基于51單片機的智能風扇控制系統(tǒng)

1、基于51單片機智能風扇控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)摘要：隨著氣溫的逐漸上升，風扇的需求量也逐漸擴大。傳統(tǒng)風扇不能根據外界溫度的變化對風扇轉速快慢進行調整，也不能對風扇的開關與否進行自動控制，這將會損耗大量的電力資源。針對這些問題，開發(fā)設計了智能風扇控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以STC89C51RC單片機最小系統(tǒng)為核心，利用DS18B20溫度采集模塊，LCD1602顯示屏、L298N電機驅動模塊、HC-SR501人體感應模塊、舵機控制模塊、ESP8266WIFI控制模塊組成智能風扇控制系統(tǒng)。當有人進入室內，HC-SR501人體感應模塊會監(jiān)測到有人出現(xiàn)，同時DS18B20溫度采集模塊將采集到的溫度與系統(tǒng)開始設置的閾值

2、做比較，并將采集到的溫度數(shù)據顯示在LCD16-02顯示屏上。當室溫高于所設置的溫度且有人存在的情況下，風扇將會自動吹風；當溫度低于所設置的溫度時風扇仍保持關閉狀態(tài)。該系統(tǒng)采取了三種工作方式，第一種工作方式為按鍵控制，從左至右按鍵功能依次為搖擺、紅外、定溫、定時。第二種工作方式為紅外遙控器控制，在遙控器上按下相應的功能按鍵，即可控制風扇。第三種工作方式為手機終端APP控制，通過手機客戶端實現(xiàn)風扇的自動啟動和停止，旋轉方向，改變風扇的轉速等。關鍵詞：STC89C51RC單片機；智能風扇；人體感應；keilUvision；IntelligentFanControlSystemBasedon51Sin

3、gleChipDesignandImplementationAbstract:Withthegradualriseintemperature,thedemandforfanshasgraduallyexpanded.However,thetraditionalfancannotadjustthespeedofthefanaccordingtothechangeoftheoutsidetemperature,andcannotcontrolthefanswitchautomatically.Inresponsetothisproblem,wewilldevelopintelligentcontr

4、olsystemofthefan.ThesystemisbasedontheminimumsystemoftheSTC89C51RCMCU.TheintelligentfancontrolsystemiscomposedofDS18B20temperatureacquisitionmodule,LCD1602display,L298Nmotordrivemodule,HC-SR501humanbodyinductionmodule,steeringcontrolmoduleandESP8266WIFIcontrolmodule.Whenthepersonenterstheroom,thehum

5、anbodyinfraredsensormodulewilldetectpeople,whiletheDS18B20temperatureacquisitionmodulewillcollectthetemperatureandthesystembeginstosetthethresholdtocompare,andthecollectedtemperaturedataisdisplayedontheLCD1602display.Whentheroomtemperatureishigherthanthesettemperatureandsomeoneexists,thefanwillautom

6、aticallyblow;whenthetemperatureislowerthanthesettemperature,thefanwillstillturnoff.Thesystemtakesthreekindsofwork,thefirstworkforthekeycontrol,fromlefttorightbuttonfunctioninorderofswing,infrared,fixedtemperatureandtiming.Thesecondmodeofoperationfortheinfraredremotecontrol,pressthecorrespondingfunct

7、ionbuttonontheremotecontrol,youcancontrolthefan.ThethirdtypeofworkforthemobileterminalAPPcontrol,throughthemobileclienttoachieveautomaticfanstartandstop,rotationdirection,changethefanspeedandsoon.Keywords:STC89C51RCSingle-Chip;IntelligentFan;HumanInfraredSensorModule;KeilUvision;II一、論文（設計）正文11緒論L.1.

8、1 系統(tǒng)開發(fā)的背景1.1.2 系統(tǒng)開發(fā)的目的和意義1.1.3 國內外研究現(xiàn)狀2.1.3.1 國內研究現(xiàn)狀2.1.3.2 國外研究現(xiàn)狀2.1.4 主要研究內容3.2系統(tǒng)分析4.2.1 可行性分析4.2.2 系統(tǒng)需求分析5.2.2.1 功能需求分析5.2.2.2 性能需求分析6.2.2.3 系統(tǒng)實現(xiàn)方式7.3系統(tǒng)硬件設計9.3.1 系統(tǒng)概述9.3.2 單片機最小系統(tǒng)電路9.3.2.1 STC89C51RC單片機簡介9.3.2.2 STC89C51RC單片機常用寄存器1.03.3 LCD1602顯示屏模塊1.13.4 DS18B20溫度傳感器模塊1.23.4.1 DS18B20溫度傳感器的特性123

9、.4.2 DS18B20溫度傳感器的電路實現(xiàn)133.5 紅外遙控模塊.133.6 HC-SR501人體感應模塊1.43.6.1 HC-SR501人體感應模塊工作原理143.6.2 HC-SR501人體感應模塊特性143.6.3 HC-SR501人體感應模塊的電路實現(xiàn)153.7 舵機控制模塊163.7.1 舵機的特性163.7.2 舵機控制模塊工作原理1.73.8 ESP8266WIFI控制模塊173.8.1 ESP8266WIFI控制模塊特性1.83.8.2 ESP8266WIFI控制模塊AT指令1.83.9 系統(tǒng)其它電路213.9.1 復位電路213.9.2 晶振電路223.9.3 開關電路

10、223.9.4 按鍵電路233.9.5 DS1302時鐘芯片電路233.9.6 L298N電機當區(qū)動電路244系統(tǒng)軟件設計254.1 程序語言及開發(fā)環(huán)境254.2 主程序254.3 LCD1602顯示屏控制程序264.4 DS18B20溫度監(jiān)測控制程序274.5 紅外遙控控制程序294.6 HC-SR501人體感應控制程序304.7 舵機控制程序314.8 ESP8266WIFI控制程序325系統(tǒng)功能實現(xiàn)與測試345.1 系統(tǒng)顯示界面與實物圖.345.2 LCD1602顯示屏的測試345.3 DS18B20溫度傳感器的測試355.4 紅外遙控器的測試355.5 HC-SR501人體感應的測試3

11、65.6 舵機控制測試375.7 ESP8266WIFI測試386總結39參考文獻40謝辭41二、附錄42寶雞文理學院本科畢業(yè)設計開題報告錯誤！未定義書簽。寶雞文理學院本科畢業(yè)設計結題報告43寶雞文理學院本科畢業(yè)設計答辯評分表44寶雞文理學院本科畢業(yè)設計答辯過程記錄451緒論1.1 系統(tǒng)開發(fā)的背景在我國，電風扇是80年代開始興起的一種小型的家用電器，開始時功能單一，而且耗電量大。隨著技術的不斷更新，功能更加強大，更加趨于人性化。作為一種老式的家電，電風扇具有價格便宜，擺放方便，體積輕巧等特點。由于大部分家庭消費水平的限制，電風扇作為一個成熟的家電行業(yè)的一員，尤其在中小城市以及鄉(xiāng)村將來一段時間內

12、仍然會占有市場大部分份額。面臨龐大的市場需求，提高電風扇的市場競爭力，使之在技術含量上有所提高，是現(xiàn)在面臨的主要問題。目前，國內市場雖然上出現(xiàn)了一些機械定時風扇，能夠控制風扇在工作一定時間后關閉，但定時范圍有限，且無法對溫度變化靈活處理。其次，傳統(tǒng)風扇不能根據外界溫度的變化對風扇轉速快慢進行調整，也不能對風扇的開關與否進行自動控制。尤其對于晝夜溫差相對較大的地區(qū)，在使用風扇時常常會遇到這樣的問題：當凌晨氣溫已經下降，不再需要風扇進行降溫。可是，當人們已經熟睡而無法察覺此時需要關閉風扇。這時候，對于一些體質較弱的人就會面臨感冒的分險。這樣一來，不僅對身體造成一定的影響，同時也浪費了一些不必要的電

13、力資源。針對傳統(tǒng)風扇存在的缺陷，開發(fā)設計了智能風扇控制系統(tǒng)以解決這些問題。1.2 系統(tǒng)開發(fā)的目的和意義該系統(tǒng)開發(fā)的目的在于解決傳統(tǒng)風扇耗電量大以及使用當中存在安全隱患，從而提高人們的生活質量，節(jié)約電力資源。該系統(tǒng)在傳統(tǒng)風扇的基礎上開發(fā)設計出了一些創(chuàng)新功能。例如，采用溫度傳感器實現(xiàn)了風扇自動監(jiān)測室內溫度，當監(jiān)測到的溫度大于系統(tǒng)設置閾值時，風扇將開啟；當監(jiān)測到的溫度小于系統(tǒng)設置閾值時，風扇將保持關閉狀態(tài)。采用人體感應模塊實現(xiàn)了無人時風扇自動關閉，有人時風扇自動開啟。該系統(tǒng)采用按鍵、紅外遙控、手機終端控制三種操作方式，用戶可任意選擇一種方式進行相應的操作，從而為用戶提供了方便、快捷。該智能風扇克服了

14、傳統(tǒng)風扇的缺點，具有很好的穩(wěn)定性，精確的溫度控制，低功耗，低成本等優(yōu)點。隨著我國電子技術的發(fā)展，該智能風扇將會走進千千萬萬普通人的家里，為廣大人民帶來生活上的便捷。1.3 國內外研究現(xiàn)狀1.3.1 國內研究現(xiàn)狀隨著我國電子行業(yè)的不斷發(fā)展，家用電器已經走進了千千萬萬普通人的家中。在改革初期，平均100個家庭當中或許才有1個家庭擁有一兩件家用電器。這對于當時的中國家庭來說已經是非常奢侈的消費品川。與現(xiàn)在相比，無論是從風扇的體積規(guī)模還是功耗性能方面與現(xiàn)在相比都有著天壤之別。如果將風扇整晚開啟，耗費的電量是現(xiàn)在的十幾倍。所以，在風扇行業(yè)發(fā)展的初期，市場還面臨著很大的技術缺陷。隨著改革的深入，市場經濟也

15、逐漸發(fā)展起來，風扇行業(yè)也開始了技術方面的更新。比如，將以前體積龐大的風扇改裝為體積輕巧，外形美觀的風扇，在功耗方面也做了很大的技術改良。如今，隨著生活水平的上升，人們對風扇的需求不止停留在技術方面，風扇的創(chuàng)新性、節(jié)能性、便捷性等也都是人們在選購風扇時考慮的重要因素。同時，輕巧靚麗的外觀也是人們追求的一大目標。目前，風扇行業(yè)的工業(yè)技術也趨于成熟。今后，智能風扇將會完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的風扇，給人們帶來方便、快捷、舒適的生活。1.3.2 國外研究現(xiàn)狀國外在風扇行業(yè)的研究遠遠不如我國積極，但是不得不說在智能電器方面的研究早已走在我國前列。智能化電器采用微處理器及可編程器件，具有良好的現(xiàn)場保護和現(xiàn)場恢復功能。

16、智能化電器包含三個方面，智能化的電器元件如智能化斷電路、智能化接觸器和智能化供配電系統(tǒng)。智能化電器在智能家居領域占據著十分重要的作用。在國外，風扇的自動無極調速已經有了一定的成效，可以使風扇根據環(huán)境溫度的變化進行自動調速。當溫度低于正常溫度時，風扇將不會工作。當溫度高于正常溫度時，風扇將自動開始工作。除此之外，國外一些家庭采用家庭智能化系統(tǒng)，已經步入了智能家居時代。通過網絡，實現(xiàn)家居的遠程遙控等便捷操作。美的公司推出的安全無葉風扇采用智能遙控的方式，可在8m的范圍內隨意控制2。這款風扇最重要的是采用超靜音隔離效果，克服了傳統(tǒng)風扇噪音大的缺點。同時，采用無葉技術也便于清洗，更加安全。智能風扇現(xiàn)也

17、逐漸開始普及，但是在風扇的功能以及性價比方面仍然有著很大的發(fā)展空間。相信隨著電子技術的發(fā)展，智能風扇將會為人們帶來意想不到的便利。1.4 主要研究內容該系統(tǒng)以STC89C51RC單片機為核心，由溫度采集模塊，LCD1602顯示屏、L298N電機驅動模塊、HC-SR501人體感應模塊、舵機控制模塊以及ESP8266WIFI控制模塊構成。通過DS18B20溫度傳感器對環(huán)境溫度進行數(shù)據采集，若采集到的溫度值大于系統(tǒng)設置閾值，風扇將開啟；若采集到的溫度小于系統(tǒng)設置閾值，風扇將關閉。LCD1602顯示屏主要顯示日期，溫度等數(shù)據。L298N電機驅動模塊主要為風扇的轉向提供動力能源。HC-SR501人體感應

18、模塊監(jiān)測是否有人，若有人并且采集到的溫度大于初始溫度值，則風扇轉動；反之，風扇關閉。舵機控制模塊主要功能為控制風扇的轉向。ESP8266WIFI控制模塊用來發(fā)出WIFI信號，通過手機終端連接相應的WIFI信號，實現(xiàn)相應的系統(tǒng)功能。該系統(tǒng)包括如下功能：(a)旋鈕調節(jié)風速，可控制風扇轉向；(b)具有電子表功能，時間可以自行調整，利用電容充電放電，時間可以斷電不停，能保持一到兩天的時間記錄；人體紅外感應功能，無人時風扇將保持關閉狀態(tài)；(d)定時開關功能；(e)具有溫控功能，可通過按鍵等設定最低溫度，低于最低溫度風扇將保持關閉狀態(tài)；可通過紅外遙控器和手機APP無線遙控；(g)USB線直插使用；2系統(tǒng)分

19、析2.1 可行性分析傳統(tǒng)風扇最大的缺點是不能實時根據外界的溫度變化自動調節(jié)風扇的轉速，開關與否等。該智能風扇的開發(fā)將有效解決傳統(tǒng)風扇的不足，真正地實現(xiàn)風扇的運行情況受外界環(huán)境的控制。從而實現(xiàn)了低功耗，高性能的智能風扇，既節(jié)省了大量的電力資源，又減少了不必要的人力消耗。該智能風扇適用于所有家庭，尤其針對老人小孩設計的當室內溫度低于系統(tǒng)設置的閾值時自動關閉這一功能，保護了老人和小孩的身體健康。該智能風扇控制系統(tǒng)的開發(fā)成本低，開發(fā)時間短。既可彌補傳統(tǒng)風扇的不足，又在此基礎上增加了新的創(chuàng)意。如果大量投入生產，將會對人們的生活質量有著較大的提高。所以，該智能風扇將會有很好的發(fā)展空間和前景。該系統(tǒng)主要從技

20、術可行性，經濟可行性，法律可行性這三個方面來分析本次設計確實是切實可行的。技術可行性。該系統(tǒng)以STC89C51RC單片機為核心，由溫度采集模塊，LCD1602顯示屏、L298N電機驅動模塊、HC-SR501人體感應模塊、舵機控制模塊以及ESP8266WIFI控制模塊構成。該系統(tǒng)的編程工具采用keilUvision4和Eclipse,這兩款編程工具在本科期間都有著深入的學習，可靈活掌握。該系統(tǒng)在keilUvision4環(huán)境下采用C語言編程實現(xiàn)STC89C51RC單片機的有關功能，在Eclipse環(huán)境下米用Java語言編程實現(xiàn)手機終端APP的有關功能。這兩種高級語言在編程方面都便于維護，方便對系統(tǒng)

21、進行操作且生成目標代碼質量高，程序執(zhí)行效率Mi。經濟可行性。從經濟方面來看，該系統(tǒng)在經濟方面的投入適當。該系統(tǒng)的開發(fā)成本符合一個小型風扇的成本。具體而言，硬件只需提供一塊STC89C51RC芯片以及溫度傳感器，HC-SR501人體感應模塊以及舵機控制模塊。軟件只需設計出相應的APP程序即可。綜上，所需材料成本和人工費總計不超過100元。所以，該智能風扇的開發(fā)設計可大量投入工業(yè)生產。從法律方面來說，該系統(tǒng)的硬件部分和軟件部分的設計都是由本人單獨完成，本人對該系統(tǒng)所涉及的技術、文檔內容、源程序代碼都具有自主權，因此不用承擔任何法律責任，也不觸犯任何國家法律，并且沒有侵犯任何公司的專利。所以基于51

22、單片機的智能風扇系統(tǒng)在法律方面也是可行的。通過以上分析可知，該系統(tǒng)開發(fā)從上都是技術可行性，經濟可行性，法律可行性可行的。2.2 系統(tǒng)需求分析智能家電一直是控制領域研究的方向，其目的是為了讓人們的生活更加便捷化，電子化，自動化，具有廣闊的應用前景和經濟價值。風扇曾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，家用風扇并沒有隨著空調的普及而淡出市場，最近幾年反而出現(xiàn)了市場銷售復蘇的態(tài)勢。其主要原因有以下兩個：一是風扇和空調的降溫效果不同，空調有強大的制冷功能，可以快速有效地降低環(huán)境溫度，但是風扇更加溫和，更加適合老人婦女兒童等體弱人群。二是風扇有價格優(yōu)勢，價格低廉且相對省電，安裝和

23、使用都簡單易懂。風扇作為夏天生活中的必需品，就現(xiàn)有功能而言，傳統(tǒng)風扇是220V交流電供電，電機轉速分為幾個檔位，通過人為調整電機轉速達到改變風力大小的目的，即每次風力改變，必然有人參與操作。其次，傳統(tǒng)的風扇無法對溫度的變化靈活處理，這樣必定會帶來諸多不便，不足以滿足人們的需求，開發(fā)設計一種真正為人們生活考慮的智能風扇十分必要。智能風扇控制系統(tǒng)的開發(fā)避免了空調對人們身體造成的傷害，同時減少了不必要的電力消耗，具有廣闊的應用前景。該系統(tǒng)的開發(fā)在延用傳統(tǒng)風扇功能的基礎上將從以下幾個方面進行創(chuàng)新：a淘度的實時監(jiān)控b）時間的實時記錄c）人體感應，無人時風扇不工作d）手機終端遠程控制2.2.1 功能需求分

24、析該系統(tǒng)按照功能需求可分為溫度采集模塊，LCD1602顯示屏模塊、L298N電機驅動模塊、HC-SR501人體感應模塊、舵機控制模塊以及ESP8266WIFI控制模塊。a淘度采集功能模塊：選用DS18B20溫度傳感器，該傳感器可以實現(xiàn)從-55C到+125C的測量范圍，并且測量精度高。通過DS18B20溫度傳感器測量所處環(huán)境的溫度，采用LCD1602顯示屏作為輸出端，將測量數(shù)據顯示在LCD1602顯示屏端。b)L298N電機驅動模塊：使用三極管8050構成H橋直流電機驅動電路，該電路對于小功率風扇驅動足夠安全可靠。c)HC-SR501人體感應模塊：人體感應模塊具有體積小，使用方便，工作可靠，監(jiān)測

25、靈敏，感應距離遠等優(yōu)點，從而在各個領域得到廣泛的應用。該系統(tǒng)通過人體紅外感應來監(jiān)測是否有人進入房間，若監(jiān)測有人進入并且室內溫度高于初始設置值，則風扇葉片將會旋轉。否則，風扇將仍然保持關閉狀態(tài)。d)舵機控制模塊：控制電路板接受來自信號線的控制信號，控制電機轉動，電機帶動一系列齒輪組，減速后傳動至輸出舵盤。舵機的輸出軸和位置反饋電位計是相連的，舵盤轉動的同時，帶動位置反饋電位計，電位計將輸出一個電壓信號到控制電路板，進行反饋，然后控制電路板根據所在位置決定電機轉動的方向和速度，從而達到目標停止。e)ESP8266WIFI控制模塊：手機APP智能一鍵遠程操控，風扇風量大小、預約定時、開關機等多種功能

26、同步顯示，可有手機終端操作者全方位自由掌控。2.2.2 性能需求分析根據該系統(tǒng)的性能需求，通過對該系統(tǒng)的適用條件，系統(tǒng)誤差，實現(xiàn)功能等方面進行具體分析：(1)測量范圍-55C一+125C；(2)延時誤差0.14ms；(3)實現(xiàn)電子表功能，時間可以自行調整，并利用電容充放電，時間可以斷電不停，可保持一到兩天的時間記錄；(4)定時開關功能；(5)人體感應功能，無人時風扇將保持關閉狀態(tài)；(6)可通過紅外遙控器和手機APP無線遙控；(7)USB線直插使用；2.2.3 系統(tǒng)實現(xiàn)方式該系統(tǒng)采用軟硬件相結合的實現(xiàn)方式，硬件以STC89C51RC單片機為核心，由溫度采集模塊，LCD1602顯示屏模塊、L298

27、N電機驅動模塊、HC-SR501人體感應模塊、舵機控制模塊以及ESP8266WIFI控制模塊構成。通過DS18B20溫度傳感器對環(huán)境溫度進行數(shù)據采集，若采集到的溫度值大于系統(tǒng)設置閾值，風扇將開啟；若采集到的溫度小于系統(tǒng)設置閾值，風扇將關閉。LCD1602顯示屏主要顯示日期，溫度等數(shù)據。L298N電機驅動模塊主要為風扇的轉向提供動力能源。HC-SR501人體感應模塊監(jiān)測是否有人，若有人并且采集到的溫度大于初始溫度值，則風扇轉動；反之，風扇關閉。舵機控制模塊主要功能為控制風扇的轉向。ESP8266WIFI控制模塊用來發(fā)出WIFI信號，通過手機終端連接相應的WIFI信號，實現(xiàn)相應的系統(tǒng)功能。該系統(tǒng)采

28、用keilUvision4和Eclipse等編程工具。這兩款編程工具生成的目標代碼效率非常之高，容易理解。在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢。KeilUvision4引入靈活的窗口管理系統(tǒng)，使開發(fā)人員能夠使用多臺監(jiān)視器，并提供了視覺上的表面對窗口位置的完全控制的任何地方。新的用戶界面可以更好地利用屏幕空間和更有效地組織多個窗口，提供一個整潔，高效的環(huán)境來開發(fā)應用程序。新版本支持更多最新的ARM芯片,還添加了一些其他新功能。ARM公司發(fā)布最新集成開發(fā)環(huán)境RealViewMDK開發(fā)工具中集成了最新版本的KeilUvision4,其編譯器、調試工具實現(xiàn)與ARM器件的最完美匹配。Ecli

29、pse是一個開放源代碼的、基于Java的可擴展開發(fā)平臺。就其本身而言，它只是一個框架和一組服務，用于通過插件組件構建開發(fā)環(huán)境。幸運的是，Eclipse附帶了一個標準的插件集30Eclipse是著名的跨平臺的自由集成開發(fā)環(huán)境。最初主要用來Java語言開發(fā)，但是目前亦有人通過插件使其作為其他計算機語言比如C+和Python的開發(fā)工具。Eclipse的本身只是一個框架平臺，但是眾多插件的支持使得Eclipse擁有其他功能相對固定的IDE軟件很難具有的靈活性。許多軟件開發(fā)商以Eclipse為框架開發(fā)自己的IDE。盡管Eclipse是使用Java語言開發(fā)的，但它的用途并不限于Java語言；例如，支持諸如

30、C/C+、COBOL和Eiffel等編程語言的插件已經可用，或預計會推出Eclipse框架還可用來作為與軟件開發(fā)無關的其他應用程序類型的基礎，比如一些管理系統(tǒng)。3系統(tǒng)硬件設計3.1 系統(tǒng)概述該系統(tǒng)以STC89C51RC單片機為核心，通過溫度采集模塊，LCD1602顯示屏、L298N電機驅動模塊、HC-SR501人體感應模塊、舵機控制模塊以及ESP8266WIFI控制模塊構成。溫度采集模塊主要將采集到的溫度值與系統(tǒng)設置的初始溫度值進行比較。若采集到的溫度值大于初始溫度值，則風扇將會開啟；若采集到的溫度值小于初始溫度值，風扇將一直保持關閉狀態(tài)。LCD1602顯示屏主要顯示日期，溫度等數(shù)據。L298

31、N電機驅動模塊主要為風扇的轉向提供動力能源。HC-SR501人體感應模塊監(jiān)測是否有人，若有人并且采集到的溫度大于初始溫度值，則風扇轉動；反之，風扇關閉。舵機控制模塊主要功能為控制風扇的轉向。ESP8266WIFI控制模塊用來發(fā)出ESP8266WIFI信號，通過手機終端連接相應的WIFI信號，實現(xiàn)相應的系統(tǒng)功能。系統(tǒng)功能結構圖如圖1所示：圖1系統(tǒng)功能結構圖3.2 單片機最小系統(tǒng)電路3.2.1 STC89C51RC單片機簡介STC89C51RC單片機中包含中央處理器（CPU）、程序存儲器（Flash）、數(shù)據存儲器（SRAM）,定時/計數(shù)器、UART串口、I/O接口、EEPROM、看門狗等模塊。ST

32、C89C51RC單片機幾乎包含了數(shù)據采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上一個片上系統(tǒng)40STC89C51RC單片機有1280字節(jié)的數(shù)據存儲器，其在物理和邏輯上部分為兩個地址空間：內部RAM（256字節(jié)）和內部擴展RAM（1024字節(jié)）。而STC89C51RC單片機內部有512字節(jié)的數(shù)據存儲器5。STC89C51RC單片機的特殊功能寄存器（SFR）是用來對片內各功能模塊進行管理、控制、監(jiān)視的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個特殊功能的RAM區(qū)，STC89C51RC單片機內的特殊功能寄存器（SFR）與內部高128字節(jié)RAM模擬共用相同的地址范圍，者B使用80H-FFH,但特殊功能寄存器（SFR）必

33、須直接尋址指令訪問。STC89C51RC單片機弓I腳如圖2所示：T2/P1.0T2EX/P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTRXD/P3.0TXD/P3.1INT0/P3.2INT1/P3.3T0/P3.4T1/P3.5WR/P3.6RD/P3.7XTAL2XTAL1VSS14023933843753663573483393210PDTP-40311130122913281427152616251724182319222021VCCP0.0AD0P0.1AD1P0.2AD2P0.3AD3P0.4AD4P0.5AD5P0.6AD6P0.7AD7EAALE/PROGPSE

34、NP2.7/A15P2.6/A14P2.5/A13P2.4/A12P2.3/A11P2.2/A10P2.1/A9P2.0/A8圖2STC89C51RC單片機弓I腳圖3.2.2 STC89C51RC單片機常用寄存器（a）程序計數(shù)器（PC）程序計數(shù)器PC在物理上是獨立的，不屬于SFR之列。PC字長16位，是專門用來控制指令執(zhí)行順序的寄存器。單片機上電或復位后，PC=0000H,強制單片機從程序的零單元開始執(zhí)行程序。（b）累加器（ACC）累加器ACC是8051單片機內部最常用的寄存器，也可寫作Ao常用于存放參加算數(shù)或邏輯運算的操作數(shù)及運算結果B寄存器10B寄存器在乘法和除法運算中須與累加器A配合使用

35、。MULAB指令把累加器A和寄存器B中的8位無符號整數(shù)相乘，所彳416位乘積的低字節(jié)存放在A中，高字節(jié)存放在B中。DIVAB指令用B除以A,整數(shù)商存放在A中，余數(shù)存放在B中。寄存器B還可以用作通用暫存寄存器。(d)程序狀態(tài)字(PSW)寄存器CY:志位。進行加法運算時，當最高位即B7位有進位，即執(zhí)行減法運算最高位有借位時，CY為1;反之為00AC:進位輔助位。進行加法運算時，當B3位有進位，或執(zhí)行減法運算B3有借位時，AC為1;反之為0。設置輔助進位標志AC的目的是為了便于BCD碼加法，減法運算的調整。F0:用戶標志位00RS1、RS0:工作寄存器組的選擇位。OV:溢出標志位.F0:用戶標志位1

36、。B1:保留位。P:奇偶標志位。該標志始終體現(xiàn)累加器ACC中1的個數(shù)的奇偶性。如果累加器ACC中1的個數(shù)為奇數(shù)，則P置1;當累加器ACC中的個數(shù)為偶數(shù)(包括0個)時，P位為003.3 LCD1602顯示屏模塊LCD1602顯示屏模塊是提供字母、數(shù)字、符號等顯示的點陣式LCD,現(xiàn)在常用的模塊為16X1,16>2,20X2和40>2行。LCD1602顯示屏可以清楚給用戶和開發(fā)者顯示各種字母和數(shù)字，LCD1602顯示屏占整個開發(fā)系統(tǒng)面積小、顯示內容豐富、對系統(tǒng)能源消耗低。LCD1602顯示屏能夠進行2行16個字符的顯示，有D0-D7,8位數(shù)據總線及三個控制端口RS,R/W,EN,工作電壓

37、為5V,對比度和背光調節(jié)兩個功能字符。它還由很多個點陣字符位組成，例如5X7或5X11等，每個點陣字符位進行一個字符的顯示。每位之間有一個點距的間隔起到了字符間距的作用，每行之間也有間隔起到了行間距的作用，所以不能進行圖形的顯示?？梢詫︼@式屏的亮暗程度進行調節(jié)，用戶可以清楚的看到上面的16個字符。LCD1602顯示屏電路是并行通信的，8跳線，R2為一個電位器，可以調節(jié)11屏幕的亮度。C1和C2為兩個濾波電容，起到濾波的作用，同時也可以起到穩(wěn)定信號的作用。LCD1602顯示屏電路如圖3所示：ZDKD62DOBDDERORJvRv§v單4r12Tdi1987654321|VCC圖3LCD

38、1602顯示屏電路圖3.4 DS18B20溫度傳感器模塊DS18B20數(shù)字溫度傳感器提供9位溫度讀數(shù)，指示器件的溫度。數(shù)據信息經過單線接入口送入DS18B20或從DS18B20送出，因此從中央處理器到DS1-8B20僅需連接一條線。讀、寫和完成溫度變換所需的電源可以由數(shù)據線本身提供，而不需要外部電源。因為每一個DS18B20有唯一的序列號，因此多個DS1-8B20可以存在于同一條單線總線上7。3.4.1 DS18B20溫度傳感器的特性DS18B20溫度傳感器，即“一線器件”，具具有如下幾個獨特的優(yōu)點：(a)DS18B20溫度傳感器測量溫度范圍寬、測量精度高，測量范圍為-55C至+125C。(b

39、)持多點組網功能，多個DS18B20溫度傳感器可以并聯(lián)在唯一的單線上，實現(xiàn)多點測溫。供電方式靈活DS18B20溫度傳感器可以通過內部寄生電路從數(shù)據線上獲取電源。因此，當數(shù)據線上的時序滿足一定的要求時，可以不接外部電源，從而使系統(tǒng)結構更趨簡單，可靠性更高。12(d)測量參數(shù)可配置DS18B20溫度傳感器的測量分辨率可通過程序設定9至12位。(e并總線具有經濟性好，抗干擾能力強，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，使用方便等優(yōu)點，使用戶可輕松地組建傳感器網絡。3.4.2 DS18B20溫度傳感器的電路實現(xiàn)該模塊主要用來測量溫度，中間管腳為輸出管腳。兩端管腳分別用來接地和電源。DS18B20溫度傳感器電路

40、如圖4所示：U3VCCDATANCGNDDTH11VCC21R310KU1P10123P124P135P146P157P168P1710K9RESET10R1RXD/P311TXD/P312INT0/P3VCCK1dC3-+10UFP11圖4DS18B20溫度傳感器電路圖3.5 紅外遙控模塊在光譜中波長自760nm至400m的電磁波稱為紅外線8,它是一種不可見光。目前幾乎所有的視頻和音頻設備都可以通過紅外遙控的方式進行遙控，比如電視機、空調、影碟機等，都可以見到紅外遙控的影子。這種技術應用廣泛，相應的應用器件都十分廉價，因此該系統(tǒng)選用紅外遙控作為智能風扇控制的方式之0該系統(tǒng)中紅外遙控模塊的電路

41、連接方式為紅外遙控管腳與P32管腳相連,P32具有外部中斷功能，若按鍵遙控器相對應的按鍵就會出現(xiàn)一個低電平。紅外遙控電路如圖5所示：13Header3123圖5紅外遙控電路圖3.6 HC-SR501人體感應模塊HC-SR501是基于紅外線技術的自動控制模塊，采用德國原裝進口LHI778探頭設計，靈敏度高，可靠性強，超低電壓工作模式，廣泛應用于各類自動感應電器設備，尤其是干電池供電的自動控制產品。本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好且價格低廉。3.6.1 HC-SR501人體感應模塊工作原理人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會發(fā)出特定波長10M左右的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測

42、人體發(fā)射的10因左右的紅外線而進行工作的。人體發(fā)射的10陽左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強后聚集到紅外感應源上。紅外感應源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經監(jiān)測處理后就能產生報警信號9。3.6.2 HC-SR501人體感應模塊特性HC-SR501人體感應模塊有三個引腳，即電源、地和輸出引腳。經過反復實驗，在一個辦公室中如果有人，但200秒之內都沒有人有動作，導致感應模塊輸出低電平的情況基本不會發(fā)生，所以將延時時間調到最大就可以滿足監(jiān)測要求。同時，將感應距離調節(jié)也到最大。在通電后有一分鐘左右的初始化時間，一分鐘后進入監(jiān)測狀態(tài)。

43、HC-SR501人體感應模塊具有如下特性：(a論自動感應：人進入其感應范圍則輸出高電平，人離開感應范圍則自動延時關閉高電平，輸出低電平。(b)光敏控制：可設置光敏控制，白天或光線強時不感應。光溫度補償(可選擇，出廠時未設)：在夏天當環(huán)境溫度升高至3032C,探測距離稍變短，溫度補償可作一定的性能補償。14兩種觸發(fā)方式：L不可重復，即感應輸出高電平后，延時時間段一結束，輸出將自動從高電平變成低電平；H可重復，默認值為H（跳帽選擇），即感應輸出高電平后，在延時時間段內，如果有人體在其感應范圍活動，具輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時將高電平變?yōu)榈碗娖?。（d）具有感應封鎖時間（默認封鎖時間為2

44、.5S）感應模塊在每一次感應輸出后（高電平變成低電平），可以緊跟著設置一個封鎖時間段，在此時間段內感應器不接受任何感應信號。此功能可以實現(xiàn)“感應輸出時間”和“封鎖時間”兩者的間隔工作，可應用于間隔探測產品；同時此功能可有效抑制負載切換過程中產生的各種干擾。（此時間可設置在零點幾秒到幾十秒鐘）。具體HC-SR501人體感應參數(shù)見表3.1:表3.1HC-SR501人體感應參數(shù)表HC-SR501人體感應模塊工作電壓范圍直流電壓4.5-20V靜態(tài)電流<50微安電平輸出高3.3v低0v觸發(fā)方式L不可重復觸發(fā)/H可重復觸發(fā)延時時間5-200S封鎖時間2.5s3.6.3 HC-SR501人體感應模塊的

45、電路實現(xiàn)若為正常工作只需接通地線和電源線，若監(jiān)測到有人，輸出信號RIR0輸出為1,否則為0o由于人體紅外一般用于控制燈光或報警，所以具有延時功能。只要監(jiān)測到有人，即使人已經離開但是仍然會延時3秒。HC-SR501人體感應模塊硬件電路如圖6所示：Header3123GNDRIROVCC圖6HC-SR501人體感應模塊電路圖153.7 舵機控制模塊舵機也叫伺服電機，最早用于船舶上實現(xiàn)其轉向功能，由于可以通過程序連控制其轉角，因而被廣泛應用智能風扇實現(xiàn)轉向以及機器人各類關節(jié)運動中。舵機由一般是由直流電機、減速齒輪組、傳感器和控制電路組成的一套自動控制系統(tǒng)10。通過發(fā)送信號，指定輸出軸旋轉角度。舵機一

46、般而言都有最大旋轉角度（比如180度）。舵機與普通直流電機的區(qū)別主要是直流電機是一圈圈轉動的，舵機只能在一定角度內轉動，不能一圈圈轉（數(shù)字舵機可以在舵機模式和電機模式中切換）。普通直流電機無法反饋轉動的角度信息，而舵機可以。舵機與普通直流電機的用途也不同，普通直流電機一般是整圈轉動做動力用，舵機是控制某物體轉動一定角度用（比如風扇的轉向）。舵機的控制一般需要一個20ms左右的時基脈沖，該脈沖的高電平部分一般為0.5ms-2.5ms范圍內的角度控制脈沖部分，總間隔為2ms。以180度角度伺服為例，那么對應的舵機時間與角度的控制關系見表3.2:表3.2舵機時間與角度的控制關系表時間（ms）角度0.

47、501.0451.5902.01352.51801.1.1 舵機的特性假設現(xiàn)在舵機穩(wěn)定在A點，這時候CPU發(fā)出一個PWM信號，舵機全速由A點轉向B點，在這個過程中需要一段時間，舵機才能運動到B點。假設舵機的彳持時間為Tw,當Tw二zT時，舵機能夠到達目標，并有剩余時間；當TwWZXT時，舵機不能到達目標；理論上：當Tw=zT時，系統(tǒng)最連貫，而且舵機運動的最快。實際過程中w不盡相同，連貫運動時的極限T比較難以計算出來。假如我16們的舵機1DIV=8us,當PWM信號以最小變化量即（1DIV=8依次變化時，舵機的分辨率最高，但是速度會減慢1101.1.2 舵機控制模塊工作原理采用單片機的兩個定時器

48、用來控制舵機，單片機系統(tǒng)實現(xiàn)對舵機輸出轉角的控制，必須首先完成兩個任務：首先是產生基本的PWM周期信號，本設計是產生20ms的周期信號；其次是脈寬的調整，即單片機模擬PWM信號的輸出，并且調整占空比。舵機控制模塊電路如圖7所示：Header2123GNDVCC圖7舵機控制模塊電路圖3.8 ESP8266WIFI控制模塊ESP8266WIFI控制模塊是一款超低功耗的UART-WIFI透傳模塊，擁有業(yè)內極富競爭力的封裝尺寸和超低能耗技術，專為移動設備和物聯(lián)網應用設計，可將用戶的物理設備連接到無線網絡上，進行互聯(lián)網或局域網通信，實現(xiàn)聯(lián)網功能。ESP8266WIFI控制模塊封裝方式多樣，天線可支持板載

49、PCB天線，IPEX接口和郵票孔接口三種形式。ESP8266WIFI控制模塊可以實現(xiàn)的主要功能包括：串口透明傳輸，PWM調控，GPIO控制12。其中，用口透傳主要負責數(shù)據傳輸，最大的傳輸速率為可達到460800bpsPWM調控主要負責燈光調節(jié)，三色LED調節(jié)，電機調速等。GPIO控制用來控制開關，繼電器等。ESP8266WIFI控制模塊支持三種天線接口形式：板載PCB天線、IPEX接口和郵票孔接口，板載PCB天線和IPEX接口天線客戶可直接使用，無需添加任何匹配電路。如果客戶需要在大板上設計天線部分，可使用ESP8266郵票孔天線接口，這種設計時大板需要預留匹配電路13。ESP8266ESP8

50、266WIFI控制模塊可廣泛應用于串口CH340轉WI-FI;工業(yè)透明傳輸DTU;WI-FI遠程監(jiān)控、控制；玩具領域；LED控制；消防、安防智能一體化管理；智能卡終端，無線POS機，WI-FI攝像頭，手持設備等眾多領域。17WIFI控制模塊電路如圖8所示:GNDHeader4X2AR2圖8ESP8266WIFI控制模塊電路圖3.8.1 ESP8266WIFI控制模塊特性ESP8266WIFI硬件接口豐富，可支持UART,IIC,PWM,GPIO,ADC等,適用于各種物聯(lián)網應用場合。ESP8266WIFI控制模塊具有如下特性：(a)支持無線802.11b/g/n標準(b)支持STA/AP/STA

51、+AP三種工作模式(c)內置TCP/IP協(xié)議棧，支持多路TCPClient連接(d)支持豐富的SocketAT指令(e)支寸IUART/GPIO數(shù)據通信接口支持SmartLink智能聯(lián)網功能(g)支持遠程固件升級(OTA)(h)內置32位MCU,可兼作應用處理器(i)超低能耗，適合電池供電應用(j)3.3V單電源供電3.8.2 ESP8266WIFI控制模塊AT指令若ESP8266WIFI控制模塊正常使用，服務器和客戶端需搭載在同一個網絡上，則需要以下常用指令：當前可用接入點指令：AT+CWLAP,如表3.3、表3.4、表3.5所示：加入接入點：AT+CWJAP,如表3.6、表3.7所示：退出

52、接入點：AT+CWQAP,如表3.8所示：設置AP模式下的指令，如表3.9、表3.10所示：18表3.3ESP8266WIFI控制模塊AT指令表命令類型語法返回和說明OK設置命令AT+CWMODE=<mode>此指令需重啟后生效(AT+RST)+CWMODE:<mode>查詢命令AT+CWMODE?OK當前處于哪種模式？+CWMODE:(<mode>取值列表)測試命令AT+CWMODE?0K當前可支持哪些模式？表3.4當前可用接入點指令表命令類型語法返回和說明+CWLAP:<ecn>,<ssid>,<rssi>,<m

53、ode>OK執(zhí)行命令AT+CWLAP此指令返回AP列表表3.5當前可用接入點參數(shù)定義表參數(shù)定義取值對取值的說明0OPEN1WEP<ecn>加餡'力式2WPA_PSK3WPA2_PSK4WPA_WPA2_PSK<ssid>接入點名稱字符串參數(shù)0手動連接<mode>連接模式1自動連接19表3.6加入接入點指令表命令類型語法返回和說明OK或ERRORAT+CWJAP=<ssid>,<pwd>設置命令加入該AP成功則返回OK,失敗則返回ERROR+CWJAP:<ssid>OK杳詢命令AT+CWJAP?一返回當前選擇的

54、AP表3.7加入接入點參數(shù)表參數(shù)定義取值對取值的說明<ssid><pwd>接入點名稱密碼字符串型字符串型，«64W,ASCII05表3.8退出接入點指令表命令類型語法返回和說明執(zhí)行命令測試命令AT+CWQAPAT+CWQAP=?OK表小成功退出該APOK查詢該命令是否支持表3.9設置AP模式下的指令表命令類型語法返回和說明OK設置命令AT+CWSAP=<ssid>,<pwd>,<chl>,<ecn>設置參數(shù)成功OK杳詢命令AT+CWSAP=?一查詢當前AP參數(shù)20表3.10設置AP模式下的參數(shù)表參數(shù)定義取值01&

55、lt;ecn>加密方式234<ssid>接入點名稱<pwd>密碼<chl>通道號對取值的說明OPENWEPWPA_PSKWPA2_PSKWPA_WPA2_PSK字符串參數(shù)字符串型，最長64字節(jié)，ASCII編碼3.9 系統(tǒng)其它電路3.9.1 復位電路復位電路和晶振電路是單片機中最重要的兩個電路，復位電路中的EA管腳與單片機第29管腳的EA相互連接。該電路中串聯(lián)一個4.7k的電阻，然后直接連接VCC,EA的功能是給該管腳置高電平，則與該電路相連的芯片就可以選擇片內的內存地址開始執(zhí)行這些代碼，如果EA是低電平的話，STC89C51RC單片機就選擇外部的內存地

56、址執(zhí)行代碼。如果選用該芯片的話，必須置為高電平。電路中C4和R5,C4為10微法的電容，R5為10k的電阻。REST為連接到該芯片內的復位管腳。該芯片如果為低電平的話，則正常工作。若該芯片為高電平，將自動復位。若將開關按下，則該芯片置高電平，電容將會充電。若放開，電容將會放電。R4和D2一端連接VCC一端接地，若電源可以接通的話，指示燈將會亮，D2為電源指示燈。復位電路如圖9所示：21EAR3C4中R4R5*D2GND圖9復位電路圖3.9.2 晶振電路STC89C51RC單片機若正常工作，則必須有脈沖信號，所以需要用到12M的晶振電路。STC89C51RC單片機為12分頻的，即就是晶振震動12次，STC89-C51RC單片機執(zhí)行一條指令。所以說，此晶振為12M的，即震動12次STC89C51RC單