【文章內(nèi)容簡介】 、可控硅觸發(fā)控制電路、振蕩、電源電路組成。 溫控電風(fēng)扇 的 結(jié)構(gòu)框圖 如圖 所示。 圖 21 溫控電風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)框圖 穩(wěn) 壓 器 電源電路 步進電機 AT89C51 單片機 D/A 轉(zhuǎn)換器 震蕩 熱釋電紅外傳感器 溫 度 傳 感 器 PWM 脈寬調(diào)制電路 D/A 轉(zhuǎn)換 器 D/A 轉(zhuǎn)換 器 顯示電路 鍵盤 數(shù)據(jù)及程序存儲器 時鐘及復(fù)位電路 4 溫 控電風(fēng)扇流程圖 圖 22 溫控電風(fēng)扇流程圖 電風(fēng)扇開始時回處于待機狀態(tài)，當(dāng)有人進入電風(fēng)扇感知范圍時，電風(fēng)扇 會自動判斷是否有人進入，進而設(shè)定溫度，通過熱繼電器的感知判斷溫度是否達到了設(shè)定數(shù)值，若達到就會自動啟動 PWM 電路，進而啟動步進電機，開始工作。若人 離開，電風(fēng)扇會自動處于待機狀態(tài)，但一旦有人進入，就 會自動進入上述 狀態(tài)開始循環(huán)啟動。 開始 是否設(shè)定溫度 ? 啟動步進電機 是否達到設(shè)定溫度 ? 是否有人 ? 啟動 PWM 電路 待機 Y Y Y N N N 5 步進電機 主要元件 工作原理簡介 步進電機原理簡介 步進電機和普通電動機不同之處是步進電機接受脈沖信號的控制。步進電機靠一種叫環(huán)形分配器的電子開關(guān)器件 ，通過功率放大器使勵磁繞 阻 按照順序輪流接通直流電源。由于勵磁繞 阻 在空間中按一定的規(guī)律排列，輪流和直流電源接通后，就會 在空間形成一種階躍變化的旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子步進式的轉(zhuǎn)動，隨著脈沖頻率的增高，轉(zhuǎn)速就會增大。步進電機的旋轉(zhuǎn)同時與相數(shù)、分配數(shù)、轉(zhuǎn)子齒輪數(shù)有關(guān)。 現(xiàn)在比較常用的步進電機包括反應(yīng)式步進電機、永磁式步進電機、混合式步進電機和單相式步進電機等。其中反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相 勵磁繞 阻 ，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩?，F(xiàn)階段，反應(yīng)式步進電機獲得最多的應(yīng)用。 步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變 化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控制變的非常的簡單。雖然步進電機已被廣泛地應(yīng)用，但步進電機并不能象普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。 步進電機的主要特性 有 ： (1) 步進電機必須加驅(qū)動才可以運轉(zhuǎn)，驅(qū)動型號必須為脈沖信號，沒有脈沖的時候，步進電機靜止，如果加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號，就會以一定的角度（稱為步角）轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動的速度 和脈沖的頻率成正比。 (2) 騰龍版步進電機的步進角度為 度，一圈 360 度，需要 48 個脈沖完成。 (3) 步進電機具有瞬間啟動和急速停止的優(yōu)越特性。 (4) 改變脈沖的順序，可以方便的改變轉(zhuǎn)動的方向。 如圖 所示步進電機的工作原理 ： 6 圖 23 步進電機的工作原理 步進電機的控制方式 如果 通過單片機按順序給繞組 施加有序的脈沖電流，就可以控制電機的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)數(shù)字角度的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)動的角度大小與施加的脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)動的速度與脈沖頻率成正比，而轉(zhuǎn)動方向則與脈沖的順序有關(guān)。以三相步進電機為例，電流脈沖的施加共有三種方式。 如圖 所示 。 圖 24 用單片機控制步進電機原理系統(tǒng)圖 PWM 脈寬調(diào)制原理 脈寬調(diào)制（ PWM） 控制方式就是對逆變電路開關(guān)器件的通斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或所需要的波形。也就是在輸出波形的半個周期中產(chǎn)生多個脈沖，使各脈沖的等值電壓為正弦波形，所獲得的輸出平滑且低次斜波諧波少。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進行調(diào)制，即可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。 單 片 機 接 口 驅(qū) 動 器 步 進 電 機 負 載 7 它利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效 的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換 的許多領(lǐng)域中。簡而言之， PWM 是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法。這三種 PWM 輸出編碼的分別是強度為滿度值 的 10%、 50%和 90%的三種不同模擬信號值。對噪聲抵抗能力的增強是 PWM 相對于模擬控制的另外一個優(yōu)點，而且這也是在某些時候?qū)?PWM 用于通信的主要原因。從模擬信號轉(zhuǎn)向 PWM可以極大地延長通信距離。 步進電機調(diào)速是通過 頻率發(fā)生器發(fā)出運算速度， PWM 脈寬 調(diào)制運算并分配給各軸（分電機） ， 頻率 就會 是基本固定的 ， 非直線復(fù)合運動時，各軸脈寬不一樣。 如圖 所示 PWM脈寬調(diào)制原理 。 圖 25 PWM 脈寬調(diào)制原理 傳感器主要元件工作原理簡介 熱釋電傳感器原理 熱釋電傳感器利用的正是熱釋電效應(yīng)，是一種溫度敏感傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，元件兩個表面做成電極，當(dāng)傳感器監(jiān)測范圍內(nèi)溫度有 ΔT的變化時， 熱釋電效應(yīng)會在兩個電極上會產(chǎn)生電荷 ΔQ，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱電壓ΔV。由于它的輸出阻抗極高，所以傳感器中有一個場效應(yīng)管進行阻抗變換。熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷 ΔQ 會跟空氣中的離子所結(jié)合而消失，當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時， ΔT=0，傳感器無輸出。當(dāng)人體進入檢測區(qū)時，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生 ΔT，則有信號輸出；若人體進入檢測區(qū)后不動，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出，所以這 8 種傳感器能檢測人體或者動物的活動。 溫度傳感器的原理 溫度傳感器的基本原理是由 熱電偶傳感器 演變而來， 主要按照熱電效應(yīng)來工作。將 兩種不同的導(dǎo)體 A 和 B 連接起來，組成一個閉合回路，即構(gòu)成感溫元件 。當(dāng)導(dǎo)體 A和 B 的兩個接點 1 和 2 之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生電動勢，因而在回路中形成一定大小的電流，這種現(xiàn)象即稱為熱電效應(yīng)，也叫溫差電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)進行工作的。熱電偶的一端是將 A、 B 兩種導(dǎo)體焊接在一起，稱為工作端，置于溫度為 t 的被測介質(zhì)中。另一端稱為參比端或自由端，放于溫度為 t0 的恒定溫度下。當(dāng)工作端的被測介質(zhì)溫度發(fā)生變化時，熱電勢隨之發(fā)生變化，將熱電勢送入計算機進行處理，即可得到溫度值。 本文采用的 DS18B20 溫度傳感器，如圖 所示 ： 圖 26 DS18B20 溫度傳感器 引腳圖 9 3 溫控電風(fēng)扇控制系統(tǒng) 溫控電風(fēng)扇的控制電路 AT89C51 單片機簡介 對于單片機中央處理系統(tǒng)的方案設(shè)計，根據(jù)要求，我們可以選用具有 AT89C51 單片機作為中央處理器。作為整個控制系統(tǒng)的核心， AT89C51 內(nèi)部已包含了定時器、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器等硬件，其硬件能符合整個控制系統(tǒng)的要求，不需要外接其他存儲器芯片和定時器件，方便地構(gòu)成一個最小系統(tǒng)。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，抗干擾能力強，性價比高。是比較合適的方案。 AT89C51 單片機 還 有一個突出的優(yōu)點是它具有低功耗的待機模式，當(dāng)電風(fēng)扇處于待機模式時，它可以工作在低功耗的待機模式下，降低系統(tǒng)的功耗。 (1) AT89C51 單片機 的性能特點和芯片引腳圖 AT89C51 單片機，采用雙列直插封裝（ DIP），有 40 個引腳。該單片機采用 Atmel公司的高密度非易失性存儲技 術(shù)制造，與美國 Intel公司生產(chǎn)的 MCS—51 系列單片機的指令和引腳設(shè)置兼容。其主要特征如下： 1) 8 位 CPU 2) 內(nèi)置 4K 字節(jié)可重復(fù)編程 Flash，可重復(fù)擦寫 1000 次 3） 完全定態(tài)操作： 0Hz~24Hz，可輸出時鐘信號 4） 128 4 字節(jié) 的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器 5） 32 根可編程 I/O 線 6） 2 個 16 位定時 /計數(shù)器 7） 中斷系統(tǒng)有 6 個中斷源，可編為兩個優(yōu)先級 8） 一個全雙工可編程串行通道 9） 具有兩種節(jié)能模式：閑置模式和掉電模式 值得注意的是， P0、 P P P3 口作為普通 I/O 口使用時都是準雙向口結(jié)構(gòu) ，其輸入操作和輸出操作本質(zhì)不同，輸入操作是讀引腳狀態(tài)，輸出是對鎖存器的寫入操作。當(dāng)內(nèi)部總線給口鎖存器置 0 或 1 時，鎖存器中的 0、 1 狀態(tài)立即反映到引腳上。但在輸入操作時，如果鎖存器狀態(tài)為 0 引腳被鉗位 0 狀態(tài)，導(dǎo)致無法讀出引腳的高電平輸入。因此，準雙向口作為輸入口時，應(yīng)先使鎖存器置 1（稱之為置輸入方式）。然后，再讀引 10 腳，例如：要將 P1 口的狀態(tài)讀入到累加器 A 中，應(yīng)執(zhí)行以下兩條指令： MOV P1， 0FFH ； P1 口置入方式 MOV A， P1 ；讀 P1 口引腳狀態(tài)到 A 另外， I/O 口的端口自動識別功能，保證了無論是 P1 口（低 8 位地址） P2 口（高 8位地址）的總線復(fù)用，還是 P3 口的功能復(fù)用，內(nèi)部資源自動選擇而不需要用指令進行狀態(tài)選擇。 近年來，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，單片機的功能越來越強大。由于單片機的壽命長、速度快、低功耗、低噪聲、可靠性高的特點及 16 位、 32 位單片機的出現(xiàn)，在工業(yè)領(lǐng)域仍具有很大的發(fā)展?jié)摿?， AT89C51 引腳如圖 所示 。 圖 31 AT89C51 引腳圖 (2) 復(fù)位 在振蕩器工作時將 RST腳保持至少兩個機器周期高電平 12 時鐘模式為 24 個振蕩器周期 6，時鐘模式為 12 振蕩器周期可實現(xiàn)復(fù)位為了 保證上電復(fù)位的可靠， RST 保持高電平的時間至少為振蕩器啟動時間（通常為幾個毫秒）再加上兩個機器周期。復(fù)位后，振蕩器以 12 時鐘模式運行當(dāng)已通過并行編程器設(shè)置為 6 時鐘模式時除外。 (3) 振蕩器特性 XTAL1 和 XTAL2 為輸入和輸出，可分別作為一個反相放大器的輸入和輸出。此管腳可配置為使用內(nèi)部振蕩器。要使用外部時鐘源驅(qū)動器件時 ， XTAL2 可以不連接而 11 由 XTAL1 驅(qū)動。外部時鐘信號無占空比的要求，因為時鐘通過觸發(fā)器二分頻輸入到內(nèi)部時鐘電路。但高低電平的最長和最短時間必須符合手冊的規(guī)定。 (4) 定時器 0 和 1 的操作 定時和計數(shù)功能由特殊功能寄存器 TMOD 的控制位進行選擇。這兩個定時 /計數(shù)器有 4 種操作模式，通過 TMOD 的 M1 和 M0 選擇。兩個定時 /計數(shù)器的模式 0、 1和 2都相同模式 3 不同。 本文 采用 MAXIM 公司 DS1302 低功耗實時時鐘新片為本系統(tǒng)提供時間，它可以對年，月，日，周，時，分，秒進行計時，且具有閏年補償?shù)榷喾N功能。 DS1302 可