【正文】 e i nmicooutm i c oi n 圖 39 ISD4004 芯片工作電路 按鍵控制電路 本系統(tǒng)的按鍵電路由三個(gè)按鍵共同組成，因?yàn)椴捎玫臑闄C(jī)械按鍵，所以必然存在按鍵的抖動(dòng)現(xiàn)象。通過單片機(jī)進(jìn)行處理，然后存儲(chǔ)到語音芯片中的存儲(chǔ)單元內(nèi)。因此，僅需對(duì)器件 IO 口進(jìn) 行相對(duì)應(yīng)的控制即可。在這部分，主要工作時(shí)進(jìn)行軟件調(diào)試，接收端應(yīng)用的是紅外一體化接收頭。其中，上電自動(dòng)復(fù)位操作為把單片機(jī)連接電源，并 對(duì)復(fù)位電路的電容實(shí)現(xiàn)充電；按鍵電平復(fù)位是基于 RST 端，并利用電阻和 VCC 電源進(jìn)行連接實(shí)現(xiàn)的。這就需要參照復(fù)位開關(guān)恢復(fù)系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)。系統(tǒng)在正常上電的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)位。 電路電路的連接電路如下圖所示： + 3. 33V i n1Gnd2L M 111 1 7C2E C A PC4E C A PC1C A P+8S W 1KMD4LEDR 15R E SV C C 圖 33 電源電路 （ 3）復(fù)位電路 復(fù)位電路屬于單片機(jī)的最小系統(tǒng)的組成電路，主要用于完成初始化操作。電路內(nèi)的其它芯片都是工作在 5V狀態(tài)下的，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)需要使用8V 左右的電壓。 時(shí)鐘電路如下圖所示： Y1X T A LC 14C A PC 15C A PX T 2X T 1 圖 32 時(shí)鐘電路 （ 2）電源電路 因?yàn)橄到y(tǒng)使用是低功耗型的單片機(jī)，所以電路內(nèi)部芯片的工作電壓是 。外部方法是通過外部振蕩器信號(hào)源直接連接 XTAL1 或者 XTAL2。第一種是內(nèi)部產(chǎn)生方式，通過芯片中含有的振蕩電路實(shí)現(xiàn)；另一種 產(chǎn)生方法是外部產(chǎn)生。 本系統(tǒng)的整個(gè)電路主要包括以下幾部分：電源電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、按鍵電路、錄音電路、放音電路、溫度采集電路、液晶顯示電路、紅外接收和放送電路以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)有按鍵按下的情況出現(xiàn)，語音播放模塊能夠把已經(jīng)事先錄制好的語音，利用播放器進(jìn)行播放操作，然后實(shí)現(xiàn)語音的自動(dòng)播報(bào)功能。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，單片機(jī)首先需 要通過接收按鍵的輸入值或接收紅外信號(hào)傳遞的信息，然后單片機(jī)再依據(jù)采集的信息，生成不一樣占空比的PWM 信號(hào)，利用這個(gè)信號(hào)實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的有效控制，包括對(duì)電機(jī)不同轉(zhuǎn)速的控制。一般情況下 ， 可以把 2 片或者 3 片 BTN7970 進(jìn)行組合 ， 構(gòu)建電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路。在占空比大于某個(gè)值的情況出現(xiàn)時(shí)，輸入芯片內(nèi)部經(jīng)過非門驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，將會(huì)輸出低電平 ， 然后讓 P 型 MOSFET 管實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通，同時(shí)利用 調(diào)節(jié)輸入占空比實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié) OUT 端的輸出電壓大小 。 （ 2） 引腳功能定義 BTN7970 的引腳的簡(jiǎn)要介紹 如表 25 所示。 當(dāng) 電路中出現(xiàn)過溫、過壓、欠壓、過流以及短路的情形時(shí)，芯片將自動(dòng)進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài) ，此時(shí)不在允許輸入； 在 電流越過設(shè)定的最大電流的情況下， 利用 MCU 端的 I/0 可以使引腳關(guān)閉驅(qū)動(dòng)芯片。 該芯片的內(nèi)部含有電流檢測(cè)電路、控制驅(qū)動(dòng)電路 、 1 個(gè) P 型以及 1 個(gè) N 型 MOSFET 管 。它能夠進(jìn)行高精度的測(cè)溫工作，其實(shí)物圖如圖 26 所示： 圖 26 DS18B20 引腳圖 DS18B20 溫度值格式表如圖 27 所示： 哈爾濱劍橋?qū)W院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 圖 27 DS18B20 溫度值格式表 DS18B20 溫度傳感器的存儲(chǔ)器及分辨率及指令如下表 23 和表 24 所示。當(dāng)其在寄生電源形 式種工作，它能夠利用數(shù)據(jù)線進(jìn)行供電； （ 2）具有特點(diǎn)的單線接口形式， DS18B20 在和微處理器進(jìn)行連接的情況下，能夠利用一條口線實(shí)現(xiàn)微處理器和 DS18B20 的雙向通訊； （ 3） DS18B20 能夠支撐很多個(gè)組網(wǎng)，也就是說多個(gè) DS18B20 能夠?qū)⑿盘?hào) 并聯(lián)，在三線上達(dá)到組網(wǎng)多點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)最終的測(cè)溫操作； （ 4） DS18B20 在使用時(shí)，不依靠外圍器件，全部傳感器件和轉(zhuǎn)換電路都安放在三極管的集成電路中，具有較高的集成化程度； （ 5）溫范圍是 55℃～＋ 125℃，當(dāng)處于 — 10℃～ +85℃的情況下，它的精度可以達(dá)到177。運(yùn)算時(shí)的中斷間隔時(shí)間可以用來區(qū)分前導(dǎo)碼、二進(jìn)制的 “ 1” 、 “ 0” 碼。紅外接收首先要通過解調(diào)處理，解調(diào)操作是基于紅外接收管實(shí)現(xiàn)接收的。這就等同于將二進(jìn)制信號(hào)的編碼乘以頻率 38kHz 的脈沖信號(hào)，最終獲取間斷脈沖串。最后將這個(gè)信號(hào)輸入給單片機(jī)，通過單片機(jī)進(jìn)行解碼操作，最終控制相對(duì)應(yīng)的目標(biāo)。 為了大幅度的降低干擾，使用性價(jià)比高，并且性能穩(wěn)定的性集成形式的紅外接收頭，用它來接收外部的紅外信號(hào)。利用紅外發(fā)射管實(shí)現(xiàn)紅外信號(hào)的發(fā)射。 （ 2）主要引腳介紹 TFT 彩屏引腳功能如下表所示： 表 22 TFT引腳表 接口引腳 說 明 Vcc 顯示板電源（推薦 3伏 ） LED_A 背光燈電源 D8~D 15 位數(shù)據(jù)總線 CS 片選（低電平有效） REST 復(fù)位（低電平復(fù)位） 哈爾濱劍橋?qū)W院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 RS 控制寄存器 /數(shù)據(jù)寄存器選擇（低電平選擇控制寄存器） RW 寫信號(hào)（低電平有效） RD 讀信號(hào)（低電平有效） GND 接地 紅外通信 （ 1）紅外通信原理 紅外遙控有兩個(gè)部分組成，分別是：發(fā)送部分和接收部分。因?yàn)椋坏﹥烧叽笮〔煌?，將?huì)對(duì)系統(tǒng) 的穩(wěn)定性造成嚴(yán)重影響。 TFT 彩屏普遍使用的 工作電壓以及 IO 口電平。內(nèi)部含有專用驅(qū)動(dòng)和控制 IC（ SPFD5408），而且驅(qū)動(dòng) IC 能夠自行 集成并且顯示緩存信息。必須后跟 MC 指令快進(jìn)繼續(xù) MC 11111XXXXXXXXXXXXXXXXXXX 執(zhí)行快進(jìn) ,直到 ,則進(jìn)入 OVF 狀態(tài) STOP 0X110XXXXXXXXXXXXXXXXXXX 停止當(dāng)前操作 STOP WRDN 0X01XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 停止當(dāng)前操作并掉電 RINT 0X110XXXXXXXXXXXXXXXXXXX 讀狀態(tài) :OVF 和 EOM TFT 彩屏 （ 1）主要功能 它屬于一塊高畫質(zhì)的 TFT 真彩 LCD 模塊。必須后跟 PLAY 指令使放音繼續(xù) PLAY 11110XXXXXXXXXXXXXXXXXXX 從當(dāng)前地址開始放音 SET REC 10100XXXA15 A0 從指定地址開始 錄音。 （ 4） 指令表 指令表如表 21 所示。 倘若從 00 處開始進(jìn)行錄音 ， 那么就能夠按照下列時(shí)序進(jìn)行 ： 1) 發(fā)送 POWER UP 命令 ； 2) 等待 TPUD(上電延時(shí) )； 3) 發(fā)送 POWER UP 命令 ； 4) 等待 2 倍 TPUD； 5) 發(fā)送地址值為 00 的 SETREC 命令 ； 6) 發(fā)送 REC 命令。 假定， 由 00 處進(jìn)行發(fā)音 ， 那么可以遵循以下時(shí)序 ： 1) 發(fā)送 POWERUP 命令 ； 2) 等待 TPUD(上電延時(shí) )； 3) 發(fā)送地址值為 00 的 SETPLAY 命令 ； 4) 發(fā)送 PLAY 命令。 （ 3） 上電順序 元件 延時(shí) TPUD 以后才會(huì)正式才啟動(dòng)操作。 協(xié)議假設(shè)微控制器的 SPI 移位寄存器在 SCLK 的下降沿實(shí)施操作 。 芯片的 采樣頻率 是 kHz， kHz， kHz 或者 ， 頻率越小 ， 芯片的錄放時(shí)間將會(huì)更多 ， 并且音質(zhì)也會(huì)變得不好 ，芯片內(nèi)的 信息將存放在閃爍存貯器內(nèi) ， 而且能夠在斷電時(shí)實(shí)現(xiàn)保存功能 ， 保存的時(shí)間可以達(dá)到 100 年 ， 能夠重復(fù)錄音 10 萬次。每個(gè)采樣值 都可以 直接存貯在片內(nèi) 的 閃爍存貯器 內(nèi)，所以，它具有一定的 真實(shí) 性，能夠 自然 的重現(xiàn) 語 音、音樂、音調(diào) 以及 效果 聲音等內(nèi)容。 芯片 在使用時(shí)，要基于 微控制器 的有效 控制 ，它的 操作 指令是利用 串行通信接口 ，也就是 SPI 或者 Microwire 進(jìn)行 送入 的 。它的優(yōu)點(diǎn)是 音質(zhì) 較 好 ，非常適合在 移動(dòng)電話 領(lǐng)域電子產(chǎn)品中使用 。 單片機(jī)引腳圖如圖 22 所示： 哈爾濱劍橋?qū)W院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 圖 22 單片機(jī)引腳圖 ISD4004 語音芯片 （ 1） ISD4004 介紹 ISD4004 的 系列工作電壓 是 3V。 STC12LE5A60S2系列單片機(jī)集成了兩路可編程計(jì)數(shù)器陣列模塊， 也就是 PCA 模塊 。 它具有 16 位定時(shí)器 T0 和 T1，但是不擁有定時(shí)器 2，通過獨(dú)立波特率發(fā)生器當(dāng)成是串行通訊的波特率發(fā)生器，附帶 2 路 PCA 模塊，就可以實(shí)現(xiàn) 2 個(gè) 16位定時(shí)器 PWM/ PCA、 A/D轉(zhuǎn)換 [14]。當(dāng)通用 I/O 口復(fù)位進(jìn)行復(fù)位操作以后，芯片將呈現(xiàn)準(zhǔn)雙向口 /弱上拉。 STC12LE5A60S2 系列芯片的工作電壓為 ， 通常使用的是 3V 單片機(jī)。 STC12LE5A60S2 單片機(jī)的指令代碼可以完全兼容傳統(tǒng)的 8051，并且它的速度將比傳統(tǒng)的速度快 8 至 12 倍。 哈爾濱劍橋?qū)W院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如下圖 21 所示： 圖 21 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖 主要元器件的介紹 STC12LE5A60S2 單片機(jī) STC12LE5A60S2 單片機(jī)由宏晶科技公司研發(fā)的，這是一款單時(shí)鐘 /機(jī)器周期的單片機(jī)。最后，在基本功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，附加溫度采集和顯示功能，而且系統(tǒng)可以根據(jù)溫度值來控制風(fēng)扇的風(fēng)速，且能夠?qū)崿F(xiàn)定時(shí)控制。 整體方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)思路 依據(jù)技術(shù)條件和要求，智能紅外遙控電風(fēng)扇系統(tǒng)要完成的功能如下：首先用按鍵或者遙控實(shí)現(xiàn) 16 種檔位的設(shè)置。 因?yàn)榧彝サ臏囟炔灰艽蟮臋z測(cè)范圍，并且對(duì)精度的要求也不高。因此，它的使用電路十分復(fù)雜。 PT100 屬于模擬型的溫度傳感器。它的電路設(shè)計(jì)十分簡(jiǎn)單，并且具有較高的測(cè)量準(zhǔn)確度。常用的溫度傳感器類型有DS18B20 和 PT100。 本論文的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流一般要求比較大，因此，本文選 自后者驅(qū)動(dòng)方式。 H 橋的建立比較簡(jiǎn)單，并且具有較高的性價(jià)比，然而它的驅(qū)動(dòng)電流較小，易出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象 [7]。所以，為了得到更好的語音效果，本文選用 ISD4004 芯片，通過它實(shí)現(xiàn)語音的存儲(chǔ)，而且獲取更好的的聲音效果。 哈爾濱劍橋?qū)W院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 語音模塊的選擇 語言實(shí)現(xiàn) 的方式有許多種方法，在實(shí)際中，最為常用的是蜂鳴器以及語音芯片。 紅外模塊的選擇 紅外通信的實(shí)現(xiàn)能夠通過自身設(shè)置的協(xié)議，通過構(gòu)建電路進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，也能夠應(yīng)用特定的協(xié)議來操作。 TFT 彩屏能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能，圖像分辨率很高，能夠清晰的顯示彩色圖片，具有很好的視覺效果，電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。它的 顯示分辨率 是 128 64 點(diǎn) ，圖片和圖形的顯示是單色形式 [6]。 1602 液晶屬于一種字符型液晶，能夠顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等，能顯示兩行字符，是單色的，其電路建立較為簡(jiǎn)單，程序控制也容易實(shí)現(xiàn)，價(jià)格低廉 [5]。數(shù)碼管顯示方法簡(jiǎn)單，僅可以顯示數(shù)字以及簡(jiǎn)單的字符，線路連接比較復(fù)雜。所以，本系統(tǒng)最終選用STC12LE5A60S2 單片機(jī)，使得 電路的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，性價(jià)比高，并且編程實(shí)現(xiàn)容易。其工作電壓是 [2]。 STC12LE5A60S2 單片機(jī)是低功耗的增強(qiáng)型單片機(jī)。 哈爾濱劍橋?qū)W院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 2 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 方案選擇 MCU 的選擇 51 單片機(jī)有增強(qiáng) 型和基本型。當(dāng)然，考慮到不同環(huán)境下的各種情況，本設(shè)計(jì)增加了自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，風(fēng)扇可以根據(jù)室內(nèi)的溫度變速運(yùn)行，當(dāng)溫度低于一定溫度時(shí)，就自動(dòng)關(guān)閉，高于該溫度值就會(huì)繼續(xù)工作。以往的電風(fēng)扇 仍然以機(jī)械旋鈕或者簡(jiǎn)單紅外遙控方式為主，無較好的人機(jī)界面。具體功能如下：智能風(fēng)扇的檔位控制可通過兩種方式實(shí)現(xiàn)，一是通過功能鍵來實(shí)現(xiàn)檔位的設(shè)置，通過設(shè)置風(fēng)扇座上的三個(gè)鍵，來調(diào)節(jié)不同的風(fēng)速。 課題研究內(nèi)容 本課題設(shè)計(jì)的是一款基于 STC12LE5A60S2 單片機(jī)的智能化紅外遙控電風(fēng)扇。這種智能型的電風(fēng)扇必然會(huì)促進(jìn)智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，智能家居的發(fā)展也必然會(huì)促進(jìn)智能電風(fēng)扇的智能化和自動(dòng)化程度的提高，以及使 用領(lǐng)域的擴(kuò)展。它可以實(shí)現(xiàn)模擬自然風(fēng)、睡眠風(fēng)，并且讓風(fēng)速更加貼近實(shí)際風(fēng)的感覺，更符合使用者的要求，更加具有人性化。本文研究的是一種智能紅外遙控電風(fēng)扇，本系統(tǒng)具有功耗低的特點(diǎn)，所以具有環(huán)保性的理念。綜上所述，正是智能電風(fēng)扇出現(xiàn)的原因。要想提升電風(fēng)扇在現(xiàn)在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，就有必要在電風(fēng)扇的技術(shù)層次上加以提高，使它更穩(wěn)定、安全性更高以及具有較高的性價(jià)比。電風(fēng)扇具有價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)，其性價(jià)比高，并且使用方便，體積小，便于擺放。雖然空調(diào)的出現(xiàn)，對(duì)傳統(tǒng)形式的、機(jī)械形式的電風(fēng)扇造成了很大的沖擊，但是因?yàn)殡婏L(fēng)扇的功耗低，并且產(chǎn)生的風(fēng)更自然，讓人們感覺更舒服。通常意義上的智能家居，都需要做工優(yōu)良和可靠性較高的設(shè)備作為基礎(chǔ)。社會(huì)生產(chǎn)率水平不斷提高，同時(shí)也帶動(dòng)了智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。本系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試過程是在KEIL、 PROTEL、 PROTEUS 等軟件下完成的，整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)符合實(shí)際用戶需求，充分展示了遙控電風(fēng)扇的智能化和自動(dòng)化，并且實(shí)現(xiàn)了智能家電的人性化發(fā)展。在按鍵控制下，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)語音提示