【正文】 發(fā)電量，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動(dòng)化調(diào)節(jié)。實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)的溫控風(fēng)扇的設(shè)計(jì)。首先考濾的是溫度檢測(cè)電路，該部分是整個(gè)系統(tǒng)的首要部分，首先要檢測(cè)到環(huán)境溫度，才能用單片機(jī)來(lái)判斷溫度的高低，然后通過(guò)單片機(jī)控制直流風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速；其次是電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，該部分需要使用外圍電路將單片機(jī)輸出的 PWM 信號(hào)轉(zhuǎn)化為平均電壓輸出，根據(jù)不同的 PWM 波形得到不同的平均電壓，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，電路的設(shè)計(jì)中采用了達(dá)林頓反向驅(qū)動(dòng)器 ULN2803，實(shí)現(xiàn)較好的控制效果；再次是數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示電路，該部分的功能實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)現(xiàn)不同設(shè) 置溫度的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境溫度和設(shè)置溫度的及時(shí)連續(xù)顯示。 系統(tǒng)還能動(dòng)態(tài)的顯示當(dāng)前溫度和設(shè)置溫度，并能通過(guò)鍵盤(pán)調(diào)節(jié)當(dāng)前的設(shè)置溫度。 系統(tǒng)功能 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能 本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)檢測(cè)環(huán) 境溫度的變化，然后根據(jù)環(huán)境溫度變化來(lái)控制風(fēng)扇直流電機(jī)輸入占空比的變化，從而產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，亦可根據(jù)鍵盤(pán)調(diào)節(jié)不同的設(shè)置溫度，再由環(huán)境溫度與設(shè)置溫度的差值來(lái)控制電機(jī)。系統(tǒng)軟件設(shè)置在 口輸出使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的 PWM 占空比，當(dāng)環(huán)境溫度高于設(shè)置溫度時(shí)，電機(jī)開(kāi)始 轉(zhuǎn)動(dòng)，若此時(shí)用高于環(huán)境溫度的熱源靠近測(cè)溫芯片DS18B20 時(shí)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速在升高，并越來(lái)越快，當(dāng)達(dá)到一定值時(shí)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不再升高；將熱源離開(kāi)測(cè)溫芯片 DS18B20 時(shí)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速開(kāi)始下降，轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí)，若將設(shè)置溫度升高到環(huán)境溫度以上，發(fā)現(xiàn)電機(jī)又停止了轉(zhuǎn)動(dòng)。由于 DS18B20 為3 個(gè)引腳，因此在調(diào)試過(guò)程中因注意其各個(gè)引腳的對(duì)應(yīng)位置，以免將其接反而是芯片不能工作甚至燒毀芯片。 傳感器 DS18B20 溫度采集部分調(diào)試 將 DS18B20 芯片接在系統(tǒng)板對(duì)應(yīng)的 口，通過(guò)插針在對(duì)應(yīng)系統(tǒng)板的右下側(cè)三口即為對(duì)應(yīng)的 VCC、 和 GND，可將芯片直接插在該插 針上，因此即為方便。 系統(tǒng)顯示部分實(shí)現(xiàn)了以下功能： LED 顯示的前三位實(shí)現(xiàn)了環(huán)境溫度整數(shù)部分與小數(shù)部分的連續(xù)顯示， LED 的后兩位能根據(jù)按鍵的調(diào)整顯示所需要的設(shè)計(jì)溫度。 硬件調(diào)試 按鍵顯示部分的調(diào)試 系統(tǒng)按鍵部分實(shí)現(xiàn)了以下功能：按下 口鍵， LED 的后兩位顯示溫度值增一；按下 口鍵， LED 的后兩位顯示溫度值減一。通過(guò)溫度傳感器檢測(cè)的溫度與系統(tǒng)預(yù)設(shè)溫度值的比較，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速變換。程序?qū)崿F(xiàn)了 口的 PWM波形輸出， 當(dāng)外界溫度低于設(shè)置溫度時(shí)，電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)或自動(dòng)停止轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)外界溫度高于設(shè)置溫度時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速升高或 是自動(dòng)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，且外界溫度與設(shè)置溫度的差值越大，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，即占空比增加。 電動(dòng)機(jī)調(diào)速電路部分調(diào)試 第 22 頁(yè) 22 在本設(shè)計(jì)中，采用了達(dá)林頓反向驅(qū)動(dòng)器 ULN2803 驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，其可驅(qū)動(dòng)八個(gè)直流電機(jī)，本系統(tǒng)僅驅(qū)動(dòng)一個(gè)。 在溫度轉(zhuǎn)換程序中，為了能夠正確的檢測(cè)并顯示溫度的小數(shù)位，程序中把檢測(cè)的溫度與 10 相乘后，再按一個(gè)三位的整數(shù)來(lái)處理。軟件設(shè)計(jì)采用 口為數(shù)字溫度輸入口，但是需要對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理后才能顯示，從而多了溫度轉(zhuǎn)換程序。 在鍵盤(pán)加入了消抖程序，數(shù)碼管顯示程序中加入了段碼的存儲(chǔ)空間后，數(shù)碼管能夠正常的顯示，按鍵也能夠工作，達(dá)到了較好的效果。 數(shù)碼管不能正確的顯示，主要是因?yàn)樗詳?shù)碼管的段碼都由 P0 口傳送，而數(shù)碼管顯示又采用了動(dòng)態(tài)掃描的方式，但在程序中卻沒(méi)有設(shè)置顯示段碼的暫存器，導(dǎo)致當(dāng) P0口傳送段碼時(shí)發(fā)生混亂，不能正確識(shí)別段碼。 經(jīng)過(guò)查找分析，發(fā)現(xiàn)鍵盤(pán)掃描程序沒(méi)有沒(méi)有按鍵消抖部分，按鍵在按下與松手時(shí)，都會(huì)有一定程度的抖動(dòng)，從而可能使單片機(jī)做出錯(cuò)誤的判斷，導(dǎo)致按鍵條件預(yù)設(shè)溫度時(shí)失靈，甚至根本不能工作。 圖 Proteus 仿真效果圖四 第 21 頁(yè) 21 第四章 系統(tǒng)調(diào)試 軟件調(diào)試 按鍵顯示部分的調(diào)試 起初根據(jù)設(shè)計(jì)編寫(xiě)的系統(tǒng)程序：程序的鍵盤(pán)接口采用 P1 口，數(shù)碼管顯示采用 P0 口控制 LED 的斷碼， P2 口控制 LED 的位碼，從而實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)功能及數(shù)碼管的顯示。當(dāng)環(huán)境溫度低于系統(tǒng)預(yù)設(shè)的溫度時(shí)，風(fēng)扇自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的功能。 圖 Proteus 仿真效果圖二 第 19 頁(yè) 19 在上一步仿真的基礎(chǔ)上 (溫度傳感器 DS18B20 溫度設(shè)置為 攝氏度，系統(tǒng)預(yù)設(shè)的溫度為 22 攝氏度 )，用鍵盤(pán) S2 調(diào)節(jié)系統(tǒng)預(yù)設(shè)溫度至 34 攝氏度，此時(shí)可知系統(tǒng)預(yù)設(shè)溫度大于 溫度傳感器檢測(cè)到的溫度，觀察到直流風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速逐漸變慢，最后轉(zhuǎn)速變?yōu)?，符合系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能，如圖 所示。 圖 Proteus 仿真效果圖一 第 18 頁(yè) 18 當(dāng) 把溫度傳感器 DS18B20 溫度設(shè)置為 攝氏度，用鍵盤(pán) S2 調(diào)節(jié)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的溫度為 22 攝氏度。 當(dāng) 把溫度傳感器 DS18B20 溫度設(shè)置為 攝氏度，用鍵盤(pán) S2 調(diào)節(jié)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的溫度為 22 攝氏度。 第 17 頁(yè) 17 把溫度傳感器 DS18B20 溫度設(shè)置為 攝氏度，用鍵盤(pán) S2 調(diào)節(jié)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的溫度為 22 攝氏度。在原理圖繪制連接好后再把編譯好的程序加載到其中 [11]。 軟件使用的主界面如圖 。 Proteus 有 4 個(gè)功能模塊：智能原理圖設(shè)計(jì)、完善的電路仿真功能、獨(dú)特的單片機(jī)協(xié)同仿真功能以及實(shí)用的 PCB 設(shè)計(jì)平臺(tái)。 第 16 頁(yè) 16 Proteus 軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用， 它不僅 和其它 EDA 工具一樣 有 原理布圖、 PCB 自動(dòng)或人工布線及電路仿真的功能， 而且更重要的 功能是，他的電路仿真是互動(dòng)的， 可以根據(jù)仿真實(shí)時(shí)觀察到得現(xiàn)象驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性及準(zhǔn)確性并及時(shí)改變程序代碼、原理圖連接以及元件屬性等。 Keil C51 的使用界面如圖 。 Keil C51 軟件 不僅 提供 了 豐富的庫(kù)函數(shù) ，而且它 強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具 為程序編輯調(diào)試帶來(lái)便利， 在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。 主程序流程圖如圖 ： 圖 主程序流程圖 用 Keil C51 編寫(xiě)程序 Keil C51 是美國(guó) Keil Software 公司開(kāi)發(fā)的 51 系列兼容單片機(jī) C 語(yǔ)言的軟件開(kāi)發(fā)系主程序開(kāi)始 程序初始化 調(diào)用 DS18B20 初始化函數(shù) 調(diào)用 DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換函數(shù) 調(diào)用溫度讀 取函數(shù) 調(diào)用鍵盤(pán)掃 描函數(shù) 調(diào)用數(shù)碼管 顯示函數(shù) 調(diào)用溫度處 理函數(shù) 調(diào)用風(fēng)扇電 機(jī)控制函數(shù) 結(jié)束 第 15 頁(yè) 15 統(tǒng)，與單片機(jī)匯編語(yǔ)言相比， C 語(yǔ)言在不僅語(yǔ)句簡(jiǎn)單靈活，而且編寫(xiě)的函數(shù)模塊可移植性強(qiáng) [9]，因而易學(xué)易用，效率高。 第 14 頁(yè) 14 第三章 軟件設(shè)計(jì) 程序設(shè)置 程序設(shè)計(jì)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)、鍵盤(pán)掃描函數(shù)、數(shù)碼管顯示函數(shù)、溫度處理函數(shù)以及風(fēng)扇電機(jī)控制函數(shù)。 第 13 頁(yè) 13 圖 風(fēng)扇電機(jī)驅(qū)動(dòng)與調(diào)速電 系統(tǒng)選用的風(fēng)扇電機(jī)為 12V 直流無(wú)刷電機(jī)，單達(dá)林頓反向驅(qū)動(dòng)器 ULN2803 輸入TTL信號(hào)為 5V或 CMOS 信號(hào)為 6~15V時(shí)，輸出的最大電壓為 50V，最大電流為 500mA，工作溫度范圍為 0~70℃ 。當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)相應(yīng)按照設(shè)定的等級(jí)有所提高；當(dāng)環(huán)境溫度下降時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì) 相應(yīng)的下降；當(dāng)環(huán)境溫度低于設(shè)置溫度時(shí)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，而環(huán)境溫度又高于預(yù)設(shè)溫度時(shí)，電機(jī)重新啟動(dòng)。 圖 溫度采集電路 風(fēng)扇電機(jī)驅(qū)動(dòng)與調(diào)速電路 本設(shè)計(jì)中由單片機(jī)的 I/O 口輸出 PWM 脈沖，通過(guò)一個(gè)達(dá)林頓反向驅(qū)動(dòng)器 ULN2803驅(qū)動(dòng) 12V 直流無(wú)刷風(fēng)扇電機(jī)以及實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇電機(jī)速度的調(diào)節(jié)。在本設(shè)計(jì)中將 DS18B20 接在 口實(shí)現(xiàn)溫度的采集。 DS18B20 在使用時(shí)，一般都采用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。此時(shí)溫度寄存器中的值即為被測(cè)溫度值，這個(gè)值以 16 位二進(jìn)制形式存放在存儲(chǔ)器中，通過(guò)主機(jī)發(fā)送存儲(chǔ)器讀命令可讀出此溫度值，讀取時(shí)低位在前，高位在后，依次進(jìn)行。低溫系數(shù)振蕩器輸出的時(shí)鐘信號(hào)通過(guò)由高溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的門(mén)周期而被計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器預(yù)先置有與 55℃相對(duì)應(yīng)的一個(gè)基權(quán)值。 5 位數(shù)碼管的位選W1~W5 分別與 單片機(jī)的 ~ 口相連接，只要 ~ 中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(shí)時(shí)檢測(cè)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。其中按鍵 S1 為加按鍵，每按下一次，系統(tǒng)對(duì)最初設(shè)定值加一，按鍵 S2 為減按鍵，每按下一次，系統(tǒng)對(duì)初設(shè)定值進(jìn)行減一計(jì)算。 圖 系統(tǒng)復(fù)位與晶振電路 獨(dú)立鍵盤(pán)連接電路 鍵盤(pán)包括 2 個(gè)獨(dú)立按鍵 S2 和 S3， 一端與單片機(jī)的 和 口相連，另一端接地，當(dāng)按下任一鍵時(shí)， P1 口讀取低電平有效。g f bae d c dpgndgnd數(shù)碼管引腳分配圖 第 9 頁(yè) 9 本設(shè)計(jì)中 開(kāi)關(guān)復(fù)位與晶振電路如下圖所示，當(dāng)按下按鍵開(kāi)關(guān) S1 時(shí)，系統(tǒng)復(fù)位一次。 各部分電路設(shè)計(jì) 開(kāi)關(guān)復(fù)位與晶振電路 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，除單片機(jī)本身需要復(fù)位以外，外部擴(kuò)展 I/O 接口電路也需要復(fù)位，因此需要一個(gè)包括上電和按鈕復(fù)位在內(nèi)的系統(tǒng)同步復(fù)位電路。這里 07H即為數(shù)字 7 的段選碼。通過(guò)單片機(jī)引腳輸出高低電平，可使數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)字或字母，這種使數(shù)碼管顯示字形的數(shù)據(jù)稱(chēng)字形碼，又稱(chēng)段選碼 [5]。 LED 數(shù)碼管可以分為共陰極和共陽(yáng)極兩種結(jié)構(gòu)，如下圖 (a)和圖 (b) 所示。 LED 數(shù)碼管簡(jiǎn)介 本系統(tǒng)選用五個(gè) LED 數(shù)碼管來(lái)進(jìn)行溫度顯示。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 EA /VPP： 允許訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器 /編程電源線， 當(dāng) EA 保持低電平時(shí)，則 在此期間 允許使用片 外程序存儲(chǔ) 器 ，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效。在不訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，單片機(jī)自動(dòng)在ALE/ PROG 線上輸出頻率為 1/6 晶振頻率的脈沖序列。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平 狀態(tài) 。 P3 口： P3 口 引 腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，當(dāng) P3 口寫(xiě)入 1 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平。