【文章內(nèi)容簡介】 。 本設(shè)計用到的PWM調(diào)壓控制轉(zhuǎn)速法，即脈寬調(diào)制技術(shù)，是利用數(shù)字輸出對模擬電路進行控制的一種有效技術(shù)，尤其是在對電機的轉(zhuǎn)速控制方面，可大大節(jié)省能量，平滑度高，能耗少，精密度高，PWM控制技術(shù)的理論基礎(chǔ)為：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或其他所需。實際上利用一個固定的頻率來控制電源接通或者斷開，并通過改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短，及改變直流電機電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速，因此PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置”。 斬波原理實現(xiàn)的信號脈沖和電壓的變化如圖 。 圖 電樞電壓占空比和平均電壓的關(guān)系圖 鍵盤的實現(xiàn)分析鍵盤控制可以直接使用獨立鍵盤，可以一共設(shè)置4個鍵，第一個鍵控制開關(guān)，第二個鍵控制模式，第三個鍵控制檔位切換，第四個鍵控制定時的切換。⑴.鍵盤的編制分為兩種：獨立式鍵盤和矩陣鍵盤。① 獨立式按鍵結(jié)構(gòu) 獨立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個按鍵電路，其特點是每個按鍵單獨占用一根I/O口線，每個按鍵的工作不會影響其它I/O口線的狀態(tài)。獨立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個按鍵必須占用一根I/O口線，因此，在按鍵較多時，I/O口線浪費較大，不宜采用。② 矩陣式鍵盤 I/O端線分為行線和列線，按鍵跨接在行線和列線上，按鍵按下時，行線與列線發(fā)生短路。特點是占用I/O端線較少； 軟件結(jié)構(gòu)教復(fù)雜。適用于按鍵較多的場合。⑵.鍵盤掃描控制方式① 程序控制掃描方式 鍵處理程序固定在主程序的某個程序段。特點是對CPU工作影響小，但應(yīng)考慮鍵盤處理程序的運行間隔周期不能太長，否則會影響對鍵輸入響應(yīng)的及時性。② 定時控制掃描方式利用定時/計數(shù)器每隔一段時間產(chǎn)生定時中斷，CPU響應(yīng)中斷后對鍵盤進行掃描。特點是與程序控制掃描方式的區(qū)別是，在掃描間隔時間內(nèi)，前者用CPU工作程序填充，后者用定時/計數(shù)器定時控制。定時控制掃描方式也應(yīng)考慮定時時間不能太長，否則會影響對鍵輸入響應(yīng)的及時性。③ 中斷控制方式中斷控制方式是利用外部中斷源，響應(yīng)鍵輸入信號。特點是克服了前兩種控制方式可能產(chǎn)生的空掃描和不能及時響應(yīng)鍵輸入的缺點，既能及時處理鍵輸入，又能提高CPU運行效率，但要占用一個寶貴的中斷資源。矩陣式鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端，行線通過上拉電阻接到＋5V上。當(dāng)無鍵按下時，行線處于高電平狀態(tài)；當(dāng)有鍵按下時，行、列線將導(dǎo)通，此時，行線電平將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。這是識別按鍵是否按下的關(guān)鍵。然而，矩陣鍵盤中的行線、列線和多個鍵相連，各按鍵按下與否均影響該鍵所在行線和列線的電平，各按鍵間將相互影響，因此，必須將行線、列線信號配合起來作適當(dāng)處理，才能確定閉合鍵的位置。⑶ 鍵盤的編碼 對于獨立式按鍵鍵盤，因按鍵數(shù)量少，可根據(jù)實際需要靈活編碼。對于矩陣式鍵盤，按鍵的位置由行號和列號惟一確定，因此可分別對行號和列號進行二進制編碼，然后將兩值合成一個字節(jié)，高4位是行號，低4位是列號。 芯片和通信方法選擇分析⑴ 主控芯片選擇STC89C52，是因為：①這個芯片型號可以直接用開發(fā)板來下載程序，所以實物調(diào)試時比較方便；②STC89C52的Flash存儲器為8K，在keil ，用51的話就會導(dǎo)致內(nèi)存不夠，使得結(jié)果出錯；③定時器有三個，在程序中最少要用到2個定時器，一個做刷新時間和做電動機控制的頻率控制的定時器，一個做電機控制中脈寬控制的定時器，這樣有三個定時器的話就有很大的考慮空間。另外它是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，同樣使用經(jīng)典的MCS51內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52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。它的標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89C52 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。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。⑵ 電動機電壓放大芯片選擇ULN2003a，是因為：①,在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)；②ULN2003工作電壓高，工作電流大，灌電流可達500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時承受50V的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運行；③ULN是集成達林頓管IC,內(nèi)部還集成了一個消線圈反電動勢的二極管,它的輸出端允許通過電流為200mA，飽和壓降VCE約1V左右，耐壓BVCEO約為36V；④ULN2003是高壓大電流達林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品,具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強等特點,適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動的系統(tǒng)。⑶ 通信的方法選擇紅外線通信，是因為：①　小角度（30度錐角以內(nèi)），短距離，點對點直線數(shù)據(jù)傳輸，保密性強 ??；②其性能價格比高，實現(xiàn)簡單，具有抗電磁干擾、便于高速應(yīng)用、空間接入靈活、經(jīng)濟的特點；③在某些場合，需要數(shù)據(jù)交換但又不是很大，且實時性要求又不是很高的情況下，可以使用紅外通訊方式，這樣既可以得到無繩化通信帶來的便利，又可以避開采用無線電高頻電路可能引發(fā)的一些問題；④利用紅外線進行無線數(shù)據(jù)通信，無論從小型化、輕量化，還是從安全性等方面考慮，其可行性都比較高。相對來說，也比較好實現(xiàn)。如藍牙技術(shù)采用跳頻技術(shù)，抗信號衰落；采用快跳頻和短分組技術(shù)，減少同頻干擾，保證傳輸?shù)目煽啃裕徊捎们跋蚣m錯編碼技術(shù)，減少遠距離傳輸時的隨機噪聲影響；，無須申請許可證；采用FM調(diào)制方式，降低設(shè)備的復(fù)雜性。該技術(shù)的傳輸速率設(shè)計為1MHz，以時分方式進行全雙工通信，其基帶協(xié)議是電路交換和分組交換的組合。紅外通信是利用950nm近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的媒體，即通信信道。發(fā)送端將基帶二進制信號調(diào)制為一系列的脈沖串信號，通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號。接收端將接收到的光脈轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)過放大、濾波等處理后送給解調(diào)電路進行解調(diào)，還原為二進制數(shù)字信號后輸出。相比之下，紅外傳輸更容易實現(xiàn)。 總體設(shè)計整個系統(tǒng)包括有溫度傳感芯片檢測溫度實現(xiàn)自動控制，紅外線和主機鍵盤輸入實現(xiàn)人工控制，STC89C51單片機控制理單元，電風(fēng)扇被控制單元，另外加上LED、LCD和數(shù)碼管顯示共有7個部分。數(shù)字溫度傳感模塊電風(fēng)扇控制模塊LCD顯示紅外線控制主機鍵盤輸入STC89C51系統(tǒng)LED，數(shù)碼管顯示 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖第3章 系統(tǒng)軟件詳細設(shè)計 發(fā)射板軟件設(shè)計發(fā)射板的組成有STC89C51芯片、LED指示燈、數(shù)碼管顯示、發(fā)射管和鍵盤等部分組成，程序上設(shè)計就包括主程序，發(fā)射信號子函數(shù)，閃爍燈子函數(shù)，定時器中斷函數(shù)，按鍵處理函數(shù)。 主程序主函數(shù)的設(shè)計包括：初始化數(shù)碼管，LED指示燈，發(fā)射管和定時器，然后進行按鍵掃描。 開始LED初始化定時器初始化數(shù)碼管初始化按鍵掃描數(shù)碼管顯示按鍵值是否有按鍵按下發(fā)送鍵值紅外信號Y N 主程序流程圖以下是部分程序： keyscan()。//按鍵掃描程序 P2=table[kong1]。 //按鍵數(shù)碼管顯示 if (fasong) //如果允許發(fā)送，即是有按鍵發(fā)生 { SendIRdata(kong)。 //發(fā)送按鍵數(shù)據(jù) } 紅外發(fā)射信號程序⑴ 紅外發(fā)射前期理論準(zhǔn)備紅外信號發(fā)射過程：當(dāng)某個操作按鍵按下時，單片機先讀出鍵值，然后根據(jù)鍵值設(shè)定遙控碼的脈沖長度，再調(diào)制成38kHz方波由紅外線發(fā)光管發(fā)射出去。紅外軟件編碼有很多種方式，下面列舉三種實現(xiàn)方案：方案一：脈寬調(diào)制的串行碼。這種遙控碼具有以下特征： 、“0”；、“1”。 : 串行碼編碼方案二：碼分制。采用脈沖個數(shù)編碼，不同的脈沖個數(shù)代表不同的被控對象，最小為2個脈沖。為了使接收可靠，第一位碼寬為3ms，其余為1ms，遙控碼數(shù)據(jù)幀間隔大于10ms。 碼分制編碼波形圖方案三：自己設(shè)計的一種編碼方式，是根據(jù)本設(shè)計本身的特點，設(shè)計的編碼方式，具有針對性，成功率高等優(yōu)點，但是也有局限性，就是移植性稍差，想要應(yīng)用到其他程序上，需要再根據(jù)實際情況加以改變。 圖 紅外編碼圖（加載38KHZ的方波）紅外信號發(fā)射編碼原則:沒有設(shè)定檢驗位，直接發(fā)送以43ms為一個單位的高脈沖，編碼1為43ms高電平，編碼2為86ms低電平……以此類推，編碼10為440ms的高電平；這樣就發(fā)射了10個不同的按鍵脈沖，在接收端，軟件經(jīng)過延時識別后，傳給控制模塊進行控制。紅外的控制功能：手動紅外線遙控時，利用紅外線控制電風(fēng)扇的開/關(guān)，模式切換，不同的檔位切換，定時功能設(shè)定：30min，60min，90min等。⑵ 紅外發(fā)射軟件設(shè)計遙控接收部分構(gòu)思：借助于定時器產(chǎn)生38KHZ的方波，用來調(diào)制編碼后的信號。不斷掃描是否有鍵按下，當(dāng)有鍵按下時，在鍵處理程序中將各個按鍵編碼為1~A后，賦給數(shù)碼管顯示且閃燈，并且在鍵值相關(guān)的給定時間內(nèi)將紅外發(fā)射標(biāo)志位置1，則產(chǎn)生38KHZ載波，也就將鍵值編碼。 發(fā)射軟件設(shè)計流程圖以下是部分程序： TR0 = 1。 //開啟定時器，即是產(chǎn)生中斷 endcount=280*5*irdata。 //irdata是按鍵值，經(jīng)過公式變?yōu)檠訒r變量 flag = 1。 //允許在中斷里邊產(chǎn)生38KHZ的方波 count = 0。 //延時初值變量從0開始，在定時器里邊更新 do{}while(countendcount)。 //產(chǎn)生延時，即是產(chǎn)生一定時間的38KHZ的方波 flag = 0。 //停止產(chǎn)生方波 TR0 = 0。 //關(guān)閉定時器，則不會在產(chǎn)生方波 按鍵程序鍵盤程序的設(shè)計使用獨立鍵盤，一共設(shè)置4個鍵，第一個鍵控制開關(guān)，按1次取鍵值1，按2次取鍵值2,；第二個鍵控制模式，按1次取鍵值3，按2次取鍵值4,；第三個鍵控制檔位切換，按1次取鍵值5，按2次取鍵值6，按3次取鍵值7；第四個鍵控制定時的切換，按1次取鍵值8，按2次取鍵值9，按3次取鍵值10。 按鍵處理子程序流程圖以下是發(fā)生在按鍵部分的部分程序： fasong=0。 //現(xiàn)將允許發(fā)送標(biāo)志位置0，一旦沒有按鍵，就不發(fā)送數(shù)據(jù)信號 if (kg==0)//如果有鍵按下 { delay(30)。 //延時7ms左右 if (kg==0) //再次檢測是否有鍵按下{ fasong=1。//如果有鍵按下，將允許發(fā)送標(biāo)志位置1，和上邊的聯(lián)同使用是為了使每次按鍵后只發(fā)送一次 while (!kg)。//松開鍵后開始加1 k1++。//為了區(qū)分第一次還是第二次按鍵，分別表示不同的值 if (k1==1) //按一次時，為1 {kong=1。} if (k1==2) //按兩次時，為2，并清零，以便下次按鍵后變?yōu)?，循環(huán) {kong=2。 k1=0。 } } shandeng()。//有按鍵后邊開始閃燈 } 主板軟件設(shè)計主板的組成有STC89C51芯片、LED指示燈、數(shù)碼管顯示、LCD液晶顯示、紅外接收裝置、電風(fēng)扇、溫度顯示和鍵盤等部分組成，程序上設(shè)計就包括主程序、紅外接收子函數(shù)、風(fēng)扇自動控制子函數(shù)、溫度獲取子函數(shù)、LCD顯示子函數(shù)、按鍵處理子函數(shù)和控制函數(shù)。 主程序在主程序進行初始化LCD、定時器、電機后，開始反復(fù)檢測有沒有按鍵出現(xiàn)，有按鍵后將標(biāo)志位置1后，進入按鍵按鍵控制處理子函數(shù)，處理后顯示一次后再次不斷檢測有沒有按鍵值出現(xiàn)，：LCD初始化定時器初始化電風(fēng)扇初始化主板按鍵掃描子函數(shù)紅外線接收子函數(shù)控制處理子函數(shù)開始 主程序模塊流程圖以下是部分程序：flag=0。 //聯(lián)同按鍵掃描中flag置1，目的是每次有按鍵后kongzhi()執(zhí)行一次 while(!flag) //沒有按鍵時，一直為真 { keyscan()。//按鍵掃描 hongwai()。//紅外接收 } kongzhi()。//將按鍵信息接收后，進行處理控制各個部件（1）DS18B20芯片功能命令表如下：表31 DS18B20功能命令表命令 說明 協(xié)議READ ROM 讀取激光ROM64位 33HMATCH ROM 匹配ROM 55H SKIP ROM 跳過ROM CCHSEARCH ROM 搜索ROM