【正文】 ，而被稱為“蒸汽機(jī)之父”，但是那個(gè)發(fā)明者卻沒有在歷史長河中留下自己的痕跡，由此可見單純將某類產(chǎn)品問世是第一步，更重要的是將其市場化，能市場化的關(guān)鍵因素就是成本和消費(fèi)者需求。風(fēng)扇的主要工作原理是利用發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)來帶動扇葉旋轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生風(fēng)力。我設(shè)想通過 STC51 單片機(jī)，對電動機(jī)的調(diào)速實(shí)行外延控制下有極調(diào)速，將其智能化。單片機(jī)的應(yīng)用不僅可以為人類帶來家居的智能化，而且能為其外延產(chǎn)品智能化的應(yīng)用提供了其市場化的可能。本設(shè)計(jì)將以 STC51 單片機(jī)為處理核心，以紅外進(jìn)行控制，最后通過調(diào)控電機(jī)進(jìn)行控制的輸出。將科技融入生活，是科技發(fā)展的真諦，是其發(fā)展的最終目的，也最終促進(jìn)科技的發(fā)展。 “智能家居”是一個(gè)統(tǒng)一的、系統(tǒng)的整體，將人類的一切家居生活智能化、系統(tǒng)化、協(xié)調(diào)化。真正限制其大規(guī)模應(yīng)用的是當(dāng)前較高的科技含量所帶來的高成本。即以市場化為導(dǎo)向，將智能化的產(chǎn)品真正的推向市場。將風(fēng)扇的的啟停和調(diào)控實(shí)現(xiàn)紅外控制，從而實(shí)現(xiàn)其簡單的智能化。 比如，有人設(shè)計(jì)的帶有溫控系統(tǒng)的智能風(fēng)扇，加入溫度傳感器來感知外界溫度并將外界的溫度傳入單片機(jī)進(jìn)行處理，通過單片機(jī)再來調(diào)控電機(jī)的轉(zhuǎn)速。因?yàn)殡娏魍ㄟ^線圈時(shí)，由于線圈中有電阻，即不可避免的產(chǎn)生了熱量，產(chǎn)生熱量之后就 會向周圍環(huán)境散發(fā)，致使環(huán)境溫度升高。首先，對風(fēng)扇智能化的研究是在家電智能化的基礎(chǔ)上，即在“智能家居”的基礎(chǔ)上。就是應(yīng)用紅外信號進(jìn)行控制，利用紅外信號的發(fā)射裝置發(fā)出紅外信號，通過接收裝置進(jìn)行接收并加以處理，然后再輸出進(jìn)行電機(jī)調(diào)速。將遙控器上的K1鍵的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能設(shè)為一級轉(zhuǎn)速，按下該按鍵后則調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速變?yōu)樽畹蜋n也就是一級轉(zhuǎn)速，設(shè)定遙控器上的 K2 鍵設(shè) 計(jì)實(shí)現(xiàn)功能設(shè)為二級轉(zhuǎn)速，以此類推，風(fēng)扇總共設(shè)計(jì)了五級轉(zhuǎn)速，級數(shù)越大風(fēng)速越大。 因此，本產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思路就是通過紅外信號發(fā)射器發(fā)出紅外信號，由接收器接收后交由單片機(jī)進(jìn)行處理并分析，得出用戶所發(fā)出的指令，進(jìn)行解碼，并將指令通過控制 器來發(fā)應(yīng)到電機(jī)那里，從而完成通過紅外進(jìn)行調(diào)速的一整套過程。編程時(shí)我們可以選擇 C語言進(jìn)行編程，都可以使用匯編語言進(jìn)行編程，即單片機(jī)即支持 C語言也支持匯編語 言的編程。 DIP 封裝較常見，應(yīng)用于絕大多數(shù)的中小規(guī)模的集成電路，本設(shè)計(jì)所使用的芯片即采用這種封裝形式。如圖 所示。 XTAL1 引腳為單片機(jī)片內(nèi)部所使用的振蕩電路的一端輸入端，而 XTAL2 引腳則為單片機(jī)片內(nèi)部所使用的振蕩電路的一端輸出端， 8051 的振蕩時(shí)鐘工作的工作方式有兩種比較常見的類型：片內(nèi)時(shí)鐘振蕩和外部時(shí)鐘，本設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)采用的工作方式為前者； RST（ 9腳） —— 單片機(jī)上的作為復(fù)位功能使用的復(fù)位引腳，其復(fù)位功能就是將單片機(jī)內(nèi)的程序初始化； PSEN （ 29 腳） —— 該引腳的名稱是單片機(jī)所應(yīng)用的程 序存儲器的允許輸出控制端，當(dāng)單片機(jī)正在讀外延程序存儲器時(shí)， PSEN 引腳低電平有效； PROGALE / （ 30腳） —— 當(dāng)該位連接的是高電平時(shí)，允許地址鎖存信號，青島大學(xué) 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 9 當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)， ALE 信號負(fù)跳變則將 P0口上低 8位地址信號送入鎖存器，當(dāng) ALE 為低電平時(shí)動作基本與高電平時(shí)一致， PROG 為編程脈沖的 輸入端，寫好的程序只有通過編程輸入端才能寫入單片機(jī)內(nèi)部存儲器（即 ROM）中； VppEA/ （ 31腳） —— EA接高電平時(shí)，單片機(jī)讀取內(nèi)部程序存儲器，當(dāng) EA為低電平時(shí)，單片機(jī)直接讀取外部（ ROM） 。 3 復(fù)位電路 51 系列單片機(jī)的復(fù)位引腳是 9 腳， 當(dāng)此引腳連接高電平超過兩個(gè)機(jī)器周期時(shí)，即可產(chǎn)生復(fù)位動作。 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) GND12345678RST/VPD91011121314151617XTAL218XTAL119GND202122232425262728PSEN29ALE/PROG30EA/Vpp313233343536373839VCC4089C511212M10K30pF30pFGNDGND10uFVCC 紅外發(fā)射芯片 TC901 紅外發(fā)射芯片 TC9012 是一款專門用于日本東芝公司所生產(chǎn)的紅外遙控系統(tǒng)的專用紅外發(fā)射集成電路。 青島大學(xué) 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 11 圖 TC9012的引腳圖 表 TC9012引腳功能 引腳號 名稱 類型 描述 14 KI0KI3 IN 4位輸入引腳，用于鍵盤掃描輸入（平時(shí)為低電平，內(nèi)置下拉電阻） 5 REM OUT 帶載波的遙控信號輸出 6 VDD 電源正端（ ）， 3V（典型） 7 NC 空引腳 8 OSC0 OUT 晶振輸出 9 OSC1 IN 晶振輸入 10 VSS 電源負(fù)端（接地） 11 LMP OUT 指示燈輸出 1219 KO0KO7 OUT 8位輸出引腳，用于鍵盤掃描輸出 20 SEL IN 用戶編碼選擇跳線（平時(shí)為高電平，內(nèi)置下拉電阻） TC9012 的編碼 在本設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)所使用的 TC9012 芯片的一幀傳輸數(shù)據(jù)中，總共是含有了 32位碼（兩次 8位用戶碼、 8位數(shù)據(jù)碼及其反碼），發(fā)射碼的格式如圖 所示。 表 TC9012的用戶碼設(shè)置 與 SEL相連 用戶碼（ S2 S1 S0） 與 SEL相連 用戶碼（ S2 S1 S0） KO0 000 KO4 100 KO1 001 KO5 101 KO2 010 KO6 110 KO3 011 KO7 111 紅外發(fā)射芯片 TC9012 最主要的功能設(shè)置是設(shè)置了 4個(gè)通過按鍵進(jìn)行的功能輸入端 KI0KI3 和 8個(gè)通過按鍵進(jìn)行的功能輸出端 KO0KO7，從而形成了一個(gè)矩陣鍵盤，而這個(gè)矩陣鍵盤將共有 48=32 個(gè)功能按鍵，由于是在同一系統(tǒng)下，所以這 32 個(gè)功能按鍵均按照同一方式進(jìn)行編碼，以實(shí)現(xiàn)特定的功能。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作中，如果沒有任何按鍵被按下，那么實(shí)驗(yàn)中的振蕩器所處的狀態(tài)是停振的，這樣的效果是可以明顯的降低功耗。紅外一體化接收頭 HS0038 的外觀如圖 。一體化紅外信號接收芯片 HS0038 所能構(gòu)接收的紅外信號頻率為 38kHz，由此得出其需要的周期為 26 微妙。由于紅外遙控信號接收頭的輸出端與所相連接單片機(jī)的中斷引腳相關(guān)聯(lián)，即相應(yīng)的引腳的電平為低電平時(shí)將會觸發(fā)單片機(jī)產(chǎn)生中斷。 ⑵ 程序第一次進(jìn)入遙控中斷 后，中斷開始計(jì)時(shí)。此時(shí)可停止定時(shí)器的計(jì)時(shí)，并判斷本次接收的是否有效。 雙 H 橋電動機(jī)驅(qū)動芯片 L298N L298N 芯片是由 ST宏盛公司生產(chǎn)的一種電動機(jī)驅(qū)動芯片，該芯片可以驅(qū)動高電壓、大電流狀態(tài)下的電動機(jī)，其實(shí)物如圖 。 L298 采用 15引腳的 MULTIWATT15（垂直型）封裝，其引腳圖如圖 所示，各引腳定義見表 。 當(dāng) L298N 控制電動機(jī)停止時(shí)，電動機(jī)由于慣性的作用并不能馬上停下來，還會繼續(xù)轉(zhuǎn)動。 直流電動機(jī) 對于直流電動機(jī)的基本認(rèn)識 電動機(jī)簡稱電機(jī)，是使機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)換的機(jī)械，直流電動機(jī) 把直流電能變成機(jī)械能，其實(shí)物圖見圖 . 圖 直流電動機(jī) 直流電機(jī)的主要功能是作為執(zhí)行機(jī)電功能的動力元器件，其內(nèi)部會存在一個(gè)閉合的主磁路。在電刷 A和電刷 B外接直流電源的情況下，兩個(gè)電刷及其與之相連的線圈內(nèi)會產(chǎn)生電流。那么整個(gè)線圈就會受力轉(zhuǎn)動。所以，整個(gè)線圈所受的電磁力的方向依然不變，仍然受力按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動。這就是直流電動機(jī)的基本原理。一般有三種驅(qū)動電路：三極管電流放大驅(qū)動電路，電機(jī)專用驅(qū)動模塊（如本實(shí)驗(yàn)所使用的 L298N）和達(dá)林頓驅(qū)動器。而紅外通信，就是通過紅外線（波長范圍 微米 — 1毫米）進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)的一種通信方式。本設(shè)計(jì)設(shè)定的紅外發(fā)射裝置是紅外發(fā)射芯片 TC9012，而設(shè)定的紅外接收裝置是紅外接收頭 HS0038。 由于紅外線遙控技術(shù)沒有必要具有像無線電遙控技術(shù)那樣穿過一系列的障礙物去控制被控對象的能力，因此通常在設(shè)計(jì)和選擇紅外線的信息發(fā)射和信息接收裝置時(shí)，不必像無線電遙控器那樣，發(fā)射器和接收器要有不同的遙控頻率和編碼，所以同類的紅外線發(fā)射器和接收器，因此可以擁有相同的或者是相類似的遙控頻率或者是控制編碼，而不會出現(xiàn)像是無線電遙控通信時(shí)所產(chǎn)生的遙控信 號“串門”的情況。 圖 單片機(jī)中斷過程 執(zhí)行主 程序 執(zhí)行中斷 斷點(diǎn) 處理程序 繼續(xù) 執(zhí)行 主程序 單片 機(jī)的 CPU之所以會發(fā)生中斷，是因?yàn)橛兄袛嘣矗袛嘣匆饧匆饐纹瑱C(jī)CPU中斷的根源，本設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)所使用的 51單片機(jī)內(nèi)部一共有 5 個(gè)中斷源，分別是：外部中斷 0（ INT0），外部中斷 1（ INT1），定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0中斷（ T0），定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1中斷（ T1），串行口中斷（ TX/RX）。 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器工作方式寄存器 TMOD 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器工作方式在特殊功能寄存器中，字節(jié)地址為 89H，不能位尋址， TMOD 用來確定定時(shí)器的工作方式及功能選擇。 表 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器控制寄存器 TCON 位序號 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位符號 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IF0 IE0 IT0 位地址 8FH 8EH 8DH 8CH 8BH 8AH 89H 88H TF1— 定時(shí)器 1 溢出標(biāo)志位， 當(dāng)定時(shí)器 1計(jì)滿溢出時(shí)，由硬件使 TF1 置 1，并且申請中斷。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多種 PWM 技術(shù)，其中包括：相電壓控制 PWM， PWM 法、隨機(jī) PWM、SPWM 法、線電壓控制 PWM 等。通過高分辨計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個(gè)具體模擬信號的電平進(jìn)行編碼。 PWM信號包含兩個(gè) 參數(shù)： PWM信號的頻率和 PWM信號的占空比。初始化定時(shí)器 0 使其定時(shí)時(shí)間為1ms。 圖 定時(shí)器產(chǎn)生 PWM信號的程序流程 （ a） 定時(shí)器初始化程序 （ b） 定時(shí)器 0 中斷處理程序 （ c） 定時(shí)器 1 處理中斷程序 初始化定時(shí)器 0 工作在模式 1 重新設(shè)定定時(shí)器 0 與定時(shí)器 1 的初值 關(guān)定時(shí)器 1 青島大學(xué) 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 24 設(shè)定時(shí)器 0 定時(shí)時(shí)間為 1ms 初始化定時(shí)器 1 工作在模式 2 開定時(shí)器中斷 開定時(shí)器 0 改變 PWM 輸出 引腳的電平為低 開定時(shí)器 1 改變 PWM 輸出 引腳的電平為高 青島大學(xué) 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 25 第四章 硬件設(shè)計(jì) 總體方案設(shè)計(jì)及框圖 首先，是利用紅外信號發(fā)射裝置的芯片 TC9012，按下按鍵后將信號調(diào)制后發(fā)射出去，接收端芯片 HS0038 接收到信號后經(jīng)過譯碼重復(fù)出之前的調(diào)制信號并將其發(fā)送給 STC51 單片機(jī)進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)按鍵遠(yuǎn)程的功能。 圖 本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)框圖 發(fā)射端 TC9012 按鍵 紅外接收端 STC89C51 PWM 輸出 電動機(jī)驅(qū)動電路 青島大學(xué) 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 26 發(fā)射電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)發(fā)射電路原理圖如圖 所示。 表 按鍵與發(fā)射數(shù)據(jù)對應(yīng)表 按鍵 發(fā)送數(shù)據(jù) K1（一級） 08（用戶嗎） 08（用戶碼） 00（數(shù)據(jù)碼） FF（數(shù)據(jù)碼的反碼） K2（二級） 08（用戶嗎） 08（用戶碼） 01（數(shù)據(jù)碼） FE（數(shù)據(jù)碼的反碼） K3（三級） 08（用戶嗎） 08（用戶碼） 02（數(shù)據(jù)碼） FD（數(shù)據(jù)碼的反碼） K4（四級） 08（用戶嗎） 08（用戶碼） 03（數(shù)據(jù)碼） FC（數(shù)據(jù)碼的反碼） K5（五級） 08（用戶嗎） 08（用戶碼） 04（數(shù)據(jù)碼） FB（數(shù)據(jù)碼的反碼） K6（關(guān)閉） 08（用戶嗎） 08（用戶碼） 05（數(shù)據(jù)碼） FA（數(shù)據(jù)碼的反碼） 接收電路設(shè)計(jì) 系 統(tǒng)接收電路的原理圖 所示。而 SEL 引腳（ 20 腳）與 KO0相連，所以用戶碼的選擇即 S0、 S S S S S S7分別為 0、 0、 0、 0、0、 0、 0，換算成十六進(jìn)制為 08H。實(shí)現(xiàn)按鍵遠(yuǎn)程控制電動機(jī)轉(zhuǎn)速的功能。這樣就可以得到 PWM信號了， PWM 信號的頻率等于定時(shí)器 0定時(shí)時(shí)間的倒數(shù)，占空比等于定時(shí)器 1 的定時(shí)時(shí)間除以定時(shí)器 2 的定時(shí)時(shí)間。 具體實(shí)現(xiàn)方法：用到兩個(gè)定時(shí)器，