【正文】 扇的電機(jī)。溫控電風(fēng)扇可以根據(jù)環(huán)境溫度自動調(diào)節(jié)電風(fēng)扇啟停與轉(zhuǎn)速，在實際生活的使用中，溫控風(fēng)扇不僅可節(jié)省寶貴的電資源，也大大方便了人們的生活和生產(chǎn)。 I 基于 51 單片機(jī)的溫控風(fēng)扇設(shè)計 摘 要 在炎熱的夏天人們用電風(fēng)扇來降溫；在工業(yè)生產(chǎn)中，大型機(jī)械用電風(fēng)扇來散熱等。隨著溫度控制的技術(shù)不斷發(fā)展，應(yīng)運(yùn)而生的溫控電風(fēng)扇也逐漸走進(jìn)了人們的生活中。 本 設(shè)計為一種溫控風(fēng)扇系統(tǒng)，具有靈敏的溫度感測和顯示功能，系統(tǒng)采用STC89C51 單片機(jī)作為控制平臺對風(fēng)扇轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。根據(jù)采集的實時溫度，實現(xiàn)了風(fēng)扇的自起自停。 關(guān)鍵詞： 溫控風(fēng)扇 ， 單片機(jī) ， DS18B20，自動控制 II Temperature control fan design based on 51 single chip microputer ABSTRACT In the hot summer, people use cooling fan。s lives. Temperature controlled electric fan can be adjusted automatically stop and start the fan speed according to the environment temperature, the use of real life, temperature controlled fan not only can save power resources valuable, but also greatly facilitate the people39。而隨著溫度控制技術(shù)的發(fā)展，為了降低風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)時的噪音以及節(jié)省能源等，溫控風(fēng)扇越來越受到重視并被廣泛的應(yīng)用。它使風(fēng)扇根據(jù)環(huán)境溫度的變化實現(xiàn)自動啟停，使風(fēng)扇轉(zhuǎn)速隨著環(huán)境溫度的變化而變化，實現(xiàn)了風(fēng)扇的智能控制。 本文設(shè)計了基于單片機(jī)的溫控風(fēng)扇系統(tǒng)，用單片機(jī)為控制器，利用溫度傳感器 DS18B20 作為溫度采集元件，并根據(jù)采集到的溫度，通過兩個三極管驅(qū)動風(fēng)扇電機(jī)。系統(tǒng)的預(yù)設(shè)溫度的設(shè)置是通過三個獨(dú)立按鍵來實現(xiàn)的，一個是設(shè)置按鍵，一個是增大預(yù)設(shè)溫度，一個是減小預(yù)設(shè)溫度。比如，現(xiàn)在雖然不少城市家庭用上了空調(diào)，但在占中國大部分人口的農(nóng)村地區(qū)依舊使用電風(fēng)扇作為降溫防暑設(shè)備，春夏（夏秋）交替時節(jié)，白天溫度依舊很高，電風(fēng)扇應(yīng)高轉(zhuǎn)速、大風(fēng)量，使人感到清涼；到了晚 上，氣溫降低，當(dāng)人入睡后，應(yīng)該逐步減小轉(zhuǎn)速，以免使人感冒。又比如在較大功率的電子產(chǎn)品散熱方面，現(xiàn)在絕大多數(shù)都采用了風(fēng)冷系統(tǒng)，利用風(fēng)扇引起空氣流動，帶走熱量，使電子產(chǎn)品不至于發(fā)熱燒壞。如果要低噪音， 則要減小風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，又會引起電子設(shè) 備溫度上升，不能兩全其美。本系統(tǒng)采用高精度集成溫度傳感器，用單片機(jī)控制，能顯示實時溫度，并根據(jù)使用者設(shè)定的溫度自動在相應(yīng)溫度時作出小風(fēng)、大風(fēng)、停機(jī)動作，精確度高，動作準(zhǔn)確。具有對溫度進(jìn)行實時監(jiān)控的功能，以保證工業(yè)儀器，測量工具，農(nóng)業(yè)種植的正常運(yùn)作，它的最大特點(diǎn)是能實時監(jiān)控周圍溫度的 3 高低，并能同時控制電機(jī)運(yùn)作來改變溫度。 溫控風(fēng)扇是用 單片機(jī)系統(tǒng)來完成的一個小型的控制系統(tǒng)。其發(fā)展趨勢可以根據(jù)其性質(zhì)進(jìn)行 相應(yīng)的改進(jìn)可以運(yùn)用與不同場合的溫度監(jiān)測控制，并帶來大量的經(jīng)濟(jì) 效益。具體方案如果 21 I N 026m sb 2 1212 220I N 1272 3192 418I N 2282 582 615I N 312 714l sb 2 817I N 42E O C7I N 53A D D A25I N 64A D D B24A D D C23I N 75A L E22r e f( )16E N A B L E9S T A R T6r e f( + )12C L O C K10U2 A D C 0 8 0 9R 1 010kV C CV C CSTE O CR8熱敏OEP 1 0P 1 1P 1 2P 1 3P 1 4P 1 5P 1 6P 1 7A L EST 圖 21 熱敏溫度采集電路 方案二：采用熱電偶作為感測溫度的核心元件，配合橋式電路，運(yùn)算放大電路和 AD 轉(zhuǎn)換電路，將溫度變化信號送入單片機(jī)處理。 方案三：采用數(shù)字式集成溫度傳感器 DS18B20 作為感測溫度的核心元件，直接輸出數(shù)字溫度信號供單片機(jī)處理。 在信號采集、放大、轉(zhuǎn)換過程中還會產(chǎn)生失真和誤差，并且由于熱敏電阻的 RT 關(guān)系的非線性，其本身電阻對溫度的變化存在較大誤差，雖然可以通過一定電路予以糾正，但不僅將使電路復(fù)雜穩(wěn)定性降低，而且在人體所處溫度環(huán)境溫度變化中難以檢測到小的溫度變化。 對于方案二，采用熱電偶和橋式測量電路相對于熱敏電阻其對溫度的敏感性和器件的非線性誤差都有較大提高，其測 溫范圍也非常寬，從 50攝氏度到 1600 攝氏度均可測量。 對于方案三，由于數(shù)字式集成溫度傳感器 DS18B20 的高度集成化，大大降低了外接放大轉(zhuǎn)換等電路的誤差因素，溫度誤差很小，并且由于其感測溫度的原理與上述兩種方案的原理有著本質(zhì)的不同，使得其溫度分辨力極高。關(guān)于 DS18B20 的詳細(xì)參數(shù) 參看下面“硬件設(shè)計”中的器件介紹。凌陽系列單片機(jī)提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實時系統(tǒng)的控制核心。以軟件編程的方法進(jìn)行溫度判斷，并在端口輸出控制信號。 對于方案二，以單片機(jī)作為控 制器，通過編寫程序不但能將傳感器感測到的溫度通過顯示電路顯示出來，而且用戶能通過鍵盤接口，自由設(shè)置上下限動作溫度值，滿足全方位的需求。故本系統(tǒng)采用方案二。 采用 LED 數(shù)碼管這種方案。 方案二：采用液晶顯示屏 LCD 顯示 溫度 。 對于方案一，該方案成本低廉，顯示溫度明確醒目，在夜間也能看見，功耗極低，顯示驅(qū)動程序的編寫也相對簡單，這種顯示方式得到廣泛應(yīng)用。 對于方案二，液晶體顯示屏具有顯示字符優(yōu)美，不但能顯示數(shù)字還能顯示字符甚至圖形的 優(yōu)點(diǎn)，這是 LED 數(shù)碼管無法比擬的。 7 調(diào)速方式 方案一：采用變壓器調(diào)節(jié)方式，運(yùn)用電磁感應(yīng)原理將 220V 電壓通過線圈降壓到不同的電壓，控制風(fēng)扇電機(jī)接到不同電壓值的線圈上可控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制風(fēng)扇風(fēng)力大小。 對于方案一，由于采用變壓器改變電壓調(diào)節(jié)，有風(fēng)速級別限制，不能適應(yīng)人性化要求。 對于方案二， PWM 的一個優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控 系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式的，無需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯 1 改變?yōu)檫壿?0 或?qū)⑦壿?0 改變?yōu)檫壿?1 時，也才能對數(shù)字信號產(chǎn)生影響。從模擬信號轉(zhuǎn)向 PWM 可以極大地延長通信距離。 8 第 3 章 系統(tǒng)硬件組成 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)由集成溫度傳感器、單片機(jī)、 LED 數(shù)碼管、三極管驅(qū)動電路及一些其他外圍器件組成。系統(tǒng)的框圖結(jié)構(gòu)如下： 圖 31 系統(tǒng)框圖 主控芯片介紹 STC89C51 簡介 STC89C51 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4k 字節(jié) Flash， 256 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，三個 16 位 定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口?？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。最高運(yùn)作頻率 35Mhz， 6T/12T 可選。片內(nèi)含有 Flash 程序存儲器、 SRAM、 UART、 SPI、 PWM 等模塊。 （ 2）工作頻率范圍： 0~40MHZ，相當(dāng)于普通 8051 的 0~80MHZ。 （ 4）內(nèi)部存儲器（ RAM)： 512B。 STC89C51 單片機(jī)引腳說明 VCC：供電電壓。 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P1 口： P1 口是一個內(nèi) 部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外 部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， P2 口輸出地址的高八位。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。當(dāng) P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 11 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。讀端口時實際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線，經(jīng)過某種運(yùn)算或變換后再寫回到端口鎖存器。上面圖中的兩個三角形表示的就是輸入緩沖器 CPU 將根據(jù)不同的指令分別發(fā)出讀端口或讀引腳信號以完成不同的操作。若先執(zhí)行置 1 操作，則可以使場效應(yīng)管截止引腳信號直接加到三態(tài)緩沖器中實現(xiàn)正確的讀入，由于在 輸入操作時還必須附加一個準(zhǔn)備動作，所以這類I/O口被稱為準(zhǔn)雙向口。 RST：復(fù)位輸入。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在平時，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起 12 作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。在FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。電源、時鐘等電路是使單片機(jī)能運(yùn)行的必備條件，可以將最小系統(tǒng)作為應(yīng)用系統(tǒng)的核心部分，通過對其進(jìn)行存儲器擴(kuò)展、 A/D 擴(kuò)展等，使單片機(jī)完成較復(fù)雜的功能。用 STC89C52 單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時，只要將單片機(jī)接上時鐘電路和復(fù)位電路即可，結(jié)構(gòu)如圖 23 所示，由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。內(nèi)部時鐘方式如圖 24 所示。圖中電容 C1 和 C2 的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在 5~30pF，典型值為 30pF。 12晶振 11 2 MC23 0 PC33 0 P 圖 34 STC89C51 內(nèi)部時鐘電路 2. 復(fù)位電路 當(dāng)在 STC89C51 單片機(jī)的 RST 引腳引入高電平并保持 2 個機(jī)器周期時，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作 (若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài) )。 最簡單的上電自動復(fù)位電路中上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充放電來實現(xiàn)的。 除了上電復(fù)位外，有時還需要按鍵手動復(fù)位。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。按鍵手動復(fù)位電路見圖 25。 C110U FV C CR110k 14 圖 35 STC89C51 復(fù)位電路 STC89C51 中斷技術(shù)概述 中斷技術(shù)主要用于實時監(jiān) 測與控制，要求單片機(jī)能及時地響應(yīng)中斷請求源提出的服務(wù)請求，并作出快速響應(yīng)、及時處理。當(dāng)中斷請求源發(fā)出中斷請求時，如果中斷請求被允許，單片機(jī)暫時中止當(dāng)前正在執(zhí)行的主程序，轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)處理程序處理中斷服務(wù)請求。 圖 36 為整個中斷響應(yīng)和處理過程。采 用中斷技術(shù)完全消除了單片機(jī)在查詢方式中的等待現(xiàn)象，大大地提高了單片機(jī)的工作效率和實時性。單總線 (1Wire)是 DALLAS 公司的一項專有技術(shù) ,它采用單根信號線 ,既傳輸時鐘又傳輸數(shù)據(jù) ,而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的 ,具有節(jié)省 I/O口線資源、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)?！?； （ 5） 通過編程可實現(xiàn) 9~12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃ ， ℃ ， ℃ ， ℃ ，實現(xiàn)高精度測溫 ； （ 6） 負(fù)壓特性。 封裝圖及內(nèi)部構(gòu)造，如下圖 37 和 38 所示 圖 37 DS18B20 外部結(jié)構(gòu)框圖 DDVC PPDQ結(jié)構(gòu)寄存器發(fā)生器8 位C RC下限寄存器TL上限寄存器TH溫度傳感器及單供電方式檢測接口總線內(nèi)部