【正文】 元件，有價(jià)格便宜，元件易購的優(yōu)點(diǎn)，但熱敏電阻對溫度的細(xì)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，其自身電阻對溫度的變化存在較大誤差，雖然可以通過一定電路來修正，但這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)。對于方案二，由于數(shù)字式集成溫度傳感器DS18B20的高度集成化，大大降低了外接放大轉(zhuǎn)化等電路的誤差因數(shù)，溫度誤差變得很小，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)程序設(shè)計(jì)，又由于該溫度傳感器采用先進(jìn)的單總線技術(shù)，與單片機(jī)的接口變得非常簡潔，抗干擾能力強(qiáng)，因此該方案適用于本系統(tǒng)。 控制核心的選擇在本設(shè)計(jì)中采用AT89C52單片機(jī)作為控制核心，通過軟件編程的方法進(jìn)行溫度檢測和判斷，并在其I/O口輸出控制信號。AT89C52單片機(jī)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(jī)數(shù)據(jù)存儲器RAM，它兼容標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令系統(tǒng)，單片價(jià)格也不貴，適合本設(shè)計(jì)系統(tǒng)。方案一：采用電壓比較電路作為控制部件。溫度傳感器采用熱敏電阻或熱電偶等，溫度信號轉(zhuǎn)為電信號并放大，由集成運(yùn)放組成的比較電路判決控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，當(dāng)高于或低于某值時(shí)將風(fēng)扇切換到相應(yīng)檔位。方案二：采用單片機(jī)作為控制核心。以軟件編程的方法進(jìn)行溫度判斷，并在端口輸出控制信號。對于方案一，采用電壓比較電路具有電路簡單、易于實(shí)現(xiàn)，以及無需編寫軟件程序的特點(diǎn)，但控制方式過于單一，不能自由設(shè)置上下限動(dòng)作溫度，無法滿足不同用戶以及不同環(huán)境下的多種動(dòng)作溫度要求，故不在本系統(tǒng)中采用。對于方案二，以單片機(jī)作為控制器，通過編寫程序不但能將傳感器感測到的溫度通過顯示電路顯示出來，而且用戶能通過鍵盤接口，自由設(shè)置上下限動(dòng)作溫度值，滿足全方位的需求。并且通過程序判斷溫度具有極高的精準(zhǔn)度，能精確把握環(huán)境溫度的微小變化。故本系統(tǒng)采用方案二。 顯示電路的選擇方案一：采用四位共陽數(shù)碼管顯示溫度，動(dòng)態(tài)掃描顯示方式。方案二：采用液晶顯示屏LCD顯示溫度對于方案一，該方案成本低廉，顯示溫度明確醒目，在夜間也能看見，功耗極低，顯示驅(qū)動(dòng)程序的編寫也相對簡單，這種顯示方式得到廣泛應(yīng)用。不足的地方是掃描顯示方式是使四個(gè)LED逐個(gè)點(diǎn)亮，因此會有閃爍，但是人眼的視覺暫留時(shí)間為20MS，當(dāng)數(shù)碼管掃描周期小于這個(gè)時(shí)間時(shí)人眼將感覺不到閃爍，因此可以通過增大掃描頻率來消除閃爍感。對于方案二，液晶體顯示屏具有顯示字符優(yōu)美，不但能顯示數(shù)字還能顯示字符甚至圖形的優(yōu)點(diǎn)，這是LED數(shù)碼管無法比擬的。但是液晶顯示模塊價(jià)格昂貴，驅(qū)動(dòng)程序復(fù)雜，從簡單實(shí)用的原則考慮，本系統(tǒng)采用方案一。 調(diào)速方式的選擇方案一：采用數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC0832來控制，由單片機(jī)根據(jù)當(dāng)前環(huán)境溫度值輸出相應(yīng)數(shù)字量到DAC0832中，再由DAC0832產(chǎn)生相應(yīng)模擬信號控制晶閘管的導(dǎo)通角，從而通過無級調(diào)速電路實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)速的自動(dòng)調(diào)節(jié)。方案二：采用單片機(jī)軟件編程實(shí)現(xiàn)PWM（脈沖寬度調(diào)制）調(diào)速的方法。PWM是英文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，以調(diào)節(jié)輸出量和波形的一種調(diào)節(jié)方式，在PWM驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，最常用的是矩形波PWM信號，在控制時(shí)需要調(diào)節(jié)PWM波得占空比。占空比是指高電平持續(xù)時(shí)間在一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)的百分比。在控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，占空比越大，轉(zhuǎn)速就越快，若全為高電平，占空比為100%時(shí)，轉(zhuǎn)速達(dá)到最大。用單片機(jī)I/O口輸出PWM信號時(shí)，有如下三種方法：(1) 利用軟件延時(shí)。當(dāng)高電平延時(shí)時(shí)間到時(shí)，對I/O口電平取反，使其變成低電平，然后再延時(shí)一定時(shí)間；當(dāng)?shù)碗娖窖訒r(shí)時(shí)間到時(shí)，再對該I/O口電平取反，如此循環(huán)即可得到PWM信號。在本設(shè)計(jì)中應(yīng)用了此方法。(2) 利用定時(shí)器?？刂品椒ㄅc(1)相同，只是在該方法中利用單片機(jī)的定時(shí)器來定時(shí)進(jìn)行高低電平的轉(zhuǎn)變，而不是用軟件延時(shí)。應(yīng)用此方法時(shí)編程相對復(fù)雜。(3) 利用單片機(jī)自帶的PWM控制器。在STC12系列單片機(jī)中自身帶有PWM控制器，但本系統(tǒng)所用到得AT89系列單片機(jī)無此功能。對于方案一，該方案能夠?qū)崿F(xiàn)對直流風(fēng)扇電機(jī)的無級調(diào)速，速度變化靈敏，但是D/A轉(zhuǎn)換芯片的價(jià)格較高，與其溫控狀態(tài)下無級調(diào)速功能相比性價(jià)比不高。對于方案二，相對于其他用硬件或者軟硬件相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速而言，采用PWM 用純軟件的方法來實(shí)現(xiàn)調(diào)速過程，具有更大的靈活性，并可大大降低成本，能夠充分發(fā)揮單片機(jī)的功能，對于簡單速度控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了一種有效的途徑。綜合考慮選用方案二。 控制執(zhí)行部件的選擇方案一：采用數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片AD0832控制，由單片機(jī)根據(jù)當(dāng)前溫度值送出相應(yīng)數(shù)字量到AD0832，由AD0832產(chǎn)生模擬信號控制晶閘管的導(dǎo)通角，從而配合無級調(diào)速電路實(shí)現(xiàn)溫控時(shí)的自動(dòng)無級風(fēng)力調(diào)節(jié)。方案二：采用繼電器，繼電器的接有控制晶閘管導(dǎo)通角的電阻的接入電路與否由單片機(jī)控制，根據(jù)當(dāng)前溫度值在相應(yīng)管腳送出高/低電平，決定某個(gè)繼電器的導(dǎo)通角控制電阻是否接入電路。對于方案一，該方案能夠?qū)崿F(xiàn)在風(fēng)扇處于溫控狀態(tài)時(shí)也能無級調(diào)速，但是D/A轉(zhuǎn)換芯片價(jià)格較高，與其溫控狀態(tài)下無級調(diào)速功能相比性價(jià)比不高。對于方案二，雖然在溫控狀態(tài)下只能實(shí)現(xiàn)弱/大風(fēng)兩級調(diào)速，但采用繼電器價(jià)格便宜，控制可靠，且出于在溫控狀態(tài)時(shí)無級調(diào)速并不是特別需要的功能，綜合考慮采用方案二。3 主要原件的介紹系統(tǒng)主要器件包括DS18B20溫度傳感器、AT89C52單片機(jī)、四位LED共陰數(shù)碼管、風(fēng)扇步進(jìn)電機(jī)。輔助元件包括電阻、電容、晶振、電源、按鍵、開關(guān)等。 溫度傳感器 溫度傳感器的種類和選擇 目前市場上常用的溫度傳感器有pt100，溫敏電阻，DS18B20等等。本次設(shè)計(jì)我們采用DS18B20，DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器它具有以下特點(diǎn)：（1）獨(dú)立的單線接口，只需一個(gè)接口引腳即可通信；（2）多點(diǎn)能力使分布使分布式溫度檢測應(yīng)用得以簡化；（3）不需外部元件；（4）可用數(shù)據(jù)線供電，不需要備用電源；（5）測量范圍從55攝氏度到+125攝氏度，；（6）以9位數(shù)字值方式讀出溫度；（7）在1秒（典型值）內(nèi)把溫度變?yōu)閿?shù)字；（8）用戶可定義的，非易失行的溫度警告設(shè)置；（9）告警收索命令識別和尋址溫度在編訂的極限范圍之外的器件；（10）應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)類產(chǎn)品，溫度計(jì)和各種熱敏系統(tǒng)。 DS18B20的工作原理及其單片機(jī)的接口電路DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖31所示，主要由4 部分組成：64 位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH 和TL、配置寄存器。其管腳排列如圖32所示，DQ 為數(shù)字信號端，GND 為電源地，VDD 為電源輸入端。 64位ROM和單線接口存儲器和控制器高速緩存寄存器8位CRC生成器溫度靈敏元件低溫觸發(fā)器TL高溫觸發(fā)器HL配置寄存器電源檢測圖31 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖32 DS18B20外形及管腳由于DS18B20只有一根數(shù)據(jù)線。因此它和主機(jī)（單片機(jī)）通信是需要串行通信，而AT89S51有兩個(gè)串行端口，所以可以不用軟件來模擬實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過單線接口訪問DS18B20必須遵循如下協(xié)議：初始化、ROM操作命令、存儲器操作命令和控制操作。要使傳感器工作，一切處理均從序列開始。主機(jī)發(fā)送（Tx）復(fù)位脈沖（最短為480μs的低電平信號）。接著主機(jī)便釋放此線并進(jìn)入接收方式（Rx）。在檢測到I/O引腳上的上升沿之后，DS18B20等待1560μs,并且接著發(fā)送脈沖（60240μs的低電平信號）。然后以存在復(fù)位脈沖表示DS18B20已經(jīng)準(zhǔn)備好發(fā)送或接收，然后給出正確的ROM命令和存儲操作命令的數(shù)據(jù)。DS18B20通過使用時(shí)間片來讀出和寫入數(shù)據(jù)，時(shí)間片用于處理數(shù)據(jù)位和進(jìn)行何種指定操作的命令。它有寫時(shí)間片和讀時(shí)間片兩種。寫時(shí)間片：當(dāng)主機(jī)把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時(shí)，產(chǎn)生寫時(shí)間片。有兩種類型的寫時(shí)間片：寫1時(shí)間片和寫0時(shí)間片。所有時(shí)間片必須有60微秒的持續(xù)期，在各寫周期之間必須有最短為1微秒的恢復(fù)時(shí)間。讀時(shí)間片：從DS18B20讀數(shù)據(jù)時(shí)，使用讀時(shí)間片。當(dāng)主機(jī)把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時(shí)產(chǎn)生讀時(shí)間片。數(shù)據(jù)線在邏輯低電平必須保持至少1微秒；來自DS18B20的輸出數(shù)據(jù)在時(shí)間下降沿之后的15微秒內(nèi)有效。為了讀出從讀時(shí)間片開始算起15微秒的狀態(tài)，主機(jī)必須停止把引腳驅(qū)動(dòng)拉至低電平。在時(shí)間片結(jié)束時(shí)，I/O引腳經(jīng)過外部的上拉電阻拉回高電平，所有讀時(shí)間片的最短持續(xù)期為60微秒，包括兩個(gè)讀周期間至少1μs的恢復(fù)時(shí)間。一旦主機(jī)檢測到DS18B20的存在，它便可以發(fā)送一個(gè)器件ROM操作命令。所有ROM操作命令均為8位長。圖33 DS18B20與單片機(jī)接口電路 單片機(jī) 單片機(jī)的種類及選擇當(dāng)今世界上的單片機(jī)種類繁多，廠商琳瑯滿目，產(chǎn)品性能各異。其種類如下：（1）AVR單片機(jī)：ATMEL公司的AVR單片機(jī)，是增強(qiáng)型RISC內(nèi)載Flash的單片機(jī)，芯片上的Flash存儲器附在用戶的產(chǎn)品中，可隨時(shí)編程，再編程，使用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)容易，更新?lián)Q代方便。AVR單片機(jī)采用增強(qiáng)的RISC結(jié)構(gòu)，使其具有高速處理能力，在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可執(zhí)行復(fù)雜的指令，每MHz可實(shí)現(xiàn)1MIPS的處理能力。~，可以實(shí)現(xiàn)耗電最優(yōu)化。AVR的單片機(jī)廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外部設(shè)備，工業(yè)實(shí)時(shí)控制，儀器儀表，通訊設(shè)備，家用電器，宇航設(shè)備等各個(gè)領(lǐng)域。 （2）Motorola單片機(jī)：Motorola是世界上最大的單片機(jī)廠商。從M6800開始，開發(fā)了廣泛的品種，4位，8位，16位，32位的單片機(jī)都