按鍵模塊更加合適。2.6本章小結(jié)本章主要是從設(shè)計(jì)目標(biāo)出發(fā)，通過(guò)比較各個(gè)部分的常用模塊，選擇出最合適的外圍檢測(cè)模塊，最終完成設(shè)計(jì)目的。第3章系統(tǒng)硬件電路部分3.1硬件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的基于STM32的溫控風(fēng)扇系統(tǒng)，主要工作是進(jìn)行多種模式風(fēng)扇控制的自主化。通過(guò)單片機(jī)搭配外圍檢測(cè)模塊進(jìn)行相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)智能化監(jiān)測(cè)[5]。外圍檢測(cè)模塊通過(guò)相關(guān)傳感器進(jìn)行環(huán)境數(shù)據(jù)采集，然后通過(guò)管腳傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)處理單元，單片機(jī)處理單元對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包封裝處理，為系統(tǒng)的其它應(yīng)急處理奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生異常后，進(jìn)行相關(guān)的邏輯處理，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的智能化工作。在整個(gè)系統(tǒng)的工作流程中，本系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，還包括HC-05模塊、人體紅外檢測(cè)模塊、溫度檢測(cè)模塊、時(shí)鐘檢測(cè)模塊、按鍵等，系統(tǒng)框圖如下：圖3-1系統(tǒng)總設(shè)計(jì)圖功能設(shè)計(jì)目標(biāo)如下：(1)手動(dòng)控制：通過(guò)按鍵控制調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速；(2)自動(dòng)控制：根據(jù)環(huán)境溫度自動(dòng)控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速大?。?3)人體感應(yīng)：根據(jù)人體感應(yīng)檢測(cè)是否有人，有人可以控制開(kāi)啟風(fēng)扇，無(wú)人自動(dòng)關(guān)閉風(fēng)扇；(4)無(wú)線控制模式：通過(guò)HC-05實(shí)現(xiàn)手機(jī)控制風(fēng)扇檔位轉(zhuǎn)速。3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)STM32芯片中的內(nèi)核是由ARM公司所生產(chǎn)。ARM是一個(gè)IP廠商，不生產(chǎn)芯片只制造它的內(nèi)核。內(nèi)核是芯片之中最核心的部分，類(lèi)似于大腦。而像外設(shè)例如GPIO、串口和I2C等是由ST生產(chǎn)的，由ARM公司授權(quán)。STM32字面含義中ST指的是ST(意法半導(dǎo)體)公司。M是Microelectronics的縮寫(xiě)，表示為微控制器。32是32bit的意思，表示這是一個(gè)32bit的微控制器。由于技術(shù)的更替并且由于傳統(tǒng)的8/16位的微控制器面對(duì)市場(chǎng)的需求顯得捉襟見(jiàn)肘，STM32應(yīng)運(yùn)而生。STM32的誕生更加符合市場(chǎng)的需求。更是由于ST公司努力研發(fā)一種產(chǎn)品線豐富、開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單易上手(基于固件庫(kù)開(kāi)發(fā))的產(chǎn)品，使得STM32在眾多的基于Cortex-M內(nèi)核的微處理器中脫穎而出，成為最璀璨的新星。該單片機(jī)通過(guò)總線矩陣 (數(shù)據(jù)總線、指令總線、系統(tǒng)總線)和內(nèi)核實(shí)現(xiàn)通信。時(shí)鐘高達(dá)72m，強(qiáng)大的時(shí)鐘系統(tǒng)，外部有高速和低速晶振，內(nèi)部有高速和低速的RTC振蕩器，并且支持硬件除法，超過(guò)百個(gè)IO，除了模擬通道大多兼容5V電壓，支持多種調(diào)試方式 (JTAG，SWD)，內(nèi)存支持(FLASH和SRAM)，支持上電復(fù)位，掉電復(fù)位以及可實(shí)現(xiàn)電壓監(jiān)控。多個(gè)AD/DMA/定時(shí)器/通信接口可供選擇。常用的通信接口可實(shí)現(xiàn)不同外部設(shè)備的搭配，實(shí)現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。內(nèi)置多個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器方便實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍檢測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)的讀取，單片機(jī)在多種控制引腳(控制引腳、信息輸入輸出引腳、外部晶振引腳、主電源引腳)協(xié)同完成數(shù)據(jù)讀取工作。STM32單片機(jī)主控模塊的電路原理圖如圖3-2所示。圖3-2STM3核心板單片機(jī)的晶振電路非常重要，根據(jù)本電路需要，選擇了12MHZ的晶振，除了晶振，此電路還需要兩個(gè)電容使晶體有足夠的負(fù)載可以起振，而電容則可以在20-40pF選擇，不宜過(guò)大或過(guò)小，選擇應(yīng)適宜。復(fù)位電路負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的硬件復(fù)位，當(dāng)程序執(zhí)行到與預(yù)想的結(jié)果不一樣時(shí)，或者整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)紊亂、異常情況，則強(qiáng)制將程序復(fù)位至初始狀態(tài)，單片機(jī)內(nèi)部時(shí)序得到清零。單片機(jī)的IO口是一個(gè)在其內(nèi)部卻沒(méi)有設(shè)置上拉電阻的三態(tài)雙向口，這一列輸入輸出口既可用來(lái)當(dāng)作復(fù)用接口，比如數(shù)據(jù)的輸入與輸出，也可以當(dāng)作普通的信號(hào)控制口。當(dāng)在程序中設(shè)置單片機(jī)的IO接口為輸入接口時(shí)，端口將會(huì)蘊(yùn)含驅(qū)動(dòng)八個(gè)推挽邏輯電平的能力，對(duì)負(fù)載可以輸出少于800微安的電流。當(dāng)單片機(jī)需要作為輸入的IO口使用的時(shí)候，外圍的電路由于電流不夠，通常的辦法是在電路中加一個(gè)10K歐姆的電阻，作為上拉用的電阻。3.3溫度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)中溫控風(fēng)扇的“溫控”部分就需要由溫度傳感器來(lái)完成。在所有的溫度傳感器中，DS18B20溫度檢測(cè)模塊是當(dāng)下嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中環(huán)境溫度數(shù)據(jù)檢測(cè)的主要測(cè)量模塊，如圖3-3所示。圖3-3DS18B20外觀及引腳圖該模塊獨(dú)特的設(shè)計(jì)能夠直接獲取環(huán)境中的溫度數(shù)據(jù)，該模塊是數(shù)字溫度數(shù)據(jù)獲取方式，采集到的溫度數(shù)據(jù)輸出為電平信號(hào)[6]。該檢測(cè)模塊體積較小，硬件的引腳開(kāi)銷(xiāo)低，對(duì)于外界的環(huán)境抗干擾性強(qiáng)，并且該模塊能夠封裝成各種模塊，方便多種工作場(chǎng)合的選擇。最主要的特點(diǎn)是能夠采用單總線的接口，通過(guò)單傳輸引腳和微處理器進(jìn)行雙向通信。該模塊的供電方式靈活，能夠依賴(lài)電路的電源，不用獨(dú)立提供電源。此外，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆直媛誓軌蜻M(jìn)行配置靈活選擇(9-12位)。DS18B20溫度檢測(cè)模塊也提供掉電保護(hù)功能，當(dāng)系統(tǒng)掉電的時(shí)候，可以對(duì)測(cè)量分辨率、設(shè)置標(biāo)志值進(jìn)行保存。因?yàn)镈S18B20是單總線協(xié)議，接收和發(fā)送數(shù)據(jù)都在一個(gè)引腳上進(jìn)行，其接收時(shí)為高電阻接收，發(fā)送時(shí)是開(kāi)漏輸出，即輸出0時(shí)通過(guò)三極管下拉為低電平，而輸出1時(shí)，則為高電阻，需要外接上拉電阻將其拉為高電平。DS18B20通過(guò)上拉電阻與單片機(jī)PB9引腳相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。DS18B20模塊的電路原理圖如圖3-4所示。圖3-4DS18B20溫度檢測(cè)電路3.4人體檢測(cè)電路設(shè)計(jì)為了達(dá)到風(fēng)扇在自動(dòng)狀態(tài)下智能開(kāi)關(guān)的目的，我們需要使風(fēng)扇在感應(yīng)到人體時(shí)自動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉，所以需要采用人體感應(yīng)模塊。人體檢測(cè)部分采用SR602人體感應(yīng)模塊，如圖3-5所示，并且輸出的高電平時(shí)間可調(diào)，具有非常高的性價(jià)比。圖3-5SR602人體感應(yīng)模塊該感應(yīng)模塊用于檢測(cè)環(huán)境中是否有人員活動(dòng)，通過(guò)紅外線技術(shù)進(jìn)行人員信息的檢測(cè)，能夠用于各類(lèi)自動(dòng)感應(yīng)系統(tǒng)，模塊的靈敏性高、響應(yīng)時(shí)間短、受環(huán)境變化影響較小?？赏ㄟ^(guò)改變時(shí)間調(diào)節(jié)電阻的阻值來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的延時(shí)時(shí)間。該模塊會(huì)根據(jù)不同的環(huán)境溫度進(jìn)行靈敏度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，功耗較小，需要的電流小于50mA。該模塊輸出信號(hào)為高低電平，非常方便和各種主控單片機(jī)進(jìn)行連接通信。數(shù)據(jù)傳輸引腳與PB3連接。電路圖如圖3-6所示。圖3-6紅外檢測(cè)電路3.5HC-05傳輸電路設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制風(fēng)扇狀態(tài)這一設(shè)計(jì)目的，我們要在單片機(jī)與手機(jī)之間實(shí)現(xiàn)通信，所以需要無(wú)線通信模塊與單片機(jī)連接。HC-05通信模塊是一款高性能、低功耗的無(wú)線通信模塊[7]，如圖3-7所示。圖3-7HC-05藍(lán)牙模塊該通信模塊在進(jìn)行通信的時(shí)候有主機(jī)和從機(jī)區(qū)分，主機(jī)在和從機(jī)配對(duì)后就能進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸工作，因此該通信模塊有兩種工作模式可供選擇(主動(dòng)連接、被動(dòng)連接)。該模塊的主要特點(diǎn)也是在傳輸過(guò)程中代價(jià)較低。模塊有兩種傳輸協(xié)議(主透?jìng)鳌耐競(jìng)?進(jìn)行選擇。系統(tǒng)在進(jìn)行工作的時(shí)候，需要通過(guò)AT指令進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)初始化配置，當(dāng)連接成功時(shí)，數(shù)據(jù)就能輕松的進(jìn)行傳輸。該模塊通過(guò)少量的引腳實(shí)現(xiàn)傳輸工作，其睡眠模式能夠?qū)崿F(xiàn)資源的節(jié)省，當(dāng)連接傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，再進(jìn)行設(shè)備喚起，能夠通過(guò)AT指令進(jìn)行相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)配置以及傳輸數(shù)據(jù)的封裝。HC-05通信模塊的開(kāi)發(fā)技術(shù)越來(lái)越成熟，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)通信的配置、數(shù)據(jù)傳輸只需要少量的引腳連接，該模塊方便透明傳輸，能夠加快數(shù)據(jù)通信的整個(gè)過(guò)程。HC-05通過(guò)TXD/RXD、VCC、GND管腳進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸工作。數(shù)據(jù)發(fā)送、接收引腳分別與PA9、PA10連接。BLE通信模塊的電路原理圖如圖3-8所示。圖3-8BLE模塊電路3.6顯示模塊電路設(shè)計(jì)為了達(dá)到風(fēng)扇人機(jī)交互的目的，屏幕對(duì)使用者顯示當(dāng)前風(fēng)扇信息尤為重要。OLED顯示模塊是現(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)中人機(jī)交互顯示工作重要的作用模塊，如圖3-9所示。該模塊相較于LCD1602而言，可以顯示中文，并且顯示字符更多，能夠更全面的反應(yīng)風(fēng)扇的當(dāng)前狀態(tài)，非常符合本次設(shè)計(jì)要求。圖3-9OLED顯示屏本次設(shè)計(jì)采用7腳OLED顯示屏，該模塊通過(guò)電流控制二極管發(fā)光，不需要背光源進(jìn)行顯示發(fā)光工作。工作溫度廣泛，能夠兼容不同困難的工作環(huán)境，OLED模塊的分辨率也較高。該模塊顯示的數(shù)據(jù)比較全面，同時(shí)兼容多種數(shù)據(jù)顯示格式，OLED顯示模塊在保證數(shù)據(jù)顯示的高效下也兼容了低功耗的特點(diǎn)，供電電壓的選擇也比較多，兼容3.3V和5V。OLED顯示模塊也有多種控制指令，能夠設(shè)置顯示亮度、顯示對(duì)比度等。該顯示模塊也能夠兼容多種接口(并行數(shù)據(jù)接口方式、SPI接口方式、IIC接口方式)，OLED顯示模塊通過(guò)硬件控制進(jìn)行不同接口模式的設(shè)置，本次設(shè)計(jì)選擇SPI通信協(xié)議。多種接口方式鑄就該顯示模塊的兼容性，不同的數(shù)據(jù)接口模式的相關(guān)控制信號(hào)發(fā)送不同、需要的引腳數(shù)量也不同，但是系統(tǒng)的復(fù)位引腳RST引腳的控制方式不變(低電平導(dǎo)致OLED復(fù)位)。系統(tǒng)在進(jìn)行工作的時(shí)候，搭配數(shù)據(jù)傳輸引腳、信號(hào)選擇引腳實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示工作。多種信號(hào)控制以及數(shù)據(jù)寫(xiě)入模式使得OLED顯示模塊能夠進(jìn)行多種工作模式。OLED顯示模塊的電路原理圖如圖3-10所示。圖3-10OLED液晶顯示3.7風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)中的風(fēng)扇電路模塊采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)MOS管與單片機(jī)PC14引腳連接。風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)模塊用于生活中的風(fēng)扇模擬，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用了一個(gè)N型MOS管，高電平導(dǎo)通。當(dāng)單片機(jī)發(fā)送高電平時(shí)，電機(jī)得以運(yùn)行[8][9][10]。為了達(dá)到溫控風(fēng)扇這一目的，通過(guò)溫度檢測(cè)模塊檢測(cè)到當(dāng)前溫度，控制不同的PWM波輸出，也就是高低電平占比來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。PWM全稱(chēng)脈沖寬度調(diào)制，是利用微控制器例如本次設(shè)計(jì)中所用到的STM32的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的技術(shù)。以單片機(jī)為例，單片機(jī)的IO口只能輸出數(shù)字信號(hào)，就是只能輸出高電平和低電平。當(dāng)高電平為5V，低電平0V，我們要輸出不同的模擬電壓，就需要用到PWM,通過(guò)改變IO口輸出的方波的占空比從而使用數(shù)字信號(hào)模擬成的模擬電壓信號(hào)，具體如圖3-11所示。圖3-11占空比示意圖電壓是一種連接1或斷開(kāi)0的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上的，通過(guò)連接和斷開(kāi)的時(shí)間控制，可以輸出不大于最大電壓值的模擬電壓(0~5V)。當(dāng)占空比為50%時(shí)，就是高低電平各占一半，此時(shí)輸出的模擬電壓就為2.5V。如果此時(shí)占空比為75%，那么此時(shí)的模擬電壓就為3.75V。并且風(fēng)扇部分采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以根據(jù)輸出電壓的大小來(lái)調(diào)整轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)溫控風(fēng)速的目的。具體的電路圖如圖3-12所示。圖3-12風(fēng)扇電路3.8本章小結(jié)本章節(jié)從硬件電路的設(shè)計(jì)出發(fā)，對(duì)單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、溫度檢測(cè)電路、人體檢測(cè)電路、無(wú)線傳輸電路、顯示電路、風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路等設(shè)計(jì)進(jìn)行比較詳細(xì)的介紹以及它們的工作傳輸情況進(jìn)行大概的描述，總體對(duì)實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的硬件電路進(jìn)行了模塊化的分類(lèi)介紹。第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1軟件編程要求本文設(shè)計(jì)的基于STM32的溫控風(fēng)扇系統(tǒng)在進(jìn)行相關(guān)外圍設(shè)備以及主控制單片機(jī)的選擇后，需要進(jìn)行系統(tǒng)工作邏輯編程，在外圍設(shè)備實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)獲取工作后，要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的目標(biāo)化處理，對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分組、打包、封裝等工作，方便進(jìn)行后續(xù)不同數(shù)據(jù)的邏輯判斷。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)能夠無(wú)時(shí)無(wú)刻進(jìn)行不同數(shù)據(jù)的監(jiān)控，方便快捷的根據(jù)不同字段進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)用。為了后期功能、應(yīng)急事務(wù)的擴(kuò)展考慮，相關(guān)的不同數(shù)據(jù)的處理邏輯應(yīng)該封裝到不同的子函數(shù)中，這樣在編程環(huán)境，就能方便快捷的調(diào)用子函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的獲取，我們?cè)诰幊踢^(guò)程中也能集中在系統(tǒng)的邏輯處理過(guò)程。在整個(gè)系統(tǒng)的展性，不同數(shù)據(jù)獲取的封裝非常的必要，良好的軟件邏輯邏輯控制方面，就能夠起到事半功倍的作用。為了提高整個(gè)系統(tǒng)邏輯的復(fù)用性、延編程有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)不同的環(huán)境數(shù)據(jù)能夠單獨(dú)獲取、調(diào)用以及封裝，當(dāng)后期相關(guān)邏輯出現(xiàn)問(wèn)題，能夠及時(shí)的進(jìn)行問(wèn)題排查校正工作；(2)每個(gè)單獨(dú)邏輯編程時(shí)，能方便了解系統(tǒng)的具體運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)于異常的等待過(guò)程，也能夠及時(shí)進(jìn)行問(wèn)題排查校正工作；(3)各個(gè)數(shù)據(jù)單獨(dú)邏輯處理封裝，能夠使得系統(tǒng)清晰的進(jìn)行邏輯處理控制，為后期功能、應(yīng)急事務(wù)的擴(kuò)展提供可靠基礎(chǔ)。4.2硬件編程軟件介紹本文設(shè)計(jì)的基于STM32的溫控風(fēng)扇系統(tǒng)中的軟件邏輯用KEIL實(shí)現(xiàn)，KEIL編程界面如圖4-1所示，該軟件設(shè)計(jì)的最初目的就是用于嵌入式硬件控制邏輯實(shí)現(xiàn)。軟件能夠兼容不同的主控單片機(jī)，能夠?qū)τ布幊痰南嚓P(guān)環(huán)境進(jìn)行快速搭建，適配各種配置文件，軟件的界面比較簡(jiǎn)潔明了，當(dāng)硬件初始化環(huán)境配置完成后，使用者能夠進(jìn)一步完成邏輯工作的實(shí)現(xiàn)。在使用者完成相關(guān)的邏輯控制編程后，通過(guò)軟件提示能夠快速的進(jìn)行代碼編譯工作，短時(shí)間內(nèi)編譯成主控單片機(jī)能夠識(shí)別的機(jī)器碼。然后，進(jìn)行邏輯程序的寫(xiě)入工作。程序的燒錄過(guò)程能夠人性化、自主化實(shí)現(xiàn)，使用者只需要根據(jù)相關(guān)提示進(jìn)行操作即可。該軟件也集成了調(diào)試功能。圖4-1KEIL編程界面該軟件通過(guò)設(shè)置目標(biāo)單片機(jī)型號(hào)、寄存器頭文件等就能實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)的設(shè)置，在軟件中能夠方便的觀測(cè)系統(tǒng)邏輯代碼運(yùn)行的整個(gè)過(guò)程，可以查看中斷器、定時(shí)器、I/O口的相關(guān)狀態(tài)，對(duì)于一款比較符合開(kāi)發(fā)者的IDE，需要以節(jié)省開(kāi)發(fā)周期、增加開(kāi)發(fā)便捷度為主旨，該KEIL編程軟件剛好能夠減少開(kāi)發(fā)者不必要的操作，相關(guān)的生成文件代碼比較緊湊、方便理解。該軟件友好的界面使得開(kāi)發(fā)者更加容易快速的上手，可以通過(guò)官方網(wǎng)站獲取相關(guān)的安裝包資源，然后運(yùn)行相關(guān)的可執(zhí)行文件完成本地安裝。值得注意的是在安裝目錄中不出現(xiàn)中文文件名。為了使STM32的外設(shè)、時(shí)鐘等更加容易配置，本次設(shè)計(jì)采用了STM32CubeMX來(lái)輔助KEIL進(jìn)行函數(shù)封裝以及硬件配置等，界面如4-2所示。STM32CubeMX是一個(gè)配置STM32代碼的工具，具有大量的芯片庫(kù)來(lái)方便我們對(duì)于需要的芯片進(jìn)行選型。圖形化的端口配置更加直觀，方便我們對(duì)于引腳、模式、外設(shè)等進(jìn)行直接配置。并且能夠加深對(duì)于時(shí)鐘樹(shù)的理解與運(yùn)用，加速了代碼的生成。圖4-2STM32CubeMX配置界面4.3編程語(yǔ)言選擇本文中設(shè)計(jì)的基于STM32的溫控風(fēng)扇系統(tǒng)主要是進(jìn)行硬件相關(guān)邏輯控制工作，對(duì)于類(lèi)似的任務(wù)的實(shí)現(xiàn)，我們選用C語(yǔ)言內(nèi)核進(jìn)行編程，C語(yǔ)言編程的上手比較快，相關(guān)的邏輯處理過(guò)程正好符合硬件的邏輯處理。C語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)在于編程邏輯簡(jiǎn)單、對(duì)于變量數(shù)據(jù)的定義比較方便，C語(yǔ)言編程能夠把所有不同的邏輯進(jìn)行封裝，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流程的模塊化，剛好符合我們的編程設(shè)計(jì)要求。C語(yǔ)言的編程量比較小，相關(guān)的邏輯處理能力比較強(qiáng)，對(duì)于目標(biāo)邏輯能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的代碼進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。而且C語(yǔ)言的編譯速度比較快，能夠進(jìn)行快速的編碼實(shí)現(xiàn)。C語(yǔ)言是硬件控制編程中最主流的語(yǔ)言。硬件控制編程的另一種語(yǔ)言是匯編語(yǔ)言，但是匯編語(yǔ)言的缺點(diǎn)是相關(guān)控制邏輯比較枯燥，對(duì)于本次設(shè)計(jì)的相關(guān)系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)者不能夠快速的掌握其編程規(guī)則，這樣就會(huì)增加開(kāi)發(fā)周期和編程難度。在后期的相關(guān)任務(wù)擴(kuò)展過(guò)程中，維護(hù)人員不方便代碼的升級(jí)，系統(tǒng)的適用性、兼容性就被大大降低。C語(yǔ)言不僅能夠方便開(kāi)發(fā)者的閱讀，也有通俗易懂的代碼提示功能。C語(yǔ)言其強(qiáng)大的移植性，也使得其兼容不同的平臺(tái)系統(tǒng)，方便任務(wù)擴(kuò)展、系統(tǒng)升級(jí)等功能，能夠使得整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期大大縮短。4.4系統(tǒng)初始化程序設(shè)計(jì)本文所設(shè)計(jì)的基于STM32的溫控風(fēng)扇系統(tǒng)，通過(guò)主控單片機(jī)、外圍檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行環(huán)境數(shù)據(jù)的采集以及轉(zhuǎn)化功能，該系統(tǒng)能夠?qū)z測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)監(jiān)控。整個(gè)系統(tǒng)的邏輯處理過(guò)程中，首先要進(jìn)行各個(gè)檢測(cè)設(shè)備、傳輸引腳的初始化。能夠在系統(tǒng)工作之前對(duì)相關(guān)的硬件進(jìn)行檢測(cè)，方便相關(guān)問(wèn)題的進(jìn)一步定位，能夠及時(shí)的進(jìn)行外圍檢測(cè)設(shè)備的監(jiān)測(cè)，避免邏輯階段數(shù)據(jù)獲取問(wèn)題。通過(guò)編程手段對(duì)硬件模塊的配置進(jìn)行封裝，方便后期數(shù)據(jù)獲取。當(dāng)各個(gè)外圍模塊初始化成功后，進(jìn)行數(shù)據(jù)的邏輯處理工作。根據(jù)邏輯處理能夠使得系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)自主化處理、監(jiān)控、判斷等工作，系統(tǒng)面臨應(yīng)急情況的處理方式都得進(jìn)行邏輯編程控制。系統(tǒng)后期的所有數(shù)據(jù)獲取、邏輯判斷工作都是基于系統(tǒng)初始化成功條件下。硬件管腳、環(huán)境配置初始化重中之重。具體的初始化流程如圖4-3所示。圖4-3程序初始化流程圖4.5溫度獲取子程序設(shè)計(jì)DS18B20溫度檢測(cè)模塊需要接受特定的控制信號(hào)(ROM/RAM)進(jìn)行相應(yīng)控制，ROM信號(hào)用于存儲(chǔ)單元的控制(單個(gè)溫度測(cè)量模塊跳過(guò)該步驟)，RAM信號(hào)用于從RAM中讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，進(jìn)行相關(guān)溫度數(shù)據(jù)采集和讀取。DS18B20溫度檢測(cè)模塊通過(guò)單線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，所以對(duì)于信號(hào)的識(shí)別要增加時(shí)序上的信息，這樣才能保證數(shù)據(jù)的完整性。相關(guān)電壓的上拉、下拉是通過(guò)增加時(shí)序信息進(jìn)行傳輸。單片機(jī)讀取點(diǎn)能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的還原，實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的讀取。具體的溫度獲取流程圖如圖4-4所示。圖4-4溫度檢測(cè)流程4.6人體檢測(cè)子程序設(shè)計(jì)該模塊在全自動(dòng)感應(yīng)下的工作流程比較簡(jiǎn)單明了，當(dāng)人進(jìn)入其感應(yīng)模塊范圍，信號(hào)輸出引腳會(huì)輸出高電平，離開(kāi)其感應(yīng)范圍后，模塊定時(shí)延時(shí)后，信號(hào)傳輸引腳輸出為低電平。通過(guò)引腳的高低電平進(jìn)行環(huán)境中人員信息的檢測(cè)工作，具體的流程圖如圖4-5所示。圖4-5人體檢測(cè)流程4.7HC-05控制子程序設(shè)計(jì)HC-05通信模塊通過(guò)少量的引腳資源進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸通道初始化、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙ぷ鳌Ｔ撃K有多種工作模式的選擇，我們通過(guò)串口AT指令進(jìn)行相關(guān)操作的實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)首先通過(guò)AT進(jìn)行通信應(yīng)用模式的設(shè)置，然后搭配不同的AT指令進(jìn)行網(wǎng)路通信協(xié)議的選擇，然后通過(guò)設(shè)置需要發(fā)送的數(shù)據(jù)，然后封裝請(qǐng)求數(shù)據(jù)格式，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸工作。具體的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸流程如圖4-6所示。圖4-6無(wú)線通訊部分流程4.8顯示數(shù)據(jù)子程序設(shè)計(jì)OLED顯示模塊主要通過(guò)多個(gè)信號(hào)選擇引腳以及數(shù)據(jù)傳輸引腳進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示工作。OLED顯示模塊通過(guò)多個(gè)信號(hào)線組合進(jìn)行不同工作模式的實(shí)現(xiàn)。相關(guān)數(shù)據(jù)的顯示主要通過(guò)初始化、指令操作、數(shù)據(jù)操作三個(gè)步驟進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。通過(guò)信號(hào)引腳設(shè)置數(shù)據(jù)讀寫(xiě)控制信號(hào)、數(shù)據(jù)寫(xiě)入信號(hào)、命令/數(shù)據(jù)標(biāo)志信號(hào)。系統(tǒng)首先把準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)源，然后通過(guò)DS(RS)引腳設(shè)置命令/數(shù)據(jù)模式(高電平數(shù)據(jù)、低電平命令模式)。當(dāng)讀取數(shù)據(jù)時(shí)，設(shè)置RD引腳上拉，把數(shù)據(jù)寫(xiě)入到8個(gè)數(shù)據(jù)傳輸引腳。當(dāng)寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，設(shè)置WR引腳上拉，使得數(shù)據(jù)寫(xiě)入到OLED內(nèi)嵌的驅(qū)動(dòng)中。具體的顯示流程圖如圖4-7所示。圖4-7液晶顯示部分程序流程4.9本章小結(jié)本章主要介紹了基于STM32的溫控風(fēng)扇系統(tǒng)的軟件初始化流程以及各個(gè)模塊數(shù)據(jù)獲取程序的流程。明確了各個(gè)模塊的數(shù)據(jù)格式，為后續(xù)邏輯控制實(shí)現(xiàn)打下堅(jiān)定的基礎(chǔ)。第5章實(shí)物調(diào)試5.1系統(tǒng)硬件測(cè)試本文設(shè)計(jì)的基于STM32的溫控風(fēng)扇系統(tǒng)在邏輯功能實(shí)現(xiàn)前，要進(jìn)行相關(guān)硬件性能測(cè)試。對(duì)于每個(gè)外圍檢測(cè)設(shè)備的回?cái)?shù)據(jù)獲取進(jìn)行測(cè)試，檢測(cè)是否能夠在各種環(huán)境中進(jìn)行數(shù)據(jù)的獲取工作。由于本次系統(tǒng)要在外界環(huán)境下進(jìn)行工作，對(duì)于硬件的連接管腳也要進(jìn)行測(cè)試，檢測(cè)管腳是否會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)的情況，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)漏傳、錯(cuò)傳。硬件環(huán)境數(shù)據(jù)獲取失敗后，會(huì)嚴(yán)重影響后期數(shù)據(jù)邏輯處理階段的進(jìn)度。只有保證硬件的運(yùn)行，才能確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當(dāng)數(shù)據(jù)獲取方面出現(xiàn)問(wèn)題是的時(shí)候，要進(jìn)行及時(shí)的排查、檢測(cè)，要確保硬件環(huán)境的穩(wěn)定工作。本次系統(tǒng)相關(guān)的外圍檢測(cè)設(shè)備都是選擇的相對(duì)兼容性、耐用性比較好的模塊，我們要確保硬件在相關(guān)規(guī)定環(huán)境中運(yùn)行。硬件環(huán)境的穩(wěn)定工作為后期工作提供可靠保證。5.2系統(tǒng)的軟件測(cè)試本文設(shè)計(jì)的基于STM32的溫控風(fēng)扇系統(tǒng)載硬件運(yùn)行環(huán)境測(cè)試后，要進(jìn)行軟件邏輯的測(cè)試工作，KEIL軟件編程界面如圖5-1所示。我們要對(duì)代碼的健壯性、獨(dú)立性進(jìn)行測(cè)試，我們要嚴(yán)格按照之前的邏輯設(shè)計(jì)要求進(jìn)行測(cè)試。系統(tǒng)的要實(shí)現(xiàn)對(duì)各種錯(cuò)綜復(fù)雜情況進(jìn)行考慮，要對(duì)每種情況進(jìn)行考慮，并且對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)獲取的子函數(shù)進(jìn)行黑盒測(cè)試，測(cè)試相關(guān)的回傳數(shù)據(jù)格式，是否符合一定的格式要求，方便進(jìn)行后續(xù)不同數(shù)據(jù)的邏輯判斷。這樣做的優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)能夠無(wú)時(shí)無(wú)刻進(jìn)行不同數(shù)據(jù)的監(jiān)控，能夠方便快捷的根據(jù)不同字段進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)用。為了后期功能、應(yīng)急事務(wù)的擴(kuò)展考慮。當(dāng)我們對(duì)各個(gè)子函數(shù)的功能測(cè)試完成后，要進(jìn)行主函數(shù)邏輯測(cè)試，我們要進(jìn)行各種運(yùn)行狀況進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試各種應(yīng)急情況是否考慮完全，是否能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)。并且對(duì)于提示人機(jī)交互進(jìn)行測(cè)試，使得用戶能夠時(shí)刻了解當(dāng)前的系統(tǒng)工作狀態(tài)，也有利于我們檢測(cè)系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障。系統(tǒng)軟件測(cè)試是整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的重要環(huán)節(jié)之一。圖5-1KEIL軟件編程界面5.3系統(tǒng)的調(diào)試分析在本文設(shè)計(jì)的基于STM32的溫控風(fēng)扇系統(tǒng)硬件、軟件測(cè)試完成后，保證了硬件環(huán)境的運(yùn)行穩(wěn)定、軟件的封裝獨(dú)立后，要進(jìn)行系統(tǒng)的軟硬件的聯(lián)合調(diào)試分析。要對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)采集、人機(jī)交互進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，檢測(cè)在系統(tǒng)運(yùn)過(guò)程中各個(gè)數(shù)據(jù)獲取的銜接是否存在異常，在整個(gè)外圍模塊聯(lián)合調(diào)試過(guò)程中，可能會(huì)因?yàn)槟K相應(yīng)、數(shù)據(jù)傳輸方式等問(wèn)題，相關(guān)的數(shù)據(jù)顯示、獲取、打包可能會(huì)出現(xiàn)異常、亂碼提示等錯(cuò)誤。這個(gè)時(shí)候，就要進(jìn)行兼容行的測(cè)試調(diào)整。當(dāng)模塊的初始化和調(diào)用出現(xiàn)空檔期的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常、空值等情況，如果不考慮相關(guān)的情況，在接下來(lái)邏輯處理階段就會(huì)出現(xiàn)意想不到的相應(yīng)結(jié)果。對(duì)于多種獲取模塊、交互模塊等的聯(lián)合工作下，避免不了出現(xiàn)各種異常情況，只有在一次一次的迭代測(cè)試過(guò)程中，處理各種相關(guān)的情況，才能夠及時(shí)的進(jìn)行異常處理。在測(cè)試階段完成后，實(shí)現(xiàn)一個(gè)攻守兼?zhèn)涞幕赟TM32的溫控風(fēng)扇系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)所需要達(dá)成的任務(wù)目標(biāo)。最終功能實(shí)現(xiàn)：(1)第一個(gè)按鍵為模式選擇鍵，當(dāng)按下第一次時(shí)進(jìn)行模式選擇，隨后按下第二個(gè)按鍵為自動(dòng)模式A，第三個(gè)按鍵為手動(dòng)模式M，如圖5-2。圖5-2模式設(shè)置(2)當(dāng)?shù)谝粋€(gè)按鍵按下第二次時(shí)進(jìn)行溫度的閾值設(shè)定，第二個(gè)按鍵增加閾值，第三個(gè)按鍵減少閾值，閾值的默認(rèn)值為25攝氏度，如圖5-3。圖5-3溫度閾值設(shè)置(3)當(dāng)?shù)谝粋€(gè)按鍵按下第三次時(shí)將前面選擇的模式確定。(4)