【文章內(nèi)容簡介】 控制，從而實(shí)現(xiàn)其簡單的智能化。同時(shí)，通過簡單易得的裝置來控制其成本，交易向市場推廣。 風(fēng)扇智能化研究的現(xiàn)狀 當(dāng)前家電的智能化取得了一定的發(fā)展，但是還有很多不足。與此同時(shí)，風(fēng)扇智能化的研究也有很大的進(jìn)步，但是其中也存在很多不盡人意的地方。 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。即通過溫度傳感器感知外界溫度，發(fā)出信號(hào)調(diào)整轉(zhuǎn)速，以此形成一個(gè)閉環(huán)調(diào)控系統(tǒng)。這樣的電路設(shè)計(jì)雖然也叫簡單易行，但是由于室內(nèi)溫度的變化比較緩慢，而且變化幅度比較小，因此若能完成整套設(shè)計(jì)地構(gòu)想，需要比較靈敏的即精十分高的溫度傳感系統(tǒng)，這樣的造價(jià)就十分高了，也不容易進(jìn)行推廣。對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)，還有一個(gè)值得注意的問題，就是風(fēng)扇的運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)際會(huì)帶來整個(gè)環(huán)境溫度的升高，而不是降低。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(huì)向周圍環(huán)境散發(fā)，致使環(huán)境溫度升高。而之所以人會(huì)感到?jīng)鏊?，是因?yàn)殡娚處?dòng)的空氣流動(dòng)造成人體皮膚表層的汗液揮發(fā)，從而吸收熱量。因此，通過感應(yīng)外界的溫度來控制風(fēng)扇的快慢的想法是不行的，本設(shè)計(jì)也沒有采用這種設(shè)計(jì)。 青島大學(xué) 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 5 風(fēng)扇智能化研究的意義 關(guān)于風(fēng)扇智能化的研究有很重要的意義。首先，對(duì)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。因?yàn)闊o論是智能機(jī)電還是智能家居，都難以進(jìn)行大規(guī)模推廣的市場化。因此為了突破這一問題，需要一步一步逐漸推進(jìn)，而智能風(fēng)扇的研究則是其中一個(gè)比較容易進(jìn)行的項(xiàng)目。 本設(shè)計(jì) 所設(shè)計(jì)進(jìn)行的智能風(fēng)扇，應(yīng)用原理簡便。就是應(yīng)用紅外信號(hào)進(jìn)行控制，利用紅外信號(hào)的發(fā)射裝置發(fā)出紅外信號(hào)，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。這些裝置簡便易得，價(jià)格低廉，有一定的市場前景。最關(guān)鍵的是，這是“智能家居”的以此有效嘗試，將“智能家居”由概念變?yōu)閷?shí)際的應(yīng)用，并且能夠進(jìn)行市場化的推廣。 智能風(fēng)扇的功能描述 本設(shè)計(jì)的功能實(shí)現(xiàn)是通過紅外通信方式來控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)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(jí)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(jí)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(jí)轉(zhuǎn)速，以此類推，風(fēng)扇總共設(shè)計(jì)了五級(jí)轉(zhuǎn)速，級(jí)數(shù)越大風(fēng)速越大。設(shè)定遙控器的 K6按下則風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動(dòng)。風(fēng)扇開機(jī)則默認(rèn)為一級(jí)轉(zhuǎn)速，按下遙控器的 K6鍵風(fēng)扇停止后，按其他風(fēng)速調(diào)整鍵則可再次啟動(dòng)風(fēng)扇。在這里，每一次不同的按鍵按下，紅外遙控器將發(fā)出一組不同的紅外信號(hào)，紅外接收端接收信號(hào)并解碼判斷哪一個(gè)鍵按下，由單片機(jī)處理后進(jìn)而由控制器執(zhí)行相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)的控制操作。 因此，本產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思路就是通過紅外信號(hào)發(fā)射器發(fā)出紅外信號(hào)，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。 青島大學(xué) 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 6 第二章 主要器件介紹 單片機(jī)概述 對(duì)于單片機(jī)的基本認(rèn)識(shí) 單片機(jī)是在設(shè)備上集成了 CPU 及各種 I/O 接口的芯片，這樣一來，這塊設(shè)備上就具有了計(jì)算機(jī)的屬性，符合“計(jì)算機(jī)之父”馮諾依曼對(duì)于計(jì)算機(jī)的定義。通俗點(diǎn)講，單片機(jī)就是一塊集成芯片，但是這塊集成芯片因?yàn)橛辛擞?jì)算機(jī)的構(gòu)造而就有了一些特殊的功能，而它的這些功能的實(shí)現(xiàn)要靠我們使用者自己來編程完成。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。 對(duì)于 STC 單片機(jī)的認(rèn)識(shí) 本實(shí)驗(yàn)所使用的單片機(jī)是 STC89C51 單片機(jī)，如下圖： 圖 兩者封裝形式的 STC89C51單片機(jī) 其標(biāo)識(shí)解釋如下： STC—— 前綴，表示芯片為 STC 公司生產(chǎn)的產(chǎn)品； 8—— 表示該芯片為 8051 內(nèi)核芯片； 9—— 表示內(nèi)含 FlashE178。PROM 存儲(chǔ)器； 青島大學(xué) 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 7 C—— 表示該器件為 CMOS 產(chǎn)品； 5—— 固定不變 1—— 表示該芯片內(nèi)部的程序存儲(chǔ)空間的大小，而此單片機(jī)所采用的 1 即表示內(nèi)部存儲(chǔ)空間為 4KB。 在圖 中展現(xiàn)的是兩種封裝類型，左面的是 DIP（ Dual InLine Package） ,即雙列直插型封裝，而右面的則是 PLCC（ Plastic Leaded Chip Carrier） ,即帶引線的塑料芯片封裝。 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。采用 DIP 封裝的 CPU芯片有兩排引腳，其引腳一般不超過 100 個(gè)，需要插入具有 DIP 結(jié)構(gòu)的芯片插座上。如圖 所示。而 PLCC 型封裝則作為表面貼型封裝之一，具有外形尺寸小、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。如圖 所示。 圖 DIP 封裝 圖 PLCC 封裝 青島大學(xué) 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 8 51 單片機(jī)的引腳圖 無論是哪一種單片機(jī)，其外延的的功能都是通過引腳實(shí)現(xiàn)的，而不同的引腳發(fā)揮著不同的的功能，需認(rèn)識(shí)不同引腳的的不同功能，再通過這些引 腳連接其他的芯片。 51 單片機(jī)的引腳如圖 所示。 圖 51單片機(jī)的引腳圖 下面，對(duì)圖 的引腳進(jìn)行簡單的介紹： Vcc（ 40腳）、 GND（ 20 腳） —— 單片機(jī)上的連接外接電源的引腳，外接電壓的可以是 +5V 或 +，根據(jù)具體需求而定，一般選用 +5V； XTAL1（ 19 腳）、 XTAL2（ 18腳 )—— 外接時(shí)鐘引腳。 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(chǔ)器的允許輸出控制端，當(dāng)單片機(jī)正在讀外延程序存儲(chǔ)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(hào)，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(chǔ)器時(shí)， ALE 信號(hào)負(fù)跳變則將 P0口上低 8位地址信號(hào)送入鎖存器，當(dāng) ALE 為低電平時(shí)動(dòng)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(chǔ)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(chǔ)器，當(dāng) EA為低電平時(shí)，單片機(jī)直接讀取外部（ ROM） 。 I/O 口引腳 —— P0口（ 32 腳 39腳）、 P1 口（ 1腳 8腳）、 P2口（ 21 腳 28腳）和 P3 口（ 10腳 17 腳），其中， P3 口除了作為輸入 /輸出口之外，還可以作為第二功能使用，功能如下表 所示。 表 P3口引腳的第二功能定義 標(biāo)號(hào) 引腳 第二功能 說明 10 RXD 串行輸入口 11 TXD 串行輸出口 12 0INT 外部中斷 0 13 1INT 外部中斷 1 14 0T 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0外部輸入端 15 1T 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1外部輸入端 16 WR 外部數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器寫脈沖 17 RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)是指單片機(jī)工作所需要的不可或缺的基本元器件和連接電路，所以單片機(jī)最小系統(tǒng)是最基本的單片機(jī)電路連接，主要包括三個(gè)部分，分別為： 單片機(jī)的外接電源的方法是將 40腳接電源 VCC（也就是 +5 伏）， 20 引腳接地（ GND），如圖 所示； 2 晶振電路 51 系列單片機(jī)已經(jīng)在單片機(jī)的內(nèi)部裝了振蕩電路，只要在 18腳、 19 腳 連接上晶振電路即可，晶振頻率可以選取 ，這個(gè)頻率可以準(zhǔn)確的得到 9600 波特率和 19200 波特率，用于串口通信。另一個(gè)晶振頻率為 12MHz，它青島大學(xué) 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 10 可以產(chǎn)生比較精確的微秒級(jí)延時(shí)，方便定時(shí)操作，本設(shè)計(jì)就是采用的 12KHz 的晶振，如圖 。 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(dòng)作。為了保證使單片機(jī)所正在進(jìn)行的應(yīng)用程序系統(tǒng)準(zhǔn)確地功能進(jìn)行復(fù)位，因此在設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)所使用的復(fù)位電路進(jìn)行復(fù)位時(shí)，通常的做法是使 RST 引腳始終保持在的高電平的時(shí)間要 10ms 以上。復(fù)位電路有上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種，本例采用上電復(fù)位的形式。電路如圖 所示。 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。該款芯片在使用中可外以對(duì)外進(jìn)行連接 32個(gè)按鍵 ，可以提供 8種可供用戶選擇的用戶編碼，與此同時(shí)，其按鍵還可以具備雙重按鍵的功能。紅外發(fā)射芯片 TC9012 的所應(yīng)用的各個(gè)引腳的功能設(shè)置和所應(yīng)用的外圍應(yīng)用線路都進(jìn)行比較高度的優(yōu)化，其目的是為了配合 PCB 的電氣布線和價(jià)格成本低廉的要求。 TC9012 的引腳 TC9012 的引腳圖如圖 所示，其引腳功能定義見表 。 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(hào) 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(hào)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。 青島大學(xué) 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 12 圖 TC9012 的發(fā)射碼格式 TC9012 共有 8 位用戶碼，其中 S0、 S1 和 S2 由 SEL 與 KO0KO7 的連接來確定， S3 固定為“ 1”， S S S6 和 S7 固定為“ 0”。 用戶碼一共有 8種，利用 SEL 引腳與 KO0KO7 中的任意引腳相連接來進(jìn)行選擇。 TC9012 的用戶碼設(shè)置見表 。 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。其使用方法是：若將 32 組按鍵中其中一個(gè)按鍵按下且保持按下的狀態(tài)，那么所產(chǎn)生的效果就是將一幀碼發(fā)完之后然后會(huì)不斷的發(fā)射固定的重復(fù)碼，而如果此時(shí)松開該枚按鍵，那么所產(chǎn)生的效果 就是系統(tǒng)在該幀碼發(fā)完后會(huì)成功進(jìn)入使用的低功耗模式。用戶碼以及鍵數(shù)據(jù)碼的發(fā)送順序所應(yīng)用的規(guī)律均是低位在前，高位在后。 TC9012 的工作模式 紅外發(fā)射芯片 TC9012 有兩種比較常用的工作模式，這兩種模式分別是正常工作模式和低功耗模式。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。在本電路中設(shè)計(jì)了消抖功能，如果在掃描過程中檢測到按鍵按下的的時(shí)間小于 32 毫秒，則被認(rèn)為是按鍵的抖動(dòng)，而不是正常的按鍵，所以沒有任何碼發(fā)出，隨之產(chǎn)生的效果是 振蕩器會(huì)停振。紅外發(fā)射芯片 TC9012 所使用 455KHz 的