基于單片機的溫控風(fēng)扇設(shè)計

·PAGE36蘇州市職業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計摘要現(xiàn)代社會中，眾多的工業(yè)生產(chǎn)、日常生活都離不開溫控風(fēng)扇的應(yīng)用，其在工程建設(shè)的散熱系統(tǒng)、手提電腦處理器降溫等有著突出的作用。本研究對溫控風(fēng)扇系統(tǒng)進行分析設(shè)計，單片機為其核心構(gòu)成部分，通過溫度傳感器DS18B20獲取溫度信息，輸入至單片機內(nèi)部，單片機與系統(tǒng)設(shè)置的溫度做比較，發(fā)出相應(yīng)的控制信號，通過ULN2803控制風(fēng)扇系統(tǒng)對元件進行散熱處理，同時能通過判斷設(shè)定溫度與采集溫度的溫差大小，來確定風(fēng)扇系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速，采用LED八段數(shù)碼管實現(xiàn)溫度顯示功能。動態(tài)顯示當(dāng)前所處的環(huán)境溫度和設(shè)定溫度，并可以通過鍵盤按鈕設(shè)定當(dāng)前溫度。鍵盤部位則可以自主調(diào)節(jié)設(shè)定溫度而DS18B20可以測定外部環(huán)境溫度，然后記錄環(huán)境溫度和設(shè)定溫度并將其連續(xù)及時顯示。關(guān)鍵詞：單片機、DS18B20、溫控、LED

AbstractInmodernsociety,manyindustrialproductionanddailylifeareinseparablefromtheapplicationoftemperaturecontrolfan,whichplaysaprominentroleinthecoolingsystemofengineeringconstructionandthecoolingofportablecomputerprocessor.Inthisstudy,thetemperaturecontrolfansystemisanalyzedanddesigned.Thesingle-chipmicrocomputeristhecorecomponent.ThetemperatureinformationisobtainedbythetemperaturesensorDS18B20andinputtothesingle-chipmicrocomputer.Thesingle-chipmicrocomputercompareswiththetemperaturesetbythesystemandsendsoutthecorrespondingcontrolsignal.ThecomponentsarecooledbytheULN2803controlfansystem,Atthesametime,thespeedofthefansystemcanbedeterminedbyjudgingthetemperaturedifferencebetweenthesettemperatureandthecollectedtemperature,andtheLEDeightsegmentnixietubeisusedtorealizethetemperaturedisplayfunction.Dynamicdisplayofthecurrentenvironmenttemperatureandsettemperature,andthroughthekeyboardbuttontosetthecurrenttemperature.Thekeyboardpartcanadjustthesettingtemperatureindependently,andtheDS18B20canmeasuretheexternalenvironmenttemperature,thenrecordtheenvironmenttemperatureandsettingtemperature,anddisplaythemcontinuouslyandtimely.Keywords:MCU,DS18B20,temperaturecontrol,LEDTOC\o"1-3"\u目錄摘要 IAbstract II第一章整體方案設(shè)計 11.1前言 11.2系統(tǒng)整體設(shè)計 11.3方案論證 21.3.1溫度傳感器的選擇 21.3.2控制核心的選擇 31.3.3溫度顯示器件的選擇 31.3.4調(diào)速方式的選擇 3第二章各單元模塊的硬件設(shè)計 52.1系統(tǒng)器件簡介 52.1.1DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器簡介 52.1.2達林頓反向驅(qū)動器ULN2803簡介 52.1.3AT89C52單片機簡介 62.1.4LED數(shù)碼管簡介 72.2各部分電路設(shè)計 82.2.1開關(guān)復(fù)位與晶振電路 92.2.2獨立鍵盤連接電路 92.2.3數(shù)碼管顯示電路 102.2.4溫度采集電路 112.2.5風(fēng)扇電機驅(qū)動與調(diào)速電路 12第三章軟件設(shè)計 143.1程序設(shè)置 143.2用KeilC51編寫程序 143.3用Proteus進行仿真 153.3.1Proteus簡介 153.3.2本設(shè)計基于Proteus的仿真 16第四章系統(tǒng)調(diào)試 214.1軟件調(diào)試 214.1.1按鍵顯示部分的調(diào)試 214.1.2傳感器DS18B20溫度采集部分調(diào)試 214.1.3電動機調(diào)速電路部分調(diào)試 214.2硬件調(diào)試 224.2.1按鍵顯示部分的調(diào)試 224.2.2傳感器DS18B20溫度采集部分調(diào)試 224.2.3電動機調(diào)速電路部分調(diào)試 224.3系統(tǒng)功能 234.3.1系統(tǒng)實現(xiàn)的功能 234.3.2系統(tǒng)功能分析 23結(jié)論 24參考文獻 25致謝 26附錄1：電路總圖 27附錄2：程序代碼 28第一章整體方案設(shè)計1.1前言在現(xiàn)代社會中，風(fēng)扇被廣泛的應(yīng)用，在人民日常生活中的作用越來越大，無論是工程建設(shè)中的散熱系統(tǒng)，還是電腦主機的散熱功能，都離不開風(fēng)扇的使用。由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，低噪音、低耗能的風(fēng)扇逐漸被推廣，隨著科技水平的智能化程度越來越高，如今的風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速可以隨著環(huán)境溫度的變化而變化，同時當(dāng)環(huán)境溫度達到或者低于其設(shè)定值時，風(fēng)扇可以自發(fā)啟動或者停止，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的智能化。目前單片機的應(yīng)用愈加普及，一定程度上促進了溫控系統(tǒng)的發(fā)展，通過單片機技術(shù)的運用，提升溫控系統(tǒng)的智能性，實現(xiàn)風(fēng)扇的自發(fā)啟動與停止、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與環(huán)境溫度相配合，提升風(fēng)扇的智能化水平。這不僅給人民生活帶來了便捷，提升工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)效，還避免了資源浪費，提升資源利用率。本命題介紹了8052系列中的不同單片機，早期由ATMEL公司研制并且生產(chǎn)，系統(tǒng)的核心元件為AT89C52，對環(huán)境溫度進行檢測用到DS18B20元件，此后，利用ULN2803元件，觸發(fā)電機轉(zhuǎn)動，進而帶動風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動。此外，對于LED數(shù)碼管，其所顯示溫度由兩種，一是檢測到的環(huán)境溫度，二是系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置的溫度，系統(tǒng)將兩者相比較，進而實現(xiàn)風(fēng)扇電機的自發(fā)啟動與停止，同時能夠根據(jù)環(huán)境溫度的變化來調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。1.2系統(tǒng)整體設(shè)計本系統(tǒng)的主要元件分工如下：首先利用溫度傳感器，對環(huán)境溫度進行檢測以及獲取數(shù)字信息，進而將其輸入單片機中，從而在八段數(shù)碼管中顯示出兩種溫度，一是環(huán)境溫度，二是系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置的溫度。分別精確到十分位與整數(shù)位。并且通過運用PWM脈寬調(diào)制法，實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速隨著環(huán)境溫度的改變而改變。此外，為了方面預(yù)設(shè)溫度的調(diào)整，設(shè)定兩個按鍵來對預(yù)設(shè)溫度進行升高或者降低。該系統(tǒng)運行流程圖如下所示：DS18B20溫度顯示DS18B20溫度顯示獨立鍵盤獨立鍵盤AT89C52AT89C52直流電機PWM直流電機PWM驅(qū)動電路晶振復(fù)位晶振復(fù)位圖1.1系統(tǒng)構(gòu)成框圖1.3方案論證為了提升風(fēng)扇的智能化水平，本產(chǎn)品風(fēng)扇電機能根據(jù)采集的環(huán)境溫度是否達到預(yù)設(shè)溫度，實現(xiàn)風(fēng)扇電機的自發(fā)啟動與停止，這對溫控器件以及溫度傳感器元件的技術(shù)要求較高。1.3.1溫度傳感器的選擇可以選用以下兩種溫度傳感器作為本系統(tǒng)的核心溫度采集元件：A方案：通過熱敏電阻來反映環(huán)境溫度的變化，同時與運算放大器相配合，將熱敏電阻反映的電壓形式的溫度信號通過AD轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字形式的溫度信號，從單片機的輸入端口傳遞溫度信息，進而進行下一系統(tǒng)運轉(zhuǎn)過程。B方案：通過DS18B20元件對環(huán)境溫度信息進行采集，通過AD轉(zhuǎn)換，將其所收集的電壓形式溫度信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號形式的溫度信息，進而輸入系統(tǒng)進行下一步操作。采用A方案選取熱敏電阻作為核心，其優(yōu)點是成本低，熱敏電阻方便安裝等，但其也有缺點，例如當(dāng)溫度產(chǎn)生微小變化時，熱敏電阻的靈敏度低，變化不大，因此對溫度采集過程會產(chǎn)生誤差。同時，熱敏電阻的電阻與溫度之間的特性曲線非線性，這種測量方式具有一定的誤差，但通過在外部添加矯正電路，一定程度上可以降低誤差，但這種操作方式會一定程度上提升系統(tǒng)的設(shè)計難度，而且在環(huán)境溫度產(chǎn)生微小變化時，由于熱敏電阻的靈敏度較低，其阻值變化不明顯，綜合考慮A方案缺乏便捷性以及精準性。采用B方案由于DS18B20型溫度傳感器的精確度高，對采集溫度過程中很大程度上減少了測量誤差，相比于熱敏電阻，其靈敏度高，其內(nèi)部可以直接把電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，減少了電路的復(fù)雜程度。通過單線總技術(shù)，讓系統(tǒng)電路簡單化，并且提升其自動控制水平，提升系統(tǒng)的精簡性與智能性。B方案與系統(tǒng)要求相契合。1.3.2控制核心的選擇本產(chǎn)品中的選取AT89C52單片機作為溫控系統(tǒng)的核心元件，對其輸入對應(yīng)功能的代碼，實現(xiàn)溫度采集與判定，在輸入輸出端口中輸出數(shù)字信號。這一單片機的優(yōu)點包括性能完善、工作耗能小、存儲器容量大等，相比于其它單片機，AT89C52的兼容性較強，購買價格便宜，非常契合系統(tǒng)的運行。1.3.3溫度顯示器件的選擇A方案：通過LED數(shù)碼管獲取數(shù)字信號，進而顯示溫度值。B方案：通過LCD液晶顯示屏，獲取數(shù)字信號溫度信息，進而顯示溫度值。A方案的優(yōu)點是采購價格低，耗能低，所顯示出的溫度即使在黑暗環(huán)境下也清晰可見，所植入的程序易理解，因此這類溫度顯示器得到了推廣，普遍應(yīng)用于人民的日常生活當(dāng)中。由于它是通過動態(tài)掃描的方式來顯示數(shù)字，只要顯示間隔時間大于20MS，數(shù)字信息就能通過人眼采集，因此，設(shè)定適合的閃爍頻率就可使用A方案。B方案的LCD液晶顯示屏相比于LED數(shù)碼管其所顯示出的數(shù)字比較美觀，除此之外還能顯示多元化的字符以及圖案。但相比于LED數(shù)碼管，其采購成本較高，同時，其對應(yīng)功能的代碼程序設(shè)計難度也較高，為了提升便捷性，降低成本，因此A方案比較契合該系統(tǒng)。1.3.4調(diào)速方式的選擇A方案：選取DAC0832元件作為核心元件，采集到的環(huán)境溫度輸入此芯片，通過相應(yīng)的模擬信號輸入至晶閘管，控制其α角的變化，進而控制系統(tǒng)的不同功能，實現(xiàn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的自調(diào)節(jié)。B方案：選用脈寬調(diào)節(jié)法（PWM），通過輸入編程代碼實現(xiàn)對輸入脈沖寬度的調(diào)節(jié)，進而調(diào)節(jié)輸出波形，控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)動速度。這種方法一般采取矩形波的脈沖信號，對脈沖寬度的調(diào)節(jié)時嚴格控制其占空比。PWM的占空比反映高電平脈沖在一個完整周期內(nèi)所占的比例，高電平時間持續(xù)越長，電機轉(zhuǎn)速就越高，當(dāng)脈沖沒有低電平時，風(fēng)扇電機達到最大轉(zhuǎn)速2]。下面為三種輸出PWM信號的方法：(1)通過軟件對PWM高改變高低電平的持續(xù)時間。當(dāng)高電平的持續(xù)時間快要結(jié)束時，同時對I/O輸出端口進行取反處理，通過軟件的功能實現(xiàn)對其轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖?，增加延時時間；當(dāng)?shù)碗娖郊磳⒆兂呻娖綍r，重復(fù)上述過程，不斷循環(huán)處理便可輸出PWM信號。這種方法比較契合本系統(tǒng)。(2)通過定時器的使用，與(1)中的控制方法相同，控制脈沖高低電平的持續(xù)時間，但這種方法系統(tǒng)對應(yīng)功能所需代碼的編寫過程難度相對較高。(3)單片機具有自帶的PWM調(diào)節(jié)器。眾多系列的單片機都有這種功能，本設(shè)計中的AT89例外。A方案能夠的性能較好，其靈敏度高，環(huán)境溫度變化時對應(yīng)的風(fēng)扇電機速度變化靈敏，但DAC0832芯片的購買成本高，對本系統(tǒng)的而言其性價比較低。B方案采用軟件系統(tǒng)對風(fēng)扇電機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)，這種方法轉(zhuǎn)變性比較強，相比于硬件系統(tǒng)其成本低，單片的功能的體現(xiàn)不亞于硬件系統(tǒng)，對于比較單一的控制系統(tǒng)而言，B方案比較適合。第二章各單元模塊的硬件設(shè)計本設(shè)計的主要硬件包含：①型號為DS18B20的輸出離散型號的數(shù)字溫度傳感器；②型號為AT89C52的CMOS8位單片機；③5位發(fā)光二極管封裝的數(shù)碼管顯示器④風(fēng)扇直流電動機；⑤型號為ULN2803驅(qū)動器。其他電子元器件包含：①多種不同阻值的電阻器；②多種不同電容量的電容器；③多個晶體振蕩器；④各類電壓源以及電流源；⑤多個按鍵；⑥多個DIP開關(guān)。2.1系統(tǒng)器件簡介2.1.1DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器簡介DS18B20屬于DALLAS公司開發(fā)的一款數(shù)字溫度傳感器產(chǎn)品，該產(chǎn)品性能穩(wěn)定、體積緊湊、功率損耗低、適用范圍廣，能夠采集環(huán)境的溫度信息并以數(shù)字信號的形式進行輸出。若在一些微觀領(lǐng)域使用DS18B20進行溫度的測量，則可以充分發(fā)揮它的功能。其工作特性如下：第一，可以對環(huán)境的溫度信息進行捕捉，并將這些信息轉(zhuǎn)化為離散的數(shù)字信號，信號的輸出端僅設(shè)有一條線路，DS18B20在該線路上以串行通信的方式將數(shù)字信號傳輸于中央處理器CPU，在這個過程中，還可以進行循環(huán)冗余效驗，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性以及穩(wěn)定性；第二，以攝氏度為單位，DS18B20的測溫區(qū)間為[-55,125]，在區(qū)間[-10,85]內(nèi)，DS18B20可以控制在0.5攝氏度以內(nèi)的測量誤差；第三，DS18B20溫度分辨率設(shè)有0.5℃9bits、0.25℃10bits、0.125℃11bits、0.0625℃12bits這4個級次，即最高采樣位數(shù)為12bits，顯示溫度的最小變化量為0,0625攝氏度；第四，DS18B20“一線總線”的模式，可以實現(xiàn)使用一條線路與MPU進行半雙工通信；第五，多個DS18B20可以連接于一根接線上，構(gòu)成溫度監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，對環(huán)境溫度進行大范圍的監(jiān)測；第六，DS18B20工作時，以V為單位，其兩段的電壓值區(qū)間為[3.0,5.5][3]。它的內(nèi)部包含4個核心器件：①64bits的只讀存儲器；②用于采集溫度信息的傳感器；③溫度高位與溫度低位的觸發(fā)報警器④寄存器。DS18B20含有引腳（3個），其中DQ端用于輸出數(shù)字信號，GND端用于接地，VDD端用于外接電源的輸入。2.1.2達林頓反向驅(qū)動器ULN2803簡介本文主要對基于單片機的溫控風(fēng)扇進行設(shè)計，電機在需要一定的驅(qū)動電流才能正常工作，因此需引入相應(yīng)的驅(qū)動電路。本設(shè)計選取ULN2803作為電機工作電流的驅(qū)動器。反向驅(qū)動器ULN2803的硬件接口較少，可以簡化系統(tǒng)開發(fā)者的安裝操作流程，并為本系統(tǒng)的風(fēng)扇直流電動機提供充足的工作電流，ULN2803的本質(zhì)為CMOS器件中的接口型集成芯片，1~8腳為輸入端，11~18腳為輸出端，可集中驅(qū)動8路小型直流電機。在本系統(tǒng)中，AT89C52的8個I/O口與ULN2803的8路輸入進行連接，輸入TTL高電平，進而實現(xiàn)對8個相應(yīng)電機的控制。ULN2803的內(nèi)部由8路NPN達林頓管構(gòu)成，并采用合適的形式進行封裝，包含18個管腳，1腳至8腳為輸入端口，可接收TTL電平以及CMOS電平；11腳至18腳為輸出端口，可輸出充足的電壓以及電流；9腳為GND端，用于接地；10腳為供電輸入端口，接正極電源。若在1~8腳中輸入5V的TTL高電平或者輸入6V至15V的CMOS高電平，那么對應(yīng)的11~18腳最高輸出電壓可以達到50V，相應(yīng)的電流可達500mA，以攝氏度為單位，ULN2803可正常運行的溫度限值區(qū)間為[0,70]，本設(shè)計將選取工作電壓為12V的直流電機，因此ULN2803符合該電機的驅(qū)動條件。2.1.3AT89C52單片機簡介AT89C52屬于COMS8位單片機，由制作商愛特梅爾公司推出，是一款性能極佳、工作電壓低的單片機產(chǎn)品。AT89C52的組件使用愛特梅爾的NVM技術(shù)制作，可兼容Intel8051系統(tǒng)，內(nèi)部裝有8bitsCPU、容量為8KB的ROM、容量為256B的RAM。AT89C52功能強大，適用于各種不同系統(tǒng)的開發(fā)，它含有40只管腳，對應(yīng)的功能如下：VCC：作為供電輸入端口，接5V電壓。GND：用于接地端或0線。P0.7~P0.0：P0端共含有八只管腳，從P0.0至P0.7位數(shù)逐漸上升。P0.7~P0.0包含兩種使用情況：①若AT89C52不連接外部存儲器，且確保P0口功能的正常，則需要在P0的引出端中插入一個電阻并輸入高電平，進而實現(xiàn)中央處理器通過P0端與外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換以及信息傳輸?shù)墓δ?。②若AT89C52外部接有存儲器，那么在中央處理器與外部存儲器進行數(shù)據(jù)傳輸時，相應(yīng)引腳會先傳輸外部存儲器的低八位地址信號，再傳輸中央處理器對應(yīng)的讀寫信息[4]。P1.7~P1.0：P1端包含了P1.7~P1.0這8個管腳，屬于插入了上拉電阻的半雙工通信I/O接口，具備一般I/O端的功能，能夠用于傳輸I/O信息，不同之處在于P1端內(nèi)部預(yù)先插入了上拉電阻，因此P1端可直接通路使用。在使用AS語言進行編程時，可以通過P1端對AT89C52的EPROM的低八位地址信息進行輸入。P2.7~P2.0：P2端包含了P2.7~P2.0這8個管腳，屬于插入了上拉電阻的半雙工通信I/O接口，具備一般I/O端的功能，傳送用戶的輸入/輸出數(shù)據(jù)，此外，P2還能與P0.7~P0.0管腳的②功能配合使用，實現(xiàn)外接存儲器高八位地址信號的傳輸功能，輸出16位地址信號，進而協(xié)同選取外接存儲器的存儲元集合，不足之處在于，二者配合使用時無法輸出中央處理器對外接存儲器的讀寫信息。對于一些其他不同的51機，P2.7~P2.0腳還能夠與P0.7~P0.0腳協(xié)同使用，輸入單片機內(nèi)部EPROM的高四位地址信號。P3.7~P3.0：P3端包含了P3.7~P3.0這8個管腳，屬于插入了上拉電阻的半雙工通信I/O接口，在對P3端進行寫1操作后，其將輸出高電平。P3端具備一般I/O端口的功能，可以讓CPU與外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)的輸入與輸出，P3口也作為一些特殊功能端口使用，如下所示：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）圖2.1.1AT89C51單片機ALE/：地址鎖存器允許/編程線，在訪問片外存儲器時在ALE/線上輸出高電位脈沖，此時外部存儲器在引腳P0.7~P0.1的地址為低八位地址。該低八位地址是外部存儲器專門用于外部地址的鎖存器。為了上述工序完成后更好地儲存讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，單片機自動進入以ALE/線上輸出頻率為1/6晶振頻率的脈沖序列。：是讀取外部程序存儲器的先通信號，CPU從外部獲取指令時，在一次工作周期中僅僅釋放兩次有效信號。但存在一種特殊情況，那就是讀取外部存儲器相關(guān)數(shù)據(jù)的過程中，不會釋放信號。/VPP：允許訪問片外存儲器/編程電源線。程序存儲器的選取是由電平狀態(tài)決定的，當(dāng)處于高電平狀態(tài)時，只選用片內(nèi)程序存儲器；當(dāng)處于低電平狀態(tài)時，只選用外程序存儲器。在固態(tài)存儲器與動畫編輯器工作過程中，經(jīng)常性地使用12V編輯電壓（VPP）。2.1.4LED數(shù)碼管簡介在本系統(tǒng)中，溫度由五根LED管表示。LED管又名數(shù)碼管，由八段具有發(fā)光功能的二極管組成，根據(jù)外界條件的變化，這八段具有發(fā)光功能的二極管可以組成成千上萬種不同的組合。如下圖2.1.2所示，其中標有字母a-g的二極管根據(jù)不同的發(fā)光組合可以用來表示數(shù)字0-9或字母A-F；標有dp的二極管則表示小數(shù)點。一般而言，LED管結(jié)構(gòu)主要分為兩類：①共陰極結(jié)構(gòu)；②共陽極結(jié)構(gòu)；其具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖如圖2.1.2（a）、（b）所示。兩種結(jié)構(gòu)不同的地方在于這八段二極管終端接連的差異，通過觀察和分析兩者的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖可以得出，共陽極結(jié)構(gòu)中，八段二極管與陽極相連接；共陰極結(jié)構(gòu)中，八段二極管與陰極相連接。控制電平的高低狀態(tài)可以使得二極管按照預(yù)先設(shè)定的組合發(fā)光，以此表示具體的數(shù)字組合或者字母組合，最終形成一段字形碼，又稱為段選碼[5]。b.共陽極a.共陰極b.共陽極a.共陰極數(shù)碼管引腳分配圖圖2.1.2七段LED數(shù)碼管表2.1.17段LED的段選碼表顯示字符共陰極段碼共陽極段碼顯示字符共陰極段碼共陽極段碼03fHC0H87fH80H106HF9H96fH90H25bHA4HA77H88H34fHB0HB7fH83H466H99HC39HC6H56dH92HD3fHA1H67dH82HE79H86H707HF8HF71H8EH在采用共陰極結(jié)構(gòu)的單片機中，給“a、b、c”三個二極管輸入高電平時，即這三個二極管同時發(fā)光時就會顯示數(shù)字“7”。其具體操作為在P0輸入端輸入段選碼07（H），即00000111就可以顯示數(shù)字“7”。其他數(shù)字與段選碼的相互關(guān)系如上表2.1.1所示。2.2各部分電路設(shè)計2.2.1開關(guān)復(fù)位與晶振電路復(fù)位不僅在單片機中發(fā)揮著非常重要的作用，還在外部組成結(jié)構(gòu)之一的I/O接口電路中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。因此，需要設(shè)計一個具有復(fù)位功能的開關(guān)，除此之外，該開關(guān)還需同步單片機系統(tǒng)和外部I/O接口電路，以此簡化整個操作過程。另外，借助XTAL1和XTAL2引腳有利于確保石英晶體以及微調(diào)電容接觸狀態(tài)良好。按照以上方法設(shè)計的具有復(fù)位功能的開關(guān)示意圖如圖2.2.1所示。具體功能如下：當(dāng)按觸S1時，單片機系統(tǒng)進行復(fù)位，此時電容C1、C2、C3以及電阻R2、R3都參與了整個復(fù)位過程。圖2.2.1系統(tǒng)復(fù)位與晶振電路2.2.2獨立鍵盤連接電路該獨立鍵盤擁有兩個具有特定功能的按鈕，分別為：S2和S3。其中S2和單片機系統(tǒng)的P13接口相接；S3和單片機系統(tǒng)的P14接口相接。當(dāng)單片機系統(tǒng)通電并按下S2、S3任一按鈕之后，P1處會顯示實時的電平狀態(tài)。此時可以通過按觸兩個按鈕調(diào)節(jié)初始溫度大小，S2按鈕為減按鈕，S3為加按鈕，每一次按觸的變化值都是單位1，按觸后系統(tǒng)會計算出最終的初始溫度值。其接線圖如下：圖2.2.2獨立鍵盤連接電路2.2.3數(shù)碼管顯示電路 本設(shè)計制作中選用5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2.2.3所示。該5位共陰極數(shù)碼管按順序可分為DS1、DS2、DS3、DS4以及DS5。其中DS1～3作為前3位共陰極數(shù)碼管，其主要負責(zé)測量溫度的工作。一般而言，其能測量的溫度范圍在0℃至100℃之間，另外，在該測量范圍內(nèi)，其最終測量的溫度精準度控制在±0.1℃。除此之外，初始溫度值由后2位數(shù)碼管DS4、DS5顯示，而且改2位數(shù)碼管有且僅有顯示溫度初始值得功能，其可顯示的初始溫度值區(qū)間為[0，99]。其各線路的銜接如下圖2.2.3所示。通過觀察下圖，可以發(fā)現(xiàn)5位數(shù)碼管借助a-g以及dp線與單片機相連接，其接口也是按照字母順序?qū)訂纹瑱C的P00-P07接口。除此之外，還需要給單片機P0接口處添加一個電阻為10K的電阻R，有利于精準地控制電平狀態(tài)。圖2.2.3數(shù)碼管顯示電路2.2.4溫度采集電路內(nèi)部計數(shù)時鐘周期是DS18B20溫度轉(zhuǎn)換器的技術(shù)核心，當(dāng)內(nèi)部計數(shù)時鐘周期正常運作時，DS18B20溫度轉(zhuǎn)換器才具有測量溫度的功能。高溫系數(shù)振蕩器發(fā)出的門周期是后續(xù)計算低溫系數(shù)振蕩器時鐘信號一個重要參數(shù)。此外，以-55℃作為一個權(quán)屆值，然后預(yù)先設(shè)定相關(guān)數(shù)值與-55℃相對應(yīng)，再以該權(quán)屆值為界限，若當(dāng)計數(shù)器輸出結(jié)果為0時，高溫系數(shù)振蕩器還處于震蕩狀態(tài)，則表明此次測量的溫度大于-55℃，此時原先存在在顯示屏的溫度值就會加1℃。重復(fù)以上過程直至高溫系數(shù)震蕩器停止震蕩，該時顯示屏顯示的數(shù)值為溫度的測量值。除此之外，該數(shù)值會被換算為16位二進制的表示形式儲存在內(nèi)部存儲器。當(dāng)需要讀取溫度測量值時只需要向系統(tǒng)輸入相關(guān)指令[6]。單片機有利于DS18B20溫度轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)其測量溫度的功能。因此，在實際使用情況中，往往將DS18B20溫度轉(zhuǎn)換器的信號線與單片機的I/O線相連接。除此之外，單片機的I/O接口還可以同時與多個DS18B20溫度轉(zhuǎn)換器相連接，提高單片機的使用效率，有利于測量多點溫度值[7]。其具體連接模式如下圖2.2.4所示：圖2.2.4溫度采集電路2.2.5風(fēng)扇電機驅(qū)動與調(diào)速電路本系統(tǒng)由AT89C52通過I/O端進行PWM脈沖的輸出，再使用ULN2803將輸出的電流電壓參數(shù)放大至適宜的值，ULN2083與電機鏈接并發(fā)揮驅(qū)動作用，最終使工作電壓為12V的直流電機正常運作并實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的調(diào)控功能。通過PC機的如鍵盤等終端設(shè)備進行目標環(huán)境溫度值的設(shè)定，并使用51機相關(guān)軟件將目標溫度控制值轉(zhuǎn)化為AT89C52的操作指令，進而使AT89C52的1.7引腳輸出用于調(diào)控電機轉(zhuǎn)速的PWM脈沖，該脈沖在其電流電壓參數(shù)由ULN2803放大后可用于對電機的控制電路進行驅(qū)動，通過這些流程后最終可實現(xiàn)風(fēng)扇電機的啟動、關(guān)停以及工作頻率的自動化調(diào)控功能[8]。若外界的溫度值上升，那么風(fēng)扇的工作頻率也將上升，隨之轉(zhuǎn)速上升；若外界的溫度值降低，那么風(fēng)扇的工作頻率也將下降，隨之轉(zhuǎn)速降低；若外界溫度低于目標溫度值，那么風(fēng)扇將停止運作；若外界溫度高于目標溫度值，那么風(fēng)扇將重新運行，進而實現(xiàn)風(fēng)扇電機轉(zhuǎn)速根據(jù)環(huán)境溫度的自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能。電機的驅(qū)動與控制電路見圖2.2.5，從該圖中可以清晰地看到VCC輸入+12V直流電壓至MOTOR-DC，同時MOTOR-DC與ULN2803的輸出端OUT7管腳連接；ULN2803的輸入端IN7管腳與AT89C52的TXD引腳相接，同時GND腳接地，COM口接+12V的VCC輸入電壓，此時AT89C52的TXD腳將輸出PWM脈沖，通過ULN2803的放大作用實現(xiàn)對MOTOR-DC的啟動、關(guān)停以及工作頻率的調(diào)控功能。圖2.2.5風(fēng)扇電機驅(qū)動與調(diào)速電本設(shè)計選取了工作電壓為12V的直流電機，若ULN28031的1~8腳輸入5V的TTL高電平或者輸入6V至15V的CMOS高電平，那么對應(yīng)的11~18腳最高輸出電壓可以達到50V，相應(yīng)的電流可達500mA，以攝氏度為單位，ULN2803可正常運行的溫度限值區(qū)間為[0,70]。因為本設(shè)計采用了51系列單片機AT89C52，其I/O端輸出TTL高電平，滿足ULN2803的使用要求，所以能夠選取ULN2803作為電機的驅(qū)動器件。第三章軟件設(shè)計3.1程序設(shè)置主程序、DS18B20初始化功能、DS18B20溫度轉(zhuǎn)換功能、溫度讀取功能、鍵盤掃描功能、數(shù)碼管指示功能、溫度功能和風(fēng)扇發(fā)動機控制功能等均可使用和應(yīng)用，旨在控制電風(fēng)扇的相關(guān)指標。一般情況下，DS18B20程序恢復(fù)初始狀態(tài)可以由DS18B20初始函數(shù)控制；外界環(huán)境溫度可以通過DS18B20溫度轉(zhuǎn)換功能進行實時監(jiān)測和記錄；溫度讀取功能的功能則是將溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)收集和記錄的數(shù)據(jù)進行讀取并將這些數(shù)據(jù)進行換算傳輸至主機中；鍵盤掃面功能的功能需要通過完成設(shè)定溫度的原始數(shù)值進行加減設(shè)定來完成；對于檢測、收集、記錄的相關(guān)溫度的數(shù)據(jù)進行處理則離不開溫度處理功能，除此之外電風(fēng)扇發(fā)動機轉(zhuǎn)速的改變也離不開溫度處理函數(shù)的運行；電風(fēng)扇發(fā)動機是否轉(zhuǎn)動以及轉(zhuǎn)讀的高低以外界溫度和設(shè)定的溫度為基礎(chǔ)加以風(fēng)扇電機控制函數(shù)進行控制。如圖3.1.1所示該程序的具體使用方法：調(diào)用鍵盤掃描函數(shù)調(diào)用鍵盤掃描函數(shù)圖3.1.1主程序流程圖3.2用KeilC51編寫程序本系統(tǒng)的編寫程序使用的是由美國KeilSoftware公司開發(fā)的基于系列兼容單片機C語言類的KeilC5151編寫程序，該程序的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在其編程語言簡單靈活，且編寫的函數(shù)模塊可移植性強，因而易學(xué)易用，效率高。隨著時代的發(fā)展，關(guān)于單片機的相關(guān)技術(shù)也在發(fā)生日新月異的變化?，F(xiàn)在的市面上基于單片機的開發(fā)軟件種類和數(shù)量日益增多，同時為了提高編寫得到的程序的安全性，單片機的開發(fā)技術(shù)也由原有編程語言轉(zhuǎn)向高級的編程語言。在此基礎(chǔ)上，Keil軟件脫穎而出，其是目前使用人數(shù)最多、涉及面最廣的基于MCS-51系列的單片機開發(fā)軟件。KeilC51軟件之所以在眾多單片機軟件中脫穎而出，因為該軟件具有眾多的優(yōu)勢，其中最主要的優(yōu)勢由以下兩方面：一是KeilC51軟件的數(shù)據(jù)庫龐大且豐富，能夠大大縮短編程人員的使用時間，同時可以簡化使用流程；二是KeilC51軟件集開發(fā)、集成、調(diào)試于一體，當(dāng)程序編寫完成之后可以直接進行調(diào)試縮短時間。KeilC51軟件具有的這兩點優(yōu)勢足以使其在開發(fā)大型軟件時具有顯著優(yōu)勢從而在眾多開發(fā)軟件中脫穎而出。使用Keil軟件的流程是：軟件使用界面如圖所示3.2.1。圖3.2.1KeilC51軟件的使用界面3.3采用Proteus進行仿真3.3.1Proteus簡介Proteus軟件是由英國Labcenter公司研發(fā)出品的一款EDA的工具軟件。此軟件已在市場上存在了十幾年，他的用戶覆蓋面廣，幾乎全球都有它的用戶，且受到全球各地用戶的喜歡。Proteus軟件和其他EDA工具軟件相比，除了具有原始設(shè)計、藝術(shù)布線和電路模擬功能外，還具有優(yōu)于其他EDA工具軟件的部分便是改軟件的電路模擬功能還可以進行互動，更甚于用戶根據(jù)電路模擬功能對程序進行實時監(jiān)測，監(jiān)測的結(jié)果可以用于驗證程序設(shè)計的準確與否，本程序的代碼、原理圖連接和元件功能也將兼容系統(tǒng)配置的各種工具。除此之外，此款軟件還可以用于促使其他儀器設(shè)備進行顯示和輸出數(shù)據(jù)，如示波器、邏輯分析儀等，效果非常好。Proteus軟件由智能原理圖設(shè)計、完善的電路仿真功能、獨特的單片機協(xié)同仿真功能以及實用的PCB設(shè)計平臺四個功能模塊組成，而Proteus軟件的優(yōu)勢也十分顯著，主要由以下兩點：一是大量的元件存在于該軟件的內(nèi)部元件庫中，用以對已安裝的總線和智能連接功能給予支持；二是該軟件也可以支持對CPU（如ARM、8051/52、AVR）及其通用外設(shè)模型的實時仿真。這些優(yōu)點有助于單片機的開發(fā)和應(yīng)用。當(dāng)Proteus軟件被使用時，其主界面如圖3.3.1所示。圖3.3.1Proteus使用界面3.3.2本設(shè)計基于Proteus的仿真仿真部分的操作十分簡單，具體操作如下：設(shè)置DS18B20溫度傳感器的溫度為26.4℃，用鍵盤將電風(fēng)扇的設(shè)定溫度設(shè)置為22℃。點擊相應(yīng)的按鈕后程序?qū)㈤_始進行仿真處理。仿真處理一段時間后，顯示的溫度穩(wěn)定后觀察并記錄風(fēng)扇發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，如圖3.3.2所示，此時轉(zhuǎn)速顯示為+14.2r/s。圖圖3.3.2Proteus仿真效果圖一設(shè)置DS18B20溫度傳感器的溫度為28.4℃，用鍵盤將電風(fēng)扇的設(shè)定溫度設(shè)置為22℃。點擊相應(yīng)的按鈕后程序?qū)㈤_始進行仿真處理。仿真處理一段時間后，顯示的溫度穩(wěn)定后觀察并記錄風(fēng)扇發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，如圖3.3.3所示，此時轉(zhuǎn)速顯示為+23.3r/s。圖3.3.3Proteus圖3.3.3Proteus仿真效果圖二設(shè)置DS18B20溫度傳感器的溫度為33.4℃，用鍵盤將電風(fēng)扇的設(shè)定溫度設(shè)置為22℃。點擊相應(yīng)的按鈕后程序?qū)㈤_始進行仿真處理。仿真處理一段時間后，顯示的溫度穩(wěn)定后觀察并記錄風(fēng)扇發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，如圖3.3.4所示，此時轉(zhuǎn)速顯示為+32.0r/s。圖圖3.3.4Proteus仿真效果圖三在溫度傳感器顯示為33.4攝氏度和系統(tǒng)設(shè)定溫度為22攝氏度條件下，用鍵盤將設(shè)定溫度調(diào)整到34攝氏度，此時系統(tǒng)設(shè)定溫度高于溫度傳感器檢測到的溫度，觀察到電扇發(fā)動機的轉(zhuǎn)速開始逐漸變慢，直到最后轉(zhuǎn)速歸0，符合系統(tǒng)所要達到的功能，如圖3.3.5所示。圖圖3.3.5Proteus仿真效果圖四經(jīng)過上述一系列仿真結(jié)果可以得知：當(dāng)系統(tǒng)設(shè)定的溫度一定時，電風(fēng)扇的發(fā)動機會發(fā)生轉(zhuǎn)動，且轉(zhuǎn)速會隨著外界環(huán)境溫度的升高而加快，外界環(huán)境溫度是通過溫度傳感器測定得到的溫度。當(dāng)外界環(huán)境的溫度比設(shè)定的溫度低時風(fēng)扇的發(fā)動機轉(zhuǎn)速逐漸降低直至停止轉(zhuǎn)動，此結(jié)果正是最初設(shè)計該系統(tǒng)時所希望的結(jié)果。該系統(tǒng)僅僅實現(xiàn)了發(fā)動機轉(zhuǎn)速隨著外界環(huán)境的四個等級變化并未實現(xiàn)發(fā)動機的無級調(diào)速，且該系統(tǒng)受溫度的影響而使轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，但是該現(xiàn)象是基于外界環(huán)境溫度變化程度較大的情況下。外界環(huán)境溫度變化程度微小時，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速并不會發(fā)生加快或減慢，這種情況下，只有超過了設(shè)定的某一臨界溫度值時發(fā)動機的轉(zhuǎn)速才會變化。第四章系統(tǒng)調(diào)試4.1軟件調(diào)試4.1.1按鍵顯示部分的調(diào)試首先，按照設(shè)計方案編寫了系統(tǒng)程序：P0端口與數(shù)碼管相連，P1端口與鍵盤接口相接，P2端口用于控制LED位碼，用于控制鍵盤的使用功能和數(shù)碼管的顯示。此種情況下，并未顯示編譯出現(xiàn)錯誤，但在模擬調(diào)試中，數(shù)碼管顯示出現(xiàn)亂碼情況，數(shù)碼管上顯示的設(shè)定溫度也不正確，通過按鍵調(diào)節(jié)設(shè)定溫度時顯示器上的溫度并沒有發(fā)生任何的變化。通過對每一個部件進行查找和分析原因所在之處，發(fā)現(xiàn)鍵盤程序存在一定的問題，即鍵盤掃描程序并沒有安裝相應(yīng)部件來防止震動現(xiàn)象的出現(xiàn)。這是因為當(dāng)鍵盤中的某個按鍵被按下和松開時，因為慣性的原因按鍵均會出現(xiàn)一定程度的震動，致使單片機對此現(xiàn)象做出錯誤的判斷，導(dǎo)致在通過按鍵來改變設(shè)定溫度時出現(xiàn)故障，甚至某種程度上使其不工作。為了消除此類問題的發(fā)現(xiàn)或者減輕此類問題對儀器的影響則需要增加消除抖動部分在按鍵掃描程序中，即當(dāng)按鍵被釋放時延遲判斷時間增加，其目的是用來確保按鍵是完全按下還是完全釋放。數(shù)碼管不能顯示準確的主要原因是所有數(shù)碼管段碼都是通過P0端口傳輸?shù)?，而?shù)碼管屏幕認可的模式是動態(tài)掃描。然而，該系統(tǒng)程序中現(xiàn)有的寄存器沒辦法存儲顯示段碼，導(dǎo)致P0端口傳輸段碼時產(chǎn)生混淆，無法識別正確的段碼。這就是為什么有必要向系統(tǒng)添加一個連接或設(shè)置程序的段代碼空間的原因。在鍵盤掃描程序中上加入防震程序以加長按鍵的延遲判斷時間，在數(shù)碼管顯示程序中加入可以用于保存段碼的寄存器后，數(shù)碼管顯示并未出現(xiàn)亂碼現(xiàn)象且可以正常顯示，按鍵也可以正常工作且沒有延遲現(xiàn)象發(fā)生，在模擬調(diào)試時取得了很好的效果。4.1.2傳感器DS18B20溫度采集部分調(diào)試由于數(shù)字溫度積分傳感器DS18B20集成度高，給軟件設(shè)計和調(diào)試帶來很大的方便。其體積小、能耗低、精度高，為檢測儀器的精度和穩(wěn)定性提供了支持和可能。軟件使用P3.1端口作為數(shù)字溫度輸入端口，但必須在數(shù)字信號輸入出現(xiàn)之前對其進行處理，因此這里有溫度轉(zhuǎn)換程序，此程序經(jīng)過編程和軟件設(shè)計之后可以實現(xiàn)對外部環(huán)境連續(xù)測溫。但是也存在一定的問題，即由于硬件LED數(shù)量的限制，此處僅顯示部分默認溫度的整數(shù)部分?，F(xiàn)階段市面上的溫度轉(zhuǎn)換程序會將檢測到的外界環(huán)境溫度以10倍的形式在顯示屏上顯示，以解決溫度傳感器只顯示測得的外界環(huán)境的整數(shù)部分而不顯示小數(shù)點后的數(shù)字的問題，然后將其作為三位整數(shù)進行數(shù)字處理，例如將28.5更改為285，使編碼變得更加簡單方便，加快了編程的速度。4.1.3對電動機調(diào)速部分進行調(diào)式在本設(shè)計中，使用了一個達林頓驅(qū)動器ULN2803來驅(qū)動直流發(fā)動機，它可以驅(qū)動八臺發(fā)動機。直流電軟件將端口設(shè)置為P3.1端口以輸出不同形式的PWM波。達林頓驅(qū)動器ULN2803驅(qū)動直流發(fā)動機運行。通過軟件的程序任務(wù)定義，不同形式的PWM波在不同的溫度下輸出，從而通過不同的方式對對電風(fēng)扇的發(fā)動機進行控制。一般情況下，外界環(huán)境溫度高于系統(tǒng)設(shè)定溫度時發(fā)動機會主動開始轉(zhuǎn)動或轉(zhuǎn)速自動增加，反之發(fā)動機不會轉(zhuǎn)動或停止。此外，當(dāng)外部溫度與固定溫度之差較大時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速會較高，因此工作循環(huán)會增加。在該系統(tǒng)中，風(fēng)扇的發(fā)動機轉(zhuǎn)速可以達到四級調(diào)速。將溫度傳感器檢測到的溫度與系統(tǒng)溫度的默認值進行比較，可以實現(xiàn)速度的轉(zhuǎn)換執(zhí)行。當(dāng)檢測到的溫度比默認溫度升高5攝氏度時，風(fēng)扇的發(fā)動機轉(zhuǎn)速升高一個階段。4.2硬件調(diào)試4.2.1按鍵顯示部分的調(diào)試系統(tǒng)的按鍵部分功能如下：（1）按一下P1.3鍵時顯示屏上的最后兩個數(shù)字顯示設(shè)定溫度增加1℃；（2）按一下中間的P1.4鍵，最后兩個LED數(shù)字顯示溫度降低1℃。但當(dāng)按鍵時間過長時，系統(tǒng)設(shè)定的溫度卻不是增加1℃或減少1℃的情況，一般情況下是在呈現(xiàn)先增加后減少的變化特點。經(jīng)調(diào)查分析，造成這種情況的主要原因可能是系統(tǒng)中加入的防震程序設(shè)定出現(xiàn)問題使增加按鍵釋放時延遲判斷時間過長，故在此基礎(chǔ)上有所改變，具體改進方法是適當(dāng)增加按鍵釋放時的相應(yīng)延遲時間，但同時控制時間不宜太久，否則密鑰將無效。系統(tǒng)顯示部分的主要功能如下：環(huán)境溫度包括整數(shù)和小數(shù)兩部分以前三位LED顯示屏上的數(shù)字出現(xiàn)，最后兩位LED數(shù)字顯示按鍵設(shè)置的所需溫度。結(jié)果表明LED顯示屏的顯示效果非常好，可持續(xù)性很強。4.2.2溫度采集部分調(diào)試將DS18B20芯片連接到P3.1端口。通過對應(yīng)系統(tǒng)板右下角的三個端口，特別是VCC、P3.1和GND，芯片可以直接插入此插針上。這一步操作的目的是為了使后續(xù)操作更加簡便。在系統(tǒng)調(diào)試中，為了驗證DS18B20是否能在系統(tǒng)板工作，通過合上手掌或握住芯片進行檢測。如果結(jié)果顯示LED屏幕上的前兩個數(shù)字的溫度迅速上升，則表明DS18B20可以在系統(tǒng)板工作，反之則不能在系統(tǒng)班上工作。因DS18B20有三列，在調(diào)試過程中需要看每一列的對應(yīng)位置是否正確，避免使芯片不能正常工作甚至燒壞如果連接了芯片。4.2.3電動機調(diào)速電路部分調(diào)試電動機調(diào)速電路部分的調(diào)試重點在于調(diào)試相關(guān)軟件的設(shè)計開發(fā)，因為該電路部分外側(cè)的電路主要用于將外界接收的PWM信號放大而驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。一般情況下在P3.1端口設(shè)置在系統(tǒng)軟件，其目的是使電動機轉(zhuǎn)動放大的PWM信號占空比。當(dāng)外部環(huán)境溫度高于系統(tǒng)的設(shè)定溫度時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速會自動增加或開始轉(zhuǎn)動。若系統(tǒng)中的熱源溫度顯著高于外界環(huán)境溫度或測溫芯片DS18B20離熱源距離較近幾乎相接觸時，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速會一直升高且轉(zhuǎn)速會越來越快，當(dāng)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速達其所能達到的最高值時轉(zhuǎn)速將不再升高。當(dāng)熱源距離測溫芯片DS18B20較遠時，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速會逐漸下降，當(dāng)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速達到一個最低臨界值且此時將系統(tǒng)設(shè)定的溫度升高并使設(shè)定溫度高于外部環(huán)境溫度時，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速一直下降直至變?yōu)?。此電路調(diào)試系統(tǒng)中選用的發(fā)動機是額定電壓為12V的直流發(fā)動機，選用的電源是輸出電壓最高值為5V的單片機電源。在調(diào)試過程中，采用原直流發(fā)動機5V進行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)控制效果客觀。4.3系統(tǒng)功能4.3.1系統(tǒng)實現(xiàn)的功能單片機系統(tǒng)可以用來檢測環(huán)境中的溫度變化，直流電機的流量循環(huán)變化可以通過環(huán)境溫度的變化來控制，從而使發(fā)動機產(chǎn)生不同轉(zhuǎn)速。同時，本系統(tǒng)可以根據(jù)鍵盤中的按鈕來調(diào)節(jié)和設(shè)定不同的溫度以增大設(shè)定溫度和外部環(huán)境溫度的差值來控制發(fā)動機的轉(zhuǎn)速。當(dāng)外部環(huán)境溫度高于系統(tǒng)所設(shè)定的溫度時，不同占空比的PWM信號可以通過單片機中的不同輸出端口輸出此信號以達到控制發(fā)動機啟動轉(zhuǎn)動的目的，研究發(fā)現(xiàn)發(fā)動機轉(zhuǎn)速隨著外部環(huán)境溫度與系統(tǒng)設(shè)定溫度的差值變化而變化，一般規(guī)律為差值越大轉(zhuǎn)速越快，反之發(fā)動機停止轉(zhuǎn)動。另外，此系統(tǒng)還具有另外一大優(yōu)勢便是動態(tài)顯示當(dāng)前所處的環(huán)境溫度和設(shè)定溫度，并可以通過鍵盤按鈕設(shè)定當(dāng)前溫度。4.3.2系統(tǒng)功能分析整個系統(tǒng)由按鍵和復(fù)位回路、數(shù)碼管顯示回路、溫度檢測回路和發(fā)動機驅(qū)動回路五部分組成。一是溫度檢測回路也就是整個系統(tǒng)中最重要的部位，其主要的功能是用于準確無誤地測定所處環(huán)境的溫度并將其傳輸給單片機，對環(huán)境溫度及時進行評估以控制發(fā)動機的轉(zhuǎn)速。二是發(fā)動機驅(qū)動回路，此部分采用了達林頓變化驅(qū)動器ULN2803以實現(xiàn)從單片機中輸出的波形不同的PWM轉(zhuǎn)化為不同的平均輸出電壓，以達到更好的控制發(fā)動機的轉(zhuǎn)速；三是數(shù)碼管動態(tài)顯示回路，該部分的主要作用是可以實時顯示所測得的環(huán)境溫度和設(shè)定溫度，鍵盤部位則可以自主調(diào)節(jié)設(shè)定溫度而DS18B20可以測定外部環(huán)境溫度，然后記錄環(huán)境溫度和設(shè)定溫度并將其連續(xù)及時顯示。結(jié)論本系統(tǒng)采用單片機為核心部位，以DS18B20溫度傳感器測定環(huán)境溫度為基礎(chǔ)組合可以具有不同轉(zhuǎn)速的風(fēng)扇發(fā)動機為一個整體，通過測定外界環(huán)境溫度的變化來加快或減慢發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，并實現(xiàn)在一定的溫度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速的連續(xù)調(diào)節(jié)。LED數(shù)碼管可以顯示周圍環(huán)境溫度，并可以通過鍵盤上的兩個獨立按鍵實現(xiàn)維持和穩(wěn)定數(shù)碼管不同設(shè)定溫度的調(diào)整，這意味著數(shù)碼管的溫度是固定在不同的溫度差值水平的。改變環(huán)境的溫度和設(shè)定溫度之間的差值可以進一步改變發(fā)動機的轉(zhuǎn)速。了解本系統(tǒng)的發(fā)動機轉(zhuǎn)速設(shè)計可以應(yīng)用眾多發(fā)動機的控制系統(tǒng)之中。它可以在日常生活中使用，使智能化風(fēng)扇可以被廣大消費者所使用，為生活提供便利。在工業(yè)化生產(chǎn)中，為了控制發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，可以改變輸入信號的不同類型，降低生產(chǎn)自動化程度和生產(chǎn)壓力及使用成本。該系統(tǒng)的設(shè)計和研究在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中起著重要的作用。參考文獻[1]李學(xué)龍.使用單片機控制的智能遙控電風(fēng)扇控制器[J].電子電路制作,2003,9:13-15.[2]藍厚榮.單片機的PWM控制技術(shù)[J].工業(yè)控制計算機.2010,23(3):97-98.[3]郭天祥.新概念51單片機C語言教程[M].北京:電子工業(yè)出版社.2009,342-344.[4]胡漢才.單片機原理及其接口技術(shù)（第2版）[M].北京:清華大學(xué)出版社.2004,49-77.[5]胡全.51單片機的數(shù)碼管動態(tài)顯示技術(shù)[J].信息技術(shù),2009,13:25-26.[6]李鋼,趙彥峰.1-Wire總線數(shù)字溫度傳感器DSI8B20原理及應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2005,28(21):77-79.[7]馬云峰.單片機與數(shù)字溫度傳感器DS18B20的接口設(shè)計[J].計算機測量與控制,2007,10(4):278-280.[8]王會明,侯加林.智能電風(fēng)扇控制器的研制[J].電子與自動化,1998,5(4):25-26.[9]譚浩強.C程序設(shè)計（第三版）[M]..北京:清華大學(xué)出版社.2005,37—65.[10]孫號.Proteus軟件在設(shè)計電子電路中的應(yīng)用[J].儀表技術(shù),2009,8:74-75.[11]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,2010,23:50.[12]王文海,周歡喜.用Proteus實現(xiàn)51單片機的動態(tài)仿真調(diào)試[J].IT技術(shù),2006,20:10-11.[13]丁建軍,陳定方,周國柱.基于AT89C51的智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)[J].湖北工學(xué)院學(xué)報,2003,18(2):60-63.[14]王會明,侯加林.智能電風(fēng)扇控制器的研制[J].電子與自動化,1998,5(4):25-26.[15]劉進山.基于MCS-51電風(fēng)扇智能調(diào)速器的設(shè)計[J].電子質(zhì)量.2004,10(10):71.[16]YUQihao,CHENGGuodong,NIUFujun.Theapplicationofauto-temperature-controlledventilationembankmentinQinghai--TibetRailway[J].ScienceinChinaSer.DEarthSciences,2004,1(47):168-176.[17]YLai,Y,Wang.Three—dimensionalnonlinearanalysisfortemperaturecharacteristicofventilatedembankmentinpermafrostregions[J].ColdRegionsScienceandTechnology,2004,38(2):165-184.[18]ChengGuodong.Linearityengineeringinpermafrostareas[J].JournalofGlaciologyandGeocryology(inChinese,2001,23(3):213-217.[19]BSchneier．AppliedCrytography:Algorithms,andSourceCodeinC[J].NewYork:JoneWiley&Sons.1994,301-307.[20]Intel:BenjaminJun,PaulKocher.ThelntelRandomNumberGenerator[J].WhitePaperPreparedforlntelCorporation,l999:4-5．附錄1：電路總圖附圖1電路總圖附錄2：程序代碼#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitDQ=P1^7;sbitkey1=P1^3;sbitkey2=P1^4;sbitdianji=P3^1;floatff;uinty3;ucharshi,ge,xiaoshu,sheding=20,gaonum,dinum;ucharcodedispcode[]={//段碼0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};ucharcodetablel[]={//帶小數(shù)點的段碼0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef};uchardispbitcode[]={//位選0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};uchardispbuf[8]={0,0,0,0,0,0,0,0};voidDelay(uintnum)//延時函數(shù){ while(--num);}voiddigitalshow(uchara4,uchara3,uchara2,uchara1,uchara0){ dispbuf[0]=a0; dispbuf[1]=a1; dispbuf[2]=a2; dispbuf[3]=a3; dispbuf[4]=a4; P2=0xff; P0=dispcode[dispbuf[0]]; P2=dispbitcode[5]; Delay(1); P2=0xff; P0=dispcode[dispbuf[1]]; P2=dispbitcode[4]; Delay(1); P2=0xff; P0=dispcode[dispbuf[2]]; P2=dispbitcode[2]; Delay(1); P2=0xff; P0=tablel[dispbuf[3]]; P2=dispbitcode[1]; Delay(1); P2=0xff; P0=dispcode[dispbuf[4]]; P2=dispbitcode[0]; Delay(1);}voiddmsec(uintcount){ uinti; //1ms延時 while(count--) { for(i=0;i<125;i++){} }}voidtmreset(void){ DQ=0; Delay(90); //精確延時大于480us DQ=1; Delay(4); //90，4可以小范圍變化}voidtmpre(void){ while(DQ); while(~DQ); Delay(4);}bittmrbit(void){ uinti; bitdat; DQ=0; i++; //i++;大概1us DQ=1; i++; i++