【正文】 幫助的每一位老師、同學(xué)和朋友。 智能溫控風(fēng)扇的設(shè)計(jì) 27 致 謝 籍此論文結(jié)束之際，我要向我所 有的良師益友表以深深的謝意。 （ 4） 實(shí)踐能力得到了進(jìn)一步提高，在調(diào)試過程中積累了一些經(jīng)驗(yàn)。 （ 2） 畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠從理論設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐相結(jié)合、鞏固基礎(chǔ)知識(shí)與培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)相結(jié)合、個(gè)人作用和集體協(xié)作相結(jié)合等方面全面的培養(yǎng)學(xué)生的 綜合 素質(zhì)。 智能溫控風(fēng)扇的設(shè)計(jì) 26 結(jié)束語 經(jīng)過這次畢業(yè) 設(shè)計(jì)，我覺得自己學(xué)到了不少東西。 （ 3） 系統(tǒng) 的 仿真完全通過， 但 在把程序?qū)懭?AT89C52 后，系統(tǒng) 卻 不能正常運(yùn)行。 已成型的溫度控制器 廣泛應(yīng)用于城市、農(nóng)村、學(xué)校、工礦企事業(yè)單位及 工業(yè)控制 ，是實(shí)現(xiàn)無人值守的理想產(chǎn)品，市場(chǎng)極為廣闊，需求量大。 在本次系統(tǒng)中， 只有降溫電路而沒有升溫電路，就是說當(dāng)傳感器檢測(cè)到溫度太低時(shí)卻不能對(duì)其進(jìn)行升溫，而且對(duì)本次設(shè)計(jì)沒有對(duì)電機(jī)設(shè)計(jì)調(diào)速系統(tǒng)，從而電機(jī)只能以一種速度進(jìn)行調(diào)節(jié)， 不能自己選擇調(diào)節(jié)升降溫的速率。 功能介紹 ： 單片機(jī)復(fù)位后，進(jìn)行初始化工作，然后進(jìn)入按鍵功能模塊，最后完成工作。 開始 系統(tǒng)初始化 是否超過系統(tǒng)設(shè)定溫度 風(fēng)扇運(yùn)行 是否加減鍵同時(shí)按下 進(jìn)入系統(tǒng)設(shè)定 加減鍵 是否同時(shí)按下 退出設(shè)定 否 加速 減速 是 否 是 否 是 智能溫控風(fēng)扇的設(shè)計(jì) 24 程序?qū)崿F(xiàn)的功能是上電復(fù)位時(shí)檢測(cè)溫度傳感器 DS18B20是否存在或它工作是否正常 ,當(dāng)不存在或工作不正常時(shí)從蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲 ,提示用戶檢查 DS18B20,安裝或者更換。本系統(tǒng)中單片機(jī) I/O 口 輸出的 TTL信號(hào)為 5V，因此此風(fēng)扇電機(jī)可以用 ULN2803 來驅(qū)動(dòng)。 鍵盤控制設(shè)置溫度，通過軟件向單片機(jī)輸入相應(yīng)控制指令，由單片機(jī)通過 口 輸出與轉(zhuǎn)速相應(yīng)的 PWM 脈沖，經(jīng)過 ULN2803 驅(qū)動(dòng)風(fēng) 扇直流電機(jī)控制電路，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速與啟停的自動(dòng)控制。此時(shí)溫度寄存器中的值即為被測(cè)溫度值，這個(gè)值以 16 位二進(jìn)制形式存放在存儲(chǔ)器中，通過主機(jī)發(fā)送存儲(chǔ)器讀命令可讀出此溫度值，讀取時(shí)低位在前，高位在后，智能溫控風(fēng)扇的設(shè)計(jì) 21 依次進(jìn)行。 5 位數(shù)碼管的位選W1~W5 分別與單片機(jī)的 ~ 口相連接，只要 ~ 中任一位中輸出低電平，則選中與該位相連的數(shù)碼管。其中電容 C C2 為 20pF， C3 為 10uF，電阻 R R3 為 10k。綜上所述，組成無刷直流電動(dòng)機(jī)各主要部件的框圖，如圖 38 所示。 無刷直流電動(dòng)機(jī)電子開關(guān)線路是用來控制電動(dòng)機(jī)定子上各相繞組通電的順序和時(shí)間，主要有功率邏輯開關(guān)單元和位置傳感器信號(hào)處理單元兩個(gè)部分組成。由于電子開關(guān)線路的導(dǎo)通次序是與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角同步的，因而起到了機(jī)械換向器的換向作用。圖中的電動(dòng)機(jī)本體為三相倆極。 圖 36 無刷 直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)構(gòu)原理圖 它主要有電動(dòng)機(jī)本體、位置傳感器和電子開關(guān)線路三部分組成。 近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)的功能越來越強(qiáng)大。當(dāng)內(nèi)部總線給口鎖存器置 0 或 1 時(shí)，鎖存器中的 0、 1 狀態(tài)立即反映到引腳上。 XTAL1 和 XTAL2：片內(nèi)振蕩電路輸入線，這兩個(gè)端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來連接單片機(jī)片內(nèi) OSC 的定時(shí)反饋回路。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 圖 34 AT89C52 單片機(jī) 智能溫控風(fēng)扇的設(shè)計(jì) 15 ALE/ PROG ： 地址鎖存允許 /編程線， 當(dāng)訪問 片 外存儲(chǔ)器時(shí)， 在 ～ 引腳線上輸出片外存儲(chǔ)器低 8 位地址的同時(shí)還在 ALE/ PROG 線上輸出一個(gè)高電位脈沖，其下降沿用于把這個(gè)片外存儲(chǔ)器低 8 位地址鎖存到外部專用地址鎖存器，以便空出 ～ 引腳線去傳送隨后而來的片外存 儲(chǔ)器讀寫數(shù)據(jù)。在一些型號(hào)的單片機(jī)中， P2 口還可以配合 P1 口傳送片內(nèi) EPROM 的 12 位地址中的高 4位地址。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部 含 上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口 。 P0 口： ~，這組引腳共 8 條，其中 為最高位 ， 為最低位 。 同時(shí)增加了 WatchDog Timer， 6 組外部中斷源， 2 組 UART， 2 組 Data pointer 及 Wait state control pin。東芝的 32 位單片機(jī)采用 MIPS 3000A RISC 的 CPU 結(jié)構(gòu)，面向 VCD，數(shù)字相機(jī)，圖像處理 等市場(chǎng)。 （ 6） EPSON 單片機(jī) ： EPSON 單片機(jī)以低電壓，低功耗 和內(nèi)置 LCD 驅(qū)動(dòng)器特點(diǎn)著名于世，尤其是 LCD 驅(qū)動(dòng)部分做得很好。 （ 5） Scenix 單片機(jī) ： Scenix 公司推出的 8 位 RISC 結(jié)構(gòu) SX 系列單片機(jī)與 Intel 的Pentium II等一起被 Electronic Industry Yearbook 1998評(píng)選為 1998年世界十大處理器。 （ 3） MicroChip 單片機(jī) ： MicroChip 單片機(jī)的主要產(chǎn)品是 PIC 16C 系列和 17C 系列 8 位單片機(jī) ， CPU 采用 RISC 結(jié)構(gòu)，分別僅有 33， 35， 58 條指令，采用 Harvard雙總線結(jié)構(gòu)，運(yùn)行速度快，低工作電壓，低功耗，較大的輸入輸出直接驅(qū)動(dòng)能力，價(jià)格低，一次性編程，小體積。 AVR 的單片機(jī)廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外部設(shè)備，工業(yè)實(shí)時(shí)控制，儀器儀表，通訊設(shè)備，家用電器，宇航設(shè)備等各個(gè)領(lǐng)域。 圖 33 DS18B20 與單片機(jī) 接口電路 單片機(jī) 單片機(jī)的種類及選擇 當(dāng)今世界上的單片機(jī)種類繁多，廠商琳瑯滿目，產(chǎn)品性能各異。為了讀出從讀時(shí)間片開始算起 15 微秒的狀態(tài)，主機(jī)必須停止把引腳驅(qū)動(dòng)拉至低電平。所有時(shí)間片必須有 60 微秒的持續(xù)期，在各寫周期之間必須有最短為 1 微秒的恢復(fù)時(shí)間。 DS18B20通過使用時(shí)間片來讀出和寫入數(shù)據(jù)，時(shí)間片用于處理數(shù)據(jù)位和進(jìn)行何種指定操作的命令。接著主機(jī)便釋放此線并進(jìn)入接收方式（ Rx）。因此它和主機(jī)（單片機(jī)）通信是需要串行通信，而 AT89S51 有兩個(gè)串行端口，所以可以不用軟件來模擬實(shí)現(xiàn)。 本次 設(shè)計(jì)我們采用 DS18B20， DS18B20 是 DALLAS 公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器 它具有以下特點(diǎn)： （ 1） 獨(dú)立的單線接口，只需一個(gè)接口引腳即可通信； （ 2） 多點(diǎn)能力使分布使分布式溫度檢測(cè)應(yīng)用得以簡(jiǎn)化； （ 3） 不需外部元件； （ 4） 可用數(shù)據(jù)線供電，不需要備用電源； （ 5） 測(cè)量范圍從 55 攝氏度到 +125 攝氏度，增值量為 攝氏度； （ 6） 以 9 位數(shù)字值方式讀出溫度； （ 7） 在 1 秒（典型值）內(nèi)把溫度變?yōu)閿?shù)字； （ 8） 用戶可定義的，非易失行的溫度警告設(shè)置； （ 9） 告警收索命令識(shí)別和尋址溫度在編訂的極限范圍之 外的器件； （ 10） 應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)類產(chǎn)品，溫度計(jì)和各種熱敏系統(tǒng)。 對(duì)于方案二，雖然在溫控狀態(tài)下只能實(shí)現(xiàn)弱 /大風(fēng)兩級(jí)調(diào)速，但采用繼電器價(jià)格便宜，控制可靠，且出于在溫控狀態(tài)時(shí)無級(jí)調(diào)速并不是特別需要的功能，綜合考慮采用方案二。綜合考慮選用方案二。 智能溫控風(fēng)扇的設(shè)計(jì) 8 (3) 利用單片機(jī)自帶的 PWM 控制器。在本設(shè)計(jì)中應(yīng)用了此方法。占 空比是指高電平持續(xù)時(shí)間在一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)的百分比。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，本系統(tǒng)采用方案一。 顯示電路的選擇 方案一：采用四位共陽數(shù)碼管顯示溫度，動(dòng)態(tài)掃描顯示方式。 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)，以及無需編寫軟件程序的 特點(diǎn)，但控制方式過于單一，不能自由設(shè)置上下限動(dòng)作溫度，無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。 方案一：采用電壓比較電路作為控制部件。 對(duì)于方案 二，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)化等電路的誤差因數(shù)，溫度誤差變得很小，并且由于其檢測(cè)溫度的原理與熱敏電阻檢測(cè)的原理有著本質(zhì)的不同，使得其溫度分辨力極高。 溫度傳感器的選擇方案 在本設(shè)計(jì)中，溫度傳感器的選擇有以下兩種方案： 方案一：采用熱敏電阻作為檢測(cè)溫度的核心元件，并通過運(yùn)算放大器放大，由于熱敏電阻會(huì)隨溫度變化而變化，進(jìn)而產(chǎn)生輸出電壓變化的微弱電壓變化信號(hào)，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809 將微弱電壓變化信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)輸入單 片機(jī)處理。同時(shí)采用 PWM 脈寬調(diào)制方式來改變直流風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 智能溫控風(fēng)扇的設(shè)計(jì) 4 它廣泛應(yīng)用于城市、農(nóng)村、 各種工業(yè)生產(chǎn) ， 在一定情況下 亦適用于太陽能、鍋爐及 對(duì)溫度敏感的產(chǎn)業(yè) 的自動(dòng)控制和 溫度 報(bào)警，是實(shí)現(xiàn)無人值守的理想產(chǎn)品，市場(chǎng)極為廣闊 ，需求量大。它的廣泛應(yīng)用和普及給人們的日常生活帶來了方便。為解決上述問題，我們?cè)O(shè)計(jì)了這套溫控自動(dòng)風(fēng)扇系統(tǒng)。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，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。克服了普通電風(fēng)扇無法根據(jù)外界溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速困難。系統(tǒng)原理簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定，成本低，具有一定的節(jié)能效果。闡述了智能溫控調(diào)速風(fēng)扇的工作原理、硬件設(shè)計(jì)、軟件實(shí)現(xiàn)的過程。 電風(fēng)扇 的自動(dòng)控制， 讓電風(fēng)扇這一家用電器變的更智能化。比如，現(xiàn)在雖然不少城市家庭用上了空調(diào)，但在占中國大部分人口的農(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。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。 具有對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能，以保證工業(yè)儀器，測(cè)量工 具，農(nóng)業(yè)種植的正常運(yùn)作 ，它的最大特點(diǎn)是能 實(shí)時(shí)監(jiān)控周圍溫度的高低 ，并能同時(shí)控制 電機(jī)運(yùn)作來改變溫度 。其發(fā)展趨勢(shì)可以根據(jù)其性質(zhì)進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)可以運(yùn)用與不同 場(chǎng)合 的 溫度監(jiān)測(cè) 控制，并帶來大量的經(jīng)濟(jì)效益。其中預(yù)設(shè)溫度值只能為整數(shù)形式，檢測(cè)到的當(dāng)前環(huán)境溫度可精確到小數(shù)點(diǎn)后一位。 圖 21 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 方案論證 本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇直流電機(jī)的溫度控制，使風(fēng)扇電機(jī)能根據(jù)環(huán)境溫度的變化自動(dòng)啟停及改變轉(zhuǎn)速，需要比較高的溫度變化分辨率以及穩(wěn)定可靠的換擋停機(jī)控制部件。故該方案不適合本系統(tǒng)。 AT89C52 單片機(jī)工作電壓低，性能高，片內(nèi)含 8k 字節(jié)的只讀程序存儲(chǔ)器 ROM 和 256 字節(jié)的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM，它兼容標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令系統(tǒng)，單片價(jià)格也不貴，適合本設(shè)計(jì)系統(tǒng)。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)。故本系統(tǒng)采用方案二。 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)碼管無法比擬的。 PWM是英文 Pulse Width Modulation 的縮寫，它是按一定的規(guī)律改變脈沖序列的脈沖寬度，以調(diào)節(jié)輸出量和波形的一種調(diào)節(jié)方式，在 PWM 驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，最常用的是矩形波 PWM 信號(hào)，在控制時(shí)需要調(diào)節(jié) PWM 波得占空比。當(dāng)高電平延時(shí)時(shí)間到時(shí)，對(duì) I/O 口電平取反，使其變成低電平，然后再延時(shí)一定時(shí)間；當(dāng)?shù)碗娖窖訒r(shí)時(shí)間到時(shí)，再對(duì)該 I/O 口電平取反，如此循環(huán)即可得到 PWM 信號(hào)。應(yīng) 用此方法時(shí)編程相對(duì)復(fù)雜。 對(duì)于方案二，相對(duì)于其他用硬件或者軟硬件相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速而言，采用 PWM 用純軟件的方法來實(shí)現(xiàn)調(diào)速過程，具有更大的靈活性，并可大大降低成本，能夠充分發(fā)揮單片機(jī)的功能，對(duì)于簡(jiǎn)單速度控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了一種有 效的途徑。 對(duì)于方案一，該方案能夠?qū)崿F(xiàn)在風(fēng)扇處于溫控狀態(tài)時(shí)也能無級(jí)調(diào)速，但是 D/A轉(zhuǎn)換芯片價(jià)格較高，與 其溫控狀態(tài)下無級(jí)調(diào)速功能相比性價(jià)比不高。 溫度傳感器 溫度傳感器的種類和選擇 目前市場(chǎng)上常用的溫度傳感器有 pt100，溫敏電阻， DS18B20 等等。 智能溫控風(fēng)扇的設(shè)計(jì) 10 圖 31 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖 32 DS18B20 外形及管腳 由于 DS18B20 只