【正文】 綜上所述，本系統(tǒng)的設(shè)計在我們的日常生產(chǎn)和生活中將有著重要的意義。 本系統(tǒng)的設(shè)計可推廣到各種電動機的控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)電動機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)以單片機為控制核 心，以溫度傳感器 DS18B20 檢測環(huán)境溫度，實現(xiàn)了根據(jù)環(huán)境溫度變化調(diào)節(jié)不同的風扇電機轉(zhuǎn)速，在一定范圍內(nèi)能實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的連續(xù)調(diào)節(jié)， LED 數(shù)碼管能連續(xù)穩(wěn)定的顯示環(huán)境溫度與設(shè)置溫度，并能通過兩個獨立的按鍵調(diào)節(jié)不同的設(shè)置溫度，從而改變環(huán)境溫度與設(shè)置溫度的差值，進而改變電機轉(zhuǎn)速。電路的設(shè)計中采用了達林 頓反向驅(qū)動器ULN2803，實現(xiàn)較好的控制效果；再次是數(shù)碼管的動態(tài)顯示電路，該部分的功能實現(xiàn)對環(huán)境溫度和設(shè)置溫度的顯示，其中 DS18B20 采集環(huán)境溫度，按鍵實現(xiàn)不同設(shè)置溫度的調(diào)整，實現(xiàn)了對環(huán)境溫度和設(shè)置溫度的及時連續(xù)顯示。 系統(tǒng)功能分析 系統(tǒng)總體上由五部分組成，即按鍵與復位電路、數(shù)碼管顯示電路、溫度檢測電路、電機驅(qū)動電路。當環(huán)境溫度低于設(shè)置溫度時，電機停止轉(zhuǎn)動；當環(huán)境溫度高于設(shè)置溫度時，單片機對應(yīng)輸出口輸出不同占空比的 PWM 信號，控制電機開始轉(zhuǎn)動，并隨著環(huán)境溫度與設(shè)置溫度的差值的增加電 機的轉(zhuǎn)速逐漸升高。系統(tǒng)采用的直流電機為 12V 的額定電壓，而驅(qū)動電路在采用單 片機電源時的輸出電壓最高不過 5V，因此在調(diào)試過程中只采用了 5V 的直流電機來調(diào)試，且得到了可觀的控制效果。 電動機調(diào)速 電路部分調(diào)試 系統(tǒng)本部分的設(shè)計中重在軟件設(shè)計，因為外圍的驅(qū)動電路只是將送來的PWM 信號放大從而驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。系統(tǒng)調(diào)試中為驗證 DS18B20 是否能在系統(tǒng)板上工作，將手心靠攏或者捏第五章 系統(tǒng)調(diào)試 28 住芯片，即可發(fā)現(xiàn) LED 顯示的前兩位溫度也迅速升高，驗證了 DS18B20 能在系統(tǒng)板上工作。且 LED 的顯示效果很好， 很穩(wěn)定。調(diào)試過程中出現(xiàn)了當按鍵時間過長時，設(shè)置的溫度值不是增一或者減一，而是增加后減少了及幾個值，出現(xiàn)這種情況的主要原因可能是按鍵的去抖動延時時間過長造成，改進方法為將對應(yīng)的按鍵去抖動延時時間適量增加，但也不應(yīng)過長，否則將出現(xiàn)按鍵無效的情形。當檢測到的溫度比預設(shè)的溫度每增加 5 攝氏度，風扇電機轉(zhuǎn)速增加一級。 本系統(tǒng)中風扇直流電機的轉(zhuǎn)速可實現(xiàn)四級調(diào)速。軟件設(shè)置了 口輸出不同的 PWM 波形，通過達林頓反向驅(qū)動器 ULN2803 驅(qū)動直流電機轉(zhuǎn)動，通過軟件中程序設(shè)定，根據(jù)不同溫度輸出不同的 PWM 波，從而得到不同的占空比控制風扇直流電機。如果把 變成 197來處理，這樣為程序的編寫帶來了方便。通過軟件設(shè)計，實現(xiàn)了 對環(huán)境溫度的連續(xù)檢測，由于硬件 LED 個數(shù)的限制，只顯示了預設(shè)溫度的整數(shù)部分。 傳感器 DS18B20 溫度采集部分調(diào)試 由于數(shù)字式集成溫度傳感器 DS18B20 的高度集成化，為軟件的設(shè)計和調(diào)試帶來了極大的方便，體積小、低功耗、高精度為控制電機的精度和穩(wěn)定提供了可能。應(yīng)在系統(tǒng)中加入鎖存器，或是在程序中設(shè)定存儲段碼的空間。因此必須在按鍵掃描程序中加入消抖部分，即在按鍵按下與松手時加入延時判斷，以檢測按鍵是否真的按下或已完全松手。經(jīng)過編譯沒有出錯，但在仿真調(diào)試時，數(shù)碼管顯示的只是亂碼，沒有正確的 顯示溫度，按鍵功能也不靈的，當按鍵按下時，顯示并不變化。當然，在此沒有實現(xiàn)風扇直流電機的無極調(diào)速，本系統(tǒng)實現(xiàn)的是電機在隨環(huán)境溫度變化的四個等級的速度變化，環(huán)境溫度在一定小范圍內(nèi)變化時，風扇直流電機轉(zhuǎn)速是不變的，只有超過了設(shè)定的某一界限時轉(zhuǎn)速才會變化。 25 圖 47 仿真效果圖四 通過以上仿真可以看出，直流風扇電機在系統(tǒng)設(shè)定的溫度一定情況下，其轉(zhuǎn)速隨著環(huán)境溫度（溫度傳感器檢測到的溫度）的增加而增大。點擊開始按鈕，系統(tǒng)開始仿真，待一段時間穩(wěn)定后，觀察到此時風扇直流電機的轉(zhuǎn)速為 + r/s，如圖 46 所示。點擊開始按鈕，系統(tǒng)開始仿真，待一段時間穩(wěn)定后，觀察到此時風扇直流電機的轉(zhuǎn)速為 + r/s，如圖 45 所示。點擊開始按鈕，系統(tǒng)開始仿真，待一段時間穩(wěn)定后，觀察到此時風扇直流電機的轉(zhuǎn)速為 + r/s，如圖 44 所示。最后再根據(jù)系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能分布進行仿真。 圖 43 Proteus 使用主界面 本設(shè)計基于 Proteus 的仿真 首先啟動 Proteus 軟件并建立一工程，然后根據(jù)原理圖調(diào)出相應(yīng)的元件，再根據(jù)要求改變 各元件的屬性并把各個元件按原理圖連接起來。其內(nèi)部元件庫含有豐富的元件，支持總線結(jié)構(gòu)以及智能化的連線功能；支持主流 CPU（如 ARM、 8051/5 AVR）及通用外設(shè)模型的實時仿真等，為單片機的開發(fā)應(yīng)用等帶來極大的便利。它還能配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器來顯示和輸出，如示波器、邏輯分析儀 等，效果很好。 圖 42 Keil C51 的使用界面 用 Proteus 進行仿真 Proteus 簡介 Proteus 軟件是來自英國 Labcenter electionics 公司的 EDA 工具軟件。早使用時要先建立一個工程，然后再添加文件并編寫程序，編寫好后在編輯調(diào)試。隨著單片機開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發(fā)，單片機的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展， Keil 軟件是目前使用較多的 MCS51 系列單片機開發(fā)的軟件。 dinum=0。 dinum=1。amp。 dinum=2。amp。 dinum=3。amp。 dinum=4。 } while(!key2)。 if(key2==0) { sheding。 } while(!key1)。 if(key1==0) { sheding++。主程序流程圖如圖 41 所示。 16 圖 38 電路總圖 17 第四章 軟件設(shè)計 程序設(shè)置 程序設(shè)計部分主要包括主程序、 DS18B20 初始化函數(shù)、 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)、溫度讀取函數(shù)、按鍵掃描函數(shù)、數(shù)碼管顯示函數(shù)、溫度處理函數(shù)以及風扇電機控制函數(shù)。本系統(tǒng)中單片機 I/O 口輸出的 TTL 信號為 5V，因此此風扇電機可以用 ULN2803 來驅(qū)動。 電路圖如圖 37 所示，風扇電機的一端接 12V 電源，另一端 ULN2803 的 OUT7引腳， ULN2803 的 IN7 引腳與單片機的 引腳相連，通過控制單片機的 引腳輸出 PWM 信號，由此控制風扇直流電機的速度 與啟停。 按鍵控制設(shè)置溫度，通過軟件向單片機輸入相應(yīng)控制指令，由單片機通 過 口輸出與轉(zhuǎn)速相應(yīng)的 PWM 脈沖，經(jīng)過 ULN2803 驅(qū)動風扇直流電機控制電路，實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速與啟停的自動控制。本設(shè)計中將 DS18B20 接在 口實現(xiàn)溫度的采集，其與單片機的連接如圖 36 所示。 DS18B20 在使用 時，一般都采用單片機來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。此時溫度寄存器中的值即為被測溫度值，這個值以 16 位二進制的形式存放在存儲器中，通過主機發(fā)送存儲器讀命令可讀出此溫度值，讀取時低位在前，高位在后，依次進行。低溫系數(shù)振蕩器輸出的 時鐘信號通過由高溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的門周期而被計數(shù)，計數(shù)器預先設(shè)置有與 55℃相應(yīng)的一個基權(quán)值。 5 位數(shù)碼管的位選 W1～ W5 分別與單片機的 ～ 口相連接，只要在 ～ 口任一位中輸出低電平，則選中與該位相連的數(shù)碼管。其中前 3 位數(shù)碼管 DS DS DS3 用于顯示溫度傳感器實時檢測采集到的溫度，可精確到 攝氏度，顯示范圍為 0～ 攝氏度；后 2 位數(shù)碼管 DS DS5 用于顯示系統(tǒng)設(shè)置的初值溫度， 只能顯示整數(shù)的溫度值，顯示范圍為 0～ 99 攝氏度。其連線圖如圖 34 所示。系統(tǒng)上電后，進入按鍵掃描子 程序，以查詢的方式確定各按鍵，完成溫度初值的設(shè)定。其中電容 C C2 為 33pF， C3 為 10uF，電阻 R R3 阻值為 10k，晶振頻率為 12MHz。單片機上的 XTAL1 和 XTAL2 用來外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來連接單片機內(nèi) OSC的定時反饋回路。字形與段選碼的關(guān)系見表 31 所示。 10 數(shù)碼管引腳 圖 32 七段 LED數(shù)碼管 表 31 七段 LED的段選碼表 顯示字符 共陰極段碼 共陽極段碼 顯示字符 共陰極段碼 共陽極段碼 0 3FH C0H 8 7FH 80H 1 06H F9H 9 6FH 90H 2 5BH A4H A 77H 88H 3 4FH B0H B 7FH 83H 4 66H 99H C 39H C6H 5 6DH 92H D 3FH A1H 6 7DH 82H E 79H 86H 7 07H F8H F 71H 8EH 一個共陰極數(shù)碼管接至單片機的電路，要想顯示“ 7”，須 a、 b、 c 這 3 個顯示段發(fā)光（即這 3 個字段為高電平）只要在 P0 口輸入 00000111（ 07H）即可。共陰極結(jié)構(gòu)把 8 個發(fā)光二極管陰極連接在一起，共陽極結(jié)構(gòu)是把 8 個發(fā)光二極管陽極連接在一起。 LED 又稱為數(shù)碼管，它主要有8 段發(fā)光二極管組成的不同組合，其中 a～ g 為數(shù)字和字符顯示段， dp 為小數(shù)點的顯示，通過 a～ g 這 7 個發(fā)光二極管點亮的不同組合，可以顯示 0～ 9 和 A～ F共 16 個數(shù)字和字母。 XTAL1 和 XTAL2：片內(nèi)震蕩電路輸入線，這兩個端子用來外接石英晶體和微電容，即用來連接單片機片內(nèi) OSC 的定時反饋回路。當 EA 保持高電平時，則允許使用片內(nèi)程序存儲器。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN 信號將不出現(xiàn)。 PSEN :外部程序存儲器 ROM 的選通信號。 ALE/PROG ：地址鎖存允許 /編程線，當訪問片外存儲器時，在 ～ 引腳線上輸出片外存儲器低 8 位地址的同時還在 ALE/PROG 線上輸出一個高電位脈沖，其下降沿用于把這個片外存儲器低 8 位地 址鎖存到外部專用地址鎖存器，以便空出 ～ 引腳線去傳送隨后而來的片外存儲器讀寫數(shù)據(jù)。 ： RXD（串行數(shù)據(jù)接受口）， ： TXD（串行數(shù)據(jù)發(fā)送口） ： 0INT (外部中斷 0 輸入 )， ： 1INT （外部中斷 1 輸入） ： T0（計數(shù)器 0 計數(shù)輸入）， ： T1（計時器 1 外部輸入） ： WR （外部 RAM 寫選通信號） ： RD （外部 RAM 讀選通信 號）