【正文】 電動機調速電路部分調試 28 系統(tǒng)功能 28 系統(tǒng)實現的功能 28 系統(tǒng)功能分析 28第六章 結束語 29參考文獻 301 第一章 前 言在現代的生活和生產中，電風扇被廣泛的使用，發(fā)揮著舉足輕重的作用，如夏天人們使用的散熱風扇、工業(yè)生產中大型機械中的散熱風扇以及現在筆記本電腦上廣泛使用的智能CPU風扇等。而隨著溫度控制技術的發(fā)展，為了降低風扇運轉時的噪音以及節(jié)省能源等，溫度控制風扇越來越受到重視并被廣泛的應用。在先階段，溫控風扇的設計已經有了一定的成效，可以使風扇根據環(huán)境溫度的變化進行自動無極調速，當環(huán)境溫度升高到到一定時能自動啟動風扇，并隨著環(huán)境溫度的升高自動加快風扇的轉速，當環(huán)境溫度降到一定時能自動停止風扇的轉動，實現智能控制。本文設計了由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動器ULN2803驅動風扇電機的轉動。同時使系統(tǒng)檢測到的環(huán)境溫度以及系統(tǒng)預設的溫度動態(tài)顯示在LED數碼管上。根據系統(tǒng)檢測到的環(huán)境溫度與系統(tǒng)預設溫度的比較，實現風扇電機的自動啟動與停止以及轉速的自動調節(jié)。31 第二章 整體方案設計 系統(tǒng)整體的設計本設計的整體思路是：利用溫度傳感器DS18B20檢測環(huán)境溫度并直接輸出數字溫度信號給單片機AT89C52進行處理，在LED數碼管上顯示當前環(huán)境溫度值以及預設溫度值。其中預設溫度值只能為整數形式，檢測到的當前環(huán)境溫度可精確到小數點后一位。同時采用PWM脈寬調制方式來改變直流風扇電機的轉速。并通過兩個按鍵改變預設溫度的大小，一個提高預設溫度，另一個降低預設溫度。系統(tǒng)結構框圖如圖21所示。AT89C52溫度顯示DS18B20復位晶振獨立按鍵PWM驅動電路直流電機圖21 系統(tǒng)構成框圖本設計需要實現風扇直流電機的溫度控制，使風扇電機能根據環(huán)境溫度的變化自動啟動和停止以及轉速的自動調節(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。 溫度傳感器的選擇在本設計中，溫度傳感器的選擇有一下兩種方案：方案一：使用數字式的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，進而產生輸出電壓變化的微弱電壓變化信號，再經模數轉換芯片ADC0809將微弱電壓變化信號轉化為數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、放大以及轉換的過程中還會產生失真和誤差，并且由于熱敏電阻的RT關系的非線性，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換等電路的誤差因數，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的不同，使得其溫度分辨力極高。溫度值在器件內部轉化成數字量直接輸出，簡化了系統(tǒng)程序的設計，又由于該溫度傳感器采用先進的單總線技術，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，片內含8k字節(jié)的只讀程序存儲器ROM和256字節(jié)的隨機數據存儲器RAM，它兼容標準的MCS51指令系統(tǒng)，單片機價格便宜，適合本設計系統(tǒng)。 溫度顯示器件的選擇方案一：應用動態(tài)掃描的方式，采用LED共陰極數碼管顯示溫度。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用。但不足的地方是它采用動態(tài)掃描顯示方式，各個LED數碼管是逐個點亮的，因此會產生閃爍 ，但由于人眼的視覺暫留時間為20ms，故當數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，顯示驅動程序的編寫也較復雜，從簡單實用的角度考慮，本系統(tǒng)采用方案一。 調速方式的選擇方案一：采用單片機軟件編程實現PWM（脈沖寬度調制）調速方法。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，一調節(jié)輸出量和波形的一種調節(jié)方式，在PWM驅動控制的調節(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的百分比。在控制電機轉速時，占空比越大，轉速就越快，若全為高電平，占空比為100%時，轉速達到最大。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；當低電平延時時間到時，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。在本設計中采用了此方法。（2）利用定時器?？刂品椒ㄅc（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變，而不是用軟件延時。但是此方法編程相對復雜。（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對直流電機的無極調速，速度變化靈敏，但是D/A轉換芯片的價格較高，與其溫控狀態(tài)下無極調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合的方法實現對電機進行調速而言，采用PWM用純軟件的方法來實現調速過程，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共陰數碼管、風扇直流電機，達林頓反向驅動器ULN2803。輔助元件包括電阻、電容、電源、按鍵、撥碼開關等。 系統(tǒng)器件簡介 DS18B20單線數字溫度傳感器簡介DS18B20數字溫度傳感器，是采用美國DALLAS半導體公司生產的DS18B20可組網數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，可直接將溫度轉化成串行數字信號供處理器處理。適用于各種狹小空間設備數字測溫和控制領域。DS18B20的主要特征：測量的結果直接以數字信號的形式輸出，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?！妫豢蓹z測溫度分辨率為9～12位，℃，℃，℃℃，可實現高精度測溫；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與微處理器的雙向通信；支持多點組網功能，即多個DS18B20可以并聯在唯一的三線上，實現組網多點測溫的功能；工作電壓范圍寬，～。DS18B20內部結構主要有四部分：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。其管腳有三個，其中DQ為數字信號端，GND為電源地，VDD為電源輸入端。 達林頓反向驅