單片機多功能電扇控制器的設(shè)計方案-硬件設(shè)計方案

PAGEPAGE10湖北經(jīng)濟學(xué)院法商學(xué)院?？飘厴I(yè)論文(設(shè)計）題目:單片機多功能電扇控制器的設(shè)計(硬件設(shè)計）專業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù)系（部)：電子工程系班級：應(yīng)電08301班學(xué)號：0830530110姓名：劉暢指導(dǎo)教師：陳瑩職稱:講師湖北經(jīng)濟學(xué)院法商學(xué)院教務(wù)部制摘要為了讓電風扇使用起來更方便，能達到在遠處即可控制電風扇運行狀態(tài)的目的.文本基于AT89C51單片機、HS5104紅外遙控編碼發(fā)射器和HS8206解碼器設(shè)計了這款紅外遙控電風扇的硬件電路。系統(tǒng)分為信號發(fā)送和信號接收兩大部分，信號發(fā)送部分由時鐘電路，鍵盤電路，顯示電路和數(shù)據(jù)發(fā)送模塊組成;信號接收部分由數(shù)據(jù)接收模塊和電機控制電路組成。兩大部分的協(xié)調(diào)運作構(gòu)成了整個紅外遙控電風扇系統(tǒng)。通過單片機的控制，本系統(tǒng)可以完成的主要功能有：用戶可以通過遙控器按鈕按下“啟動"、“關(guān)機”、“風速”、“風類"四個按鍵，對電風扇進行遠程遙控。電風扇的風速分“強風”、“中風”和“弱風”三種；風類分為“正常風”、“自然風"及“睡眠風”三類。用戶還可以通過遙控器面板上的指示燈查看當前風扇的工作狀態(tài)。設(shè)計這種電風扇可以使電風扇的操作更加方便快捷，讓人們在酷暑之中享受夏日的清涼.關(guān)鍵詞：單片機;紅外遙控；電風扇目錄TOC\o”1—2”\h\z\uHYPERLINK\l”_Toc287039478"1系統(tǒng)功能概述 12系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理分析 2_Toc287039481"3。1AT89C51單片機 3_Toc287039484"4系統(tǒng)設(shè)計 64.1時鐘振蕩電路 6_Toc287039487”4。3顯示電路 7HYPERLINK\l”_Toc287039488"4。4數(shù)據(jù)發(fā)射電路 84.5數(shù)據(jù)接收電路 84.6電機控制電路 10_Toc287039493"附錄2HS5104鍵輸出碼表 14參考文獻 151系統(tǒng)功能概述本系統(tǒng)為單片機多功能電扇控制器的硬件組成部分，包括信號的發(fā)送模塊和接收模塊以及電風扇控制電路。其具體功能如下：1．遙控器采用無線遙控方式，可以通過遙控器鍵盤上的按鍵控制電風扇的工作，以及遙控器面板上的LED指示燈觀察電風扇現(xiàn)在的工作模式;2．用戶按下“啟動”按鈕，電風扇開始工作,用戶按下“關(guān)閉”按鈕，電風扇停止工作；3．當用戶按“風速”按鈕時，電風扇會在“弱風”、“中風”、“強風"三種風速之間切換；4．若用戶按“類型"按鈕,電風扇將會在“正常風"、“自然風"、“睡眠風"三種風類之間進行切換；5．遙控器的發(fā)送部分會完成對發(fā)送數(shù)據(jù)的編碼、調(diào)制、載波輸出，而接收部分會完成對接收數(shù)據(jù)的濾波、解調(diào)、解碼。2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理分析圖1圖1單片機多功能電風扇系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖1為單片機多功能電風扇系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖,如圖1(a)所示該系統(tǒng)的信號發(fā)送部分主要由AT89C51單片機和數(shù)據(jù)發(fā)射模塊構(gòu)成.數(shù)據(jù)發(fā)射模塊采用HS5104紅外遙控編碼發(fā)射器，它將完成數(shù)據(jù)的編碼、調(diào)制及載波輸出的功能，將鍵盤輸入的數(shù)字信號指令，經(jīng)過處理之后轉(zhuǎn)換成模擬信號發(fā)送給電風扇數(shù)據(jù)接收模塊。如圖1(b），該系統(tǒng)的信號接收部分主要由數(shù)據(jù)接收模塊、AT89C51單片機及電機控制電路組成。接收模塊采用HS8206解碼器，數(shù)據(jù)發(fā)射模塊發(fā)射的數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)接收模塊采集,經(jīng)過濾波、調(diào)制、解碼等步驟，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號指令并傳送給單片機，通過軟件程序來控制電機的操作,從而完成整個過程.3主要元件介紹系統(tǒng)信號發(fā)送接收部分都采用了AT89C51單片機，數(shù)據(jù)發(fā)送模塊運用HS5104紅外遙控編碼發(fā)射器,數(shù)據(jù)接收模塊所用的是HS8206解碼器。3.1AT89C51單片機AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器（FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的、“睡眠風”三種風類以及“強”、“中"、“弱”三種風速。具備記憶功能,不需要每次開機都重新輸入運作模式。配合HS5104編碼器可實現(xiàn)全功能遙控。 圖4為HS8206BA4K的引腳排列圖，它一共有18只引腳，各引腳功能為： D1：遙控訊號輸入 OFF：關(guān)機鍵或開/關(guān)鍵輸入及LED掃描輸出端 TIMER:定時鍵輸入及LED掃描輸出端 SPEED：風速鍵輸入及LED掃描輸出端 MODE：風類鍵輸入及LED掃描輸出端 COM1:用戶碼C1選擇及LED掃描公共端 COM2:用戶碼C2選擇及LED掃描公共端 COM3：LED掃描公共端 SWING：擺頭鍵及用戶碼選擇二極管連接端 SHO:擺頭驅(qū)動、水平擺頭 STRONG：強風驅(qū)動 MEDIUM:中風驅(qū)動 LOW：弱風驅(qū)動 VDD：正電源圖4HS8206BA4K解碼器引腳圖 BUZ:蜂鳴器驅(qū)動圖4HS8206BA4K解碼器引腳圖 OSC2、OSC1:455KHz振蕩器 VSS:負電源4系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計部分將針對系統(tǒng)各個部分分別提出設(shè)計方案，并對此設(shè)計方案做出必要的解釋和設(shè)計方法。4。1時鐘振蕩電路 AT89C51單片機內(nèi)部有一個高增益反向放大器，輸入端為芯片上的XTAL1引腳，輸出端為芯片上的XTAL2引腳，可用于構(gòu)成振蕩器.將兩個電容和一個晶振接入單片機的XTAL1和XTAL2引腳之間即可組成一個穩(wěn)定的自激振蕩器.具體電路如圖5所示。圖5時鐘振蕩電路 電路中C1、C2兩個電容的電容值約為30pF，并選用6MHz或者12MHz的晶振。圖5時鐘振蕩電路4.2鍵盤電路鍵盤電路有獨立式按鍵和矩陣式按鍵兩種,因為電風扇遙控器所需要的按鍵較少，僅有“啟動”、“風速”、“風類”和“關(guān)機”四個按鍵。所以這里采用獨立式鍵盤。此方式結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計便捷,程序編寫也相對簡單一些。電路設(shè)計時，使用AT89C51單片機的P1口線接入鍵盤電路.如圖6,該電路為鍵盤電路。圖6電風扇遙控器按鍵電路上拉電阻接高電平，若沒有按鍵按下,那么引腳處于高電平。當某一按鍵按下的時候,設(shè)按下的按鈕為啟動按鈕，高電平通過按鈕直接接地，所以與啟動按鈕相互連接的P1.0口為低電平,因此當P1。0口為低電平的時候，代表啟動按鈕被按下。按鈕按下產(chǎn)生的電平變化經(jīng)過內(nèi)部程序的處理之后,傳遞給顯示電路和信號發(fā)送模塊,從而控制他們的工作狀態(tài)。圖6電風扇遙控器按鍵電路4.3顯示電路圖7電風扇遙控器顯示電路遙控電風扇的時候,需要了解電風扇當前的工作狀態(tài)，所以在遙控器上應(yīng)該有當前狀態(tài)的顯示，電風扇工作狀態(tài)的顯示工作由六個LED發(fā)光二極管來完成。風速的“強風"、“中風”、“弱風"和風類的“正常風”、“自然風”、“睡眠風”各用一個發(fā)光二極管來指示。若電風扇現(xiàn)在的工作狀態(tài)是正常的強風，那么表示“正常風"和“強風”的兩個發(fā)光二極管發(fā)光。其余的四個二極管處于熄滅狀態(tài)。電路設(shè)計時,使用AT89C51的P2口來接入顯示電路。具體電路圖如圖7。圖7電風扇遙控器顯示電路發(fā)光二極管后接電阻然后直接接地。若P2為高電平，則發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光；若P2為低電平，則放光二極管截止不發(fā)光。所以，在編寫程序時，只要P1口按鍵按下，P2口相對應(yīng)的那個指示燈亮或者滅就行了。4。4數(shù)據(jù)發(fā)射電路當用戶按下遙控器按鍵的時候，遙控器應(yīng)該將這個信號發(fā)送給電風扇的信號接收模塊，因此這個信號發(fā)射的過程要通過數(shù)據(jù)發(fā)射電路來完成。圖8為電風扇遙控器的數(shù)據(jù)發(fā)射電路,其核心是HS5104紅外遙控編碼發(fā)射器。圖8電風扇遙控器數(shù)據(jù)發(fā)射電路圖8電風扇遙控器數(shù)據(jù)發(fā)射電路遙控器通常使用2節(jié)干電池，所以供電電壓為3V；C1為旁路電容，使供電直流電壓更加穩(wěn)定、純粹；HS5104的1、2管腳為用戶碼設(shè)定，若開關(guān)閉合，則C1、C2接地，為‘0’，若開關(guān)打開，則C1、C2浮空,為‘1’；HS5104的3、4、5、6管腳為鍵盤按鍵，和鍵盤電路相連；HS5104的第14管腳接LED,若信號處于發(fā)射狀態(tài)，彩燈閃爍，沒有信號發(fā)出，則發(fā)光二極管熄滅；HS5104的10、12、13管腳接時鐘振蕩電路，振蕩電路由電容C2、C3、以及晶體振蕩器XL（455KHz）組成，作為內(nèi)部振蕩頻率；HS5104的15管腳為編碼信號輸出端，當有高電平信號發(fā)出的時候，DO端為高電平，則Q1、Q2導(dǎo)通，那么紅外線發(fā)射管（LED2）將發(fā)出紅外線。4.5數(shù)據(jù)接收電路 經(jīng)過數(shù)據(jù)發(fā)射電路發(fā)射過來的信號,要由接收電路濾波、解調(diào)和解碼之后才能得到正確的指令，再送給單片機進行下一步的處理。因此數(shù)據(jù)接收電路也是電風扇組成的很重要的部分。但是接收電路通常被安裝在電風扇中，而電風扇的供電電壓是220V的交流電壓，所以將220V交流電轉(zhuǎn)換成可以使電路正常工作的5V電壓，是設(shè)計數(shù)據(jù)接收電路的第一步.4。5.1數(shù)據(jù)接收電路電源部分 電源部分的主要工作是將220V的交流電壓經(jīng)過電路的轉(zhuǎn)換得到適合控制部分正常工作的5V電壓。具體電路如圖9。圖9電風扇數(shù)據(jù)接收電路電源部分圖9電風扇數(shù)據(jù)接收電路電源部分 R1為并聯(lián)電阻；C1和R2組成一個并聯(lián)諧振回路，用來對220V交流電進行濾波；D1、D2、C2將對輸送多來的電流再次的整流濾波；R3為并聯(lián)電阻;D3、R4組成穩(wěn)壓電路，使工作電壓更加穩(wěn)定，從而得到穩(wěn)定的5V電壓。4.5.2數(shù)據(jù)接收電路控制部分圖10電風扇數(shù)據(jù)接收電路控制部分 數(shù)據(jù)接收模塊接收到發(fā)射出來的信號之后，要進行濾波、解調(diào)和解碼等一系列的工作之后才能得到有用的指令。這部分功能將由HS8206BA4K解碼器圖10電風扇數(shù)據(jù)接收電路控制部分 圖10即為接收電路的控制部分，DI口為紅外信號接收端，外接一個紅外信號接收器，可以將HS5104的DO管腳發(fā)出的紅外信號接收過來;由于電風扇上通常也有控制按鈕,所以在芯片的2、3、4、5引腳都有外接按鍵，由于要完成風類和風速的轉(zhuǎn)換，所以和COM1、COM2、COM3端構(gòu)成矩陣鍵盤；BUZ端口外接蜂鳴器,當按鈕按下的時候，蜂鳴器將鳴響，提示指令已經(jīng)接收到；OSC1和OSC2端口外接兩個電容和一個晶體振蕩器用來產(chǎn)生455KHz的內(nèi)部振蕩頻率；接收到的指令經(jīng)過芯片內(nèi)部的處理由11、12、13引腳傳送到單片機內(nèi)部,進行下一步的處理。4。6電機控制電路控制信號傳遞到單片機后，通過軟件程序的處理，對電機做出指示。利用發(fā)出脈沖的占空比來控制電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動時間，達到控制風速和風類的目的.圖11電風扇電機控制電路圖11電風扇電機控制電路圖11為電風扇的電機控制電路，按照這個電路的原理可以改變電風扇的運行狀態(tài)。假定，Ua、Ub端口接單片機的P0口,Ua為P0。0口線，Ub為P0。1口線。當要電機啟動的話,P0。1口必須輸出高電平，即Ub口為‘1'；若P0。1口為低電平,Ub為‘0'，電源VCC會直接Ub，相當于接地，電風扇將不會運行,這樣可以完成啟動和關(guān)閉的功能。若要改變電機的轉(zhuǎn)動速度,可以改變P0。1口脈沖的占空比。當P0。1一直為高電平的時候，電機將以最大速度轉(zhuǎn)動，如果這時改變P0。1口的電平，電機不會馬上停止，由于慣性會繼續(xù)轉(zhuǎn)動一會，但電機的轉(zhuǎn)動速度會比P0。1一直為高電平的時候弱，通過改變高、低電平分配的時間來改變風扇運行的速度。這些脈沖信號的發(fā)出，將由AT89C51單片機的軟件程序來完成.5紅外線信號編碼格式HS5104紅外遙控編碼發(fā)射器所產(chǎn)生的編碼將由DO端輸出,數(shù)據(jù)輸出格式由以下三部分組成:1、起始碼部分—-3位（邏輯“110"）；2、用戶碼部分-—2位（C1、C2)；3、指令碼部分-—7位。為了防止鍵盤的抖動，當某一按鍵按下的時候，要經(jīng)過32ms的延遲，才能確定為有效指令，DO端將輸出有效幀。一幀碼和間隔的4位合起來稱為一幀,即包含16位。按鍵時間越長，發(fā)出的有效幀越多（至少要發(fā)出兩個有效幀）。數(shù)據(jù)輸出格式見圖12.一幀碼（共12位)按鍵開始延時時間（32ms)起始碼用戶碼指令碼按鍵開始延時時間第一幀碼間隔4位第二幀碼(32ms）第一幀圖12數(shù)據(jù)輸出格式圖12數(shù)據(jù)輸出格式下面以具體的例子來說明當鍵盤的某一按鍵被按下時，HS5104的編碼發(fā)射輸出。如圖13，首先用戶先按下了KY1鍵，這是開始產(chǎn)生455KHz振蕩脈沖，DO口經(jīng)過32ms延遲后發(fā)出脈沖信號，用戶停止按下KY1鍵后OSC將不產(chǎn)生振蕩脈沖，DO端也不再發(fā)出脈沖信號。當KY2鍵按下時,OSC重新開始振蕩，產(chǎn)生455KHz時鐘信號,DO端也重新發(fā)出信號脈沖,這個脈沖將攜帶著指令編碼發(fā)送到HS8206的DI端口，松開KY2鍵后,時鐘脈沖漸漸消失，DO端口的信號也將停止發(fā)送