【正文】 有 4bytes 能夠反復擦寫的只讀存儲器和 128 bytes 的隨機存取存儲器，還有靈活的 8 位 CPU 和可編程 flash,器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng) . STC89C52 單片機有如下基本功能功能：具有 4K 的 Flash 快速存儲器， 128B 的內部RAM， 2 個 16 位定時計數(shù)器， 32 個 I/O 口線，一個 5 向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。此外 STC89C52 單片機可以降到 0Hz 的靜態(tài)邏 2 輯操作，而且能夠應用 兩種軟件的省電工作模式。空閑方式時停止 CPU 運作，卻能夠允許定時， RAM、計數(shù)器，串行通行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)運行。掉電方式時能夠保存 RAM中的數(shù)據(jù)，但是振蕩器會停止工作而且還會禁止其它所有的部件工作到下一個硬件的復位。 課題研究的意義 在我們的日常生活中，有很多地方晝夜溫差大，人們在熟睡時不方便調節(jié)風扇的檔位大小，這時需要智能溫控風扇系統(tǒng)，根據(jù)當時的溫度自動調節(jié)風力大小或關閉，這與傳統(tǒng)的風扇相比更人性化而且還節(jié)約用電。當然在其他地方也可以廣泛應用。 2 設計的任務和要求 設計任務 設計 并制作一個基于單片機的智能溫控風扇 設計要求 本設計通過 DS18B20對周圍環(huán)境溫度進行數(shù)據(jù)采集然后傳給 52單片機進行數(shù)據(jù)處理，使之形成一個隨溫度變化而自動做出相應動作的智能系統(tǒng)，這樣風扇就能根據(jù)溫度的變化而相應的自動變化檔位，實現(xiàn)“溫度高、風力大、溫度低、風力弱”的性能。此外，用戶通過按鍵來實現(xiàn)各種功能的控制，設置電風扇停止工作時的溫度，只要溫度比所設溫度低時，電風扇就會自動的關閉，如果溫度變化高于這個溫度時電風扇就會自動的重新啟動。 本設計的重要內容如下： (1)風扇的檔 位有高低兩個，用戶可以通過鍵盤設置溫度 的上下限值 。 (2)當溫度比所設溫度下限值低時電風扇就會自動關閉。 (3)當溫度在所設溫度下限和上限之間時電風扇慢速轉動。 (4)當溫度高于所設溫度上限值時電風扇快速轉動。 3 設計方案的選擇和論證 溫度傳感器 部分 方案一：用熱敏電阻來設計溫度傳感器部分，首先把由溫度變化而引起熱敏電阻阻值的變化通過運大器放大、再把這個隨溫度變化的模擬信號通過 AD 轉換芯片ADC0809 變成數(shù)字信號供給單片機進行處理。 方案二：用熱電偶來設計溫 度傳感器部分，外界溫度的變化會引起熱電偶內的電流，先用橋式電路進行整流，在用運算放大器放大電流信號，最后通過 AD 轉換電路將模擬信號轉變成數(shù)字信號傳給單片機進行處理。 方案三：用溫度傳感器 DS18B20 來設計溫度傳感器部分，因為傳感器 DS18B20 3 集成元件把周圍環(huán)境的溫度轉變成了數(shù)字信息直接送給單片機進行處理就行。 對于方案一而言，雖然熱敏電阻的價格比較便宜，制作成本低，可是他對周圍環(huán)境溫度的變化不怎么敏感，而且在溫度數(shù)據(jù)的采集、放大和轉換時還會產(chǎn)生失真與誤差，此外因為熱敏電阻的 RT 是非線 性的關系，外界溫度變化引起的阻值變化本來就存在誤差，如果在增加電路來糾正誤差，這樣不但使電路復雜而且對外界環(huán)境的溫度變化更加的不敏感。所以放棄此方案。 對于方案二而言，雖然熱電偶比方案一中的熱敏電阻對溫度的變化敏感一些，而且在失真和誤差方面也有很大的提高，但熱電偶溫度檢測范圍可以從 50 攝氏度到 1600攝氏度，此范圍太廣，對本設計不合適，對溫度的變化還需更敏感。 對于方案三而言，因為 DS18B20 是數(shù)字式的高集成溫度傳感器，特點就是集成化高，輸出的又是數(shù)字信號，使得電路更加的簡單，誤差也更 小，而且因為 DS18B20 檢測溫度在原理上與前兩種方案有著本質的區(qū)別，這讓它對溫度的分辨力提高了很多。而且溫度的數(shù)值在器件內直接轉換成了數(shù)字信號輸出，這使得系統(tǒng)程的序設計計更加的簡單，此外因為 DS18B20 使用了先進的單總線技術，這使得單片機的接口變的簡單很多，而且有較強的抗干擾能力。關于 DS18B20 的詳細參數(shù)參看下面“硬件設計”中的器件介紹。 控制部分 方案一：用熱電偶或者熱敏電阻將外界環(huán)境溫度的變化轉變成電信號的變化，再傳給由集成運放構成的比較電路，來判斷控制電風扇的檔位，使得當環(huán)境的溫度超過或者低于某值時，風扇會自動的切換到相應的檔位。 方案二：用單片機作為控制系統(tǒng)，編寫相應的程序，使單片機根據(jù)輸入的溫度信號自動做出相應動作來控制電風扇的檔位。 對于方案一，雖然電壓比較電路制作簡單，也不要編寫相應的程序，但它的控制方式卻太過簡單，不能夠由用戶設置上下限溫度，因此不能滿足不同用戶的不同要求。 對于方案二，用單片機作為控制核心，可以編寫程序通過數(shù)碼管顯示出溫度傳感器檢測的溫度，除此之外用戶還可以通過鍵盤自主的設置上下限溫度值，這滿足了用戶的全方位需求。并且通過程序判斷溫度具有極高的精準度，能精確把 握環(huán)境溫度的微小變化。因此就選方案二。 顯示 部分 方案一：使用五位共陽數(shù)碼管顯示溫度，動態(tài)掃描顯示方式。 方案二：使用 LCD 液晶顯示屏顯示溫度 對于方案一，此方案成本低廉，顯示溫度明確醒目，在夜間也能看見，功耗極低， 4 顯示驅動程序的編寫也相對簡單，這種顯示方式得到廣泛應用。不足的地方是掃描顯示方式是使五個 LED 逐個點亮，因此會有閃爍，但是人眼的視覺暫留時間為 20MS，當數(shù)碼管掃描周期小于這個時間時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，這是 LED 數(shù)碼管無法比擬的。但是液晶顯示模塊價格昂貴，驅動程序復雜，從簡單實用的原則考慮，就采用方案一。 調速方式 方案一：根據(jù)電磁感應原理，將 220V 的電壓通過不同的線圈降至不同的電壓，然后控制電風扇電機接到不同電壓的線圈上，這樣就可以控制電機的轉速了，實現(xiàn)自動變檔功能。 方案二：使用晶閘管組成電風扇的無級調速電路。 相對于方案一，因為是用變壓器改變電壓來調節(jié)風速，這使得風速有明顯級別跳變，不適合人性化的要求。此外，在變壓時會產(chǎn)生能量損耗而發(fā)熱，使得電力利用效率降 低，而且發(fā)熱還可能引起不安全問題。 相對于方案二，通過電位器來控制晶閘管導通角的大小，可以實現(xiàn)從關閉到最大風之間的無級別調速，既可以使風力調節(jié)在關閉到最大風之間的任意風力。而且在調速過程中基本上沒有電力損耗。因此采用方案二。 控制執(zhí)行部份 方案一：使用 AD0832 數(shù)模轉換芯片進行控制，通過單片機根據(jù)的當前環(huán)境溫度值輸出相應的數(shù)字量到數(shù)模轉換芯，再經(jīng)由數(shù)模轉換芯輸出模擬信號來控制晶閘管導通角的大小，最后通過無級調速電路來實現(xiàn)溫度控制時的自動無級風力調節(jié)。 方案二：使用繼電器來實現(xiàn)，通過單片機來控制繼電器 接有控制晶閘管導通角的電阻是否接入電路，既根據(jù)當前環(huán)境溫度值在相應的管腳送出的高 /低電平，來決定這個繼電器導通角的控制電阻是否接入狼人電路。（詳見 ） 對于方案一，雖然能夠實現(xiàn)風扇處于溫控狀態(tài)時能夠無級調速，不過 D/A 數(shù)模轉換芯片的價格比較高，跟溫控狀態(tài)下的無級調速功能相比性價比并不高。 對于方案二，雖然溫控狀態(tài)下風速的調節(jié)有明顯的跳變，只能夠實現(xiàn)強 /弱兩級風速調速，但是繼電器價格很便宜，控制也可靠，而且人們對于無級調速這個功能并不是很需要，所以采用方案二。 5 4 系統(tǒng)設計 系統(tǒng)框架設計 圖 系統(tǒng)總體結構框圖 控制部分原理 傳統(tǒng)風扇是用 220V 的交流電供電，風扇的轉速分為多個檔位，需要人們手動來調整風扇檔位來改變風速，既每次改變風速，都要有人工來操作，這非常的不方便。 本文就介紹了一種智能電風扇的設計，用 STC89C52 單片機作為控制核心，結合溫度傳感技術，把智能控制技術應用于電風扇智能控制中，先通過單片機處理采集到的溫度信號，然后通過可控硅對風扇的電機轉速進行調整。這樣就不需要人工換檔達到智能控制的目的。 4． 3 溫度測量和顯示電路 可用 LM324A 運算放大器來作為溫度傳感器，將他設計為比例控制調節(jié)器，輸出的電壓跟熱敏電阻阻值成正比，但是這種方法需要經(jīng)過多次檢測后方才可使采樣精確，比較煩瑣。因此采用更好的 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器，它能夠直接將環(huán)境溫度的模擬信號轉變成數(shù)字信號，這使電路變得簡單，提高電路的運行效率。 DS18B20 溫度傳感器的溫度處理方法 DS18B20 簡介： DS18B20 溫度傳感器是由美國 DALLAS 半導體公司在 DS1820 之后研發(fā)出的一種更智能溫度傳感器。它跟傳統(tǒng)熱敏電阻相比較，能夠直接讀出周圍環(huán)境的溫度 而且可以根據(jù)實際的要求通過編程來實現(xiàn) 9～ 12 位數(shù)值讀數(shù)方式。還可分別在 ms 和 750 ms內完成 9 位和 12 位的數(shù)字量，此外 ， 從 DS18B20 讀出的信息或者寫入 DS18B20 的信息只需要一根口線讀寫 就可以了 ，溫度的變換功率來自數(shù)據(jù)總線，總線本身也能 夠 向所鍵盤輸入 溫度顯示 單片 機系統(tǒng) 電機控制模塊 數(shù)字溫度傳感模塊 6 接的 DS18B20 供電， 這樣 不需要額外電源，所以使用 DS18B20 可以使系統(tǒng)的結構更加簡單，可靠性 也提 高 了很多 。它在測量溫度的精度、轉換的時間、傳輸?shù)木嚯x、分辨率等方面比 DS1820 有 著 很大的提高，這給用戶使用帶來了更多的方便，效果也更令人滿意。 特點如下： （ 1）它有一個獨特的單線接口： DS18B20 與微處理器連接時僅需要一條口線可以實現(xiàn)單片機和 DS18B20 的雙向溝通。 （ 2）其他外圍組件不需要使用。 （ 3）數(shù)據(jù)線可用于電源供電，電壓范圍為 伏 + 3 伏。 （ 4）溫度 測量的 范圍 為 ： 55 ~+125 ℃。測量溫度 的 分辨率 為 ： ℃。 （ 5）程序設計可以實現(xiàn) 12 位數(shù)字讀出方式。 （ 6）用戶可以設置非揮發(fā)性報警的上下限值。 （ 7） 可以 支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可 以 并聯(lián) 到 惟一的三線上， 可以 實現(xiàn)多點測量溫度。 （ 8）負壓特點，當電源的極 性接反時，溫度計不會因為發(fā)熱而被燒毀，但卻不能夠正常工作。 單線技術： 該技術通過單根信號線，就可以傳輸時鐘，也能夠傳輸數(shù)據(jù)，并且是雙向傳輸?shù)?。非?適合單主機系統(tǒng)，這樣 就這可以使 主機能控制一個或者多個從機設備，用一個漏極開路或者三態(tài)端口連接該數(shù)據(jù)線，使得設備在不發(fā)送數(shù)據(jù)的時候能夠釋放該線，而且能讓其它設備使用。單線一般要接一個 5K 的上拉電阻，這當該線空閑的時候，它為高電平狀態(tài)。 主機與從機之間通訊分成三個步驟： 。 。 據(jù)傳輸。 單線協(xié)議通過應答脈沖、復位脈沖、寫 寫 0、讀 讀 0，這幾種信號來實現(xiàn)，這些信號除了應答脈沖外其它的都通過主機發(fā)起，而且指令和數(shù)據(jù)字節(jié)都必須是低位在前。 DS18B20 能夠直接將測得的溫度值轉變成數(shù)字量傳給給單片機處理，工作時一定要嚴格的按照單總線器件的工作時序。 7 表 部分溫度值與 DS18B20輸出的數(shù)字量對照表 溫度值 /℃ 數(shù)字輸出（二進制） 數(shù)字輸出（十六進制） +125 0000 0111 1101 0000 07D0H