【正文】 有 4bytes 能夠反復(fù)擦寫(xiě)的只讀存儲(chǔ)器和 128 bytes 的隨機(jī)存取存儲(chǔ)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(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng) . STC89C52 單片機(jī)有如下基本功能功能：具有 4K 的 Flash 快速存儲(chǔ)器， 128B 的內(nèi)部RAM， 2 個(gè) 16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器， 32 個(gè) I/O 口線(xiàn)，一個(gè) 5 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。此外 STC89C52 單片機(jī)可以降到 0Hz 的靜態(tài)邏 2 輯操作，而且能夠應(yīng)用 兩種軟件的省電工作模式。空閑方式時(shí)停止 CPU 運(yùn)作，卻能夠允許定時(shí)， RAM、計(jì)數(shù)器，串行通行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。掉電方式時(shí)能夠保存 RAM中的數(shù)據(jù)，但是振蕩器會(huì)停止工作而且還會(huì)禁止其它所有的部件工作到下一個(gè)硬件的復(fù)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?cè)谑焖瘯r(shí)不方便調(diào)節(jié)風(fēng)扇的檔位大小，這時(shí)需要智能溫控風(fēng)扇系統(tǒng)，根據(jù)當(dāng)時(shí)的溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)力大小或關(guān)閉，這與傳統(tǒng)的風(fēng)扇相比更人性化而且還節(jié)約用電。當(dāng)然在其他地方也可以廣泛應(yīng)用。 2 設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì) 并制作一個(gè)基于單片機(jī)的智能溫控風(fēng)扇 設(shè)計(jì)要求 本設(shè)計(jì)通過(guò) DS18B20對(duì)周?chē)h(huán)境溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集然后傳給 52單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，使之形成一個(gè)隨溫度變化而自動(dòng)做出相應(yīng)動(dòng)作的智能系統(tǒng)，這樣風(fēng)扇就能根據(jù)溫度的變化而相應(yīng)的自動(dòng)變化檔位，實(shí)現(xiàn)“溫度高、風(fēng)力大、溫度低、風(fēng)力弱”的性能。此外，用戶(hù)通過(guò)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的控制，設(shè)置電風(fēng)扇停止工作時(shí)的溫度，只要溫度比所設(shè)溫度低時(shí)，電風(fēng)扇就會(huì)自動(dòng)的關(guān)閉，如果溫度變化高于這個(gè)溫度時(shí)電風(fēng)扇就會(huì)自動(dòng)的重新啟動(dòng)。 本設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容如下： (1)風(fēng)扇的檔 位有高低兩個(gè)，用戶(hù)可以通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)置溫度 的上下限值 。 (2)當(dāng)溫度比所設(shè)溫度下限值低時(shí)電風(fēng)扇就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。 (3)當(dāng)溫度在所設(shè)溫度下限和上限之間時(shí)電風(fēng)扇慢速轉(zhuǎn)動(dòng)。 (4)當(dāng)溫度高于所設(shè)溫度上限值時(shí)電風(fēng)扇快速轉(zhuǎn)動(dòng)。 3 設(shè)計(jì)方案的選擇和論證 溫度傳感器 部分 方案一：用熱敏電阻來(lái)設(shè)計(jì)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(guò)運(yùn)大器放大、再把這個(gè)隨溫度變化的模擬信號(hào)通過(guò) AD 轉(zhuǎn)換芯片ADC0809 變成數(shù)字信號(hào)供給單片機(jī)進(jìn)行處理。 方案二：用熱電偶來(lái)設(shè)計(jì)溫 度傳感器部分，外界溫度的變化會(huì)引起熱電偶內(nèi)的電流，先用橋式電路進(jìn)行整流，在用運(yùn)算放大器放大電流信號(hào)，最后通過(guò) AD 轉(zhuǎn)換電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)傳給單片機(jī)進(jìn)行處理。 方案三：用溫度傳感器 DS18B20 來(lái)設(shè)計(jì)溫度傳感器部分，因?yàn)閭鞲衅?DS18B20 3 集成元件把周?chē)h(huán)境的溫度轉(zhuǎn)變成了數(shù)字信息直接送給單片機(jī)進(jìn)行處理就行。 對(duì)于方案一而言，雖然熱敏電阻的價(jià)格比較便宜，制作成本低，可是他對(duì)周?chē)h(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(zhuǎn)換時(shí)還會(huì)產(chǎn)生失真與誤差，此外因?yàn)闊崦綦娮璧?RT 是非線(xiàn) 性的關(guān)系，外界溫度變化引起的阻值變化本來(lái)就存在誤差，如果在增加電路來(lái)糾正誤差，這樣不但使電路復(fù)雜而且對(duì)外界環(huán)境的溫度變化更加的不敏感。所以放棄此方案。 對(duì)于方案二而言，雖然熱電偶比方案一中的熱敏電阻對(duì)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(cè)范圍可以從 50 攝氏度到 1600攝氏度，此范圍太廣，對(duì)本設(shè)計(jì)不合適，對(duì)溫度的變化還需更敏感。 對(duì)于方案三而言，因?yàn)?DS18B20 是數(shù)字式的高集成溫度傳感器，特點(diǎn)就是集成化高，輸出的又是數(shù)字信號(hào)，使得電路更加的簡(jiǎn)單，誤差也更 小，而且因?yàn)?DS18B20 檢測(cè)溫度在原理上與前兩種方案有著本質(zhì)的區(qū)別，這讓它對(duì)溫度的分辨力提高了很多。而且溫度的數(shù)值在器件內(nèi)直接轉(zhuǎn)換成了數(shù)字信號(hào)輸出，這使得系統(tǒng)程的序設(shè)計(jì)計(jì)更加的簡(jiǎn)單，此外因?yàn)?DS18B20 使用了先進(jìn)的單總線(xiàn)技術(shù)，這使得單片機(jī)的接口變的簡(jiǎn)單很多，而且有較強(qiáng)的抗干擾能力。關(guān)于 DS18B20 的詳細(xì)參數(shù)參看下面“硬件設(shè)計(jì)”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(zhuǎn)變成電信號(hào)的變化，再傳給由集成運(yùn)放構(gòu)成的比較電路，來(lái)判斷控制電風(fēng)扇的檔位，使得當(dāng)環(huán)境的溫度超過(guò)或者低于某值時(shí)，風(fēng)扇會(huì)自動(dòng)的切換到相應(yīng)的檔位。 方案二：用單片機(jī)作為控制系統(tǒng)，編寫(xiě)相應(yīng)的程序，使單片機(jī)根據(jù)輸入的溫度信號(hào)自動(dòng)做出相應(yīng)動(dòng)作來(lái)控制電風(fēng)扇的檔位。 對(duì)于方案一，雖然電壓比較電路制作簡(jiǎn)單，也不要編寫(xiě)相應(yīng)的程序，但它的控制方式卻太過(guò)簡(jiǎn)單，不能夠由用戶(hù)設(shè)置上下限溫度，因此不能滿(mǎn)足不同用戶(hù)的不同要求。 對(duì)于方案二，用單片機(jī)作為控制核心，可以編寫(xiě)程序通過(guò)數(shù)碼管顯示出溫度傳感器檢測(cè)的溫度，除此之外用戶(hù)還可以通過(guò)鍵盤(pán)自主的設(shè)置上下限溫度值，這滿(mǎn)足了用戶(hù)的全方位需求。并且通過(guò)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。因此就選方案二。 顯示 部分 方案一：使用五位共陽(yáng)數(shù)碼管顯示溫度，動(dòng)態(tài)掃描顯示方式。 方案二：使用 LCD 液晶顯示屏顯示溫度 對(duì)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(jiàn)，功耗極低， 4 顯示驅(qū)動(dòng)程序的編寫(xiě)也相對(duì)簡(jiǎn)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五個(gè) LED 逐個(gè)點(diǎn)亮，因此會(huì)有閃爍，但是人眼的視覺(jué)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(jué)不到閃爍，因此可以通過(guò)增大掃描頻率來(lái)消除閃爍感。 對(duì)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(wú)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(jiǎn)單實(shí)用的原則考慮，就采用方案一。 調(diào)速方式 方案一：根據(jù)電磁感應(yīng)原理，將 220V 的電壓通過(guò)不同的線(xiàn)圈降至不同的電壓，然后控制電風(fēng)扇電機(jī)接到不同電壓的線(xiàn)圈上，這樣就可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速了，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變檔功能。 方案二：使用晶閘管組成電風(fēng)扇的無(wú)級(jí)調(diào)速電路。 相對(duì)于方案一，因?yàn)槭怯米儔浩鞲淖冸妷簛?lái)調(diào)節(jié)風(fēng)速，這使得風(fēng)速有明顯級(jí)別跳變，不適合人性化的要求。此外，在變壓時(shí)會(huì)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(wèn)題。 相對(duì)于方案二，通過(guò)電位器來(lái)控制晶閘管導(dǎo)通角的大小，可以實(shí)現(xiàn)從關(guān)閉到最大風(fēng)之間的無(wú)級(jí)別調(diào)速，既可以使風(fēng)力調(diào)節(jié)在關(guān)閉到最大風(fēng)之間的任意風(fēng)力。而且在調(diào)速過(guò)程中基本上沒(méi)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(zhuǎn)換芯片進(jìn)行控制，通過(guò)單片機(jī)根據(jù)的當(dāng)前環(huán)境溫度值輸出相應(yīng)的數(shù)字量到數(shù)模轉(zhuǎn)換芯，再經(jīng)由數(shù)模轉(zhuǎn)換芯輸出模擬信號(hào)來(lái)控制晶閘管導(dǎo)通角的大小，最后通過(guò)無(wú)級(jí)調(diào)速電路來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度控制時(shí)的自動(dòng)無(wú)級(jí)風(fēng)力調(diào)節(jié)。 方案二：使用繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)單片機(jī)來(lái)控制繼電器 接有控制晶閘管導(dǎo)通角的電阻是否接入電路，既根據(jù)當(dāng)前環(huán)境溫度值在相應(yīng)的管腳送出的高 /低電平，來(lái)決定這個(gè)繼電器導(dǎo)通角的控制電阻是否接入狼人電路。（詳見(jiàn) ） 對(duì)于方案一，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)扇處于溫控狀態(tài)時(shí)能夠無(wú)級(jí)調(diào)速，不過(guò) D/A 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的價(jià)格比較高，跟溫控狀態(tài)下的無(wú)級(jí)調(diào)速功能相比性?xún)r(jià)比并不高。 對(duì)于方案二，雖然溫控狀態(tài)下風(fēng)速的調(diào)節(jié)有明顯的跳變，只能夠?qū)崿F(xiàn)強(qiáng) /弱兩級(jí)風(fēng)速調(diào)速，但是繼電器價(jià)格很便宜，控制也可靠，而且人們對(duì)于無(wú)級(jí)調(diào)速這個(gè)功能并不是很需要，所以采用方案二。 5 4 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì) 圖 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 控制部分原理 傳統(tǒng)風(fēng)扇是用 220V 的交流電供電，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速分為多個(gè)檔位，需要人們手動(dòng)來(lái)調(diào)整風(fēng)扇檔位來(lái)改變風(fēng)速，既每次改變風(fēng)速，都要有人工來(lái)操作，這非常的不方便。 本文就介紹了一種智能電風(fēng)扇的設(shè)計(jì)，用 STC89C52 單片機(jī)作為控制核心，結(jié)合溫度傳感技術(shù)，把智能控制技術(shù)應(yīng)用于電風(fēng)扇智能控制中，先通過(guò)單片機(jī)處理采集到的溫度信號(hào)，然后通過(guò)可控硅對(duì)風(fēng)扇的電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整。這樣就不需要人工換檔達(dá)到智能控制的目的。 4． 3 溫度測(cè)量和顯示電路 可用 LM324A 運(yùn)算放大器來(lái)作為溫度傳感器，將他設(shè)計(jì)為比例控制調(diào)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(guò)多次檢測(cè)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(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，這使電路變得簡(jiǎn)單，提高電路的運(yùn)行效率。 DS18B20 溫度傳感器的溫度處理方法 DS18B20 簡(jiǎn)介： DS18B20 溫度傳感器是由美國(guó) DALLAS 半導(dǎo)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?chē)h(huán)境的溫度 而且可以根據(jù)實(shí)際的要求通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn) 9～ 12 位數(shù)值讀數(shù)方式。還可分別在 ms 和 750 ms內(nèi)完成 9 位和 12 位的數(shù)字量，此外 ， 從 DS18B20 讀出的信息或者寫(xiě)入 DS18B20 的信息只需要一根口線(xiàn)讀寫(xiě) 就可以了 ，溫度的變換功率來(lái)自數(shù)據(jù)總線(xiàn)，總線(xiàn)本身也能 夠 向所鍵盤(pán)輸入 溫度顯示 單片 機(jī)系統(tǒng) 電機(jī)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(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，可靠性 也提 高 了很多 。它在測(cè)量溫度的精度、轉(zhuǎn)換的時(shí)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(hù)使用帶來(lái)了更多的方便，效果也更令人滿(mǎn)意。 特點(diǎn)如下： （ 1）它有一個(gè)獨(dú)特的單線(xiàn)接口： DS18B20 與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線(xiàn)可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)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(xiàn)可用于電源供電，電壓范圍為 伏 + 3 伏。 （ 4）溫度 測(cè)量的 范圍 為 ： 55 ~+125 ℃。測(cè)量溫度 的 分辨率 為 ： ℃。 （ 5）程序設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn) 12 位數(shù)字讀出方式。 （ 6）用戶(hù)可以設(shè)置非揮發(fā)性報(bào)警的上下限值。 （ 7） 可以 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可 以 并聯(lián) 到 惟一的三線(xiàn)上， 可以 實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量溫度。 （ 8）負(fù)壓特點(diǎn)，當(dāng)電源的極 性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因?yàn)榘l(fā)熱而被燒毀，但卻不能夠正常工作。 單線(xiàn)技術(shù)： 該技術(shù)通過(guò)單根信號(hào)線(xiàn)，就可以傳輸時(shí)鐘，也能夠傳輸數(shù)據(jù)，并且是雙向傳輸?shù)?。非?適合單主機(jī)系統(tǒng)，這樣 就這可以使 主機(jī)能控制一個(gè)或者多個(gè)從機(jī)設(shè)備，用一個(gè)漏極開(kāi)路或者三態(tài)端口連接該數(shù)據(jù)線(xiàn)，使得設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候能夠釋放該線(xiàn)，而且能讓其它設(shè)備使用。單線(xiàn)一般要接一個(gè) 5K 的上拉電阻，這當(dāng)該線(xiàn)空閑的時(shí)候，它為高電平狀態(tài)。 主機(jī)與從機(jī)之間通訊分成三個(gè)步驟： 。 。 據(jù)傳輸。 單線(xiàn)協(xié)議通過(guò)應(yīng)答脈沖、復(fù)位脈沖、寫(xiě) 寫(xiě) 0、讀 讀 0，這幾種信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些信號(hào)除了應(yīng)答脈沖外其它的都通過(guò)主機(jī)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(cè)得的溫度值轉(zhuǎn)變成數(shù)字量傳給給單片機(jī)處理，工作時(shí)一定要嚴(yán)格的按照單總線(xiàn)器件的工作時(shí)序。 7 表 部分溫度值與 DS18B20輸出的數(shù)字量對(duì)照表 溫度值 /℃ 數(shù)字輸出（二進(jìn)制） 數(shù)字輸出（十六進(jìn)制） +125 0000 0111 1101 0000 07D0H