【正文】 任務(wù)書 溫控自動(dòng)風(fēng)扇系統(tǒng) 摘要 ： 本設(shè)計(jì)為一種溫控風(fēng)扇系統(tǒng)，具有靈敏的溫度感測(cè)和顯示功能，系統(tǒng) AT89S52 單片機(jī)作為控制平臺(tái)對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制?？捎捎脩粼O(shè)置高、低溫度值，測(cè)得溫度值在高低溫度之間時(shí)打開風(fēng)扇弱風(fēng)檔，當(dāng)溫度升高超過(guò)所設(shè)定的溫度時(shí)自動(dòng)切換到大風(fēng)檔，當(dāng)溫度小于所設(shè)定的溫度時(shí)自動(dòng)關(guān)閉風(fēng)扇，控制狀態(tài)隨外界溫度而定。 引言 生活中，我們經(jīng)常會(huì)使用一些與溫度有關(guān)的設(shè)備。比如，現(xiàn)在雖然不少城市家庭用上了空調(diào)，但在占中國(guó)大部分人口的農(nóng)村地區(qū)依舊使用電風(fēng)扇作為降溫防暑設(shè)備，春夏（夏秋）交替時(shí)節(jié)，白天溫度依舊 很高，電風(fēng)扇應(yīng)高轉(zhuǎn)速、大風(fēng)量，使人感到清涼；到了晚上，氣溫降低，當(dāng)人入睡后，應(yīng)該逐步減小轉(zhuǎn)速，以免使人感冒。雖然電風(fēng)扇都有調(diào)節(jié)不同檔位的功能，但必須要人手動(dòng)換檔，睡著了就無(wú)能為力了，而普遍采用的定時(shí)器關(guān)閉的做法，一方面是定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短有限制，一般是一兩個(gè)小時(shí)；另一方面可能在一兩個(gè)小時(shí)后氣溫依舊沒(méi)有降低很多，而風(fēng)扇就關(guān)閉了，使人在睡夢(mèng)中熱醒而不得不起床重新打開風(fēng)扇，增加定時(shí)器時(shí)間，非常麻煩，而且可能多次定時(shí)后最后一次定時(shí)時(shí)間太長(zhǎng)，在溫度降低以后風(fēng)扇依舊繼續(xù)吹風(fēng)，使人感冒；第三方面是只有簡(jiǎn)單的到了定時(shí)時(shí)間就關(guān)閉風(fēng) 扇電源的單一功能，不能滿足氣溫變化對(duì)風(fēng)扇風(fēng)速大小的不同要求。又比如在較大功率的電子產(chǎn)品散熱方面，現(xiàn)在絕大多數(shù)都采用了風(fēng)冷系統(tǒng)，利用風(fēng)扇引起空氣流動(dòng)，帶走熱量，使電子產(chǎn)品不至于發(fā)熱燒壞。要使電子產(chǎn)品保持較低的溫度，必須用大功率、高轉(zhuǎn)速、大風(fēng)量的風(fēng)扇，而風(fēng)扇的噪音與其功率成正比。如果要低噪音，則要減小風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，又會(huì)引起電子設(shè)備溫度上升，不能兩全其美。為解決上述問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了這套溫控自動(dòng)風(fēng)扇系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用高精度集成溫度傳感器，用單片機(jī)控制，能顯示實(shí)時(shí)溫度，并根據(jù)使用者設(shè)定的溫度自動(dòng)在相應(yīng)溫度時(shí)作出小風(fēng)、大風(fēng)、 停機(jī)動(dòng)作，精確度高，動(dòng)作準(zhǔn)確。 方案論證 本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的溫度控制，需要有較高的溫度變化分辨率和穩(wěn)定可靠的換檔停機(jī)控制部件。 2 1． 1 溫度傳感器的選用 溫度傳感器可由以下幾種方案可供選擇： 方案一：選用熱敏電阻作為感測(cè)溫度的核心元件，通過(guò)運(yùn)算放大器放大由于溫度變化引起熱敏電阻電阻的變化、進(jìn)而導(dǎo)至的輸出電壓變化的微弱電壓變化信號(hào)，再用 AD轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809 將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)輸入單片機(jī)處理。 方案二：采用熱電偶作為感測(cè)溫度的核心元件，配合橋式電路，運(yùn)算放大電路和 AD轉(zhuǎn)換電路，將溫度變化信號(hào)送入單片 機(jī)處理。 方案三：采用數(shù)字式集成溫度傳感器 DS18B20 作為感測(cè)溫度的核心元件，直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)供單片機(jī)處理。 對(duì)于方案一，采用熱敏電阻有價(jià)格便宜、元件易購(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，但熱敏電阻對(duì)溫度的細(xì)微變化不敏感，在信號(hào)采集、放大、轉(zhuǎn)換過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生失真和誤差，并且由于熱敏電阻的 RT 關(guān)系的非線性，其本身電阻對(duì)溫度的變化存在較大誤差，雖然可以通過(guò)一定電路予以糾正，但不僅將使電路復(fù)雜穩(wěn)定性降低，而且在人體所處溫度環(huán)境溫度變化中難以檢測(cè)到小的溫度變化。故該方案不適合本系統(tǒng)。 對(duì)于方案二，采用熱電偶和橋式測(cè)量電路相對(duì)于熱敏電 阻其對(duì)溫度的敏感性和器件的非線性誤差都有較大提高，其測(cè)溫范圍也非常寬，從 50 攝氏度到 1600攝氏度均可測(cè)量。但是依然存在電路復(fù)雜，對(duì)溫度敏感性達(dá)不到本系統(tǒng)要求的標(biāo)準(zhǔn)，故不采用該方案。 對(duì)于方案三，由于數(shù)字式集成溫度傳感器 DS18B20 的高度集成化，大大降低了外接放大轉(zhuǎn)換等電路的誤差因素，溫度誤差很小，并且由于其感測(cè)溫度的原理與上述兩種方案的原理有著本質(zhì)的不同，使得其溫度分辨力極高。溫度值在器件內(nèi)部轉(zhuǎn)換成數(shù)字量直接輸出，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)，又由于該傳感器采用先進(jìn)的單總線技術(shù)（ 1WRIE），與單片機(jī)的接口變 的非常簡(jiǎn)潔，抗干擾能力強(qiáng)。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。 1． 2 控制核心的選擇 方案一：采用電壓比較電路作為控制部件。溫度傳感器采用熱敏電阻或熱電偶等，溫度信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)并放大，由集成運(yùn)放組成的比較電路判決控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，當(dāng)高于或低于某值時(shí)將風(fēng)扇切換到相應(yīng)檔位。 方案二：采用單片機(jī)作為控制核心。以軟件編程的方法進(jìn)行溫度判斷，并在端口輸出控制信號(hào)。 對(duì)于方案一，采用電壓比較電路具有電路簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，以及無(wú)需編寫軟件程序的特點(diǎn)，但控制方式過(guò)于單一，不能自由設(shè)置上下限動(dòng)作溫度 ，無(wú)法滿足不同用戶以及不同環(huán)境下的多種動(dòng)作溫度要求，故不在本系統(tǒng)中采用。 對(duì)于方案二，以單片機(jī)作為控制器，通過(guò)編寫程序不但能將傳感器感測(cè)到的溫度通過(guò)顯示電路顯示出來(lái)，而且用戶能通過(guò)鍵盤接口，自由設(shè)置上下限動(dòng)作溫度值，滿足全方位的需求。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。故本系統(tǒng)采用方案二。 3 1． 3 調(diào)速方式 方案一：采用變壓器調(diào)節(jié)方式，運(yùn)用電磁感應(yīng)原理將 220V 電壓通過(guò)線圈降壓到不同的電壓，控制風(fēng)扇電機(jī)接到不同電壓值的線圈上可控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制風(fēng)扇風(fēng)力大小。 方案二：采 用 PWM波調(diào)速。 對(duì)于方案一，由于采用變壓器改變電壓調(diào)節(jié)，有風(fēng)速級(jí)別限制，不能適應(yīng)人性化要求。且在變壓過(guò)程中會(huì)有損耗發(fā)熱，效率不高，發(fā)熱有不安全因素。 對(duì)于方案二， PWM 的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，無(wú)需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號(hào)保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯 1 改變?yōu)檫壿?0 或?qū)⑦壿?0 改變?yōu)檫壿?1 時(shí)，也才能對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響。對(duì)噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是 PWM 相對(duì)于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在某些時(shí)候?qū)?PWM 用于通信的主要原因。從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)向 PWM 可以極大地延長(zhǎng)通 信距離。在接收端，通過(guò)適當(dāng)?shù)?RC 或 LC 網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號(hào)還原為模擬形式。 總之， PWM 既經(jīng)濟(jì)、節(jié)約空間、抗噪性能強(qiáng)， 故本系統(tǒng)采用方案二。 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) MCU 的選擇與 AT89S52 簡(jiǎn)介 目前在單片機(jī)系統(tǒng)中，應(yīng)用比較廣泛的微處理器芯片主要為 8XC5X 系列的單片機(jī)，該系列單片機(jī)均采用標(biāo)準(zhǔn) MCS51內(nèi)核，硬件資源相互兼容，品類齊全、性能穩(wěn)定、體積小、價(jià)格底、貨源充足、調(diào)試和編程方便，所以應(yīng)用較為廣泛。 例如 AT89S52 單片機(jī)是一款低功耗、低電壓、高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8KB（可經(jīng)受 1000 次擦寫周期）的 FLASH 可編程可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（ EPROM），器件采用 CMOS 工藝和 ATMEL 公司的高密度，非易失性存儲(chǔ)器（ NURAM）技術(shù)制造，其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與 MCS51 兼容，片內(nèi)的 FLASH 存儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi)可改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)編程器來(lái)編程。因此， AT89S52 是一種功能強(qiáng)，靈活性高且價(jià)格合理的單片機(jī)，可方便的應(yīng)用在各個(gè)控制領(lǐng)域 [1]。 AT89S52 具有以下主要性能 ： 可改編程序 FLASH 存儲(chǔ)器； ： 0～ 24HZ； RAM； 4 個(gè)外部雙向輸入，輸出（ I、 O）口； 引腳說(shuō)明如圖 22。 圖 22 AT89S52 引腳說(shuō)明 引腳功能說(shuō)明如下 [2]： VCC：電源電壓。 GND：地。 P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)線復(fù)用口。作