【文章內(nèi)容簡介】 善的角度來考慮，選擇此方案更有優(yōu)勢。 調(diào)速方式的選擇 方案一：采用數(shù)模轉(zhuǎn)化芯片 DAC0832 來控制，有單片機(jī)根據(jù)當(dāng)前環(huán)境溫度輸出數(shù)值到 DAC0832 中，再由 DAC0832 產(chǎn)生相應(yīng)的模擬信號控制晶閘管的導(dǎo)通角 ，從而采用無級調(diào)速電路實(shí)現(xiàn)電扇電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。 方案二：采用單片機(jī)軟件模擬 PWM 調(diào)速的方法。 PWM 是一種按照一定的規(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)動控制的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，最常用的是矩形波 PWM 信號，在控制時調(diào)節(jié) PWM 波的占空比。占空比是指高電平在一個周期時間內(nèi)的百分比。在控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速時，占空比越大，轉(zhuǎn)速就越快，若全為高電平時占空比為 100%，此時轉(zhuǎn)速達(dá)到最大 [2]。用單片機(jī)的 I/O 口輸出 PWM 信號時，有如下三種方法： （ 1）利用軟件延時。當(dāng)高電平延時時間到時，對 I/O 口電平取反，使其變成低電平，再延時一定時間，反之在低電平延時到時，對 I/O 口電平取反，如此循環(huán)即可得到 PWM 信號。本設(shè)計就是采用了這種方法。 （ 2）利用定時器。 控制方法與（ 1）相同，只是在該方法中利用單片機(jī)的定時器來進(jìn)行高低電平的轉(zhuǎn)變，而不是利用軟件的延時。應(yīng)用此方法時編程相對復(fù)雜，故不予以采用。 （ 3）利用單片機(jī)自帶的 PWM 控制器。 STC 系列單片機(jī)自帶 PWM 控制器，但本系統(tǒng)使用的 AT89 系列單片機(jī)沒有此功能，所以不能使用。 對于方案一，該方案能實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)的無級調(diào)速，速度變化靈敏，但是 D/A 轉(zhuǎn)換芯片價格較高，性價比不高，不采用。 對于方案二，相對于其他方案來說，采用軟件模擬 PWM 實(shí)現(xiàn)調(diào)速的過程，具有個高的性價比與靈活性，充分的發(fā)揮了單片機(jī)自身的性能，對本系統(tǒng)的 實(shí)現(xiàn)又提供了一條有效的途徑。所以綜合考慮還是選擇方案二的第一種。 驅(qū)動方式選擇 方案一：達(dá)林頓反向驅(qū)動器 ULN2803。 方案二：電橋驅(qū)動電路 L298N。 對于方案一，作為一款反向驅(qū)動器， ULN2803 應(yīng)用廣泛，驅(qū)動效果也很好，與 TTL 信號兼容性很好，但是在后續(xù)的硬件電路中表現(xiàn)不佳，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速改變不明顯，而且在最高檔出現(xiàn)斷檔的情況，風(fēng)扇不轉(zhuǎn)，在 [2] 藍(lán)厚榮 .單片機(jī)的 PWM 控制技術(shù) [J] .工業(yè)控制計算機(jī) ， 2020,23（ 3） :97— 98 修改硬件電路，修改程序后依舊效果不佳，驅(qū)動力明顯不足，故方案一中途停用。 對于方案二，由于之前已經(jīng)有使用過，對 L298N 這個橋式驅(qū)動模塊的應(yīng)用上手快速， 驅(qū)動能力也比ULN2803 好很多，驅(qū)動風(fēng)扇 5 檔變速的實(shí)際效果明顯，故采用方案二。 3 硬件設(shè)計 系統(tǒng)主要器件包括溫度傳感器 DS18B AT89S51 單片機(jī)、液晶顯示屏 LCD160橋式驅(qū)動模塊L298N、對射式光電開關(guān)開關(guān)和風(fēng)扇。輔助元件包括電容電阻、晶振、電源、按鍵、變壓器等。 單線程數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 本系統(tǒng)的溫度采集使用 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器。 DS18B20 是一種具有單總線接口的數(shù)字溫度傳感器，具有體積小，功耗低，抗干擾能力強(qiáng)和單 片機(jī)借口簡單等優(yōu)點(diǎn)。 DS18B20 的工作電壓范圍是 ~，測量溫度范圍－ 55~＋ 125℃ 其特性如下： 1. 單總線接口。與單片機(jī)連接時只需要單片機(jī)的的一個 I/O 口，該單總線能夠?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)與 DS18B20 的雙向通信。同時該器件除上拉電阻外，不需要任何外圍器件支持。 2. 可使用數(shù)據(jù)線供電。當(dāng)對系統(tǒng)空間要求嚴(yán)格時， DS18B20 可以通過數(shù)據(jù)線供電。 3. 可以編程的 9~12 位數(shù)據(jù)分辨率。 9~12 位數(shù)據(jù)分辨率對應(yīng)的可分辨溫度分辨為 ℃ ,℃， ℃，和 ℃。當(dāng)使用 9 位數(shù)據(jù)分辨率時， DS18B20 最快可在 內(nèi)完成溫度轉(zhuǎn)換，當(dāng)使用 12 位數(shù)據(jù)分辨率時。最快可在 750ms 內(nèi)完成溫度轉(zhuǎn)換。 4. 多點(diǎn)組網(wǎng)測量功能。多個 DS18B20 可以通過同一根數(shù)據(jù)線組成分布式測量網(wǎng) [3]。 圖 2 溫度傳感器 DS18B20 AT89S52單片機(jī)簡介 [3] 劉波文，劉向宇，黎勝容 .51 單片機(jī) C 語言應(yīng)用開發(fā)三位一體實(shí)戰(zhàn)精講 [M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社 .— 170 AT89S52是一種低功耗，高性能 CMOS8位微處理器，具有 8K在系統(tǒng)可編程 AT89S523引腳圖 DIP封裝 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)品指令與引腳完全兼容。片上 Flash允許程序 存儲器在系統(tǒng)可編程，也同樣適用于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧方便的 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。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM， 32位 I/O口線，看門狗定時器， 2個數(shù)據(jù)指針，三個 16位定時器 /計數(shù)器，一個 6向量 2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振 及時鐘電路。另外， AT89S52可降至 0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU停止工作，允許 RAM，定時器 /計數(shù)器、串口 、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 P0 口： P0口是一個 8位 漏極開關(guān)的雙向 I/O口。 作為輸出口，每位能驅(qū)動 8個 TTL邏輯電平。對 P0端口寫 “1” 時，引腳用作高阻抗輸入。 當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時， P0口也被作為低 8位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0不具有內(nèi)部 上拉電阻。在 Flash編程時， p0口也用來接受指令字節(jié)；在程序效驗(yàn)時，輸出指令字節(jié)。程序效驗(yàn)時，需要外部上拉電阻。 P1 口： P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙 向 I/O 口， p1 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL邏輯電平。 此外， /計數(shù)器 2的外部計數(shù)輸入（ ）和定時器 /計數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ）。 在 flash編程和校驗(yàn)時， P1口接收低 8位地址字節(jié) 。 引腳號第二功能： T2（定時器 /計數(shù)器 T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸 出 T2EX（定時器 /計數(shù)器 T2的捕捉 /重載觸發(fā)信號和方向控制 ） MOSI（在系統(tǒng)編程用 ） MISO（在系統(tǒng)編程用 ） (在系統(tǒng)編程用 ) P2 口 ： P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動 AT89S52引腳圖 PLCC封裝 4 個 TTL 邏輯電平。對 P2 端口寫 “1” 時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 在訪問外部程序存儲器或用 16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR） 時， P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8位地址（如 MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2口輸出 P2鎖存器的內(nèi)容。 在 flash編程和校驗(yàn)時， P2口也接收高 8位地址字節(jié)和一些控制信號 。 P3 口： P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p3 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。 P3口亦作為 AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在 flash編程和校驗(yàn)時， P3口也接收一些控制信號 。 端口引腳第二功能 ： RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) INTO(外中斷 0) INT1(外中斷 1) TO(定時 /計數(shù)器 0) T1(定時 /計數(shù)器 1) WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 ) 此外， P3口還接收一些用于 FLASH閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號 。 圖 3 AT89S52 腳圖 DIP封裝 橋式驅(qū)動電路 L298N簡介 本系統(tǒng)要用單片機(jī)控制風(fēng)扇直流電機(jī)，需要加驅(qū)動電路，為直流電機(jī)提供足夠大的驅(qū)動電流，并能在模擬 PWM 波的情況下實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的改變。在本系統(tǒng)驅(qū)動電路中，選用橋式驅(qū)動電路 L298N 來驅(qū)動風(fēng)扇直流電機(jī)。 L298N 在使用時接口簡單，操作方便，可為電機(jī)提 供穩(wěn)定的驅(qū)動電流，可以同時驅(qū)動兩臺直流電機(jī)，可以在模擬 PWM 波的情況下很好的輸出信號，實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的平滑改變。 L298N 是專用驅(qū)動集成電路，屬于 H 橋集成電路，與 L293D 的差別是其輸出電流增大，功率增強(qiáng)。其輸出電流為 2A，最高電流 4A，最高工作電壓 50V，可以驅(qū)動感性負(fù)載，如大功率直流電機(jī)， (二相、三相、四相 )步進(jìn)電機(jī)，伺服電機(jī)，電磁閥等，特別是其輸入端可以與單片機(jī)直接相聯(lián)，從而很方便地受單片機(jī)控制。當(dāng)驅(qū)動直流電機(jī)時，可以直接控制兩路電機(jī)，并可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)此功能只需改變輸入端的邏輯電平。 模 塊接口說明： +5V：芯片電壓＋ 5V。 VCC：電機(jī)電壓，最大可接 50V。 GND：共地接法。 EN EN2：高電平有效， EN EN2 分別為 IN1 和 IN IN3 和 IN4 的使能端。 IN1～ IN4：輸入端，輸入端電平和輸出端電平是對應(yīng)的。 LCD1602簡介 字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點(diǎn)陣式 LCD，目前常用 16*1， 16*2， 20*2和 40*2 行等的模塊。一般 1602 字符型液晶顯示器實(shí)物如圖： 圖 5 LCD1602 LCD1602 主要技術(shù)參數(shù)： 顯示容量 :16 2 個字符 芯片工作電壓 :— 工作電流 :() 模塊最佳工作電壓 : 字符尺寸 : (W H)mm 第 1 腳： VSS 為地電源。 第 2 腳： VDD 接 5V 正電源。 第 3 腳： VL 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度 過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 第 5 腳： R/W 為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng) RS和 R/W 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 R/W 為高電平時可以讀忙信號，當(dāng) RS 為高電平 R/W 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第 6 腳： E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 第 15 腳：背光源正極。 第 16 腳：背光源 負(fù)極。 圖 6 對射式光電開關(guān) 光電開關(guān) E18 的技術(shù)參數(shù) : 輸出電流 DC/SCR/繼電器 Control output： 100mA/5V 供電 消耗電流 DC25mA 響應(yīng)時間 2ms 指向角：≤ 15176。 ,有效距離 350CM 可調(diào) 檢測物體：透明或不透明體 工作環(huán)境溫度： 25℃ ~+55℃ 標(biāo)準(zhǔn)檢測物體：太陽光 10000LX 以下 白熾燈 3000LX 以下 外殼材料：塑料 電氣特性： U:5VDC I:100mA Sn:350CM 各部分電路設(shè)計 開關(guān)復(fù)位與晶振電路 單片機(jī)系統(tǒng)中，有兩個非常重要的電路，一個是開關(guān)復(fù)位電路，用來對單片機(jī)本身和其外部擴(kuò)展 I/O接口電路進(jìn)行復(fù)位，還有一個是晶振電路，用于產(chǎn)生諧振，使單片機(jī)得以工作。電路圖如圖 7 所示：ABP W M 1X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 .0 /T 21P 1 .1 /T 2 E X2P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2