智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能風(fēng)扇控制系統(tǒng)一、緒論1.1智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)背景電風(fēng)扇曾一度被認(rèn)為是空調(diào)產(chǎn)品沖擊下的淘汰品，其實(shí)并非如此，市場(chǎng)人士稱(chēng)，家用電風(fēng)扇并沒(méi)有隨著空調(diào)的普及而淡出市場(chǎng)，近兩年反而出現(xiàn)了市場(chǎng)銷(xiāo)售復(fù)蘇的態(tài)勢(shì)。其主要原因：一是風(fēng)扇和空調(diào)的降溫效果不同——空調(diào)有強(qiáng)大的制冷功能，可以快速有效地降低環(huán)境溫度，但電風(fēng)扇的風(fēng)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(fēng)扇有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，價(jià)格低廉而且相對(duì)省電，安裝和使用都非常簡(jiǎn)單。盡管電風(fēng)扇有其市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，但傳統(tǒng)電風(fēng)扇還是有許多地方應(yīng)當(dāng)進(jìn)行改良的，最突出的缺點(diǎn)是它不能根據(jù)溫度的變化適時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)力大小，對(duì)于夜間溫差大的地區(qū)，人們?cè)谙囊故褂秒婏L(fēng)扇時(shí)可能遇到這樣的問(wèn)題：當(dāng)凌晨降溫的時(shí)候電風(fēng)扇依然在工作，可是人們因?yàn)槭焖鵁o(wú)法察覺(jué)，既浪費(fèi)電資源又容易引起感冒，傳統(tǒng)的機(jī)械定時(shí)器雖然能夠控制電風(fēng)扇在工作一定后關(guān)閉，但定時(shí)范圍有限，且無(wú)法對(duì)溫度變化靈活處理。鑒于以上方面的考慮，我們需要設(shè)計(jì)一種智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)來(lái)解決這些問(wèn)題。1.2智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)概述傳統(tǒng)電風(fēng)扇是220V交流電供電，電機(jī)轉(zhuǎn)速分為幾個(gè)檔位，通過(guò)人為調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到改變風(fēng)力大小的目的，亦即，每次風(fēng)力改變，必然有人參與操作，這樣勢(shì)必帶來(lái)諸多不便。本設(shè)計(jì)中的智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)，是指將電風(fēng)扇的電機(jī)轉(zhuǎn)速作為被控制量，由單片機(jī)分析采集到的數(shù)字溫度信號(hào)，再通過(guò)可控硅對(duì)風(fēng)扇電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。從而達(dá)到無(wú)須人為控制便可自動(dòng)調(diào)整風(fēng)力大小的效果。1.3設(shè)計(jì)任務(wù)和主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)以51單片機(jī)為核心，通過(guò)溫度傳感器對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，從而建立一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，使電風(fēng)扇隨溫度的變化而自動(dòng)變換檔位，實(shí)現(xiàn)溫度、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的連續(xù)控制。另外，通過(guò)遙控器，用戶(hù)可以在特定模式下實(shí)現(xiàn)對(duì)電風(fēng)扇的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，定時(shí)時(shí)間等進(jìn)行設(shè)置，本智能控制系統(tǒng)的主要功能如下：1）本控制系統(tǒng)采用了先進(jìn)的紅外遙控器控制，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程遙控功能，操作方便，符合現(xiàn)代人的生活要求；2）上電開(kāi)機(jī)后或在待機(jī)模式下，等待用戶(hù)按下EQ鍵開(kāi)機(jī)，實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)人體感應(yīng)；3）本智能控制系統(tǒng)定義了4種工作模式，各模式功能如下：（1）上電開(kāi)機(jī)后默認(rèn)進(jìn)入工作模式0。模式0下，可以實(shí)現(xiàn)溫度對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)控制，并將溫度、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速等級(jí)、工作模式在液晶屏上實(shí)時(shí)顯示；在工作模式0下，不允許用戶(hù)手動(dòng)對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速等級(jí)的控制，要想進(jìn)入其他模式可以選擇模式選擇鍵，進(jìn)入模式選擇；（2）通過(guò)模式選擇鍵進(jìn)入工作模式1。模式1下，可以手動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的控制，溫度不能再控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速；（3）通過(guò)模式選擇鍵進(jìn)入工作模式2。模式2下，可以手動(dòng)選擇定時(shí)時(shí)間，暫時(shí)有四種選擇（1、5、10、15分鐘），定時(shí)時(shí)間到，自動(dòng)進(jìn)入模式4待機(jī)模式；如果直接由定時(shí)倒計(jì)時(shí)進(jìn)行中，進(jìn)入其他兩外兩種工作模式，各模式功能可以實(shí)現(xiàn)，但不會(huì)中斷定時(shí)倒計(jì)時(shí)；在定時(shí)倒計(jì)時(shí)進(jìn)行中，如果想要中斷定時(shí)模式，可以摁下關(guān)機(jī)鍵，先進(jìn)入模式4，再返回其他模式；（4）在各個(gè)工作模式下，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速都分四個(gè)等級(jí)，0為關(guān)閉，1為微風(fēng)，2為中風(fēng)，三為強(qiáng)風(fēng)；（5）在各個(gè)工作模式下，都可以實(shí)現(xiàn)高溫報(bào)警；預(yù)定義高溫報(bào)警溫度下限為40攝氏度，到達(dá)高溫時(shí)高溫報(bào)警指示燈點(diǎn)亮；（6）模式4也可以定義為糾錯(cuò)模式，一旦用戶(hù)按鍵頻繁或錯(cuò)誤造成系統(tǒng)功能紊亂，可以先進(jìn)入模式4，再返回其他模式；在模式4下返回時(shí)，預(yù)定義為返回到工作模式0，即溫度自動(dòng)控制模式。二、方案論證2.1傳感器部分方案一：采用熱敏電阻采用熱敏電阻，可滿(mǎn)足40攝氏度至90攝氏度測(cè)量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對(duì)于檢測(cè)1攝氏度的信號(hào)是不適用的。而且在溫度測(cè)量系統(tǒng)中,采用單片溫度傳感器,比如AD590,LM35等.但這些芯片輸出的都是模擬信號(hào),必須經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后才能送給計(jì)算機(jī),這樣就使得測(cè)溫裝置的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜.另外,這種測(cè)溫裝置的一根線上只能掛一個(gè)傳感器,不能進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量.即使能實(shí)現(xiàn)，也要用到復(fù)雜的算法，一定程度上也增加了軟件實(shí)現(xiàn)的難度。方案二：采用DS18B20溫度傳感器采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器。DS18B20數(shù)字溫度傳感器芯片是以9位數(shù)字量的形式反映器件的溫度值。DS18B20數(shù)字溫度傳感器通過(guò)一個(gè)單線接口發(fā)送或接受信息，因此在中央微處理器和DS18B20之間僅需一條連接線（加上地線）。用語(yǔ)讀寫(xiě)和溫度轉(zhuǎn)換的電源可以從數(shù)據(jù)線本身獲得，無(wú)需外部電源。它可以直接將模擬溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，降低了電路的復(fù)雜程度，提高了電路的運(yùn)行質(zhì)量。綜合考慮，選擇方案DS18B20進(jìn)行溫度測(cè)量。2.2主控制部分方案一：采用SPCE061A單片機(jī)采用凌陽(yáng)16位的SPCE061A單片機(jī)，處理速度較慢，內(nèi)置2KSRAM，32KFLASH，要實(shí)現(xiàn)稍大的存儲(chǔ)量受到限制，而如果擴(kuò)展大量的外圍電路的話(huà)，則降低了系統(tǒng)的可靠性，消耗了大量的CPU資源。方案二：采用STC89C52此方案采用STC89C52八位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)軟件編程的自由度大，可通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制。而且體積小，硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，安裝方便。可以實(shí)現(xiàn)對(duì)DS18B20和直流電機(jī)的控制工作，編程技術(shù)及外圍功能電路的配合使用都很成熟。綜合考慮，選擇STC89C52作為主控制器。2.3調(diào)速方式的選擇方案一：采用PWM控制PWM是利用數(shù)字輸出對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種有效技術(shù)，尤其是在對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方面，可大大節(jié)省能量。PWM具有很強(qiáng)的抗噪性，且有節(jié)約空間、比較經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。用了PWM技術(shù)后，實(shí)現(xiàn)了用數(shù)字方式來(lái)控制模擬信號(hào)，可以大幅度降低成本和功耗。方案二：采用可控硅控制實(shí)際中通過(guò)控制雙向可控硅的導(dǎo)通角，使輸出端電壓發(fā)生改變，從而使施加在電風(fēng)扇的輸入電壓發(fā)生改變，以調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)各檔位風(fēng)速的無(wú)級(jí)調(diào)速。從本設(shè)計(jì)要求綜合考慮實(shí)際中選擇方案一。2.4溫度控制模塊設(shè)計(jì)方案一：選用矩陣鍵盤(pán)：假如使用矩陣鍵盤(pán)，用戶(hù)就只能走進(jìn)本控制系統(tǒng)去控制該系統(tǒng)已完成自己想要的操作。對(duì)于現(xiàn)代社會(huì)，絕大部分的用戶(hù)已經(jīng)習(xí)慣了用遙控器去操作他們的電視機(jī)、DVD機(jī)等現(xiàn)代設(shè)備，因此矩陣鍵盤(pán)這樣的操作界面便顯得不合時(shí)宜；而且如果選擇了矩陣鍵盤(pán)，就會(huì)是本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)增加面積，不符合小巧時(shí)尚的需求；方案二：采用紅外遙控器+紅外遙控解碼：紅外遙控器的使用大大方便了用戶(hù)，使他們可以在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)本系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，符合當(dāng)代人的生活習(xí)慣，而且紅外遙控器的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，使用也比較方便。雖然加入了紅外遙控+紅外遙控解碼模塊后對(duì)設(shè)計(jì)者是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)，但為滿(mǎn)足用戶(hù)的需求，我們依然選擇了該方案。2.5顯示電路的設(shè)計(jì)方案一：數(shù)碼管：數(shù)碼管的顯示位數(shù)有限，且只能顯示一些簡(jiǎn)單的字符。如果要達(dá)到以上設(shè)計(jì)要求，我們就要用接近30位數(shù)碼管，這就使外圍電路變得異常復(fù)雜；而且這樣勢(shì)必會(huì)使軟件的編寫(xiě)變得非常困難，加大了工作量；更有甚者，即使軟硬件都實(shí)現(xiàn)了，但顯示效果并不好。所以我們果斷放棄該方案。方案二：LCD1602液晶屏：LCD1602液晶屏是16*2的字符型液晶，可以顯示英文26個(gè)字母的大小寫(xiě)，阿拉伯?dāng)?shù)字0—9，及一些簡(jiǎn)單的符號(hào)。該液晶屏操作簡(jiǎn)單，顯示功能強(qiáng)大，完全能共滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的需要，是一種比較理想的選擇；方案三：LCD12864液晶屏：該液晶屏是比LCD1602液晶屏更先進(jìn)的液晶，可以顯示圖片信息，同樣可以完成本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的需要。但是該液晶屏要LCD1602液晶屏貴很多，在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，性?xún)r(jià)比不如LCD1602液晶屏。綜上所述，我們選擇了LCD1602液晶屏。三、系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計(jì)3.1總體硬件設(shè)計(jì)紅外遙控輸入熱釋電紅外傳感器紅外遙控輸入熱釋電紅外傳感器DS18B20溫度傳感器STC89C52LCD1602液晶屏高溫報(bào)警指示燈直流電機(jī)開(kāi)關(guān)式霍爾傳感器圖2-1系統(tǒng)原理框圖對(duì)于單片機(jī)中央處理系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，根據(jù)要求，我們可以選用具有8KB片內(nèi)FLASHROM的STC89C52單片機(jī)作為中央處理器。作為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，STC89C52內(nèi)部已包含了定時(shí)器、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等硬件，其硬件能符合整個(gè)控制系統(tǒng)的要求，不需要外接其他存儲(chǔ)器芯片和定時(shí)器件，方便地構(gòu)成一個(gè)最小系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，抗干擾能力強(qiáng)，性?xún)r(jià)比高，是比較合適的方案。3.2電源模塊因?yàn)閱纹瑱C(jī)工作電源為+5V，且底層電路功耗很小。采用7805三端穩(wěn)壓片即可滿(mǎn)足要求。3.3單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)STC89C52組成的最小系統(tǒng)如圖2-2所示：圖2-2單片機(jī)最小系統(tǒng)3.4數(shù)字溫度傳感器模塊設(shè)計(jì)本模塊以DS18B20作為溫度傳感器，AT89C51作為處理器，配以溫度顯示作為溫度控制輸出單元。整個(gè)系統(tǒng)力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能完善。溫度傳感器采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器。DS18B20數(shù)字溫度傳感器芯片是以9位數(shù)字量的形式反映器件的溫度值。DS18B20數(shù)字溫度傳感器通過(guò)一個(gè)單線接口發(fā)送或接受信息，因此在中央微處理器和DS18B20之間僅需一條連接線（加上地線）。用語(yǔ)讀寫(xiě)和溫度轉(zhuǎn)換的電源可以從數(shù)據(jù)線本身獲得，無(wú)需外部電源。它可以直接將模擬溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，降低了電路的復(fù)雜程度，提高了電路的運(yùn)行質(zhì)量。DS18B20數(shù)字溫度傳感器滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)的要求。圖2-3-1溫度傳感器DS18B20與單片機(jī)的接口電路系統(tǒng)工作原理如下：DS18B20進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，將測(cè)量數(shù)據(jù)送入AT89C51的P3.7口，經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理后顯示溫度值，并與設(shè)定溫度值的上下限值比較，若高于設(shè)定上限值或低于設(shè)定下限值則控制電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整。3.4.1DS18B20的溫度處理方法DS18B20直接將測(cè)量溫度值轉(zhuǎn)化為數(shù)字量提交給單片機(jī)，工作時(shí)必須嚴(yán)格遵守單總線器件的工作時(shí)序。高速暫存存儲(chǔ)器由9個(gè)字節(jié)組成，其分配如下圖所示。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第0和第1個(gè)字節(jié)。單片機(jī)可通過(guò)單線接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式如圖所示。對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S=1時(shí)，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計(jì)算十進(jìn)制值。溫度低位溫度高位THTL配置保留保留保留8位CRCLSBDS18B20存儲(chǔ)器映像圖MSB溫度值格式圖DS18B20溫度數(shù)據(jù)表：232221202-12-22-32-4MSBLSBSSSSS262524典型對(duì)應(yīng)的溫度值表:溫度值/℃數(shù)字輸出（二進(jìn)制）數(shù)字輸出（十六進(jìn)制）+85℃00000101010100000550H+25.625℃00000001100100010191H+10.125℃000000001010001000A2H+0.5℃00000000000010000008H0℃00000000000000000000H-0.5℃1111111111111000FFF8H-10.125℃1111111101101110FF5EH-25.625℃1111111101101111FF6FH-55℃1111110010010000FC90H3.4.2溫度控制和顯示模塊設(shè)計(jì)通過(guò)以6122A芯片為核心組成的紅外遙控器控制和以LCD1602為顯示器件的溫度、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與模式等的顯示系統(tǒng)的組合，組成了溫度顯示與控制模塊?？刂颇K采用紅外遙控器+紅外遙控解碼：紅外遙控器的使用大大方便了用戶(hù)，使他們可以在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)本系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，符合當(dāng)代人的生活習(xí)慣，而且紅外遙控器的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，使用也比較方便。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，我們需要顯示一些字符串以提示用戶(hù)如何進(jìn)行操作，以及方便用戶(hù)能夠明白顯示的內(nèi)容。因此這就要求我們的顯示模塊能夠達(dá)到如下要求：可以顯示字符；顯示位數(shù)盡可能多，且顯示功能盡可能強(qiáng)大。LCD1602液晶屏是16*2的字符型液晶，可以顯示英文26個(gè)字母的大小寫(xiě)，阿拉伯?dāng)?shù)字0—9，及一些簡(jiǎn)單的符號(hào)。該液晶屏操作簡(jiǎn)單，顯示功能強(qiáng)大，完全能共滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的需要，是一種比較理想的選擇；圖2-3-2LCD1602液晶屏與單片機(jī)的接口電路3.5電機(jī)調(diào)速與控制模塊設(shè)計(jì)電機(jī)調(diào)速是整個(gè)控制系統(tǒng)中的一個(gè)重要的方面。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用直流電機(jī)模擬風(fēng)扇電機(jī)的調(diào)速；在實(shí)際中通過(guò)控制雙向可控硅的導(dǎo)通角，使輸出端電壓發(fā)生改變，從而使施加在電風(fēng)扇的輸入電壓發(fā)生改變，以調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)各檔位風(fēng)速的無(wú)級(jí)調(diào)速。3.5.1交流電機(jī)電機(jī)調(diào)速原理可控硅的導(dǎo)通條件如下：1）陽(yáng)-陰極間加正向電壓；2）控制極-陰極間加正向觸發(fā)電壓；3）陽(yáng)極電流IA大于可控硅的最小維持電流IH。電風(fēng)扇的風(fēng)速設(shè)為從高到低5、4、3、2、1檔，各檔風(fēng)速都有一個(gè)限定值。在額定電壓、額定功率下，以最高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，要求風(fēng)葉最大圓周上的線速度不大于2150m/min。且線速度可由下列公式求得式中，V為扇葉最大圓周上的線速度(m/min),D為扇中的最大頂端掃出圓的直徑(mm)；n為電風(fēng)扇的最高轉(zhuǎn)速(r/min)。代入數(shù)據(jù)求得1555r/min,取=1250r/min.又因?yàn)椋喝1=875r/min.則可得出五個(gè)檔位的轉(zhuǎn)速值：=1250r/min=1150r/min=1063r/min=980r/min=875r/min又由于負(fù)載上電壓的有效值其中，u1為輸入交流電壓的有效值，α為控制角。解得：=0°t=0ms=23.5°t=1.70ms=46.5°t=2.58ms=61.5°t=3.43ms=76.5°t=4.30ms以上計(jì)算出的是控制角和觸發(fā)時(shí)間，當(dāng)檢測(cè)到過(guò)零點(diǎn)時(shí)，按照所求得的觸發(fā)時(shí)間延時(shí)發(fā)脈沖，便可實(shí)現(xiàn)預(yù)期轉(zhuǎn)速。3.5.2電機(jī)控制模塊硬件設(shè)計(jì)電路中采用了過(guò)零雙向可控硅型光耦MOC3041,集光電隔離、過(guò)零檢測(cè)、過(guò)零觸發(fā)等功能于一身,避免了輸入輸出通道同時(shí)控制雙向可控硅觸發(fā)的缺陷,簡(jiǎn)化了輸出通道隔離2驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)。所設(shè)計(jì)的可控硅觸發(fā)電路原理圖見(jiàn)圖2-3。其中RL即為電機(jī)負(fù)載，其工作原理是:單片機(jī)響應(yīng)用戶(hù)的參數(shù)設(shè)置,在I/O口輸出一個(gè)高電平,經(jīng)反向器反向后,送出一個(gè)低電平,使光電耦合器導(dǎo)通,同時(shí)觸發(fā)雙向可控硅,使工作電路導(dǎo)通工作。給定時(shí)間內(nèi),負(fù)載得到的功率為:式中:P為負(fù)載得到的功率,kW;n為給定時(shí)間內(nèi)可控硅導(dǎo)通的正弦波個(gè)數(shù);N為給定時(shí)間內(nèi)交流正弦波的總個(gè)數(shù);U為可控硅在一個(gè)電源周期全導(dǎo)通時(shí)所對(duì)應(yīng)的電壓有效值,V;I為可控硅在一個(gè)電源周期全導(dǎo)通時(shí)所對(duì)應(yīng)的電流有效值,A。由式(1)可知,當(dāng)U,I,N為定值時(shí),只要改變n值的大小即可控制功率的輸出,從而達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。3.5.3小功率直流電機(jī)調(diào)速原理單片機(jī)控制的小型直流電機(jī)的一般采用PWM脈沖調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)速度的控制。PWM基本原理以及產(chǎn)生：

PWM基本原理:PWM是通過(guò)控制固定電壓的直流電源開(kāi)關(guān)頻率，從而改變負(fù)載兩端的電壓，進(jìn)而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。PWM可以應(yīng)用在許多方面，如電機(jī)調(diào)速、溫度控制、壓力控制等。

在PWM驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個(gè)固定的頻率來(lái)接通和斷開(kāi)電源，并根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)"接通"和"斷開(kāi)"時(shí)間的長(zhǎng)短。通過(guò)改變直流電機(jī)電樞上電壓的"占空比"來(lái)改變平均壓的大小，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

如圖1所示，在脈沖作用下，當(dāng)電機(jī)通電時(shí)，速度增加；電機(jī)斷電時(shí)，速度逐漸減少。只要按一定規(guī)律，改變通、斷電的時(shí)間，即可讓電機(jī)轉(zhuǎn)速得到控制.

設(shè)電機(jī)始終接通電源時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為Vmax,設(shè)占空比為D=t1／T，則電機(jī)的平均速度為式中，Vd--電機(jī)的平均速度；

Vmax--電機(jī)全通電時(shí)的速度(最大)；

D=t1／T占空比。

由公式(2)可見(jiàn)，當(dāng)我們改變占空比D：t1／T時(shí)，就可以得到不同的電機(jī)平均速度Vd,嚴(yán)格地講，平均速度Vd與占空比D并不是嚴(yán)格的線性關(guān)系，在一般的應(yīng)用中，可以將其近似地看成線性關(guān)系。圖2-4小功率直流電機(jī)控制原理圖3.6高溫報(bào)警模塊設(shè)計(jì)3.6.1二極管與蜂鳴器工作原理發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱(chēng)為L(zhǎng)ED，它是半導(dǎo)體二極管的一種。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(shí)必須串聯(lián)限流電阻以控制通過(guò)管子的電流。限流電阻R可用下式計(jì)算：R＝（E－Uf）／If式中E為電源電壓，Uf為L(zhǎng)ED的正向壓降，If為L(zhǎng)ED的一般工作電流。發(fā)光二極管的兩根引線中較長(zhǎng)的一根為正極，應(yīng)按電源正極。與小白熾燈泡和氖燈相比，發(fā)光二極管的特點(diǎn)是：工作電壓很低（有的僅一點(diǎn)幾伏）；工作電流很?。ㄓ械膬H零點(diǎn)幾毫安即可發(fā)光）；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長(zhǎng)；通過(guò)調(diào)制通過(guò)的電流強(qiáng)弱可以方便地調(diào)制發(fā)光的強(qiáng)弱。由于有這些特點(diǎn)，發(fā)光二極管在一些光電控制設(shè)備中用作光源，在許多電子設(shè)備中用作信號(hào)顯示器。蜂鳴器電路（高溫發(fā)聲報(bào)警）蜂鳴器工作原理簡(jiǎn)介：當(dāng)控制端口通以不同頻率及不同占空比的信號(hào)時(shí)蜂鳴器將發(fā)出不同強(qiáng)度及不同頻率的聲音。由于蜂鳴器存在的聲音較小，且價(jià)格比發(fā)光二極管要稍貴一下，所以此次報(bào)警音電路選用發(fā)光二極管。3.6.2高溫報(bào)警模塊電路圖2.5發(fā)光二極管構(gòu)成的高溫報(bào)警指示電路系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1概述整個(gè)系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來(lái)了。從軟件的功能不同可分為兩大類(lèi)：一是監(jiān)控軟件（主程序），它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，專(zhuān)門(mén)用來(lái)協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。二是執(zhí)行軟件（子程序），它是用來(lái)完成各種實(shí)質(zhì)性的功能如測(cè)量、計(jì)算、顯示、通訊等。每一個(gè)執(zhí)行軟件也就是一個(gè)小的功能執(zhí)行模塊。這里將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以規(guī)劃監(jiān)控程序了。首先要根據(jù)系統(tǒng)的總體功能和鍵盤(pán)設(shè)置選擇一種最合適的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)實(shí)時(shí)性的要求，合理地安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊之間地調(diào)度關(guān)系。主程序調(diào)用了4個(gè)子程序，分別是數(shù)碼管顯示程序、鍵盤(pán)掃描以及按鍵處理程序、溫度測(cè)試程序、中斷控制程序、單片機(jī)與PC機(jī)串口通訊程序。鍵盤(pán)掃描電路及按鍵處理程序：實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)的輸入按鍵的識(shí)別及相關(guān)處理。溫度測(cè)試程序：對(duì)溫度芯片送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)行判斷和顯示。數(shù)碼管顯示程序：向數(shù)碼的顯示送數(shù)，控制系統(tǒng)的顯示部分。中斷控制程序：實(shí)現(xiàn)循環(huán)顯示功能。4.2整體程序流程圖設(shè)計(jì)開(kāi)始開(kāi)始系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化檢測(cè)人存在 否檢測(cè)人存在 是 DS18B20初始化測(cè)量溫度DS18B20初始化測(cè)量溫度調(diào)用相應(yīng)的控制程序溫度顯示子程序內(nèi)部判斷 正常調(diào)用電機(jī)控制子程序調(diào)用電機(jī)控制子程序測(cè)量轉(zhuǎn)速測(cè)量轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速顯示子程序轉(zhuǎn)速顯示子程序高溫（>40）是高溫（>40） 否 是調(diào)用報(bào)警子程序調(diào)用報(bào)警子程序結(jié)束結(jié)束如圖3-1所示，主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換工作必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：初始化、ROM操作指令、存儲(chǔ)器操作指令。單片機(jī)所用的系統(tǒng)頻率為12MHz。根據(jù)DS18B20初始化時(shí)序、讀時(shí)序和寫(xiě)時(shí)序分別可編寫(xiě)4個(gè)子程序：初始化子程序、寫(xiě)子程序、讀子程序、顯示子程序。4.3小功率直流電機(jī)調(diào)速與控制模塊程序流程圖如下所示五、系統(tǒng)調(diào)試5.1、測(cè)試環(huán)境及工具測(cè)試溫度：0--100攝氏度。測(cè)試風(fēng)扇速度：用直流電機(jī)模擬測(cè)試儀器及軟件：數(shù)字萬(wàn)用表，溫度計(jì)0--100攝氏度，串口調(diào)試助手。5.2、