畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于單片機(jī)控制的紅外線遙控電風(fēng)扇設(shè)計(jì)

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文?基于單片機(jī)控制的紅外線遙控電風(fēng)扇設(shè)計(jì)?專業(yè)系 電氣工程系 班 級(jí) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)老師 完成日期 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc293471713 摘 要1 HYPERLINK l _Toc293471714 第1章 任務(wù)與要求 PAGEREF _Toc293471714 h 1 HYPERLINK l _Toc293471715 課題概述 PAGEREF _Toc293471715 h 1 HYPERLINK l _Toc293471716 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc293471716 h 1 HYPERLINK l _Toc2

2、93471717 1.1.2 任務(wù)要求2 HYPERLINK l _Toc293471718 1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求2 HYPERLINK l _Toc293471719 參數(shù)要求 PAGEREF _Toc293471719 h 2 HYPERLINK l _Toc293471720 第2章 引 言 PAGEREF _Toc293471720 h 3 HYPERLINK l _Toc293471721 研究背景 PAGEREF _Toc293471721 h 3 HYPERLINK l _Toc293471722 論文研究目標(biāo)和意義 PAGEREF _Toc293471722 h 3 HYPE

3、RLINK l _Toc293471723 論文章節(jié)安排 PAGEREF _Toc293471723 h 3 HYPERLINK l _Toc293471724 第3章 方案論證與設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc293471724 h 4 HYPERLINK l _Toc293471725 3.1 總體設(shè)計(jì)分析 PAGEREF _Toc293471725 h 4 HYPERLINK l _Toc293471726 3.2 方案的選擇與設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc293471726 h 4 HYPERLINK l _Toc293471727 信號(hào)調(diào)制及紅外信號(hào)方案 PAGEREF _Toc293

4、471727 h 4 HYPERLINK l _Toc293471728 電機(jī)調(diào)速方案 PAGEREF _Toc293471728 h 4 HYPERLINK l _Toc293471729 3.3 方案確定 PAGEREF _Toc293471729 h 4 HYPERLINK l _Toc293471730 第4章 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc293471730 h 5 HYPERLINK l _Toc293471731 4.1 原理分析 PAGEREF _Toc293471731 h 5 HYPERLINK l _Toc293471732 硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc29

5、3471732 h 5 HYPERLINK l _Toc293471733 軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc293471733 h 5 HYPERLINK l _Toc293471734 原理圖 PAGEREF _Toc293471734 h 5 HYPERLINK l _Toc293471735 4.3 PCB PAGEREF _Toc293471735 h 5 HYPERLINK l _Toc293471736 第5章 電路調(diào)試 PAGEREF _Toc293471736 h 6 HYPERLINK l _Toc293471737 調(diào)試的設(shè)備 PAGEREF _Toc293471737

6、h 6 HYPERLINK l _Toc293471738 調(diào)試步驟 PAGEREF _Toc293471738 h 6 HYPERLINK l _Toc293471739 5.2.1 XXXXXX PAGEREF _Toc293471739 h 6 HYPERLINK l _Toc293471740 5.2.2 XXXXXX PAGEREF _Toc293471740 h 6 HYPERLINK l _Toc293471741 第6章 使用說(shuō)明 PAGEREF _Toc293471741 h 8 HYPERLINK l _Toc293471742 6.1 使用方法 PAGEREF _Toc2

7、93471742 h 8 HYPERLINK l _Toc293471743 6.1.1 XXXXXX PAGEREF _Toc293471743 h 8 HYPERLINK l _Toc293471744 6.1.2 XXXXXX PAGEREF _Toc293471744 h 8 HYPERLINK l _Toc293471745 故障分析 PAGEREF _Toc293471745 h 8 HYPERLINK l _Toc293471746 6.2.1 XXXXXX PAGEREF _Toc293471746 h 8 HYPERLINK l _Toc293471747 6.2.2 XXX

8、XXX PAGEREF _Toc293471747 h 8 HYPERLINK l _Toc293471748 第7章 心得體會(huì) PAGEREF _Toc293471748 h 10 HYPERLINK l _Toc293471749 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc293471749 h 11摘 要本系統(tǒng)以51系列單片機(jī)為核心，旨在開(kāi)發(fā)一種新型遙控電風(fēng)扇控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由遙控發(fā)射模塊，風(fēng)扇接收控制模塊組成，使系統(tǒng)可以以遙控或手動(dòng)的方式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。遙控發(fā)射模塊主要以AT89C2051單片機(jī)核心，外加鍵盤(pán)，和紅外信號(hào)整形與發(fā)射電路一起組成遙控器，鍵盤(pán)作入，單片機(jī)主要完成信號(hào)的編碼及信號(hào)與載

9、波的調(diào)制，調(diào)制信號(hào)經(jīng)發(fā)射末端整形放大發(fā)射出。 接收局部主要以AT89C51為主控中心，配以鍵盤(pán)，紅外接收模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，液晶顯示模塊，及相應(yīng)指示燈；紅外接收模塊，鍵盤(pán)，液晶顯示模塊，指示燈共同完成人機(jī)交互功能；單片機(jī)主控中心接收各種輸入，驅(qū)動(dòng)液晶，指示燈，控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。電機(jī)主要采用直接PWM無(wú)級(jí)調(diào)速。關(guān)鍵詞：遙控電風(fēng)扇控制系統(tǒng)；PWM無(wú)級(jí)調(diào)速；紅外發(fā)射，紅外接收AbstractThe system is of 51 series single-chip microcomputer as the core, to develop a new type of remote c

10、ontrol electric control system, the system fired by remote control module, the fan control module receiving the composition, the system can be remote or manually controlled. Remote Control Transmitter Module AT89C2051 mainly single-chip core, plus a keyboard, and infrared signals with the launch of

11、plastic components with a remote control circuit, a keyboard for entry, the main achieve single-chip signal encoding and signal modulation and carrier modulation signal launch the end of the plastic surgery to enlarge the launch. AT89C51 a receiver module for the main control center, with a keyboard

12、, infrared receiver modules, motor drive modules, liquid crystal display module, and the corresponding indicator light; infrared receiver module, keyboard, liquid crystal display module, a common indicator achieve human-computer interaction function; single chip main control center to receive a vari

13、ety of input, drive liquid crystal,led, motor drive control module to adjust the motor speed. Direct PWM motor speed control.Key words: Remote fan control system; PWM speed control; infrared emission; infrared receiver第1章 任務(wù)與要求1.1課題概述遙控電風(fēng)扇是 90年代初期在廣東珠江三角洲地區(qū)作做大量的研發(fā)和生產(chǎn)，并有專門(mén)的掩模芯片作為主控芯片使用，現(xiàn)本人用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)紅外遙控風(fēng)

14、扇的功能。包括：紅外發(fā)射、接受局部、PWM調(diào)速局部、定時(shí)局部、顯示局部、單片機(jī)控制局部等構(gòu)成。任務(wù)簡(jiǎn)介采用AT89C51型號(hào)的單片機(jī)對(duì)傳統(tǒng)的電扇系統(tǒng)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)對(duì)電扇的短距離控制。該設(shè)計(jì)利用單片機(jī)進(jìn)行紅外發(fā)送，紅外接收，在此過(guò)程中對(duì)紅外進(jìn)行編碼和解碼，而后通過(guò)不同的編碼形成對(duì)風(fēng)扇的不同控制。同時(shí)對(duì)單片機(jī)P0口的輸出進(jìn)行DA變換后，完成對(duì)風(fēng)扇的速度的實(shí)時(shí)控制。1.1.2 任務(wù)要求實(shí)現(xiàn)紅外遙控，定時(shí)，三檔調(diào)速以及風(fēng)類選擇。1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求1 確定設(shè)計(jì)方案，繪制電路原理圖。2 設(shè)計(jì)印刷板電路。3 試制本機(jī)含外觀設(shè)計(jì)。4 確定本機(jī)測(cè)試方案。5 本課題組必須制作兩組實(shí)物。6 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、寫(xiě)出測(cè)試報(bào)

15、告參數(shù)要求1遙控距離：010米2) 風(fēng)類：自然風(fēng)和正常風(fēng)，有相應(yīng)的顯示標(biāo)識(shí)3) 定時(shí)：0.5小時(shí)、1小時(shí)、1.5小時(shí)，有相應(yīng)的顯示標(biāo)識(shí)4) 調(diào)速：3檔：高、中、低3檔，有相應(yīng)的顯示標(biāo)識(shí)第2章 引 言2.1研究背景隨著科技的開(kāi)展，人們生活的節(jié)奏也越來(lái)越快，隨之人們對(duì)方便，快捷的要求也隨之不斷增高。遙控器的出現(xiàn)，在一定程度上滿足了人們這個(gè)要求。遙控器是由高產(chǎn)的創(chuàng)造家Robert Adler在五十年代創(chuàng)造的1。而紅外遙控是20世紀(jì)70年代才開(kāi)始開(kāi)展起來(lái)的一種遠(yuǎn)程控制技術(shù)，其原理是利用紅外線來(lái)傳遞控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象的遠(yuǎn)距離控制，具體來(lái)講，就是有發(fā)射器發(fā)出紅外線指令信號(hào)，有接收器接收下來(lái)并對(duì)信號(hào)進(jìn)

16、行處理，最后實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象的各種功能的遠(yuǎn)程控制。 紅外遙控具有獨(dú)立性、物理特性與可見(jiàn)光相似性、無(wú)穿透障礙物的能力及較強(qiáng)的隱蔽性等特點(diǎn)。隨著紅外遙控技術(shù)的開(kāi)發(fā)和迅速開(kāi)展，很多電器都應(yīng)用了紅外遙控，而電風(fēng)扇也不例外。從單純的在電風(fēng)扇面板上通過(guò)按鈕控制，到短距離(10M以內(nèi))的遙控，雖然改變不大，但其帶來(lái)的便利無(wú)疑是巨大的。而紅外遙控技術(shù)的成熟，也使得遙控電風(fēng)扇變得設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。作為一種老牌的電器，電風(fēng)扇具有價(jià)格廉價(jià)、擺放方便、體積輕巧等特點(diǎn)。雖然現(xiàn)在空調(diào)在城市中已經(jīng)相當(dāng)普遍，并有替代電風(fēng)扇的趨勢(shì)，但由于大局部家庭消費(fèi)水平的限制，電風(fēng)扇作為一個(gè)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(lái)

17、一段時(shí)間內(nèi)仍然會(huì)占有市場(chǎng)的大局部份額。市場(chǎng)的需求促使了電風(fēng)扇的開(kāi)展。隨著“智能化的興起，電風(fēng)扇的功能也越來(lái)越多，越來(lái)越貼進(jìn)人們生活。因此，對(duì)于電風(fēng)扇的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)依然有著較大的實(shí)用價(jià)值。在現(xiàn)有市場(chǎng)上多功能遙控電風(fēng)扇的根底上，人們提出了一種新型的智能電風(fēng)扇，相對(duì)于過(guò)的電風(fēng)扇，智能電風(fēng)扇添加了很多人性化的設(shè)計(jì)，如平安保護(hù)，傾倒保護(hù)，智能照明等功能，使電風(fēng)扇更加人性化，相信其豐富的功能，人性化的設(shè)計(jì)將會(huì)大大提高電風(fēng)扇的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力2。2.2論文研究目標(biāo)和意義風(fēng)扇已是日常生活中常用到的電器，電風(fēng)扇是通過(guò)通風(fēng)換氣來(lái)驅(qū)熱的。通風(fēng)換氣是電風(fēng)扇的主要功能，也是消費(fèi)者看中它的本質(zhì)原因。電風(fēng)扇具有價(jià)格低和耗電量小的優(yōu)

18、勢(shì)，擁有龐大的目標(biāo)消費(fèi)群?，F(xiàn)行市面上的風(fēng)扇大多是手工操作，模擬調(diào)控為主要控制手段，價(jià)格低廉，功能簡(jiǎn)單，其智能及自動(dòng)化程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上現(xiàn)代人的生活需求和應(yīng)用要求；而且在功耗方面，一般的風(fēng)扇的電機(jī)是采用電機(jī)抽頭的小型電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，這種調(diào)速方式單一，消費(fèi)者選擇的空間不大，而且在效率方面，節(jié)能方面的外表確實(shí)令人不滿意。面對(duì)著市場(chǎng)壓力和消費(fèi)者的需求，放眼市場(chǎng)，各種特設(shè)功能的電風(fēng)扇可謂五花八門(mén)，各種附加的新功能，彰顯了個(gè)性，也在無(wú)形中提高了電風(fēng)扇的檔次。而遙控電風(fēng)扇也必將作為消費(fèi)市場(chǎng)的新寵兒，為電風(fēng)扇行業(yè)增加新的亮點(diǎn)。而將微控制器嵌入到工業(yè)控制中，將會(huì)成為一種不可阻擋的趨勢(shì)，微控制器強(qiáng)大的控制能力將會(huì)使工

19、業(yè)產(chǎn)品的功能和性能得到很大的提升。也對(duì)應(yīng)了時(shí)下流行的幾個(gè)趨勢(shì)，自動(dòng)化和智能化，無(wú)線化，寬帶化，低功耗化等趨勢(shì)。單片機(jī)和一般的數(shù)字和模擬芯片相比有著強(qiáng)大的功能，而且編程簡(jiǎn)單，因此利用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速與類型設(shè)置十分理想；本設(shè)計(jì)的研究目的就是實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的控制來(lái)模擬風(fēng)扇控制器；掌握單片機(jī)硬件和軟件的綜合設(shè)計(jì)方法。硬件局部包括有單片機(jī)最小系統(tǒng)，鍵盤(pán)輸入局部，外接電機(jī)驅(qū)動(dòng)局部，輸出顯示局部，紅外發(fā)送接收局部。軟件局部包括有初始化狀態(tài)，鍵盤(pán)輸入局部，占空比控制，中斷控制，控制輸出顯示局部，信號(hào)產(chǎn)生與調(diào)制局部。風(fēng)扇的控制有很多的方法，比方簡(jiǎn)單的有利用機(jī)械方式進(jìn)行定時(shí)控制，有用模擬電子技術(shù)和數(shù)字電

20、子技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)速等控制的。隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)風(fēng)扇的要求也越來(lái)越高，不但要求風(fēng)速能夠控制，而且要求風(fēng)種模式能夠多種選擇，隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷開(kāi)展，單片機(jī)已廣泛應(yīng)用于各種家用電器產(chǎn)品中，它不僅大大提高了原有產(chǎn)品的性能質(zhì)量, 而且產(chǎn)品本錢(qián)有所下降, 生產(chǎn)也更簡(jiǎn)便。通過(guò)單片機(jī)可以利用其本身的定時(shí)與中斷功能編程實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的風(fēng)種控制，包括有正常風(fēng)，自然風(fēng)與睡眠風(fēng)等的模式；而風(fēng)速的控制也有多種方法，例如可以通過(guò)單片機(jī)控制雙向可控硅的導(dǎo)通角來(lái)調(diào)節(jié)電風(fēng)扇的輸入電壓,以實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇的無(wú)級(jí)速度調(diào)節(jié),但這里采用了通過(guò)單片機(jī)定時(shí)器輸出脈寬調(diào)制PWM波控制占空比并外加一個(gè)由光耦和可控硅組成的驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速

21、，通過(guò)鍵盤(pán)輸入設(shè)置有不同占空比對(duì)應(yīng)著電風(fēng)扇強(qiáng)、中、弱的風(fēng)速。各功能狀態(tài)使用液晶和發(fā)光管對(duì)應(yīng)輸出顯示。本系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)比擬簡(jiǎn)單，主要是充分利用了AT89C51單片機(jī)的資源，軟件編程實(shí)現(xiàn)各功能，本錢(qián)較低，實(shí)用性較強(qiáng)。此外，在某些場(chǎng)合下，比方危險(xiǎn)作業(yè)區(qū)，在人不適合作業(yè)的地方，比方有毒氣產(chǎn)生的區(qū)域，高溫或低溫的地方，爆破點(diǎn)等危險(xiǎn)場(chǎng)合，或者是家庭居室中控制，無(wú)線的應(yīng)用將會(huì)得到非常廣泛的應(yīng)用，可見(jiàn)紅外遙控的研究也是很有實(shí)踐意義的。2.3論文章節(jié)安排本論文大致可分為3局部：第一局部包含第一章到第三章，是課題論證；第二局部包含第四章至第六章，給出設(shè)計(jì)方案；第三局部包括第七章，是論文總結(jié)及未來(lái)相關(guān)展望。本文的內(nèi)容

22、組織安排如下：第一章主要講述論文的研究背景、論文研究目標(biāo)以及章節(jié)安排。第二章系統(tǒng)地介紹；第3章 方案論證與設(shè)計(jì)3.1 總體設(shè)計(jì)分析本課題設(shè)計(jì)的是AT89C51單片機(jī)控制中心，3.2 方案的選擇與設(shè)計(jì)在整個(gè)系統(tǒng)中，各個(gè)模塊的方案是有多種選擇的，為此，在這里我們將要作幾個(gè)主要模塊的方案的方案論證和比擬。3.2.1信號(hào)調(diào)制及紅外信號(hào)方案這局部的主要問(wèn)題是載波的產(chǎn)生以及信號(hào)與載波的調(diào)制的方式。方案：載波采用外部芯片信號(hào)源提供，比方555振蕩電路，RC振蕩器，橋氏振蕩器等后接施密特觸發(fā)電路整形后可得到較標(biāo)準(zhǔn)的38KHZ載波，再用鍵盤(pán)產(chǎn)生按鍵信號(hào)，在外部將這兩個(gè)信號(hào)相與后即可獲得調(diào)制波。這種方法比擬傳統(tǒng)，

23、本錢(qián)也很低，不過(guò)設(shè)計(jì)起來(lái)比擬繁瑣，這種方法比擬適合于一些定點(diǎn)發(fā)射的場(chǎng)合。方案二：信號(hào)由鍵盤(pán)或其他傳感器產(chǎn)生，比方溫度傳感器，產(chǎn)生的信號(hào)送入專用的發(fā)射芯片，專用芯片將完成載波的產(chǎn)生及載波與信號(hào)的調(diào)制，后接發(fā)射末端將調(diào)制后紅外信號(hào)發(fā)射出去，些種方法本錢(qián)也不是很高，電路簡(jiǎn)潔，只不過(guò)靈活性較大，可擴(kuò)展性不是很強(qiáng)，此種方法比擬適合需要較簡(jiǎn)單應(yīng)用且應(yīng)用較固定的場(chǎng)合，比方溫度采集的各個(gè)點(diǎn)，如果每個(gè)點(diǎn)都用單片機(jī)采集并發(fā)送，本錢(qián)會(huì)大提高。方案三：時(shí)下許多行業(yè)中的專業(yè)人士曾預(yù)言，軟件無(wú)線電在不久的將來(lái)將成為一種無(wú)信通信的一種新的實(shí)現(xiàn)手段，它可以采用同一套通用的硬件設(shè)備，配備不同的軟件即可實(shí)現(xiàn)不同模式，不同通信方式

24、的通信，靈活性強(qiáng)，本錢(qián)大大降低，維護(hù)方面也大局部只是軟件方面的維護(hù)，從而雙可借助網(wǎng)絡(luò)的力量進(jìn)而開(kāi)展出遠(yuǎn)程維護(hù)等一系列新的維護(hù)方式和手段，可見(jiàn)其前景是如些之廣。因此，在這種背景之下，本系統(tǒng)嘗試將這種先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念注入本系統(tǒng)信號(hào)調(diào)制的實(shí)現(xiàn)手段中?？梢允褂脝纹瑱C(jī)作為發(fā)射方的主控中心，載波的產(chǎn)生，信號(hào)的采集，信號(hào)編碼，信號(hào)與載波的調(diào)制，可都由單片機(jī)完成，輸出的調(diào)制波經(jīng)外接的整形放大電路后發(fā)射出去。這種方式本錢(qián)稍高，不過(guò)設(shè)計(jì)靈活，保密性也好，可擴(kuò)展性也強(qiáng)，所以本系統(tǒng)采用此方案。本系統(tǒng)采用軟件調(diào)制的方式，在硬件上，只需完成信號(hào)的保持及功率放大，信號(hào)的載波產(chǎn)生及載波與信號(hào)的調(diào)制那么全部由軟件完成。所以，由程

25、序產(chǎn)生信號(hào)與載波調(diào)制后的信號(hào)由微控制器引腳輸出，采用CD40106進(jìn)行緩沖放大并整形,經(jīng)過(guò)三極管9013進(jìn)行放大驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管,使其發(fā)射紅外光。3.2.2電機(jī)調(diào)速方案此局部主要問(wèn)題是電機(jī)的選擇，調(diào)速方式的選擇。方案：采用現(xiàn)在通用的多抽頭交流電機(jī)，通過(guò)可控硅控制或都手動(dòng)直接控制抽頭的選擇，從而選擇不同的電機(jī)線圈，電機(jī)轉(zhuǎn)速因此而變化，故到達(dá)調(diào)速的目的。如圖3-1所示。圖31此種方式在大多數(shù)現(xiàn)行的風(fēng)扇中都采用到，它本錢(qián)低，控制方式單一，不能滿足用戶需求；產(chǎn)品比擬成熟固定，挖掘空間不大。方案二：采用單相交流電機(jī)或者直流電機(jī)，可控硅的導(dǎo)通角控制電機(jī)的開(kāi)與關(guān)，而可控硅導(dǎo)通角可以由可變電阻來(lái)調(diào)節(jié)，這種方法可

26、以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。不過(guò)控制過(guò)程不太精確。如圖32圖32方案三：采用單片機(jī)控制雙向可控硅的導(dǎo)通角來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)速度，同時(shí)要用光耦將強(qiáng)電隔離開(kāi)來(lái)，使電路更平安，這種方法可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，而且可以采用多種算法，比方直接PWM，svpwm算法等，同時(shí)也可以到達(dá)很精確的控制，便于顯示控制。如圖33。本錢(qián)可能稍高。綜上所述，本系統(tǒng)采用此方案。圖333.3 方案確定本設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)制及紅外信號(hào)采用軟件調(diào)制方式，由程序產(chǎn)生信號(hào)與載波調(diào)制后的信號(hào)由微控制器引腳輸出，采用CD40106進(jìn)行放大并整形，經(jīng)過(guò)三極管9013進(jìn)行放大驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管，使其發(fā)射紅外光。電機(jī)調(diào)速采用PWM脈寬調(diào)制，可實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速。第4章 硬件電路設(shè)計(jì)4

27、.1 原理分析為了能遠(yuǎn)離距的控制電風(fēng)扇，采用了紅外遙控器。通常紅外遙控器由發(fā)射和接收兩局部組成，發(fā)射局部由單片機(jī) 80C2051等構(gòu)成。接收局部由單片機(jī)89C51等構(gòu)成。 1遙控發(fā)射工作原理 (1) 發(fā)射局部包括鍵盤(pán)矩陣、編碼調(diào)制、紅外發(fā)送器。使用89C2051芯片 將按鍵信號(hào)調(diào)制在 38KHz 的載波信號(hào)上通過(guò)三極管放大后發(fā)射出去。紅外編碼為： 全碼 =引導(dǎo)碼+系統(tǒng)碼+系統(tǒng)反碼+數(shù)據(jù)碼+數(shù)據(jù)反碼。89C2051 的 P1口構(gòu)成矩陣式鍵盤(pán)，用INT0產(chǎn)生定時(shí)中斷，驅(qū)動(dòng)P3.3產(chǎn)生一個(gè)38K的方波，作為紅外線的調(diào)制基波。將發(fā)送的數(shù)據(jù)和P3.0進(jìn)行邏輯與后，經(jīng)過(guò)40106整形，用三極管驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射

28、管發(fā)射。多路控制的紅外發(fā)射局部一般有許多按鍵，代表不同的控制功能。當(dāng)發(fā)射端按下某一按鍵時(shí)，相應(yīng)地在接收端有不同的輸出狀態(tài)。接收端的輸出狀態(tài)大致可分為脈沖、電平、自鎖、互鎖、數(shù)據(jù)五種形式?！懊}沖輸出是當(dāng)按發(fā)射端按鍵時(shí)，接收端對(duì)應(yīng)輸出端輸出一個(gè)“有效脈沖，寬度一般在100ms左右?！半娖捷敵鍪侵赴l(fā)射端按下鍵時(shí)，接收端對(duì)應(yīng)輸出端輸出“有效電平，發(fā)射端松開(kāi)鍵時(shí)，接收端“有效電平消失。此處的“有效脈沖和“有效電平，可能是高、也可能是低，取決于相應(yīng)輸出腳的靜態(tài)狀況，如靜態(tài)時(shí)為低，那么“高為有效；如靜態(tài)時(shí)為高，那么“低為有效。大多數(shù)情況下“高為有效?！白枣i輸出是指發(fā)射端每按一次某一個(gè)鍵，接收端對(duì)應(yīng)輸出端改變

29、一次狀態(tài)，即原來(lái)為高電平變?yōu)榈碗娖?，原?lái)為低電平變?yōu)楦唠娖健４朔N輸出適合用作電源開(kāi)關(guān)、靜音控制等。有時(shí)亦稱這種輸出形式為“反相。“互鎖輸出是指多個(gè)輸出互相去除，在同一時(shí)間內(nèi)只有一個(gè)輸出有效。2電源采用5v電源來(lái)提供電源。 (3)發(fā)射局部原理見(jiàn)圖41所示。 圖41遙控發(fā)射原理框圖2.紅外發(fā)射的編碼方式1遙控發(fā)射器及其編碼“0“1。 “0和“1組成的32位二進(jìn)制碼經(jīng)38kHz的載頻進(jìn)行二次調(diào)制以提高發(fā)射效率，到達(dá)降低電源功耗的目的。然后再通過(guò)紅外發(fā)射二極管發(fā)射。遙控編碼是連續(xù)的32位二進(jìn)制碼組，其中前16位為用戶識(shí)別碼，能區(qū)別不同的電器設(shè)備，防止不同機(jī)種遙控碼互相干擾。該芯片的用戶識(shí)別碼固定為十六

30、進(jìn)制0FFH；后16位為8位操作碼功能碼及其反碼，UPD6121G最多有128種不同組合的編碼。 遙控器在按鍵按下后，周期性地發(fā)出同一種32位二進(jìn)制碼，周期約為108ms。一組碼本身的持續(xù)時(shí)間隨它包含的二進(jìn)制“0和“1的個(gè)數(shù)不同而不同，大約在4563ms之間。 當(dāng)一個(gè)鍵按下超過(guò)36ms，振蕩器使芯片激活，將發(fā)射一組108ms的編碼脈沖,這108ms發(fā)射代碼由一個(gè)起始碼9ms,一個(gè)結(jié)果碼4.5ms,低8位地址碼9ms18ms,高8位地址碼9ms18ms,8位數(shù)據(jù)碼9ms18ms和這8位數(shù)據(jù)的反碼9ms18ms組成。如果在鍵按下超過(guò)108ms仍未松開(kāi)，接下來(lái)發(fā)射的代碼連發(fā)代碼將僅由起始碼9ms和結(jié)

31、束碼2.5ms組成。代碼格式以接收代碼為準(zhǔn)，接收代碼與發(fā)射代碼反向位定義 單發(fā)代碼格式 注釋：前16位為用戶識(shí)別碼，后16位為8位操作碼功能碼及其反碼，連發(fā)代碼格式圖42 三種代碼格式 2代碼寬度算法：16位地址碼的最短寬度：1.1216=18ms 16位地址碼的最長(zhǎng)寬度：2.24ms16=36ms，易知8位數(shù)據(jù)代碼及其8位反代碼的寬度和不變：1.12ms+2.24ms8=27ms所以32位代碼的寬度為18ms+27ms(36ms+27ms) 其相關(guān)的波形圖如下：9MS560US560US560US1687US圖43 遙控編碼 3.電風(fēng)扇接收控制板1.工作原理及組成局部: 紅外接收局部包括光電

32、轉(zhuǎn)換放大器、解調(diào)、解碼電路。 (1)CPU板將單片機(jī)、控制、鍵盤(pán)組合在一起完成了人機(jī)對(duì)話。 用 AT89C51單片機(jī)來(lái)作主芯片控制，采用紅外HS0038B接收頭，用雙向可控硅MOC3025控制電機(jī)調(diào)速，具有紅外遙控功能。 (2)電源局部：交流220V經(jīng)變壓器降壓為16V，經(jīng)整流橋整流后再由三端穩(wěn)壓器LM7805穩(wěn)壓，供應(yīng)接收控制板。 (3) 電風(fēng)扇控制板框圖44圖44電風(fēng)扇控制板框圖4硬件設(shè)計(jì)接收控制局部如圖45，和發(fā)射局部的鍵盤(pán)大體相同，使用外中斷0；同樣可以在睡眠狀態(tài)下喚醒CPU，可以使用節(jié)能模式。圖45各按鍵作用 SW1：手動(dòng)模式的調(diào)速，相應(yīng)的指示燈亮。 SW2: 風(fēng)類手動(dòng)模式切換鍵，相

33、應(yīng)的指示燈亮。SW3: 定時(shí)30分鐘，1。如圖46，相應(yīng)的指示燈亮。 圖46定時(shí)時(shí)循環(huán)圖(2)吹風(fēng)模式選擇 自然風(fēng)的處理流程 : 圖47自然風(fēng)的循環(huán)圖正常風(fēng)的處理流程 :圖48正常風(fēng)循環(huán)2.紅外接收電路的設(shè)計(jì)1如圖49。信號(hào)線接到P3.3，使用外中斷，可在外中斷中獲取接收到的碼值。下方的LED同樣在接收信號(hào)的時(shí)候會(huì)閃爍，指示正在接收信號(hào)。圖49(2) 遙控的解碼過(guò)程為編碼的逆過(guò)程。單片機(jī)收到一個(gè)中斷后,開(kāi)始計(jì)數(shù)，然后按一定間隔讀取接收到的碼，循環(huán)14次完成14個(gè)碼的接收和存儲(chǔ)。接著解碼，接著根據(jù)接收到的碼作出相應(yīng)的動(dòng)作。 液晶顯示模塊電路 1如圖410，這里采用的是LCD1602液晶，調(diào)節(jié)R2

34、滑動(dòng)端可調(diào)節(jié)液晶屏亮度。圖410(2)LCD1602簡(jiǎn)介1602LCD 的根本參數(shù)及引腳功能1602LCD 分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大局部為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無(wú)差異，兩者尺寸差異如下列圖4-11 所示：圖4111602LCD 主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:162 個(gè)字符芯片工作電壓工作電流:2.0mA(5.0V)模塊最正確工作電壓字符尺寸:2.954.35(WH)mm引腳功能說(shuō)明:1602LCD 采用標(biāo)準(zhǔn)的14 腳無(wú)背光或16 腳帶背光接口，各引腳接口說(shuō)明如表4-12所示:表4-12引腳接口說(shuō)明表第1 腳：VSS 為地電源。第2 腳：VDD 接5V

35、 正電源。第3 腳：VL 為液晶顯示器比照度調(diào)整端，接正電源時(shí)比照度最弱，接地時(shí)比照度最高，比照度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K 的電位器調(diào)整比照度。第4 腳：RS 為存放器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)存放器、低電平時(shí)選擇指令存放器。第5 腳：R/W 為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。當(dāng)RS 和R/W共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當(dāng)RS 為低電平R/W 為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS 為高電平R/W 為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。第6 腳：E 端為使能端，當(dāng)E 端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第714 腳：D0D7 為8 位雙向數(shù)據(jù)線。第15 腳：背

36、光源正極。第16 腳：背光源負(fù)極。6.電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，如圖413圖413這里采用的是單相交流電機(jī)，單片機(jī)引腳輸出經(jīng)過(guò)調(diào)制后的脈寬，通過(guò)光耦控制可控硅的導(dǎo)通角，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，此方法可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。光耦可以將強(qiáng)電隔離開(kāi)來(lái)，使電路更平安?？煽毓璨⒙?lián)一個(gè)回路可以起到保護(hù)可控硅的作用。7.指示燈，如圖414，用來(lái)指示吹風(fēng)的模式手動(dòng)模式，自然風(fēng)，睡眠風(fēng)，正常風(fēng)模式圖4148AT89C51最小系統(tǒng)電路，如圖415，包括復(fù)位電路，振蕩電路等。系統(tǒng)在高電平時(shí)復(fù)位。圖4154.1.2軟件設(shè)計(jì)1遙控發(fā)射局部軟件設(shè)計(jì)遙控發(fā)射局部主要功能是有按鍵按下，將按鍵值發(fā)送到接收方，這當(dāng)中要完成鍵盤(pán)讀取，載波的產(chǎn)生，編碼

37、調(diào)制，最終輸出調(diào)制波。采用中斷的處理程序完成整個(gè)系統(tǒng)的操作，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，產(chǎn)生外中斷，外中斷處理完成鍵盤(pán)讀取，接著定時(shí)器0中斷效勞子程序負(fù)責(zé)編碼，定時(shí)器中斷效勞子程序負(fù)責(zé)產(chǎn)生載波并且將載波與信號(hào)調(diào)制，調(diào)制波經(jīng)引腳輸出。主程序只負(fù)責(zé)延時(shí)10s，假設(shè)無(wú)按鍵按下，那么進(jìn)入休眠狀態(tài)，以節(jié)省電能。主程序和外中斷0效勞子程序流程，見(jiàn)圖416：圖416定時(shí)器0和定時(shí)器1中斷效勞子程序流程，見(jiàn)圖417圖417 接收控制局部軟件設(shè)計(jì)這局部的程序設(shè)計(jì)主要有液晶的顯示驅(qū)動(dòng)，電機(jī)調(diào)速算法的實(shí)現(xiàn)，紅外接收，及鍵盤(pán)讀取。1.紅外接收和鍵盤(pán)讀取都采用外中斷來(lái)響應(yīng)輸入，這樣可以簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)。當(dāng)有紅外輸出或者鍵盤(pán)輸入時(shí)，外中

38、斷和外中斷1響應(yīng)輸入，當(dāng)有紅外輸入時(shí)，配合定時(shí)器0完成接收工作，當(dāng)有鍵盤(pán)輸入時(shí)，在外中斷0中完成鍵盤(pán)讀取。2.液晶驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)11602LCD 的指令說(shuō)明及時(shí)序:1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11 條控制指令，如表418所示：表418控制命令表1602 液晶模塊的讀寫(xiě)操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。說(shuō)明：1 為高電平、0 為低電平指令1：清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)位到地址00H 位置。指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H。指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平那么無(wú)效。指令4：顯示開(kāi)關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開(kāi)與關(guān)，高電平表示開(kāi)顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開(kāi)與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無(wú)光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為4 位總線，低電平時(shí)為8 位總線 N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 F: 低電平時(shí)顯示5x7 的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5x10 的點(diǎn)陣字符。指令7：字符發(fā)生器RAM 地址設(shè)置。指令8：DDRAM 地址設(shè)置。指令9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF