本科畢業(yè)設(shè)計智能風扇控制器設(shè)計正文

..智能風扇控制器設(shè)計前言隨著人們生活水平及科技水平的不斷提高,現(xiàn)在家用電器在款式、功能等方面日益求精,并朝著健康、安全、多功能、節(jié)能等方向發(fā)展。過去的電器不斷的顯露出其不足之處。電風扇曾一度被認為將是空調(diào)產(chǎn)品沖擊下的淘汰品,其實并非如此。家用電風扇并沒有隨著空調(diào)的普及而淡出市場,其主要原因：一是風扇和空調(diào)的降溫效果不同——空調(diào)有強大的制冷功能,可以快速有效地降低環(huán)境溫度,但電風扇的風更溫和,更加適合老人兒童和體質(zhì)較弱的人使用；二是電風扇有價格優(yōu)勢,價格低廉而且相對省電,安裝和使用都非常簡單。盡管電風扇有其市場優(yōu)勢,但傳統(tǒng)電風扇還是有許多地方應(yīng)當進行改良的?，F(xiàn)在大部分電風扇只有手動調(diào)速,加上一個定時器,其功能比較單一,最突出的缺點是它不能根據(jù)溫度的變化適時調(diào)節(jié)風力大小,對于夜間溫差大的地區(qū),人們在夏夜使用電風扇時可能遇到這樣的問題：當凌晨降溫的時候電風扇依然在工作,可是人們因為熟睡而無法察覺,既浪費電資源又容易引起感冒,傳統(tǒng)的機械定時器雖然能夠控制電風扇在工作一定后關(guān)閉,但定時范圍有限,且無法對溫度變化靈活處理。如果能使電風扇處于兩種不同的工作模式,模式一能對風扇實現(xiàn)手動控制,進行定時設(shè)置和檔位調(diào)節(jié),模式二具有對環(huán)境進行檢測的功能,根據(jù)實時環(huán)境溫度進行風速自動調(diào)節(jié)和當房間里面沒有人時能自動的關(guān)閉電風扇,使風扇處于待機狀態(tài),當有人進入時自動開啟并啟動定時器控制,這樣一來就避免了上述的不足。本次設(shè)計就是圍繞這些方面對現(xiàn)有電風扇進行改進。1方案設(shè)計與論證本設(shè)計能對風扇實現(xiàn)手動控制,進行定時設(shè)置和檔位調(diào)節(jié),同時具有對環(huán)境進行檢測的功能,根據(jù)實時環(huán)境溫度進行風速自動調(diào)節(jié)和當房間里面沒有人時能自動的關(guān)閉電風扇,使風扇處于待機狀態(tài),當有人進入時自動開啟并啟動定時器控制。1.1遙控設(shè)計方案與論證1.1.1超聲波遙控方案超聲波傳感器是運用超聲波的特質(zhì)發(fā)明出來的一種傳感器。超聲波的振動頻率高于聲波,是通過換能晶片在電壓的激勵下出現(xiàn)振動而產(chǎn)生的,其有波長短、頻率高、方向性好、繞射現(xiàn)象小、可以成為射線定向傳播等特點[4]。超聲波遙控器由超聲波發(fā)射和接收兩個部分組成。超聲波發(fā)射器電路由一塊超聲波振蕩發(fā)射專用模塊NYKO和超聲波發(fā)射換能器BT兩部分組成。振蕩發(fā)射模塊發(fā)射產(chǎn)生振蕩頻率為40KHz脈沖,然后通過發(fā)射換能器BT將NYKO的輸出的40KHz的振蕩脈沖轉(zhuǎn)換成40KHz的超聲波,向空中發(fā)射出去。超聲波接收電路則是將接收到的信號經(jīng)過放大器放大給控制器處理。它的優(yōu)點是比較耐臟污,可以在較差的環(huán)境中使用,缺點是精度較低,且成本較高[4]。超聲波遙控原理框圖如圖1.1.1-1所示。超聲波接收器超聲波接收器控制器鎖相環(huán)檢波電路放大電路放大電路超聲波發(fā)射器圖1.1.1-1超聲波遙控原理框圖1.1.2紅外遙控方案紅外線遙控就是指通過紅外線來發(fā)出控制信號,完成對控制目標的遠距離控制目的。具體的來講,就是通過發(fā)射器產(chǎn)生紅外線指令信息,然后通過接收器把信息接收下來并且對信號進行分析處理,最后達到對控目標的各種功能的遠距離控制[4]。紅外遙控系統(tǒng)分為發(fā)射和接收兩部分。接收電路的紅外接收管是一種光敏二極管,使用時要給紅外接收二極管加反向偏壓,它才能正常工作而獲得高的靈敏度。由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率較小,紅外接收二極管收到的信號較弱,所以接收端就要增加高增益放大電路。紅外線一體化接收頭是集紅外接收、放大、濾波和比較器輸出等的模塊,性能穩(wěn)定、可靠。紅外遙控的優(yōu)點是便宜,易制,安全,缺點是精度低,距離近,方向性差[4]。紅外遙控原理圖如圖1.1.2-1所示。圖1.1.2-1紅外遙控原理圖1.1.3無線遙控方案無線遙控系統(tǒng)由無線發(fā)射電路和無線接收電路組成。發(fā)射部分主要由按鍵編址電路、編碼電路和發(fā)射模塊組成。PT2262作為編碼器,當按下按鍵時,設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17引腳串行輸出,經(jīng)無線發(fā)射元件IRED發(fā)出信號。通過電阻ROSC凋節(jié)發(fā)射頻率,適當提高PT2262工作電壓<2.6V～15V>,以增大發(fā)射距離。其中A0～A12可設(shè)置為高電平、低電平、懸空三種狀態(tài),因此可以發(fā)送531441種編碼組合,完全滿足設(shè)計需求[4]。無線發(fā)射原理圖如圖1.1.3-1所示。圖1.1.3-1無線發(fā)射原理圖接收部分由解碼電路和接收模塊組成。常用的編碼芯片和解碼芯片為PT2262和PT2272。發(fā)射電路主要由315MHz無線數(shù)據(jù)發(fā)射模塊和編碼芯片PT2262組成。無線接收原理圖如圖1.1.3-2所示。圖1.1.3-2無線接收原理圖綜合以上方案,超聲波的優(yōu)點是比較耐臟污,可以在較差的環(huán)境中使用,缺點是精度較低,且成本較高；紅外的優(yōu)點是便宜,易制,安全,缺點是精度低,距離近,方向性差；無線電的優(yōu)點是頻譜廣,傳播距離遠,缺點是抗干擾性能較差,結(jié)合目前擁有的實驗設(shè)施,我們本次設(shè)計采用了方案二作為遙控方案。1.2溫度采集方案設(shè)計與論證1.2.1方案一可以使用熱敏電阻之類的器件利用起感溫效應(yīng),在將隨被測溫度變化的電壓或者電流采集過來,使用A/D轉(zhuǎn)換后,就可以用單片機進行數(shù)據(jù)的處理在顯示電路上,就可以將被測溫度顯示出來,這種設(shè)計需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路,感溫電路比較麻煩。1.2.2方案二進而考慮到用溫度傳感器,在單片機電路設(shè)計中,大多都是使用傳感器,所以這就是非常容易想到的,所以就可以采用一只溫度傳感器DS18B20,此傳感器,可以很容易的直接讀取被測溫度值,進行轉(zhuǎn)換,就可以滿足設(shè)計要求。從以上兩種方案,就可以很容易的看出來采用方案二電路比較簡單軟件設(shè)計也非常容易。所以本設(shè)計就使用了方案二。1.3顯示方案設(shè)計與論證1.3.1LCD顯示方案1602液晶就是字符型的液晶,他是用來專門顯示數(shù)字、字母、符號的液晶模塊。他含有很多5X7或5X11等點陣字符位來構(gòu)成的。每一個點陣字符位都能顯現(xiàn)出字符。每一位中間都有一個點距的空格。每行中間也用空格用來起字符間距、行間距的用途。由于上述原因他就不能顯示圖形,而且顯示效果也非常不好[1]。1.3.2LED顯示方案LED數(shù)碼管里面有八只發(fā)光二極管,分別記作a、b、c、d、e、f、g、dp,其中dp為小數(shù)點。每一只發(fā)光二極管都有一根電極接到外部引腳上,而另外一直引腳連接在一起同樣的外部引腳上。常見的LED數(shù)碼管有兩種,分為共陰極和共陽極。共陰極：當數(shù)碼管里面的發(fā)光二極管的陰極接在一起作為公共引腳,在正常使用時該引腳接低電平,當對應(yīng)引腳輸入高電平時發(fā)光二極管點亮。共陽極：當數(shù)碼管里面的發(fā)光二極管的陽極接在一起作為公共引腳,在正常使用時該引腳接高電平,當對應(yīng)引腳輸入低電平時發(fā)光二極管點亮。動態(tài)顯示的結(jié)果和靜態(tài)顯示是相同的,就能省下非常多的I/O端口,并且功率消耗更加小。綜上所述,本設(shè)計采用的就是LED顯示方案。2主要器件簡介2.1AT89S52單片機簡介ATS89S52是Atmel這個公司發(fā)明出來的一種功率消耗、性能非常高的CMOS8位微型控制器?？梢杂?K的能狗編程的一種存儲器。其功能非常多,其中他有8位的CPU和在系統(tǒng)可編程FLASH；他的內(nèi)部有時鐘振蕩器；具有8KB的內(nèi)部程序存儲器；還有256字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM；具有32個能夠編程的I/O；中斷向量源具有8個；還有三個16位的計數(shù)器、定時器；同時他還有含有三極加密程序的存儲器和全雙工YART串行通道。2.1.1復(fù)位電路單片機的外部復(fù)位電路有上位電路和按鍵手動復(fù)位兩種。我們采用的的是按鍵手動復(fù)位。當復(fù)位按鍵按下后,復(fù)位端與+5V電源接通,電容迅速放電,使RST引腳為高電平；當復(fù)位鍵彈起后,+5V電源通過10K歐姆電阻對22UF電容重新充電,RST引腳端出現(xiàn)復(fù)位正脈沖,其持續(xù)時間取決于電路時間常數(shù)[2]。2.1.2時鐘電路AT89S52的時鐘有內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式兩種。我們采用的是內(nèi)部時鐘方式,此方式是利用芯片內(nèi)部的振蕩器,然后在引腳XTAL1和XTAL2兩端接晶體振蕩器,就夠成了自激的振蕩器,發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時鐘電路[3]。2.2LED數(shù)碼管簡介2.2.1數(shù)碼管顯示器的結(jié)構(gòu)LED數(shù)碼管里面有八只發(fā)光二極管,分別記作a、b、c、d、e、f、g、dp,其中dp為小數(shù)點。每一只發(fā)光二極管都有一根電極接到外部引腳上,而另外一直引腳連接在一起同樣的外部引腳上。常見的LED數(shù)碼管有兩種,分為共陰極和共陽極。共陰極：當數(shù)碼管里面的發(fā)光二極管的陰極接在一起作為公共引腳,在正常使用時該引腳接低電平,當對應(yīng)引腳輸入高電平時發(fā)光二極管點亮。共陽極：當數(shù)碼管里面的發(fā)光二極管的陽極接在一起作為公共引腳,在正常使用時該引腳接高電平,當對應(yīng)引腳輸入低電平時發(fā)光二極管點亮。LED數(shù)碼管引腳圖如圖2.2.1-1所示。圖2.2.1-1LED數(shù)碼管引腳圖2.2.2數(shù)碼管動態(tài)顯示單片機中應(yīng)用得非常多的一種顯示方式就是數(shù)碼管動態(tài)顯示,動態(tài)驅(qū)動是把每個數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a、b、c、d、e、f、g、dp"的同名端連接在一起,還要幫所有的數(shù)碼管的公共極COM加上位選通控制電路,位選通是被每個單獨的I/O線調(diào)節(jié),當單片機輸出字形碼的時猴,每個數(shù)碼管都收到了相同的一個字形碼,但是到底是那個數(shù)碼管會顯現(xiàn)出字形,是由單片機對位選通COM端電路的調(diào)節(jié),因此只要把必須要顯示的數(shù)碼管的選通控制開啟,此位就會顯現(xiàn)出字形,而沒有被選通的數(shù)碼管就不會發(fā)光。通過分時輪流來調(diào)節(jié)每一個數(shù)碼管的的COM端,就會使每一個數(shù)碼管輪流受控發(fā)光,這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中,每個數(shù)碼管的發(fā)光時間為1～2ms,由于人的視覺暫留效果和發(fā)光二極管的余輝效應(yīng),就算事實上每個數(shù)碼管都不是同時發(fā)光,但只要掃描的速度夠快,就能給人一種一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)的印象,不會出現(xiàn)閃爍感,動態(tài)顯示的結(jié)果和靜態(tài)顯示是相同的,就能省下非常多的I/O端口,并且功率消耗更加小。2.2.3數(shù)碼管靜態(tài)顯示靜態(tài)顯示就是用單片機I/O口輸出固定的數(shù)值,一般用來顯示固定的數(shù)值,或長時間不變化的一位數(shù)值,這種顯示方式在硬件結(jié)構(gòu)上比較簡單,而且需要程序處理也相對較少。其缺點在于顯示的內(nèi)容單一,往往不能滿足要求,我們用的多是動態(tài)顯示。LED數(shù)碼管段碼對照圖如表2.2.3-1所示。表2.2.3-1LED數(shù)碼管段碼對照圖類型段碼012345678共陰極0X3F0X060X5B0X4F0X6D0X660X7D0X070X7F共陽極0XC00XF90XA40XB00X920X990X820XF80X802.2.4紅外熱釋電檢測電路紅外熱釋電檢測電路是由熱釋電紅外傳感器和傳感信號處理集成電路BISS0001配以少量外接元器件組成。BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號處理集成電路芯片,BISS0001內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2.2.4-1所示。BISS0001內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.3DS18B20簡介低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率基本不受溫度的影響,就可以用來發(fā)出不變頻率的脈沖信號傳輸?shù)綔p法計數(shù)器1,震蕩頻率受溫度影響就比較大的晶振就是高溫度系數(shù)晶振,其發(fā)出的信號就可以用于減法計數(shù)器2的脈沖輸入,每當計數(shù)門開啟的時候時,DS18B20就會對低溫系數(shù)振蕩器發(fā)出的時鐘脈沖進行計數(shù),然后就能實現(xiàn)對溫度的測量。高溫度系數(shù)振蕩器決定了計數(shù)門的開啟時間,每次測量前,首先將-55℃所對應(yīng)的基數(shù)每一個都放倒減法計數(shù)器1和溫度寄存器中,減法計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù),當減法計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時溫度寄存器的值將加1,減法計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入,減法計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù),如此循環(huán)直到減法計數(shù)器2計數(shù)到0時,停止溫度寄存器值的累加,此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖2中的斜率累加器用于調(diào)節(jié)和改正檢測溫度途中的非線性,他的輸出用來改正減法計數(shù)器的預(yù)置值,如果計數(shù)門還沒有關(guān)閉就會重復(fù)以上步驟,直到溫度寄存器的數(shù)值與被測溫度值相同[5]。由于DS18B20的單線通信方法是分時來完成的,他有苛刻的時隙概念,因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對DS18B20的各種操作必須按協(xié)議進行。DS18B20操作協(xié)議流程圖如圖2.3-1所示。圖2.3-1DS18B20操作協(xié)議流程圖3系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1系統(tǒng)總體框圖智能風扇主要由控制模塊、溫度采集模塊、紅外熱釋電檢測模塊、顯示模塊四部分組成?？刂颇K由按鍵控制和紅外控制組成,主要用于選擇執(zhí)行不同的功能；溫度采集模塊主要用于環(huán)境溫度采集,實現(xiàn)風扇的自動控制功能；紅外熱釋電檢測模塊主要用于紅外檢測,觸發(fā)中斷,從而對風扇進行自動開啟和定時設(shè)置；顯示模塊主要實現(xiàn)溫度顯示和定時時間設(shè)置。系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖3.1-1所示。系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)時鐘待機控制電機控制按鍵控制模塊中央控制器顯示模塊狀態(tài)指示燈紅外遙控接受模塊溫度采集紅外熱釋檢測模塊圖3.1-1系統(tǒng)設(shè)計框圖3.2模塊電路設(shè)計3.2.1電源電路在電子電路中,基本上都要用到電壓穩(wěn)定的直流電源供給電能。小功率穩(wěn)壓電源是由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路等幾個部分組成。穩(wěn)壓電源組成框圖如圖3.2.1-1所示。電源變壓器電源變壓器穩(wěn)壓電路濾波電路整流電路+u1—+u2—+U3—-+u3—+u0—圖3.2.1-1穩(wěn)壓電源組成框圖本次設(shè)計中需要12V直流電源和5V直流電源,電源變壓器是把220V的交流電變成所要用到的電壓值,最后再由整流電路把交流電壓轉(zhuǎn)換成脈動的直流電壓。但是因為這個時候的脈動直流電壓還有非常大的紋波,必須通過C5和C6構(gòu)成的濾波電路進行濾除,才能通過以上步驟得到平穩(wěn)的直流電壓。但是隨著電網(wǎng)電壓的波動〔一般有±10%左右的波動、負載和溫度的變化電壓也會有不同變化。所以在整流、濾波電路之后,還需要通過穩(wěn)壓電路來穩(wěn)定電壓。穩(wěn)壓電路的作用是當電網(wǎng)電壓波動、負載和溫度變化時,維持輸出電壓穩(wěn)定。穩(wěn)壓電源電路圖如圖3.2.1-2和3.2.1-3所示。圖3.2.1-2電源電路圖1圖3.2.1-3電源電路圖23.2.2按鍵控制電路本設(shè)計按鍵控制模式采用獨立按鍵作為控制輸入,P1.4、P1.5、P1.6、P1.7做為獨立按鍵輸入管腳,先將所接的I/O口分別定義為定時設(shè)置、按鍵加、按鍵減、確認鍵。當沒有按鍵按下時,輸入端值都是1,一旦有鍵按下,則輸入端的線會被拉低,輸入端值變?yōu)?。為防止按鍵意外按下和按鍵抖動的情況,我們采用軟件消抖的方法,當按鍵輸入端變?yōu)?時,軟件延時一定時間,再次對輸入管腳進行讀值,如果按鍵任然保持低電平,則視為按鍵確實已經(jīng)按下,單片機執(zhí)行相應(yīng)的按鍵功能。獨立按鍵電路圖如圖3.2.2-1所示。圖3.2.2-1獨立按鍵電路圖3.2.3紅外遙控電路紅外遙控電路由發(fā)送和接收兩個組成部分。紅外遙控的發(fā)射芯片用到的是PPM編碼方式,當按下發(fā)射器按鍵后,會發(fā)出一組108ms的編碼脈沖。遙控編碼脈沖由前導(dǎo)碼、16位地址碼〔8位地址碼、8位地址碼的反碼和16位操作碼〔8位操作碼、8位操作碼的反碼組成。經(jīng)由過程檢驗用戶碼,各個遙控器只能支配一個設(shè)備動作,這樣一來就不會出現(xiàn)多個設(shè)備之間的互相干涉。編碼過后還必須有編碼的反碼,可以用來檢測編碼接收的正誤,杜絕誤操作,加強了系統(tǒng)的可靠性。前導(dǎo)碼是一個遙控碼的起始部分,由一個9ms的高電平<起始碼>和一個4.5ms的低電平<結(jié)果碼>組成,作為接受數(shù)據(jù)的準備脈沖。發(fā)射數(shù)據(jù)時,發(fā)射碼"0"用發(fā)射38khz的紅外線0.56ms,停止發(fā)射0.565ms表示,發(fā)射碼"1"用發(fā)射38khz的紅外線0.56ms,停止發(fā)射1.69ms表示。當一體化接收頭收到38kHz紅外信號時,輸出端輸出低電平,否則為高電平。所以一體化接收頭輸出的波形是與發(fā)射波形是反向的。編碼脈沖組成圖如圖3.2.3-1所示：圖3.2.3-1編碼脈沖組成圖本次設(shè)計發(fā)送端用到的是紅外萬能遙控器,經(jīng)由紅外發(fā)射管發(fā)射出紅外信號,紅外接收電路完成對紅外信號的攝取、放大、檢波、整形,并解碼出遙控編碼脈沖。為了消除干擾,此次設(shè)計采用的是物廉價美且可靠性高的一體化紅外接收頭HS0038〔其收受紅外信號頻率為38KHZ,周期約26μs>來收受紅外信號,它能同時對信號進行放大、檢波、整形,并將得到的TTL電平的編碼信號傳送到單片機,單片機采用外部中斷INT0管腳和紅外接收頭的信號線相連,中斷方式為邊沿觸發(fā)方式。計算中斷的間隔時間,來區(qū)分前導(dǎo)碼、二進制的"1"、"0"碼,并將操作碼提取出來,根據(jù)預(yù)先設(shè)計好的程序執(zhí)行相應(yīng)的功能。紅外遙控接收電路圖如圖3.2.3-2所示。圖3.2.3-2紅外遙控接收電路圖3.2.4紅外熱釋電檢測電路人體產(chǎn)生的紅外線中心波長為9~10um,而探測器件的波長范圍在0.2~20um范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器上方設(shè)置了一個裝有濾光鏡片的窗口,可以通過這個窗口的光的波長范圍為7~10um,剛好可以用來進行人體紅外輻射的探測,并且把其波長范圍外的紅外線吸收掉,通過以上方法就可以變成一種專門用來探測人體輻射的紅外線傳感器。第一,根據(jù)實際需要把運算放大器OP1組成傳感信號預(yù)處理電路,把信號放大。然后交給運算放大器OP2進行第二級放大,并且把直流電位提高到VM<≈0.5VDD>后,再將輸出信號V2發(fā)送由比較器COP1和COP2構(gòu)成的雙向鑒幅器,檢測出有效觸發(fā)信號Vs。因為VH≈0.7VDD、VL≈0.3VDD,所以當VDD=5V時,可有效減少±1V的噪聲擾亂,提高該系統(tǒng)的性能穩(wěn)定。COP3是一個條件比較器。當輸入電壓Vc<VR<≈0.2VDD>時,COP3的輸出為低電平并且封住了與門U2,截斷了觸發(fā)信號Vs向下級的傳送；當Vc>VR時,COP3的輸出就為高電平,并處于延時周期。當A端接"0"電平時,在Tx這段時間內(nèi)不管V2怎么變化都會直接忽略,直到Tx這段時間結(jié)束,這就是人們常提到的不可重復(fù)觸發(fā)工作方式。當Tx時間結(jié)束時,Vo就會下跳到低電平,并且啟動封鎖時間定時器進入封鎖周期Ti。在Ti這段時間里,不管V2怎么變化都不會使Vo變?yōu)橛行顟B(tài)〔高電平,這樣就可以有效控制在負載切換過程中產(chǎn)生的各種干擾。紅外熱釋電檢測電路中,R2為可調(diào)電阻,用來調(diào)節(jié)VC的大小。BISS0001第1管腳接+5V,使芯片處于可重復(fù)觸發(fā)工作方式。輸出延遲時間Tx由外部的R2和C7的大小調(diào)整,觸發(fā)封鎖時間Ti由外部的R4和C6的大小調(diào)整,R2/R4可以用470歐姆,C6/C7可以選0.1UF。電路工作時,運算放大器OP1將從14腳輸入的熱釋電紅外傳感器信號作第一級放大,然后由C3耦合給運算放大器OP2進行第二級放大,再經(jīng)由電壓比較器COP1和COP2組成的雙向鑒幅器處理后,檢出有效觸發(fā)信號Vs去啟動延遲時間定時器,輸出信號Vo為高電平,再經(jīng)由三極管構(gòu)成的反向器與單片機P3.3引腳相連,觸發(fā)外中斷1,進入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序,從而實現(xiàn)風扇的自動定時控制。紅外熱釋電檢測電路如圖3.2.4-1所示。圖3.2.4-1紅外熱釋電檢測電路3.2.5電機控制電路本次設(shè)計中電機控制電路由PC817、NPN三極管、繼電器和相關(guān)電子元件組成,電機轉(zhuǎn)速由PWM控制,電機一端接地,當PWM輸入為高電平時電機開始轉(zhuǎn)動,其轉(zhuǎn)動頻率由PWM占空比決定。電路中PC817的1、4引腳接高電平,當單片機引腳P12輸入高電平時,PC817不導(dǎo)通,NPN三極管Q1基極輸入低電平,三極管截止,繼電器常閉觸點閉合,繼電器電磁線圈未接通,電機停轉(zhuǎn)；當單片機引腳P12輸入低電平時,PC817導(dǎo)通,NPN三極管Q1基極輸入高電平,三極管導(dǎo)通,繼電器常閉觸點斷開,常開觸點閉合,繼電器電磁線圈接通,電機得電在PWM控制下轉(zhuǎn)動。電機控制電路如圖3.2.5-1所示。圖3.2.5-1電機控制電路圖3.2.6待機控制電路本次設(shè)計中待機控制電路由NPN三極管、繼電器、待機狀態(tài)指示燈和相關(guān)電子元件組成。繼電器控制電壓為直流穩(wěn)壓電源電路輸出的12V電壓,該電壓用于向電機提供工作電源。NPN三極管Q3集電極接VCC,其發(fā)射極接NPN三極管Q4的基極,當單片機引腳P1.0引腳經(jīng)限流電阻輸出低電平時,NPN三極管Q3基極輸入低電平,此時三極管Q3截止,Q4也截止,繼電器常閉觸點閉合,繼電器電磁線圈未接通,系統(tǒng)正常工作；當單片機引腳P1.0輸出高電平時,NPN三極管Q3基極輸入高電平,此時Q3導(dǎo)通,Q4也接著導(dǎo)通,繼電器電磁線圈接通,繼電器常閉觸點斷開,常開觸點閉合,電機控制電源VCCK端接地,系統(tǒng)進入待機狀態(tài),待機狀態(tài)指示燈亮起,風扇停止轉(zhuǎn)動。待機控制電路圖如圖3.2.6-1所示。圖3.2.6-1待機控制電路圖3.2.7數(shù)碼管顯示電路本次設(shè)計中數(shù)碼管顯示電路由數(shù)碼顯示管、PNP三極管和相關(guān)電子元件組成,用于實現(xiàn)實時溫度顯示和定時時間顯示,與LCD液晶顯示器相比較,它具有使用簡單、價格便宜的優(yōu)點。電路設(shè)計中單片機P0.0、P0.1、P0.2、P0.3四個引腳作為位選端控制引腳,經(jīng)限流電阻接PNP的基極,PNP的集電極與數(shù)碼管的COM端相連、發(fā)射極均接高電平,以此控制每位數(shù)碼管的分時顯示,實現(xiàn)動態(tài)掃描顯示。數(shù)碼管顯示電路圖如圖3.2.7-1所示。圖3.2.7-1數(shù)碼管顯示電路圖3.2.8狀態(tài)指示燈電路本次設(shè)計中狀態(tài)指示燈電路用于指示風扇工作狀態(tài),即指示出風扇處于低速,中速,高速中某一狀態(tài),電路設(shè)計中P3.0用于低速狀態(tài)指示燈控制,P3.1用于中速狀態(tài)指示燈控制,P3.7用于高速狀態(tài)指示燈控制。當系統(tǒng)處于自動控制狀態(tài)下時,單片機根據(jù)實時溫度控制輸出不同的PWM控制電機轉(zhuǎn)速,同時對應(yīng)的單片機管腳輸出高電平,LED燈亮起,當系統(tǒng)處于待機狀態(tài)時,所有指示燈均熄滅。狀態(tài)指示燈電路圖如圖3.2.8-1所示。圖3.2.8-1狀態(tài)指示燈電路圖3.2.9報警確認電路本次設(shè)計中報警電路PNP三極管、蜂鳴器和相關(guān)電子元件組成,用于確認單片機對紅外遙控信號的成功接收。設(shè)計中單片機P1.3引腳作為控制管腳,當沒有遙控按鍵按下時,單片機P1.3引腳輸出高電平,蜂鳴器不響,報警電路不工作；當有按鍵按下時,單片機接收紅外遙控信號,同時使單片機P1.3引腳輸出低電平,蜂鳴器響起,報警電路開始工作,當按鍵松開后,即完成一次紅外按鍵控制后,報警電路又處于關(guān)閉狀態(tài)。報警電路圖圖如圖3.2.9-1所示。圖3.2.9-1報警確認電路圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1主程序設(shè)計流程在硬件構(gòu)建了智能風扇控制系統(tǒng)的基本功能之后,軟件所需實現(xiàn)的功能主要是針對系統(tǒng)功能的實現(xiàn)及數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用。系統(tǒng)軟件需要實現(xiàn)信號采集、信號控制、信號處理等功能。本設(shè)計以單片機AT89S52作為主控制器,整個系統(tǒng)軟件設(shè)計采用C語言編輯實現(xiàn)。主程序是單片機程序的主體,整個單片機系統(tǒng)軟件的功能實現(xiàn)都是在其中完成的。主程序主要包括手動控制程序、自動控制程序兩部分。程序開始首先對進入初始化模塊,接著判斷工作標志位done1的數(shù)值,默認done1等于0,當done1等于1時,說明有手動控制按鍵按下,程序執(zhí)行手動控制程序；當done1等于0時,說明沒有手動控制按鍵按下,程序執(zhí)行自動控制模式,執(zhí)行相應(yīng)的功能模塊,從而實現(xiàn)系統(tǒng)的功能。主程序流程圖如圖4.1-1所示。圖4.1-1主程序流程圖4.2手動控制程序設(shè)計流程手動控制模塊程序主要由手動按鍵控制和紅外遙控兩部分組成,當系統(tǒng)開始執(zhí)行手動控制程序時,首先判斷紅外接收完成標志irok的值,當irok的值為1時,表示存在紅外遙控按鍵,系統(tǒng)自動進入紅外遙控控制模塊；當紅外接收完成標志irok的值為0時,表示不存在紅外遙控按鍵,系統(tǒng)自動進入手動按鍵控制模塊,接著開始對設(shè)置模式標志位set_flag進行讀值判斷,它的默認值為0,即實現(xiàn)實時溫度的采集顯示；當模式標志位set_flag的值為1時,系統(tǒng)進入定時設(shè)置模式,數(shù)碼管顯示定時時間,利用手動按鍵可實現(xiàn)定時時間的加減控制,定時時間設(shè)置完成確認后,定時器2開始工作,系統(tǒng)進入待機模塊,設(shè)計中待機標志位sleep_flag默認為0,此時電機正常得電,根據(jù)輸入信號正常工作,當即定時時間減計數(shù)到0時,待機標志位sleep_flag變?yōu)?,此時系統(tǒng)進入待機狀態(tài),軟件控制單片機輸出相應(yīng)的控制信號,結(jié)合外部設(shè)計電路,使電機停轉(zhuǎn),待機指示燈亮起。手動控制流程圖如圖4.2-1所示。圖4.2-1手動控制流程圖4.3自動控制程序設(shè)計流程自動控制模塊程序主要由溫度控制、紅外熱釋電檢測和紅外遙控三部分組成。當系統(tǒng)開始執(zhí)行自動控制程序時,首先判斷紅外接收完成標志irok的值,當irok的值為1時,表示存在紅外遙控按鍵,系統(tǒng)自動進入紅外遙控控制模塊；當紅外接收完成標志irok的值為0時,表示不存在紅外遙控按鍵,系統(tǒng)進入自控制模塊,接著開啟外中斷1,用于處理紅外熱釋電檢測信號。當檢測到紅外信號時,由紅外熱釋電檢測電路產(chǎn)生輸入信號,利用晶體三極管構(gòu)成簡易反向器,觸發(fā)單片機外中斷1,此時系統(tǒng)自動進入定時30分鐘,啟動定時器2,接著進入待機模塊,設(shè)計中待機標志位sleep_flag默認為0,此時電機正常得電,根據(jù)輸入信號正常工作,當即定時時間減計數(shù)到0時,待機標志位sleep_flag變?yōu)?,此時系統(tǒng)進入待機狀態(tài),軟件控制單片機輸出相應(yīng)的控制信號,結(jié)合外部設(shè)計電路,使電電機機停轉(zhuǎn),待機指示燈亮起。當沒有檢測到紅外信號,系統(tǒng)根據(jù)當前環(huán)境的溫度自動實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié),從而實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)速控制。自動控制流程圖如圖4.3-1所示。圖4.3-1自動控制流程圖4.4溫度采集程序設(shè)計流程DS18B20單線通信功能是分時完成的,他有嚴格的時隙概念,它要求有嚴格的時序來保證數(shù)據(jù)的完整性,其操作協(xié)議過程為初始化DS18B20〔發(fā)復(fù)位脈沖、發(fā)送ROM功能命令、發(fā)存儲器操作命令、處理數(shù)據(jù)。DS18B20單數(shù)據(jù)線DQ上,存在復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫"0"、寫"1"、讀"0"和讀"1"幾種信號類型。其中除了應(yīng)答脈沖之外,均由單片機產(chǎn)生。溫度采集程序流程圖如圖4.4-1所示。開始初始化DS18B20開始初始化DS18B20有無應(yīng)答脈沖發(fā)起SKIPROM命令發(fā)起CONVERTT命令等待溫度轉(zhuǎn)換初始化DS18B20有無應(yīng)答脈沖發(fā)起SKIPROM命令發(fā)起READCHPAD命令結(jié)束讀取溫度值否是是否圖4.4-1溫度采集程序流程圖5設(shè)計總結(jié)當開始設(shè)計選題時,我依然感覺有點茫然,慢慢的進入狀態(tài),再到對思路逐漸的清晰,從開始確定題目,到軟件設(shè)計、硬件電路設(shè)計和電路板的制作,設(shè)計報告的寫作,多少個挑燈夜戰(zhàn)的場景,整個過程難以用語言來表達。題目確定下來,我便立刻著手資料的收集工作中,當時面對浩瀚的書海真是有些茫然,不知如何下手。在老師的指導(dǎo)及同學(xué)的幫助下,我終于對自己的工作方向和方法有了初步掌握。資料搜集基本完成后,我開始了軟件設(shè)計工作,在接近一周的時間里基本完成了系統(tǒng)功能的軟件設(shè)計和仿真,接著我又開始結(jié)合軟件設(shè)計和仿真內(nèi)容開始了系統(tǒng)電路板的PCB繪制,在接近一周的時間里完成了此次設(shè)計的三部分電路模塊的電路板繪制,但在制板和元器件的獲取方面遇到了困難,使得我不得不暫緩此部分的設(shè)計工作。接著我利用空余時間開始著手本次設(shè)計報告的寫作,在寫作過程中遇到困難我及時查閱資料和與同學(xué)溝通,借鑒實驗室電路板相關(guān)資料,請教老師,在大家的幫助下,困難一個一個解決掉,報告的基本框架也慢慢成型,接著開始對報告格式進行設(shè)置,以符合本次設(shè)計中對格式的要求。當我終于完成了所有打字、繪圖、排版、校對的任務(wù)后整個人都很累,但同時看著電腦熒屏上的設(shè)計稿件我的心里還是很高興的,這次設(shè)計是我一次再學(xué)習(xí),再提高的過程,在設(shè)計中我充分地運用了大學(xué)期間所學(xué)到的知識。本設(shè)計最終實現(xiàn)了電風扇的手動控制、自動控制。手動控制中定時設(shè)置可在10到99分鐘連續(xù)可調(diào),定時紅外線遙控實現(xiàn)模式切換和檔位的調(diào)整,自動控制中可根據(jù)實時溫度變化自動調(diào)整,紅外熱釋電檢測用于產(chǎn)生中斷信號,中斷使系統(tǒng)自動開始定時30分鐘,定時器定時結(jié)束后,如果沒有中斷信號輸入,系統(tǒng)自動進入待機狀態(tài)。本次設(shè)計的存在不足之處就是紅外熱釋電檢測檢測抗干擾方面不夠好,需要提高。我不會忘記這難忘的一段時間,本次設(shè)計給了我難忘的回憶。設(shè)計中曾有那么多難忘的時刻：每次找到需要資料,親手用PROTEL99SE設(shè)計完成電路圖,完成軟硬件的調(diào)試,為了報告熬夜……這段旅程看似荊棘密布,實則蘊藏著無盡的寶藏,在今后的日子里,我仍然要不斷地充實自己,爭取在所學(xué)領(lǐng)域有所作為。附錄1:主板電路圖附錄2:主板電路PCB圖附錄3:紅外熱釋電檢測PCB電路圖附錄4:數(shù)碼管顯示電路PCB圖附錄5:系統(tǒng)自動模式工作仿真圖附錄6:系統(tǒng)定時工作仿真圖附錄7:系統(tǒng)待機狀態(tài)仿真圖附錄8:部分程序代碼#include<reg51.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitbeep=P2^1; //蜂鳴器口sbitIR=P3^2;//紅外接口標志ucharZKB; //占空比uchardone_ir=1; //紅外接收標志位、且剛開機設(shè)置為手動模式/******************************************************************//*****延時子程序*****/voiddelay<uintnum>{while<--num>;}voidDelay_1ms<void>//用于電機延時控制PWM{unsignedchara,b,c;for<c=1;c>0;c-->for<b=142;b>0;b-->for<a=2;a>0;a-->;}/******************************************************************//*變量聲明*//******************************************************************/unsignedcharirtime;//紅外用全局變量bitirpro_ok,irok;sbitPWM_A=P1^2; //pwm輸出unsignedcharIRcord[4];//處理后的紅外碼,分別是客戶碼,客戶碼,數(shù)據(jù)碼,數(shù)據(jù)碼反碼unsignedcharirdata[33];//33個高低電平的時間數(shù)據(jù)/******************************************************************//*函數(shù)聲明*//******************************************************************/voidIr_work<void>;voidIrcordpro<void>;voidShowString<unsignedchar*ptr>;/******************************************************************//*定時器0中斷服務(wù)函數(shù)*//******************************************************************/voidtim0_isr<void>interrupt1using1//定時器0中斷服務(wù)函數(shù){irtime++;//256us//用于計數(shù)2個下降沿之間的時間}/******************************************************************//*外部中斷0函數(shù)*//******************************************************************/voidex0_isr<void>interrupt0using0//外部中斷0服務(wù)函數(shù){ staticunsignedchari;//接收紅外信號處理 staticbitstartflag;//是否開始處理標志位 if<startflag> { if<irtime<63&&irtime>=33>//引導(dǎo)碼TC9012的頭碼,9ms+4.5ms i=0; irdata[i]=irtime;//存儲每個電平的持續(xù)時間,用于以后判斷是0還是1 irtime=0; i++; if<i==33> { irok=1; i=0; } } else {irtime=0;startflag=1;}}/******************************************************************//*定時器0初始化*//******************************************************************/voidTIM0init<void>//定時器0初始化{ TMOD=0x02;//定時器0工作方式2,TH0是重裝值,TL0是初值 TH0=0x00;//8位自動重載值 TL0=0x00;//初始化值 ET0=1;//開中斷 TR0=1;}/******************************************************************//*外部中斷初始化*//******************************************************************/voidEX0init<void>{ IT0=1;//指定外部中斷0下降沿觸發(fā),INT0<P3.2> EX0=1;//使能外部中斷 EA=1;//開總中斷}/******************************************************************//*紅外解碼函數(shù)處理*//******************************************************************/voidIrcordpro<void>//紅外碼值處理函數(shù) //irok=1{unsignedchari,j,k;unsignedcharcord,value;k=1;for<i=0;i<4;i++>//處理4個字節(jié){for<j=1;j<=8;j++>//處理1個字節(jié)8位{cord=irdata[k];if<cord>7>//0.256*7=1.79ms,大于此為高電平,這個和晶振有絕對關(guān)系,這里使用12M計算,此值可以有一定誤差 {value=value|0x80; }else //低電平 {value=value; }if<j<8> { value=value>>1; }k++;}IRcord[i]=value; //4個字節(jié)的數(shù)據(jù)value=0;}irpro_ok=1;//處理完畢標志位置1}/******************************************************************//*紅