電子信息科學與技術論文論文

湖 南 科 技 大 學 畢 業(yè) 設 計（ 論 文 ） 題目 具有自檢功能的電扇運行狀態(tài)控制器 作者 金海暉 學院 物理與電子學院 專業(yè) 電子信息科學與技術 學號 0908020124 指導教師 吳伶西 二 13 年 05 月 01 日 湖 南 科 技 大 學 畢業(yè)設計（論文）任務書 院 系（教研室） 系（教研室）主任 : （簽名） 年 月 日 學生姓名 : 學號 : 專業(yè) : 1 設計（論文）題目及專題： 2 學生設計（論文）時間：自 年 月 日開始至 年 月 日止 3 設計（論文）所用資源和參考資料： 4 設計（論文）應完成的主要內容： 5 提交設計（論文）形式（設計說明與圖 紙或論文等）及要求： 6 發(fā)題時間： 年 月 日 指導教師： （簽名） 學 生： （簽名） 湖 南 科 技 大 學 畢業(yè)設計（論文）指導人評語 主要對學生畢業(yè)設計（論文）的工作態(tài)度，研究內容與方法，工作量，文獻應用，創(chuàng)新性，實用性，科學性，文本（圖紙）規(guī)范程度，存在的不足等進行綜合評價 指導人： （簽名） 年 月 日 指導人評定成績： 湖 南 科 技 大 學 畢業(yè)設計（論文）評閱人評語 主要對學生畢業(yè)設計（論文）的文本格式、圖紙規(guī)范程度，工作量，研究內容與方法，實用性與科學性，結論和存在的不足等進行綜合評價 評閱人： （簽 名） 年 月 日 評閱人評定成績： 湖 南 科 技 大 學 畢業(yè)設計（論文）答辯記錄 日期： 學生： 學號： 班級： 題目： 提交畢業(yè)設計（論文） 答辯委員會下列材料： 1 設計（論文）說明書 共 頁 2 設計（論文）圖 紙 共 頁 3 指導人、評閱人評語 共 頁 畢業(yè)設計（論文） 答辯委員會 評語： 主要對學生畢業(yè)設計 （論文） 的研究思路，設計（論文）質量，文本圖紙規(guī)范程度和對設計（論文）的介紹，回答問題情況等進行綜合評價 答辯委員會主任： （簽名） 委員： （簽名） （簽名） （簽名） （簽名） 答辯成績： 總評成績： 摘要 實現(xiàn)自檢功能的電扇運行狀態(tài)控制器，不僅能夠大大地節(jié)約能源，同時還能提高產品的質量，減少器件本身的損耗。因此設計高精度、高穩(wěn)定性的自檢電扇運行狀態(tài)控制器對人們生活有重大的積極意義，本文介紹的自檢功能電扇運行 狀態(tài)控制器的設計方案，其采用AT89S51 單片機為控制核心，通過測量人體所散發(fā)出的紅外線改變風扇的開關從而達到自檢功能的目的。經試驗表明，本設計不僅穩(wěn)定性好，而且紅外線控制精度高，反應快。 關鍵詞 ：智能控制、紅外線、單片機 ABSTRACT Implement self-check function of fan running state controller, not only can greatly save energy, but also can improve the quality of the product, reduce the wastage of the device itself. So the design of high precision, high stability of the self-checking fan operation state controller has great positive significance to peoples life, in this paper, the self-check function electric fan operation state controller design scheme, its USES AT89S51 as the core, by measuring the infrared ray emitted by human to change the fan switch so as to achieve the purpose of self-inspection function. The experiment shows that this design not only has good stability, and infrared ray control precision is high, the reaction is fast. Keywords: intelligent control, infrared, single chip microcomputer 目 錄 第一章 引言 1 第二章 系統(tǒng)主要硬件電路設計 4 2.1 系統(tǒng) 總硬件電路設計 4 2.2 熱釋電紅外傳感器模塊 5 2.2.1 熱釋電紅外傳感器原理簡介 6 2.2.2 熱釋電紅外傳感器應用 7 2.3 鍵盤輸入電路 8 2.4 數碼管顯示電路 9 2.4.1 741s164 簡介 9 2.4.2 共陰極八段數碼管簡介 10 2.4.3 顯示電路設計 11 2.5 發(fā)光二極管電路 12 2.6 繼電器控制電路 13 2.6.1 繼電器簡介 13 2.6.2 繼電器控制電路的設計及工作原理 14 第三章 系統(tǒng)主要軟件設計與實現(xiàn) 15 3.1 整體設計思路介紹 15 3.2 主要部分流程圖 16 3.2.1 主程序流程圖 3.2.2 外部中斷流程圖 3.2.3 定時器 0 中斷流程圖 3.2.4 定時器 1 中斷流程圖 第一章 引言 在當今 21 世紀，空調被廣泛應用，在此背景下，電扇一度被認為是空調產品沖擊下的淘汰品。 其實并非如此，市場人士稱，家用電扇并沒有隨著空調的普及而淡出市場、相反這兩年有所起色?，F(xiàn)在電扇的款式、功能等方面日益求精，并朝著健康、環(huán)保、經濟等方向發(fā)展。 盡管電扇發(fā)展前景不錯 ，但是傳統(tǒng)風扇還是有很多的缺陷與不足有待改善。比如說：人們離開后忘記關風扇，不僅浪費電還容易引發(fā)火災，長時間工作易損壞電器。造成這種現(xiàn)象的主要原因：電扇缺乏對環(huán)境的檢測。如果能對風扇進行改進，增加對環(huán)境檢測這一項，在教室無人的時候就自動關閉。這樣就避免了上述的不足，本次設計就是圍繞這一點來改進電扇的。 第二章 系統(tǒng)主要硬件電路設計 2.1 系統(tǒng) 總硬件電路設計 本設計以 AT89C51 單片機為主體，通過提取熱釋電紅外傳感器檢測到的人體紅外線信息來控制電風扇的開關狀態(tài)。電風扇共有三種狀態(tài)：手動狀態(tài)，定時狀態(tài)，停止狀 態(tài)。手動狀態(tài)可以人為地調節(jié)風扇，定時狀態(tài)即調節(jié)定時時間，并設定是否啟動定時，可以手動退出該狀態(tài)。當熱釋電紅外傳感器感應不到人體的紅外線超過 3 分鐘系統(tǒng)自動進入停止狀態(tài)。數碼管顯示當時的氣溫，當定時啟動時氣溫與定時時間以三秒的速度交替顯示。系統(tǒng)包括輸入、控制、輸出三大部分，如下： 2.2 熱釋電紅外傳感器模塊 2.2.1 熱釋電紅外傳感器原理簡介 熱釋電紅外傳感器通過目標與背景的溫差來探測目標，其工作原理是利用熱釋電效應，即在鈦 酸鋇一類晶體的上、下表面設置電極，在上表面覆以黑色膜，若有紅外線間歇地照射，其表面溫度上升 T，其晶體內部的原子排列將產生變化，引起自發(fā)極化電荷，在上下電極之間產生電壓 U。常用的熱釋電紅外線光敏元件的材料有陶瓷氧化物和壓電晶體，如鈦酸鋇、鉭酸鋰、硫酸三甘肽及鈦鉛酸鉛等。 實質上熱釋電傳感器是對溫度敏感的傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，在元件兩個表面做成電極。在環(huán)境溫度有 T 的變化時，由于有熱釋電效應，在兩個電極上會產生電荷 Q，即在兩電極之間產生一微弱的電壓 V。由于它的輸出阻抗極高，在傳感 器中有一個場效應管進行阻抗變換。熱釋電效應所產生的電荷 Q會被 AT89C51 鍵盤輸入 熱釋電紅外傳感器 數碼管 發(fā)光二極管 蜂鳴器 繼電器 空氣中的離子所結合而消失，即當環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時， T=0，則傳感器無輸出。當人體進入檢測區(qū)，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產生 T，則有 T 輸出；若人體進入檢測區(qū)后不動，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出了。所以這種傳感器也稱為人體運動傳感器。由實驗證明，傳感器不加光學透鏡 (也稱菲涅爾透鏡 )，其檢測距離小于 2m，而加上光學透鏡后，其檢測距離可增加到 10m左右。 原理圖如下： 2.2.2 熱釋電紅外傳感器應用 熱釋電紅外線傳感器有三個端口，如圖 所示：一個接電源、一個接地、一個信號端口，當有人進入其檢測區(qū)域時，信號端口便產生一個電平跳變，并維持數秒鐘，我們就是利用這個跳變來判斷是否有人在這個檢測區(qū)域 。 V C CV c c 1S IG 2GND 3紅外線傳感器 2.3 鍵盤輸入電路 本 設計中用到的按鍵數目不多，所以可以直接用 AT89C51 的通用 IO 端口且選用 AT89C51 的 P1 口作為鍵盤接口。對于按鍵只需一端接地另一端接 P1 口即可。見下圖： 2.4 數碼管顯示電路 2.4.1 741s164 簡介 移位 寄存器 中的數據可以在移位 脈沖 作用下一次逐位右移或左移，數據既可以并行輸入、并行輸出，也可以串行輸入、串行輸出，還可以并行輸入、串行輸出，串行輸入、并行輸出，十分靈活，用途也很廣。 74ls164 是八位串入并出移位寄存器，其工作電壓范圍4.755.25V，大于 2V 的高電平輸入、小于 0.8V 的低電平輸入， clock最高響應頻率為 25MHZ，八位并行輸出可以直接驅動八段數碼管。74ls164的引腳圖及功能圖如下所示： AN1 P 1 . x 2.4.2 共陰極八段數碼管簡介 數碼管 按段數可分為 七段數碼管 和八段數碼管， 按發(fā)光二極管單元連接方式可分為共陽極數碼管和共陰極數碼管。共陰數碼 管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極 (COM)的數碼管，共陰數碼管在應用時應將公共極 COM 接到地線 GND上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮，當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。 2.4.3 顯示電路設計 此顯示電路采用兩位靜態(tài)數碼管顯示，用八位串入并出移位寄存器 74LS164 作為驅動電路，采用共陰極八段數碼管原理圖示意圖如C D E F G B A R O P 下： 從圖中可以看出 兩條 控制線： 1、數據線； 2、移位脈沖線。它只占用很少的 IO 口。 2.5 發(fā)光二極管電路 發(fā)光二極管 （ 英語： Light-Emitting Diode，簡稱 LED） 是一種能發(fā)光的 半導體 電子元件。 LED 只能往一個方向導通（通電），叫作 正向偏置 （正向偏壓），當電流流過時，電子與空穴在其內復合而發(fā)出單色光，這叫 電致發(fā)光 效應，而光線的波長、顏色跟其所采用的半導體材料種類與摻入的元素雜質有關。 發(fā)光二極管的 反向擊穿電壓 約 5 伏。它的正向 伏安特性曲線 很陡，使用時 必須串聯(lián)限流 電阻 以控制通過管子的 電流 。限流電阻 R 可用下式計算： R=（ E UF） /IF 由于 AT89C51 的 P0 口是開漏輸出，所以此電路可以設計位如下簡單形式： 2.6 繼電器控制電路 560 LED1VCC2.6.1 繼電器簡介 繼電器（英文名稱： relay）是一種電控制 器件 ，是當輸入量（激勵量）的變化達到規(guī)定要求時，在電氣輸出電路中使被控量發(fā)生預定的階躍變化的一種電器。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動關系。通常應用于自動化的控制 電路 中，它實際上是用小電流去控 制大電流運作的一種 “ 自動開關 ” 。故在電路中起著自動調節(jié)、安全保護、轉換電路等作用。 2.6.2 繼電器控制電路的設計及工作原理 采用晶閘管也可以用于小電流控制大電流電路，但是其控制電路比較復雜，而采用繼電器其控制電路就比較簡單，且具有電氣隔離作用。雖然其響應速度沒有晶閘管快但在低頻情況下采用繼電器控制電路較為方便。其電路圖如下所示： 電路工作原理簡介：當控制端口為低電平時，三極管導通繼電器吸合，常閉觸電斷開，常開觸點閉合。當控制端口為高電平時三極管關斷，繼電器線圈通過二極管放電并斷開， 常閉、常開觸電復位。 第三章 系統(tǒng)主要軟件設計與實現(xiàn) 9 01 2112233665544繼電器 31122C O N 34 00 73.1 整體設計思路介紹 軟件設計整體思路：主程序部分進行一些初始化；外部中斷 0 進行紅外線感應延時時間的重新加載；定時器 0 進行鍵盤的掃描及相關操作；定時器 1進行顯示、以及相關需要延時的操作。在顯示方面，進行了一些改善 -要顯示的值有變化才進行重新刷新，否則不刷新。這樣就大大提高了效率及最終的顯示效果。 3.2 主要部分流程圖 3.2.2 外部中斷流程圖 初始化內部資源 啟動時間和溫度顯示 拉高五個按鍵 啟動定時器 讀取溫 主程序開始 外部中斷開始 紅外線感應延 時重新初始化 3.2.3 定時器 0中斷 流程圖 3.2.4 定時器 1中斷流程圖 定時器 0開始 退出定時器 定時器重新 初始化 鍵盤消抖 定時狀態(tài) N 定時狀態(tài) 鍵盤操作 手動狀態(tài) 鍵盤操作 停止狀態(tài) 鍵盤操作 Y Y Y 手動狀態(tài) N N 停止狀態(tài) 定時器 1 開始 定時器 1 重新初始化 定時狀態(tài) 手動狀態(tài) 停止狀態(tài) N N 顯示時間 顯示時間 Y Y Y 如果有定時則定時倒計時，計時結束關閉電風扇 結束語 附錄 程序清單 /* touwenjian.h */ typedef unsigned char byte； typedef unsigned int word； /以下管腳配置 /顯示部分 sbit DB=P20； sbit CP=P21； /發(fā)光顯示部分 sbit LED_dingshi=P00； sbit LED_shoudong =P01； /鍵盤定義部分 #define wujian 0x3f sbit KEY1=P10 ； /狀態(tài)轉換 /啟動 sbit KEY2=P11 ； /+10 / 1 sbit KEY3=P12 ； /-10 / 2 sbit KEY4=P13 ； / 3 sbit KEY5=P14 ； / 0 確定 /繼電器控制部分 sbit JDQ1=P24； /0 表示開通， 1表示關斷 sbit JDQ2=P25； sbit JDQ3=P26； /蜂鳴器部分 sbit call=P27； /低電平鳴叫 /* 從 1-wire 總線上讀取一個字節(jié)子程序 */ static byte read_byte(void) byte i； byte value = 0； EA=0； for (i=8；i0；i-) value=1； DQ = 0； / pull DQ low to start timeslot DQ = 1； / then return high unsigned char i； for(i=0；i0； i-) / writes byte, one bit at a time DQ = 0； / pull DQ low to start timeslot DQ=0； DQ = val&0x01； /6US delay(5)；/ hold value for remainder of timeslot /74us DQ = 1； val=val1； EA=1； delay(5)； /* Main.c */ #include #includetouwenjian.h /數據區(qū) #define time_default 41 byte dingshi_time=time_default；/存放定時時間 bit flag_dingshi=0； /0 表示沒有定時 word dingshi_jishu3=1000；/1000*60=1 分鐘 / bit flag_dingshi_delay=0；/1 表示有 byte dingshi_delay=100； / #define hwx_delay_const 3 /人體感應延時時間 byte hwx_delay=hwx_delay_const；/用于保存紅外線觸發(fā)延長時間 word hwx_jishu1=0； / byte time_stor=100； /存儲主觀時間 /觸發(fā)顯示 / enum station0dingshi,shoudong,weakstate； /函數說明區(qū) extern byte Real_Tem(void )； extern void delay(word useconds)； void mingjiao(void)； void display(byte input,bit kkl)； void weak_default(void)； /* 主程序 */ void main() /定時器 0 用于鍵盤掃描 TMOD=0x01|TMOD；/定時器 0 的 1 方式 TH0=0xd8；TL0=0xf0； /定時器 0 初始化 10ms 掃描一次 /定時器 1 用于顯示 TMOD=0x10|TMOD；/定時器 1 的 1 方式 TH1=0x15；TL1=0xA0； /定時器 1 初始化 60ms 中斷一次 /外部中斷 TCON=TCON|0x01；/外部中斷 0 都下降沿觸發(fā) /以下為開啟部分 IP=0X01； /兩個定時器同等優(yōu)先級 IE=0x8b； /開啟定時器 0， 1，外部中斷 0 中斷 / while(Real_Tem()=85)； P1=P1|0X7C； /拉高五個鍵盤 time_stor=100； /兩個不可能值 /用于啟動顯示 / TR0=1； /開啟定時器 0 TR1=1； while(1) time=Real_Tem()； /* 定時器 0中斷服務子程序 功能：進行鍵盤處理 說明：鍵盤輸入為 P1.0 到 P1.4 */ void time0(void) interrupt 1 byte jianpan； TH0=0xd8；TL0=0xf0； jianpan = P1 & wujian； if(jianpan != wujian) /如果還有鍵盤值提取鍵盤值 delay(500)；/延時消抖 jianpan = P1 & wujian； if(jianpan=wujian)goto time_out； switch(state) case dingshi: if(KEY1=0)/狀態(tài)轉換時做些相應的處理 state=shoudong； LED_shoudong=0； flag_dingshi_delay=0；dingshi_delay=100； time_stor=100；wendu_stor=100；/觸發(fā) mingjiao()； while(KEY1=0)； else if(KEY2=0)/加分 if(dingshi_time10) dingshi_time-=10； dingshi_delay=100；/ mingjiao()； while(KEY3=0)； else if(KEY4=0)/定時與否 flag_dingshi=flag_dingshi； if(flag_dingshi=1)LED_dingshi=0； else LED_dingshi=1；dingshi_jishu3=1000； dingshi_delay=100；/ / mingjiao()； while(KEY4=0)； else if(KEY5=0) weak_default()； mingjiao()； while(KEY5=0)； break； case shoudong:if(KEY1=0) /狀態(tài)轉換時做些相應的處理 time_out: ； /* 定時器 1中斷服務子程序 功能 : 用于定時 0.060s */ void timer1(void) interrupt 3 TH1=0x15；TL1=0xa0； / /紅外線到記時 EX0=0； if(hwx_jishu10)dingshi_jishu3-； else dingshi_jishu3=1000； if(dingshi_time1)dingshi_time-； elseweak_default()； /5 秒延時 if(flag_dingshi_delay=1) if(dingshi_delay1)dingshi_delay-； else state=shoudong；flag_dingshi_delay=0；dingshi_delay=100； LED_shoudong=0； time_stor=100；wendu_stor=100； / mingjiao()； /顯示 switch(state) case di