【正文】 ............................................................................ 18 用 Keil C51 編寫程序 .................................................................................. 20 用 Proteus 進行仿真 ...................................................................................... 21 Proteus 簡介 .......................................................................................... 21 本設(shè)計基于 Proteus 的仿真 ................................................................ 22 瓊州學(xué)院本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第五章 系統(tǒng)調(diào)試 ........................................................................................................ 26 軟件調(diào)試 ........................................................................................................ 26 按鍵顯示部分的調(diào)試 .......................................................................... 26 傳感器 DS18B20 溫度采集部分調(diào)試 ................................................ 26 電動機調(diào)速電路部分調(diào)試 .................................................................. 27 硬件調(diào)試 ........................................................................................................ 27 按鍵顯示部分的調(diào)試 .......................................................................... 27 傳感器 DS18B20 溫度采集部分調(diào)試 ................................................ 27 電動機調(diào)速電路部分調(diào)試 .................................................................. 28 系統(tǒng)功能 ........................................................................................................ 28 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能 .................................................................................. 28 系統(tǒng)功能分析 ...................................................................................... 28 第六章 結(jié)束語 ............................................................................................................ 30 參考文獻 ...................................................................................................................... 31 附 錄 ............................................................................................................................ 32 致 謝 ............................................................................................................................ 34 瓊州學(xué)院本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 1 第一章 前 言 在現(xiàn)代 的生活和生產(chǎn) 中， 電風(fēng)扇被廣泛的使 用，發(fā)揮著舉足輕重的作用，如夏天人們使用的散熱風(fēng)扇、工業(yè)生產(chǎn)中大型機械中的散熱風(fēng)扇以及現(xiàn)在筆記本電腦上廣泛使用的智能 CPU 風(fēng)扇等。而隨著溫度控制技術(shù)的發(fā)展，為了降低風(fēng)扇運轉(zhuǎn)時的噪音以及節(jié)省能源等，溫度控制風(fēng)扇越來越受到重視并被廣泛的應(yīng)用。在先階段，溫控風(fēng)扇的設(shè)計已經(jīng)有了一定的成效，可以使風(fēng)扇根據(jù)環(huán)境溫度的變化 進行自動無極調(diào)速，當(dāng)環(huán)境溫度升高到 到一定時能自動啟動風(fēng)扇，并隨著環(huán)境溫度的升高自動加快風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，當(dāng)環(huán)境溫度降到一定時能自動停止風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)智能控制。 本文設(shè)計了由 ATMEL 公司的 8052 系列單片機 AT89C52 作為控制器，采用DALLAS 公司的溫度傳感器 DS18B20 作為溫度采集元件，并通過一個達林頓反向驅(qū)動器 ULN2803 驅(qū)動風(fēng)扇電機的轉(zhuǎn)動。同時 使 系統(tǒng)檢測到的環(huán)境溫度以及系統(tǒng)預(yù)設(shè)的溫度動 態(tài)顯示在 LED 數(shù)碼管上。根據(jù)系統(tǒng)檢測到的環(huán)境溫度與系統(tǒng)預(yù)設(shè)溫度的比較，實現(xiàn)風(fēng)扇電機的自動啟動與停止以及轉(zhuǎn)速的自動調(diào) 節(jié)。 第二章 整體方案設(shè)計 2 第二章 整體方案設(shè)計 系統(tǒng)整體的設(shè)計 本設(shè)計的整體思路是：利用溫度傳感器 DS18B20 檢測環(huán)境溫度并直接輸出數(shù)字溫度信號給單片機 AT89C52 進行處理，在 LED 數(shù)碼管上顯示當(dāng)前環(huán)境溫度值以及預(yù)設(shè)溫度值。其中預(yù)設(shè)溫度值只能為整數(shù)形式，檢測到的當(dāng)前環(huán)境溫度可精確到小數(shù)點后一位。 同時采用 PWM 脈寬調(diào)制方式來改變直流風(fēng)扇電機的轉(zhuǎn)速。并通過兩個按鍵改變預(yù)設(shè)溫度的大小，一個提高預(yù)設(shè)溫度，另一個降低預(yù)設(shè)溫度。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 21 所示。 圖 21 系統(tǒng)構(gòu)成框圖 方案論證 本設(shè)計需要實現(xiàn)風(fēng)扇直流電機的溫度控制，使風(fēng)扇電機能根據(jù)環(huán)境溫度的變化自動啟動和停止以及 轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié)，需要比較高的溫度變化分辨率以及穩(wěn)定可靠的換擋停機控制部件。 AT89C52 溫度顯示 DS18B20 復(fù)位 晶振 獨立按鍵 PWM 驅(qū)動電路 直流電機 瓊州學(xué)院本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 3 溫度傳感器的選擇 在本設(shè)計中，溫度傳感器的選擇有一下兩種方案： 方案一 ： 使 用數(shù)字式的 DS18B20 集成溫度傳感器作為溫度檢測的核心元件，由其檢測并直接輸出數(shù)字信號給單片機進行處理。 方案二： 使 用熱敏電阻作為檢測溫度的核心元件，并通過運算放大器放大，由于熱敏電阻會隨溫 度變化而變化，進而產(chǎn)生輸出電壓變化的微弱電壓變化信號，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809 將微弱電壓變化信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸入單片機處理。 對于方案 二 ，采用熱敏電阻作為溫度檢測元件，有價格便宜，元件容易購的優(yōu)點，但是熱敏電阻對溫度的細微變化不太敏感，在信號采集、放大以及轉(zhuǎn)換的過程中還會產(chǎn)生失真和誤差，并且由于熱敏電阻的 RT 關(guān)系的非線性，其自身對溫度的變化存在較大的 誤差，雖然可以通過一定電路來修正，但這個不僅將使電路變得更加復(fù)雜，而且在人體所處環(huán)境溫度變化過程中難以檢測到小的溫度變化。故該方案不適合本系統(tǒng)。 對于 方案一 ，由于數(shù)字式集成溫度傳感器 DS18B20 的高度集成化，大大降低了外界放大轉(zhuǎn)換等電路的誤差因數(shù)，溫度誤差變的很小，并且由于其檢測溫度的原理與熱敏電阻檢測的原理有著本質(zhì)的不同，使得其溫度分辨力極高。溫度值在器件內(nèi)部轉(zhuǎn)化成數(shù)字量直接輸出，簡化了系統(tǒng)程序的設(shè)計，又由于該溫度傳感器采用先進的單總線技術(shù)，與單片機的接口變的非常簡潔，抗干擾能力強，因此該方案適用于本系統(tǒng)。 控制核心的選擇 在本設(shè)計中采用 AT89C52 單片機作為控制核心，通過軟件編程的方法進行溫度檢測和判斷，并在其 I/O 口輸出控制信號。 AT89C52 單片機工作電壓低，性能高，片內(nèi)含 8k 字節(jié)的只讀程序存儲器 ROM 和 256 字節(jié)的隨機數(shù)據(jù)存儲器RAM，它兼容標準的 MCS51 指令系統(tǒng)，單片機價格便宜，適合本設(shè)計系統(tǒng)。 第二章 整體方案設(shè)計 4 溫度顯示器件的選擇 方案一：應(yīng)用動態(tài)掃描的方式，采用 LED 共陰極數(shù)碼管顯示溫度。 方案二：采用 LCD 液晶顯示屏顯示溫度。 對于方案一，該方案成本很低，顯示溫度明確醒目，即使在黑暗空間也能清楚看見，功耗極低，同時溫度顯示程序的編寫也相對簡單，因而這種方式得到了廣泛的應(yīng)用。但不足的地方是它采用 動態(tài)掃描顯示方式，各個 LED 數(shù)碼 管是逐個點亮的，因此會產(chǎn)生閃爍 ，但由于人眼的視覺暫留時間為 20ms，故當(dāng)數(shù)碼管掃描周期小于這個時間時，人眼不會感覺到閃爍，因此只要掃描頻率設(shè)置得到即可采用該方案。 對于方案二，液晶顯示屏具有顯示字符優(yōu)美，其不僅能顯示字符甚至圖形，這是 LED 數(shù)碼管無法比擬的。但是液晶顯示模塊的元件價格昂貴，顯示驅(qū)動程序的編寫也較復(fù)雜，從簡單實用的角度考慮，本系統(tǒng)采用方案一。 調(diào)速方式的選擇 方案一：采用單片機軟件編程實現(xiàn) PWM（脈沖寬度調(diào)制）調(diào)速方法。 PWM的英文全稱是： Pulse Width Modulation 的縮寫，它是按一定的規(guī)律改變脈沖序列的脈沖寬度，一調(diào)節(jié)輸出量和波形的一種調(diào)節(jié)方式，在 PWM 驅(qū)動控制的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，最常用的是以矩形波 PWM 信號，早控制時需要調(diào)節(jié) PWM 波的占空比。占空比是指高電平 持續(xù)時間在一個周期時間內(nèi)的百分比。在控制電機轉(zhuǎn)速時，占空比越大，轉(zhuǎn)速就越快，若全為高電平，占空比為 100%時，轉(zhuǎn)速達到最大。用單片機 I/O 口輸出 PWM 信號時，有如下三種方法： （ 1）利用軟件延時。當(dāng)高電平延時時間到時，對 I/O 電平取反，使其變成低電平，然后再延時一定時間；當(dāng)?shù)碗娖窖訒r時間到時，再對 I/O 電平取反，使其變成高電平，如此循環(huán)即可得到 PWM 信號。在本設(shè)計中采用了此方法。 （ 2）利用定時器。控制方法與（ 1）相同，只是在該方法中利用單片機的定時器來定時進行高低電平的轉(zhuǎn)變，而不是用軟件延時。但是此方法編程相對復(fù)雜。 （ 3）利用單片機自帶的 PWM 控制器。在 STC12 系列單片機中自身帶有PWM 控制器，但本系統(tǒng)所應(yīng)用到的 AT89C52 單片機無此功能。 對于方案一，該方案能夠直接實現(xiàn)對直流電機的無極調(diào)速，速度變化靈敏，瓊州學(xué)院本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 5 但是 D/A 轉(zhuǎn)換芯片的價格較高，與其溫控狀態(tài)下 無極調(diào)速功能相比價格較高。 對于方案二，相對于其他用硬件或是 軟件相結(jié)合的方法實現(xiàn)對電機進行調(diào)速而言，采用 PWM 用純軟件的方法來實現(xiàn)調(diào)速過程，具有更大 的靈活性，并大大降低了成本，能夠充分發(fā)揮單片機的功能，對于簡單速度控制系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了一種有效的途徑。綜合考慮選用方案二。 第三章 各單元模塊的硬件設(shè)計 6 第三章 各單元模塊的硬件設(shè)計 系統(tǒng)主要器件包括 DS18B20 溫度傳感器、 AT89C52 單片機、五位 LED 共陰數(shù)碼管、風(fēng)扇直流電機，達林頓反向驅(qū)動器 ULN2803。輔助元件包括電阻、電容、電源、按鍵、撥碼開關(guān)等。 系統(tǒng) 器件簡介 DS18B20 單線數(shù)字溫度傳感器簡介 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器，是采用美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的DS18B20 可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片封裝而成，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微型處理器等優(yōu)點，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號供處理器處理。適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。 DS18B20 的主要特征：測量的結(jié)果直接以數(shù)字信號的形式輸出，以“一線總線”方式串行傳給 CPU，同時可傳送 CRC 校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力；溫度測量范圍在 55℃ ～ +125℃之 間，在 10℃ ～ +85℃時精確度為177。 ℃；可檢測溫度分辨率為 9～ 12位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃， ℃， ℃和 ℃，可實現(xiàn)高精度測溫；它單線接口的獨特性，使它與微處理器連接時僅需一條端口線即可實現(xiàn)與微處理器的雙向通信；支持多點組網(wǎng)功能，即多個DS18B20 可以并聯(lián)在