【導讀】題目智能遙控電風扇。學生所在學院電氣信息學院。專業(yè)電子信息工程

　　

【正文】 收器的前面，裝有光學元 畢業(yè) 設計正文 20 件如透鏡和 光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應用該信號。 紅外避障傳感器模塊 （ 1） LM741 簡介 LM741 是一種應用非常廣泛的通用型 8 腳單通道 運算放大器 集成電路。單位增益帶寬 1MHz，輸入失調電壓 6mV。 由于采用了 有源負載 ，所以只要兩級放大就可以達到很高的電壓增益和很寬的共模及差模輸入電壓范圍。本電路采用內部 補償，電路比較簡單不易自激，工作點穩(wěn)定，使用方便，而且設計了完善的保護電路，不易損壞 。 （ 2） LM567 工作原理 LM567 為通用鎖相環(huán)電路音調 譯碼器 ，其基本功能概述如下：當 LM567 的 ③ 腳輸入幅度 ≥25mV、頻率在其 帶寬 內的信號時， ⑧ 腳由高電平變成低電平， ② 腳輸出經頻率 /電壓變換的調制信號；如果在 器件的 ② 腳輸入音頻信號，則在 ⑤ 腳輸出受 ② 腳輸入調制信號調制的調頻 方波信號 。用外接元件獨立設定中心頻率 帶寬 和輸出延遲。主要用于振蕩、調制、解調、和遙控編、 譯碼 電路。如 電力線載波通信 ，對講機 亞音頻 譯碼 ，遙控等。管腳功能描述 : ① 、 ② 腳通常分別通過一電容器接地，形成輸出濾波網絡和環(huán)路單級低通濾波網絡。 ② 腳所接電容決定鎖相環(huán)路的捕捉帶寬：電容值越大，環(huán)路帶寬越窄。 ① 腳所接電容的容量應至少是 ② 腳 電容的 2 倍。 ③ 腳是輸入端，要求輸入信號 ≥25mV。 ⑤ 、 ⑥ 腳外接的電阻和電容決定了內部壓控振蕩器的中心頻率f2，且 f2≈1/。 ⑧ 腳是邏輯輸出端，其內部是一個集電極開路的三極管，允許最大灌電流為 100mA。內部電路如圖 318 所示。 圖 318 LM567 內部電路 畢業(yè) 設計正文 21 （ 3）紅外避障模塊 技術參數 ●輸出電流 ： 100mA； ●供電 電壓： 5V； ●消耗電流 ： DC25mA； ●響應時間 ： 2ms； ●指向角： ≤15176。,有效距離 380CM 可調 ； ●檢測物體：透明或不透明體 ； ●工作環(huán)境溫度： 25℃ ~+55℃ 。 （ 4）電路設計 當傳感器工作時，發(fā)送器（紅外發(fā)射二極管）通過 LM567 控制下 發(fā)送一定頻率的紅外光束，只要在前方一定角度范圍內有障礙物，則有部分光束反射回來，光再通過接收器的前面的光學元件如透鏡和光圈濾出有效信號；接收器（光電二極管）感應到反射光，則會產生電信號，然后經過運放器 LM741 放大后，再輸入 LM567 進行解碼，如接收到的頻率和發(fā)送的頻率一樣， LM567 輸出數字信號（ 0），表示有障礙物；否則輸出數字信號（ 1），表示無障礙物。并帶有有輸出指示燈。電路圖如圖 319 所示。 圖 319 紅外避障傳感器電路 畢業(yè) 設計正文 22 系統(tǒng) 軟件 流程 主流程 體統(tǒng)上電復位后，首先進行初始化，配置 I/O 口、傳感器驅動、液晶驅動等，然后檢測紅外避障傳感器，判斷前方是否有人，若有讀取溫度傳感器溫度值和實時時鐘時間數據值；檢測光敏電阻傳感器，判斷光線強度； 外部中斷口檢測是否有紅外遙控輸入，若有輸入，再配合是否有人和是否天黑兩個外部條件，對紅外接收頭接收的數據進行紅外解碼，再把解碼數據送入系統(tǒng)執(zhí)行機構的子程序。系統(tǒng)主流程圖如圖 41所示。 圖 41 系統(tǒng)主流程 畢業(yè) 設計正文 23 紅外解碼子流程 紅外解碼子程序，是程序通過定時器外部中斷的方式解碼出碼值數據，在以條件判斷的形式結合外部環(huán)境條件，計算出執(zhí)行功能數據、定時數據、溫度閾值數據。再每次解碼后蜂鳴器都會發(fā)出 100ms 的提示音。紅外解碼子流程如圖 42 所示。 圖 42 紅外解碼子流程 執(zhí)行機 構子流程 經過紅外解碼后，得到控制命令。系統(tǒng)先處理實時時鐘數據和溫度傳感器數據，根據控制命令數據，更具是否有人的條件驅動繼電器開關 1，控制 USB 端口和 LCD背光，沒人關閉 LCD 背光和 USB 口以節(jié)約電量的目的；再根據溫度閾值和實際溫度值的差值來計算出 PWM 波的脈沖寬度，并輸出 PWM 波；定時結束則關閉 PWM 波輸出并有定時結束提示音，提示時間一分鐘；同時更具外部光線強度智能開啟和關閉LED 照明的繼電器開關。執(zhí)行機構子流程如圖 43 所示。 畢業(yè) 設計正文 24 圖 43 執(zhí)行機構子流程 系統(tǒng) 軟件編譯 編程語 言選擇 本系統(tǒng)主控芯片為 51 系列芯片，芯片編程可以選用匯編語言編程和 C 語言編程，匯編語言過程流程更清晰，代碼更優(yōu)化，不過介于本系統(tǒng)功能比較多，程序量比較大，故選擇 C 語言編程，編程便捷，更容易排錯。 編譯器選擇 KeilC51 標準 C 編譯器為 8051 微控制器的軟件開發(fā)提供了 C 語言環(huán)境 ,同時保留了匯編代碼高效 ,快速的特點。 C51 編譯器功能不斷增強，這個集成開發(fā)環(huán)境包含：編譯器，匯編器，實時操作系統(tǒng)，項目管理器，調試器。 uVision4 IDE 可為它們提供單一而靈活的開發(fā)環(huán)境。所以選擇 Keil uVision4 最為本次設計的集成開發(fā)工具。 畢業(yè) 設計正文 25 硬件調試 硬件調試方法 (1)檢查電路 焊接好電路后，必須先認真檢查電路連線是否有錯誤。對照電路圖，按一定的順序逐級對應檢查。特別要注意檢查電源是否接錯，電源與地是否有短路，二極管方向和電解電容的極性是否接反，集成電路和晶體管的引腳是否接錯，觀察焊點是否牢固，應特別注意電源系統(tǒng)檢查，以防止電源短路和極性錯誤，必要時利用數字萬用表的短路測試功能，可以縮短排錯時間。 (2)排除電源故障 在通電 前，一定要檢查電源電壓的幅值和極性，否則很容易造成集成塊損壞。加電后檢查各插件上引腳的電位，檢查 VCC 與 GND之間電位，輸出啊電壓在 5V～ 之間屬正常。 (3)通電觀察 一定要確定電路板電源端無短路現象后，才能給電路接通電源。電源一經接通，不要急于用儀器觀測波形和數據，而是要觀察是否有異?，F象，如冒煙、異常氣味、放電的聲光、元器件發(fā)燙等。如果有，不要驚慌失措，而應立即關斷電源，待排除故障后方可重新接通電源。然后，再測量每個集成塊的電源引腳電壓是否正常，以確信集成電路是否已通電工作。 (4) 指標測試 在電路調試正常之后，開始根據設計要求電路的進行測試。測試并記錄測試數據，對測試數據進行分析，最后作出測試結論，以確定電路是否符合設計要求。如有不符，則應仔細檢查問題所在。因此，要求在設計的全過程中，要認真、細致，考慮問題要更周全。 硬件電路中常用的抗干擾設計方法 (1)抑制干擾源 :抑制干擾源就是盡可能的減小干擾源的 du/dt， di/dt。這是抗干擾設計中最優(yōu)先考慮和最重要的原則，常常會起到事半功倍的效果。減小干擾源的 du/dt主要是通過在干擾源兩端并聯電容來實現；減小干擾源的 di/dt 則是在干擾 源回路串 畢業(yè) 設計正文 26 聯電感或電阻以及增加續(xù)流二極管來實現。常見的抑制干擾源的方法主要有以下幾個方面： ●在繼電器接點兩端并接火花抑制電路 (一般是 RC 串聯電路，電阻一般選幾 K 到幾十 K，電容選 )，減小電火花影響 ； ●電路板上每個 IC 要并接一個 —— 高頻電容，以減小 IC 對電源的影響 。 (2)切斷干擾傳播路徑：按干擾的傳播路徑可分為傳導干擾和輻射干擾兩類。所謂傳導干擾是指通過導線傳播到敏感器件的干擾。高頻干擾噪聲和有用信號的頻帶不同，可以通過在導線上增加濾波器的方法切斷高頻干擾噪聲的傳播，有時也 可加隔離光耦來解決。電源噪聲的危害最大，要特別注意處理 ； 所謂輻射干擾是指通過空間輻射傳播到敏感器件的干擾。一般的解決方法是增加干擾源與敏感器件的距，用地線把它們隔離和在敏感器件上加蔽罩 。 切斷干擾傳播路徑的常用措施如下： ●注意晶振布線。晶振與單片機引腳盡量靠近，用地線把時鐘區(qū)隔離起來，晶振外殼接地并固定 ； ●電路板合理分區(qū)，如強、弱信號，數字、模擬信號。盡可能把干擾源（如電機、繼電器）與敏感元件（如單片機）遠離 ； ●單片機和大功率器件的地線要單獨接地，以減小相互干擾。 大功率器件盡可能放在電路板邊緣 。 系統(tǒng)軟件程序的編譯與仿真 程序編譯 利用 Keil uvision 軟件進行編譯，打開 Keil uvision 軟件后把所要編譯的工程，并設置目標工程選項，然后單擊 Build target 命令對源程序文件進行編譯。如果出現警告或者錯誤，就必須去修改使程序正確，直至程序編譯成功。 程序 編譯 界面 如圖 51所示。 畢業(yè) 設計正文 27 圖 51 程序編譯 界面 程序調試 源程序編譯通過，只表明了程序的語法正確，并不能保證程序能正常運行，還需要該改程序的邏輯功能進行調試。使用 Keil 軟件對其調試。首先，打開已經編譯的單片機項目，選擇 Debug 下的 start/stop Debug Session,進入調試程序工作模式，重復點擊該選項可實現在編輯模式和調試模式之間進行切換。程序調試時，可單步執(zhí)行或連續(xù)執(zhí)行。連續(xù)執(zhí)行時，程序執(zhí)行速度很快，可以看到程序執(zhí)行的總體效果，但如果程序出錯，就難以確認出錯的具體地方。單步執(zhí)行則可以每條指令的執(zhí)行結果，找出程序錯誤所在，但耗時長。因此，用戶可以先采用連續(xù)執(zhí)行，對懷疑或容易出錯的地方執(zhí)行單步調試。某一些程序只有在特定條件下才會被執(zhí)行，此時可采用斷點設置，可在某一程序行設置斷點，設置好斷點后 連續(xù)運行程序，一但執(zhí)行該程序立即停止，這樣就可以觀察有關的變量值，以確定問題所在。 軟件仿真如圖 52 所示。 圖 52 程序 軟件仿真 畢業(yè) 設計正文 28 程序下載 程序下載 工具 下載是指把用戶的應用程序經過編譯后生產的 HEX 文件下載到單片機程序存儲器中的過程。下載后用戶的應用程序將長期保存在程序存儲器中，系統(tǒng)掉電后程序也不會丟失。 STC89C52 支持在線 ISP 下載，通過 PC 機上的 ISP 程序下載軟件 （普中ISP） 將 HEX 文件經下載電纜寫入單片機的程序存儲器中。 程序下載 步驟 程序燒錄之前必須要進 行如下配置，下載界面如圖 所示。 （ 1） 打開燒錄 HEX 的文件； （ 2） 芯片選型 STC89C5XX 系列； （ 3） 串口配置為 USB 下載； （ 4） 波特率為 115200； （ 5） 低速下載； （ 6） 下載程序。 圖 下載界面 畢業(yè) 設計正文 29 系統(tǒng)硬件焊接完成，軟件調試成功后，燒錄到單片機中，系統(tǒng)上電正常運行，運行指示燈閃爍；遙控板鍵入相應遙控信號，接收端接收后，蜂鳴器發(fā)出遙控提示音，系統(tǒng)準確無誤的執(zhí)行遙控結果。 系統(tǒng)設定為自動感溫模式，遙控定時后，啟動風扇，風扇會以溫度的變化相應輸出 PWM 控制信號，然后固態(tài)繼電器驅動風扇以相應 的轉速轉動，系統(tǒng)具備實時性和可靠性。圖 以曲線模擬溫度變化，相應 PWM 脈寬變化，風扇轉速等級變化。當溫度升高， PWM 占空比增大，風扇轉速等級越高；溫度變化越快， PWM 占空比變換也快，轉速等級變化也越快。 圖 綜合調試仿真 畢業(yè) 設計正文 30 束語 本 論文對電風扇作了簡要的介紹， 并將方案的實現進行探討與嘗試，最終付諸實踐。 利用 STC89C52 單片機為主要的控制件，結合 PWM控制 固態(tài)繼電器實現 無級調速 和遙控發(fā)射接收 功能 ， 溫度、實時時鐘顯示的 友好的人機交互界面 ， 成功地控制了額定電壓為 220V、額定功率為 45W、風扇的自動啟停及自動調速等 ； 特別在軟件設計中， 采用 C語言編程控制技術解決生產、生活中的實際問題 ，更加 方便了人們的生活。 通過這次設計， 自己的動力能力和實踐能力得到了 很大 的提高。 鞏固自己的專業(yè)基礎知識，如模電、數電、電路原理、單片機、智能儀器、虛 擬儀器等；同時熟悉使用各種電子設計輔助軟件，如 Keil、 Portues、 Altium Designer Multisim、 ISP等；通過論文的編寫和 PPT的制作，熟悉了各種辦公軟件的使用，如 WPS、 Visio、圖畫等；同時對設計一個完整系統(tǒng)有了一個清晰的認識，熟悉了方案的整