【正文】 .................................................................... 36 仿真系統(tǒng)簡介 ........................................................................................................... 36 仿真調(diào)試及問題分析 ............................................................................................... 36 結(jié) 論 ....................................................................................................................................... 38 致 謝 ....................................................................................................................................... 39 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 39 附 錄 ........................................................................................................................................ 40 第 1 頁 1 緒 論 研究背景及意義 隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展， “十二五 ”時期 我國 的城鎮(zhèn)化水平 將 進(jìn)一步提高 ，這 將為家電工業(yè)的發(fā)展提供良好的機遇。 2020 年，我國城鎮(zhèn)化率為 %，預(yù)計 “十二五 ”期末，將達(dá)到 52%。保守地估計 “十二五 ”時期 我國 將 新 增加 4500 多萬城鎮(zhèn)人口，新增 1000多萬戶城鎮(zhèn)家庭。這將平均每年 為我國 增加數(shù)百萬套各類家電產(chǎn)品的需求。 隨著居民 生活 水平 的 不斷提高， 人們的衛(wèi)生意識也在不斷提高， 對 環(huán)境衛(wèi)生的標(biāo)準(zhǔn)提出了更高的要求。涉及衛(wèi)生 健康 方面的 電 子 產(chǎn)品的需求 也必 將迅速增長。 自動烘手機 是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷囊环N家電 產(chǎn)品 ，已經(jīng)成為人們生活中不可缺少的家用電器。特別是在公共衛(wèi)生場所的應(yīng)用更是十分廣泛。但是傳統(tǒng)非智能烘手機已經(jīng)不能滿足人們對烘手機自動化程度的要求了。烘手機要更好地滿足人們的需求，就必須借助于自動化技術(shù)的快速發(fā)展。而隨著以單片機為核心的智能控制技術(shù)的快速發(fā)展，各種智能傳感設(shè)備的不斷完善，家電的智能控制得到了很好的解決，自動化水平得到了很大的提高，滿足 了人們對具有更高自動化水平電子產(chǎn)品的要 求。自動化技術(shù)的飛速發(fā)展使得烘手機由初始的半自動式發(fā)展到現(xiàn)在的全自動式，又在智能化發(fā)展的道路上邁進(jìn)了一步。 行業(yè)動 態(tài) 隨著家電行業(yè)的快速發(fā)展，以及人們節(jié)能減排意識的進(jìn)一步提過， 第一代熱功率高（ 通常在 2020W左右 ） ， 能耗 大，電器內(nèi)部工作溫度高，電子器件和線路容易老化，使用壽命縮短 的烘手機已經(jīng)被市場淘汰。更加環(huán)保節(jié)能的 第二代 自動烘手機正在迅速占領(lǐng)市場。第二代自動烘手機 采用 了 高速專用電機， 風(fēng)速大 ，熱功率低，不僅 能耗 低，而且使用壽命長，故障率低 。第二代自動烘手機不僅在硬件上進(jìn)行了更新?lián)Q代，在軟件上更是采用了以 PID 反饋調(diào)節(jié)、 PWM 脈寬調(diào)制等為代表的典型智能控制方式，從而極大的保持了系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及提高了節(jié)能的效果。 系統(tǒng)框圖 整體硬件電路的設(shè)計是整個系統(tǒng)最核心的部分之一，它關(guān)乎這接下來的所有工作， 第 2 頁 只有把整體硬件電路設(shè)計好了，之后的所有工作才能圍繞著它進(jìn)行。本系統(tǒng)硬件電路主要包括電源電路、復(fù)位電路、晶振電路、按鍵電路、傳感器電路、顯示電路、風(fēng)控電路和加熱電路。系統(tǒng)框圖如圖 所示。 圖 系統(tǒng)框圖 主要方案 自動烘手機可以根據(jù)人體接近及紅外感應(yīng)情況，實現(xiàn)熱風(fēng)、涼風(fēng)換擋；用 PWM方式變換風(fēng)速，實現(xiàn) PID反饋調(diào)節(jié)等功能。 自動烘手機由電源、熱釋（人 體接近）檢測電路、紅外感應(yīng)檢測電路、單片機控制部分、顯示電路、風(fēng)扇電路、加熱（用燈泡模擬電熱絲）電路、充電電路等組成。 自動烘手機共設(shè)有涼風(fēng)（ COOL1鍵）、熱風(fēng)（ HOT1鍵）、風(fēng)速擋 1（ SPEED1鍵）、風(fēng)速擋 2（ SPEED2鍵）、風(fēng)速擋 3（ SPEED3鍵）、確認(rèn)（ SURE鍵）和復(fù)位（ K1鍵）等7個鍵。 當(dāng)接通電源或 K7（復(fù)位按鈕） 按下 時電路復(fù)位 ，模擬烘手機處于初始狀態(tài)，顯示“0000”； 當(dāng)烘手機在無效工作狀態(tài)，即熱釋檢測電路和紅外感應(yīng)檢測電路均沒有檢測到信號或者只有一個檢測電路檢測到信號時，顯示 “0000”； 當(dāng)烘手機有效工作時，即熱釋檢測電路和紅外感應(yīng)檢測電路同時檢測到信號時，顯示 “1111”，此時，烘手機狀態(tài)由以下按鍵確定： AT89S52 單片機 電源電路 復(fù)位電路 晶振電路 按鍵電路 顯示電路 風(fēng)控電路 加熱電路 傳感器電路 第 3 頁 （ 1）依次按下 COOL1()、 SPEED1（ ）、 SURE（確認(rèn)），當(dāng)烘手機有效工作時，顯示 “L001”，燈泡不亮，風(fēng)扇低速（風(fēng)速擋 1）； （ 2）依次按下 COOL1()、 SPEED2（ ）、 SURE（確認(rèn)），當(dāng)烘手機有效工作時，顯示 “L002”，燈泡不亮，風(fēng)扇中速（風(fēng)速擋 2）； （ 3）依次按下 COOL1()、 SPEED3（ ） 、 SURE（確認(rèn)），當(dāng)烘手機有效工作時，顯示 “L003”，燈泡不亮，風(fēng)扇高速（風(fēng)速擋 3）； （ 4）依次按下 HOT1()、 SPEED1（ ）、 SURE（確認(rèn)），當(dāng)烘手機有效工作時，顯示 “H001”，燈泡亮，風(fēng)扇低速（風(fēng)速擋 1）； （ 5）依次按下 HOT1 ()、 SPEED2（ ）、 SURE（確認(rèn)），當(dāng)烘手機有效工作時，顯示 “H002”，燈泡亮，風(fēng)扇中速（風(fēng)速擋 2）； （ 6）依次按下 HOT1 ()、 SPEED3（ ）、 SURE（確認(rèn)），當(dāng)烘手機有效工作時，顯示 “H003”，燈泡亮，風(fēng)扇高速（風(fēng)速擋 3）。 論文 主要工作 一臺自動烘手機烘手機就是一個小型而完整的控制系統(tǒng)，它包括硬件和軟件兩部分。在研究這個系統(tǒng)的同時，不僅要考慮到硬件選擇的可行性，匹配性，在軟件上更需要選擇合適的算法，靈活的程序。以下為本系統(tǒng) 主要完成的工作 ： 1） 以單片機為核心把硬件電路布局好，實現(xiàn)烘手機所需的各種功能。 2）熱釋傳感器和紅外傳感器的協(xié)調(diào)工作，防止對信號的誤報漏報。 3） DS18B20溫度傳感器的基本功能，工作方式。重點研究 DS18B20數(shù)字傳感器的初始化，讀取溫度的控制過程。 4） PID控制的原理和算法，并結(jié)合相關(guān)資料對 PID控制器設(shè)計的關(guān)鍵內(nèi)容 —— PID控制器參數(shù)的整定及軟件實現(xiàn)方法進(jìn)行了重點分析，給出切實可行的參數(shù)整定的方法。 5） PWM脈寬調(diào)制的實現(xiàn)方法，以及 結(jié)合反饋回來的溫度進(jìn)行占空比的重新設(shè)定，并實現(xiàn)對直流電機的調(diào)速控制。 6）正確 處理傳感器傳給單片機的動態(tài)掃描的數(shù)據(jù)，防止程序進(jìn)入無效的死循環(huán)。 第 4 頁 2 硬件電路設(shè)計 單片機最小系統(tǒng) 設(shè)計 單片機最小系統(tǒng)或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，就是用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)，對 AT89S52 單片機來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：單片機、復(fù)位電路、晶振電路 ，電源電路， 如圖 所示。 由于在 Proteus 中電源是內(nèi)嵌的，所以本圖沒 有 電源電路。 圖 單片機最小系統(tǒng) AT89S52 單片機 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。使 用 Atmel 公司高密度非 易失性存儲器 技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng) 可編程 Flash，使得AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 第 5 頁 引腳如圖 。 引腳功能說明： （ 1）輸入 /輸出引腳（ I/O口線） ～ :P0口 8位雙向 I/O口，占 39～ 32腳； ～ :P1口 8位準(zhǔn)雙向 I/O口，占 1～ 8腳； ～ :P2口 8位準(zhǔn)雙向 I/O口，占 21～ 28腳； ～ :P3口 8位準(zhǔn)雙向 I/O口，占 10～ 17腳； （ 2）控制口線 PSEN(29腳 )：外部程序存儲器讀選通信號。 ALE/PROG(30腳 )：地址鎖存允許 /編程信號。 EA/VPP(31腳 )：外部程序存儲器地址允許 /固化編程電壓輸入端。 RST/VPD(9腳 )： RST是復(fù)位信號輸入端 ,VPD是備用電源輸入端。 圖 單片機引腳圖 （ 3）電源及 其它 Vcc(40腳 )：電源端 +5V。 GND(20腳 )：接地端。 XTALl、 XTAL2(19～ 18 腳 )：時鐘電路引腳。當(dāng)使用內(nèi)部時鐘時，這兩個引腳端外接石英晶體和微調(diào)電容。當(dāng)使用外部時鐘時，用于外接外部時鐘源。 復(fù)位電路設(shè)計 單片機 復(fù)位電路就好比電腦的重啟部分，當(dāng)電腦在使用中出現(xiàn)死機，按下重啟按鈕電腦內(nèi)部的 程序 從頭開始執(zhí)行。單片機也一樣，當(dāng)單片機系統(tǒng)在運行中，受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動從頭開始執(zhí)行。單片機復(fù)位電路如圖 所示 。 復(fù)位電路的工作原理 ： 51 單片機 要復(fù)位只需要在第 9 引腳接個高電平持續(xù) 2uS 就可以實現(xiàn) ， 在單片機系統(tǒng)中，系統(tǒng)上電啟動的時候復(fù)位一次，當(dāng)按鍵按下的時候系統(tǒng)再次復(fù)位，如果釋放后再按下，系統(tǒng)還會復(fù)位。所以可以通過按鍵的斷開和閉合在運行的系統(tǒng)中控制其復(fù)位。 第 6 頁 在電路圖中，電容的的大小是 10uF，電阻的大小是10k。所以根據(jù)公式，可以算出電容充 電到電源電壓的 倍（單片機的電源是 5V，所以充電到 倍即為 ），需要的時間是 10K*10UF=。 也就是說在電腦啟動的 內(nèi)，電容兩端的電壓 在0~ 之間逐漸 增加。這個時候 10K 電阻兩端的電壓為從 5~（串聯(lián)電路各處電壓之和為總電壓）。所以在 內(nèi)， RST 引腳所接收到的電壓是 5V~。在 5V正常工作的 51單片機中小于 號，而大于 。所以在開機 圖 單片機復(fù)位電 路 內(nèi)，單片機系統(tǒng)自動復(fù)位（ RST 引腳接收到的高電平 信號時間為 左右）。 按鍵按下的時 產(chǎn)生 復(fù)位 的原理： 在單片機啟動 后，電容 C 兩端的電壓持續(xù)充電為 5V，這是時候 10K 電阻兩端的電壓接近于 0V， RST 處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當(dāng)按鍵按下的時候，開關(guān)導(dǎo)通，這個時候電容兩端形成了一個回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個過程中，電容開始釋放之前充的電量。隨著時間的推移，電容的電壓在 內(nèi)，從 5V 釋放到變?yōu)榱?，甚至更小。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個時候 10K 電阻兩端的電壓為 ，甚至更大，所以 RST 引腳又接收到高電平。單片機系統(tǒng)自動復(fù)位。 復(fù)位