【正文】 并通過一個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)智能控制和固定轉(zhuǎn)速切換。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下： AT89C52 時(shí)鐘 振蕩 電路 復(fù)位電路 溫度 采集電路 電源電路 LCD 液晶 顯示 按鍵電路 直流電機(jī) 驅(qū)動(dòng)電路 串口通信部分 4 圖 1 系統(tǒng) 結(jié)構(gòu) 框圖 方案論證 為了 實(shí)現(xiàn) 智能 溫度控制， 須要電機(jī)根據(jù)環(huán)境溫度的變化自動(dòng)改變轉(zhuǎn)速，就要 選擇 比較穩(wěn)定可靠的電機(jī)變速控制部件。 溫度傳感器的選擇 方案一：采用熱敏電阻作為 檢測溫度的核心元件，經(jīng) 運(yùn)算放大器放大，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809 將微弱電壓變化信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)輸入 供 單片機(jī)處理 。但因熱敏電阻 隨溫度變化而變化， 會(huì)產(chǎn)生輸出電壓的微弱變化 。 方案二：采用模擬式 集成溫度傳感器 LM35 作為溫度檢測的 核心元件，經(jīng)ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 將微弱電壓變化信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)輸入單片機(jī)處理。 方案三：采用數(shù)字式 集成溫度傳感器 DS18B20 作為溫度檢測的核心元件，由其檢測并 直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)讓 單片機(jī)進(jìn)行處理。 對于方案一，采用熱敏電阻 雖 有價(jià)格便宜 、 元件易購的優(yōu)點(diǎn)，但 其 對溫度的細(xì)微變化不太敏 感，在信號(hào)采集、放大以轉(zhuǎn)換過程中會(huì)產(chǎn)生失真和誤差，并且 熱敏電阻的 RT 關(guān)系是 非線性 的而對溫度的變化存在較大誤差，雖可 通過一定電路來修正，但這不僅 會(huì)使電路變得更 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。故不適合 選 該方案 。 對于方案二，雖然模擬式集成溫度傳感器 LM35 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)，但其檢測溫度結(jié)果以電壓形式輸出，需要使用 ADC0809 將模擬信號(hào) 轉(zhuǎn)換為數(shù) 字的，該過程繁瑣。并且 LM35 對溫度變化產(chǎn)生的 電壓變化較小，系統(tǒng)易受干擾。故該方案不適合本系統(tǒng)。 對于方案三，由于數(shù)字式集成溫度傳感器 DS18B20 的高度集成化， 使 外接放大轉(zhuǎn)化等電路的誤差因數(shù) 大大降低，溫度誤差變得很小，并且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， 其溫度分辨力 會(huì) 極高。溫度值 直 5 接 在器件內(nèi)部轉(zhuǎn)化成數(shù)字量輸出，簡化了系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)，又 因其采用先進(jìn)的單總線技術(shù) 與單片機(jī)的接口 簡單 ，抗干擾能力強(qiáng)，因此該方案適用于本系統(tǒng)。 控制 器 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(hào)。 AT89C52 單片機(jī)工作 性能高 、電壓低 ，片內(nèi)含 8k 字節(jié)的只讀程序存儲(chǔ)器 ROM 和 512 字節(jié)的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，它兼容標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令系統(tǒng)，性價(jià)比高，適合本設(shè)計(jì) 的仿真 。 溫度顯示器件的選擇 方案一：應(yīng)用動(dòng)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、功耗低， 溫度顯示程 序的編寫也相對簡單，因而得到 廣泛應(yīng)用。但不足 是它采用動(dòng)態(tài)掃描的顯示方式，各個(gè) LED 數(shù)碼管是逐個(gè)點(diǎn)亮的會(huì)產(chǎn)生閃爍，但由于人眼的視覺暫留時(shí)間為 20MS 容易 感覺到閃爍，造成誤差， 因此 對于溫度的精確顯示不宜 采用該方案。 對于方案二，液晶顯示具有 顯示質(zhì)量高、數(shù)字式接口、體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點(diǎn) 。 從 仿真精確簡潔的角度 ，本系統(tǒng)采用方案二 。 方案一：采用直流電機(jī)加模擬電路，通過電位器調(diào)節(jié)電機(jī)兩端電壓進(jìn) 行控制。達(dá)林頓管串聯(lián)在直流電機(jī)回路上，調(diào)節(jié)電位器改變電機(jī)回路中電流的大小，從而 控制電機(jī)的。此方案的優(yōu)點(diǎn) ： 電路簡單，通過一個(gè)電位器 實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電機(jī)速度 ，但三極管工作在放大區(qū)時(shí)電機(jī)回路上 會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓降和很多 熱量，效率很低。 方案二：采用 PWM 控制步進(jìn)電機(jī)。 PWM 控制是利用微處理器 的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制 。 PWM 對半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通和關(guān)斷進(jìn)行控制，使 輸出端得到一系列幅值相等而寬度 不 等的脈沖，正弦波或其他所需要的波形被這 6 種脈沖來代替， 按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)，逆變電路輸出電壓的大小和輸出頻率都可以被它所改變。但 步進(jìn)電機(jī)適用于精確控制，本電路不需要非常精確。而且電路過于復(fù)雜，成本過高。 方案三：采 用三級(jí)管 直接驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，電路使三級(jí)管工作在飽和或 截止區(qū) 處于很低的功耗狀態(tài)，發(fā)揮簡單的開關(guān)作用來控制電機(jī)兩端電流 的通斷，從而達(dá)到控制電機(jī)的目的。此設(shè)計(jì)簡單，成本低，易于實(shí)現(xiàn)。 因此，本設(shè)計(jì)采用方案三。 各單元模塊的硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主要器件包括 DS18B20 溫度傳感器、 AT89C52 單片機(jī)、 風(fēng)扇直流電機(jī)、串口通信 的 電平轉(zhuǎn)換 芯片 MAX23電源芯片 780 LCD 顯示芯片 160輔助元件包括電阻 、 電容、晶振、電源、按鍵等。 系統(tǒng) 主要 器件簡介 單線數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 簡介 數(shù)字溫度傳感器 DS18B20，是 美國 DALLAS 公司生產(chǎn)的 一種 單線 數(shù)字溫度傳感器 ， 可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)供處理器 處理 ，并能按具體要求通過簡單編程實(shí)現(xiàn)９位 溫度讀數(shù) 。 它具有低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、 微型化、 易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)， 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(hào)的形式輸出，以“一線 7 圖 2 18B20 管腳圖 總線”方式串行傳送給 CPU，同時(shí)可傳送 CRC 校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力；溫度測量范圍在 55℃ ~+125℃ 之間 ；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(shí)現(xiàn)高精度測溫。 單片機(jī) AT89C52 AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央 處理器和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的 AT89C52單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。 AT89C52有 40個(gè)引腳， 32個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同 時(shí)內(nèi)含 2個(gè)外中斷口， 3個(gè) 16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2個(gè)全雙工串行通信口， 2 個(gè)讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。 AT89C52有 PDIP、 PQFP/TQFP 及 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 主要功能特性： 兼容 MCS51指令系統(tǒng) 8k 可反復(fù)擦寫 (1000次） Flash ROM 32 個(gè)雙向 I/O 口 256x8bit 內(nèi)部 RAM 3 個(gè) 16位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷 時(shí)鐘頻率 024MHz 2 個(gè)串行中斷 可編程 UART 串行通道 2 個(gè)外部中斷源 共 6個(gè)中斷源 2 個(gè)讀寫中斷口線 3 級(jí)加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和 喚醒功能 8 圖 3 AT89C52 芯片 引腳 圖 風(fēng)扇 直流電機(jī) （ 1） 三極管簡介 三極管，全稱應(yīng)為半導(dǎo)體三極管，也稱雙極型 晶體管 ， 晶體三極管 ， 是一種電流控制的半導(dǎo)體器件 。 其作用是把微弱信號(hào)放大成 幅 值較大的電信號(hào) ， 也用作無觸點(diǎn)開關(guān)。 三極管分類： 按材質(zhì)分 ： 硅管、鍺管 。 按結(jié)構(gòu)分 ： NPN、 PNP。按功能分 ： 開關(guān)管、功率管、 達(dá)林頓管 、光敏管等 。 按功率分：小功率管、中功率管、大功率管 。 按工作頻率分：低頻管、高頻管、超頻管 。 按結(jié)構(gòu)工藝分：合金管、平面管 。 在半導(dǎo)體鍺或硅的單晶上制備兩個(gè)能相互影響的 PN 結(jié)，組成一個(gè) PNP（或NPN）結(jié)構(gòu)。中間的 N 區(qū)（或 P 區(qū)） 為 基區(qū)，兩邊的區(qū)域 分別為 發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，這三部分各有一條電極引線，分別 為 基極 B、 發(fā)射極 E 和 集電極 C， 還 能夠 起到 飽和和截止 等作用的半導(dǎo)體電子器件。 （ 2） 直流電機(jī)簡介 9 輸出或輸入為直流電 能 的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，稱為直流電機(jī)，它 能夠 實(shí)現(xiàn)直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的 電機(jī) 。當(dāng)它作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)是 直流電動(dòng)機(jī) ，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)是 直流發(fā)電機(jī) ，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。 定子和轉(zhuǎn)子 兩大部分 構(gòu)成了 直流電機(jī)。直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)靜止不動(dòng)的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場，由機(jī)座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和 電刷 裝置等組成。隨著人們生活水平的提高，產(chǎn)品質(zhì)量、精度、性能、自動(dòng)化程度、功能以及功耗、價(jià)格問題已經(jīng)是選擇家用電器的主要因素。永磁直流電機(jī)既具有結(jié)構(gòu)簡單、 運(yùn)行可靠、維 護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，又具備良好的調(diào)速特性，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各種場合。 MAX232 介紹 MAX232 產(chǎn)品是由美國 Maxim公司推出的一款兼容 RS232 標(biāo)準(zhǔn)的芯片，該器件包含兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器、兩個(gè)接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供 TIA/EIA232F電平，該器件符合 TIA/EIA232F 標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將 TIA/EIA232F 電平轉(zhuǎn)換成 5TTL/CMOS 電平，每一個(gè)發(fā)送器將 TTL/CMOS 電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA232F 電平，有從貼片到直插等不同的封裝類。 電源芯片 7805 介紹 電源電路主要運(yùn)用到 7805 穩(wěn)壓芯片，輸出電壓為 5V，加散熱片時(shí) 驅(qū)動(dòng)電流可達(dá) 1A，輸出 電流 200～ 300mA 時(shí)， 7805 溫度 在 50 度左右 ，并且有過溫切斷輸出起到保護(hù)功能。該系列芯片技術(shù)成熟，所需的外圍器件少，性價(jià)比高，運(yùn)用的非常廣泛。 10 圖 4 7805 穩(wěn)壓芯片 LCD 顯示芯片 1602 LCD1602 為 工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示 16X2 即 32 個(gè)字符 ，使用簡單方便，具有背光功能，顯示字符清晰準(zhǔn)確，能同時(shí)顯示字母與數(shù)字，可以區(qū)分大小寫字母，具有較強(qiáng)的功能并且連線簡單，背光亮度可調(diào)， 并且耗電量小，采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中包括 8 根數(shù)據(jù)線， 3 根控制線，電源地，電源及液晶 驅(qū)動(dòng)電壓引腳。 LCD1602 主要參數(shù)如下 ： 1 驅(qū)動(dòng)芯片 KS0066（兼容HD44780） 2 背光 黃光 / 藍(lán)光 3 字色 黑色 / 白色 4 字庫 ASCII 碼字庫（英文，數(shù)字，基本符號(hào)） 5 類型 STN 6 液晶模塊尺寸 (mm) 80 * 36 * 各部分電路設(shè)計(jì) 復(fù)位與晶振電路 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中， 單片機(jī)本身 和 外部擴(kuò)展 I/O 接口電路都 需要復(fù)位，因此需要一個(gè) 包括上電和按鈕復(fù)位在內(nèi)的系統(tǒng)同步復(fù)位電路。單片機(jī)上的 XTAL1和 XTAL2 外接石英晶體和微調(diào)電容，用來連接單片機(jī)片內(nèi) OSC 的定時(shí)反饋回路 ， 即 采用內(nèi)部時(shí)鐘電路 。本設(shè)計(jì)中 開關(guān)復(fù)位與晶振電路如下圖所示，當(dāng)按下按鍵開關(guān) S1 時(shí)，系統(tǒng)復(fù)位一次。晶振為 。 1 INPUT 電源輸入端，最大可達(dá) 35V 2 GROUND電源地 3 OUTPUT +5V 輸出端 11 圖 5 開關(guān)復(fù)位與晶振電路 獨(dú)立鍵盤連接電路 鍵盤包 含 1 個(gè)獨(dú)立按鍵 S1， 一端接地 ，另 一端與單片機(jī)的 口相連 ，當(dāng)按下任一鍵時(shí)， 口讀取低電平有效并產(chǎn)生中斷。 其接線如圖 ： 圖 6 獨(dú)立鍵盤 連接電路 溫度采集電路 DS18B20 使用時(shí)，一般都采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。將 1 個(gè)或 多個(gè)DS18B20 信號(hào)線與單片機(jī) 1 位 I/O 線相連， 就可 實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)或多點(diǎn)溫度檢測 。 本設(shè)計(jì)中將 DS18B20 接在 口實(shí)現(xiàn)溫度的采集。 12 圖 7 溫度采集電路 LCD 顯示電路 LCD 液晶顯示模塊與單片機(jī)的接口有模擬工作時(shí)序和總線形式兩種。采用模擬工作時(shí)序通過設(shè)置相應(yīng)的工作位來模擬實(shí)現(xiàn)顯示控制，采用總線形式工作通過 MOVX@DPTR， DATA 指令才能實(shí)現(xiàn)對 LCD 的控制 ， 此處用其 的模擬工作時(shí)序。 其基本操作時(shí)序： 1 讀狀態(tài)：輸入： RS=L， RWH， E=H 輸出： D0~D7=狀態(tài)字 2 寫指令：輸入： RS=L， RW=L， D0~D7=指令