【正文】 的輻射式互連結(jié)構(gòu)。 智能溫控風(fēng)扇及照明控制系統(tǒng)的研制意義近年來隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們對(duì)用電設(shè)備的要求也越來越高，傳統(tǒng)的手動(dòng)風(fēng)扇及照明控制系統(tǒng)技術(shù)受到了時(shí)代的強(qiáng)烈沖擊， “智能溫控風(fēng)扇及照明”技術(shù)隨之出現(xiàn)，并迅速地向前發(fā)展。此外，不需要照明時(shí)，是否關(guān)燈完全決定于人為因素，難免浪費(fèi)電力增大能耗，照明范圍越大，問題尤其嚴(yán)重。但它過多依賴控制者的個(gè)人能力，控制相對(duì)分散和無法有效管理，其實(shí)時(shí)性和自動(dòng)化程度太低。目前，絕大多數(shù)樓宇風(fēng)扇和電燈在使用時(shí)都是由人員手動(dòng)操作，當(dāng)天氣悶熱時(shí)由樓宇內(nèi)的人員手動(dòng)開啟風(fēng)扇和選調(diào)風(fēng)速，當(dāng)燈光不足或在上樓梯時(shí)手動(dòng)開啟電燈，常常會(huì)由于人員的疏忽在人離開之后忘記關(guān)閉設(shè)備而導(dǎo)致用電的浪費(fèi)。2 基于熱釋人體紅外的智能溫控風(fēng)扇及照明控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)圖 21 所示是基于熱釋人體紅外的智能溫控風(fēng)扇及照明控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖。系統(tǒng)上電便進(jìn)入默認(rèn)的正常工作模式，1602 液晶顯示器實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前系統(tǒng)的工作模式以及室內(nèi)的溫度。在正常模式下，若有人出現(xiàn)，系統(tǒng)則會(huì)一直檢測(cè)室內(nèi)的光線強(qiáng)度以及溫度，并通過與設(shè)定值相比較來進(jìn)行智能控制：如果光線較暗，則開啟兩盞 LED 燈；如果光線一般，則開啟一盞 LED 燈；若光線較強(qiáng)，則選擇不開燈；而如果溫度低于設(shè)定值，則不開風(fēng)扇；若溫度高于設(shè)定值則開啟風(fēng)扇；若溫度過高（本系統(tǒng)設(shè)置為 40 度），則會(huì)發(fā)出報(bào)警的聲音。此外可通過按鍵來切換當(dāng)前的工作模式，如果啟動(dòng)了防盜報(bào)警模式，當(dāng)檢測(cè)到其區(qū)域內(nèi)有人或者溫度高于某一設(shè)定值時(shí)，就會(huì)發(fā)出連續(xù)的報(bào)警信號(hào)，直到按鍵按下才停止報(bào)警。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。另外 STC89X52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟 件 可選擇節(jié)電模式。掉電保護(hù)方式下，RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作。最高運(yùn)作頻率 35Mhz，6T/12T 可選。在實(shí)際中可以使用幾節(jié) 的干電池供電。復(fù)位電路的原理是單片機(jī) RST 引腳接收到 2us 以上的電平信號(hào)，只要保證電容的充放電時(shí)間大于 2us，即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，所以電路中的電容值是可以改變的。 圖 22 單片機(jī)最小系統(tǒng) 人體感應(yīng)模塊人體紅外感應(yīng)模塊電路主要由人體被動(dòng)紅外探頭、菲涅爾透鏡、專用芯片BISS0001 組成，當(dāng)有人出現(xiàn)在它的探測(cè)區(qū)，傳感器便能探測(cè)到信號(hào)并把信號(hào)傳給單片機(jī)，單片機(jī)通過檢測(cè)輸出信號(hào)再根據(jù)實(shí)際情況是否該開啟器件設(shè)備或讓房間的電器設(shè)備處于一種可開啟狀態(tài)。熱釋人體紅外模塊電路如圖 23 所示。BISS0001 是由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?。由于熱釋電紅外傳感器輸出的探測(cè)信號(hào)電壓十分微弱(通常僅有 1 mV 左右)，而且是一個(gè)變化的信號(hào)，同時(shí)菲涅爾透鏡的作用又使輸出信號(hào)電壓呈脈沖形式(脈沖電壓的頻率由被測(cè)物體的移動(dòng)速度決定，通常為 Hz～10 Hz 左右)，所以應(yīng)對(duì)熱釋紅外傳感器輸出的電壓信號(hào)通過運(yùn)算放大器 OP1 和 OP2 進(jìn)行二級(jí)放大。輸出信號(hào) Vo 接單片機(jī)以便檢測(cè)，當(dāng)有人時(shí)便輸出 5 V 高電平，當(dāng)人離開之后延時(shí)一段時(shí)間后便復(fù)位為 O V 以便主控制電路的控制。重復(fù)觸發(fā)其工作過程：可重復(fù)觸發(fā)工作方式下在 Vc=“1”、A=“1”時(shí)，Vs 可重復(fù)觸發(fā) Vo 為有效狀態(tài)，并可促使Vo 在 Tx 周期內(nèi)一直保持有效狀態(tài)。若 Vs 保持為“1”狀態(tài)，則 Vo 一直保持有效狀態(tài)。本次設(shè)計(jì)中，熱釋人體紅外模塊是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能控制的前提，所有功能的實(shí)現(xiàn)比如風(fēng)扇控制、燈管照明控制以及防盜等，都要以檢測(cè)是否有人為前提，如果檢測(cè)失準(zhǔn)，將會(huì)造成控制紊亂，從而一方面浪費(fèi)了電能，另一方面還給人們的生活和工作帶來諸多不便。SRHC500 有三個(gè)端口，如圖 24 所示：一個(gè)接電源、一個(gè)接地、一個(gè)信號(hào)端口，它具有如下幾種功能特點(diǎn)： 圖 24 人體感應(yīng)模塊原理圖（1）全自動(dòng)感應(yīng)：當(dāng)有人進(jìn)入起感應(yīng)范圍則輸出高電平，人離開感應(yīng)范圍則自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉高電平，輸出低電平。光敏控制為可選功能,出廠時(shí)未安裝光敏電阻。（3）兩種觸發(fā)方式：L 不可重復(fù)，H 可重復(fù)。：即感應(yīng)輸出高電平后，延時(shí)時(shí)間一結(jié)束，輸出將自動(dòng)從高電平變?yōu)榈碗娖?。?）具有感應(yīng)封鎖時(shí)間(默認(rèn)設(shè)置： 秒)：感應(yīng)模塊在每一次感應(yīng)輸出后(高電平變?yōu)榈碗娖?，可以緊跟著設(shè)置一個(gè)封鎖時(shí)間，在此時(shí)間段內(nèi)感應(yīng)器不接收任何感應(yīng)信號(hào)。（5）工作電壓范圍寬：默認(rèn)工作電壓 DC5V 至 20V。（7）輸出高電平信號(hào)：可方便與各類電路實(shí)現(xiàn)對(duì)接。通過改變滑動(dòng)變阻器的阻值向系統(tǒng)設(shè)定相應(yīng)光強(qiáng)所對(duì)應(yīng)的參考電壓值，并與由光敏電阻所反映的實(shí)際電壓進(jìn)行比較，經(jīng)由 LM393 芯片得到輸出電壓，然后通過輸出電平的高低來控制照明系統(tǒng)。 光敏電阻的特性利用具有光電導(dǎo)效應(yīng)的半導(dǎo)體材料制成的光敏傳感器稱為光敏電阻。利用光敏電阻制成的光控開關(guān)在我們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見。?當(dāng)兩端加上電壓 U 后，光電流為： （式 22）phAId????式中 A 為與電流垂直的表面，d 為電極間的間距。??光敏電阻的伏安特性如圖 26 所示，不同的光照度可以得到不同的伏安特性，表明電阻值隨光照度發(fā)生變化。當(dāng)然，與一般電阻一樣光敏電阻的工作電壓和電流都不能超過規(guī)定的最高額定值。不同的光敏電阻的光照特性是不同的，但是在大多數(shù)的情況下，曲線的形狀都與圖 27 的結(jié)果類似。所以在自動(dòng)控制中光敏電阻常用作開關(guān)量的光電傳感器。發(fā)光二極管的反向擊穿電壓約 5 伏。限流電阻 R 可用下式計(jì)算：R＝（E－U f）／I f （式 23）式中 E 為電源電壓，U f 為 LED 的正向壓降，I f 為 LED 的一般工作電流。與小白熾燈泡和氖燈相比，發(fā)光二極管的特點(diǎn)是：工作電壓很低（有的僅一點(diǎn)幾伏） ；工作電流很小（有的僅零點(diǎn)幾毫安即可發(fā)光） ；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長；通過調(diào)制通過的電流強(qiáng)弱可以方便地調(diào)制發(fā)光的強(qiáng)弱。 溫度傳感及顯示模塊本模塊采用溫度傳感器 DS18B20 來檢測(cè)室內(nèi)的溫度，并將實(shí)時(shí)采集的溫度傳輸至單片機(jī)的一個(gè) I/O 口，同時(shí)使用 LCD1602 來實(shí)時(shí)顯示室內(nèi)的溫度值。DS18B20 的主要特性：（1）獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 DS18B20 的一般操作過程（1）初始化；（2）跳過 ROM（命令：CCH ） ；（3）溫度變換（命令：44H） ；（4）讀暫存存儲(chǔ)器（命令：BEH） ；注：每次讀取溫度都要經(jīng)過上面四個(gè)過程。 風(fēng)扇控制模塊將由 DS18B20 芯片采集到的實(shí)時(shí)溫度與軟件設(shè)置的溫度參數(shù)值做對(duì)比，用 口控制三極管 9012 的導(dǎo)通和截止，通過 PWM 調(diào)速方式使風(fēng)扇在某一溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)低速、中速或者快速轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)溫控風(fēng)扇的智能控制。 防盜報(bào)警模塊蜂鳴器工作原理簡介：當(dāng)控制端口通以不同頻率及不同占空比的信號(hào)時(shí)蜂鳴器將發(fā)出不同強(qiáng)度及不同頻率的聲音。 圖 28 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路本模塊用一個(gè) 9012PNP 三極管作為蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)，蜂鳴器的負(fù)極接到地，當(dāng)基極 b 為低電平時(shí)三極管導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出聲音。 連接一個(gè)按鍵開關(guān)來切換正常模式和防盜模式。3 基于熱釋人體紅外的智能溫控風(fēng)扇及照明控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 光度采集模塊與照明控制模塊的軟件設(shè)計(jì)本模塊的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于硬件部分的設(shè)計(jì)，軟件部分相對(duì)而言較為簡單，只要將 LM393 的兩個(gè)輸出 out1 和 out2 分情況討論即可（見表 31） 。如果out1out2 分別為高電平和低電平，單片機(jī)的 和 就都輸出高電平，從而實(shí)現(xiàn)不開燈的操作；如果 out1out2 都是低電平，那么單片機(jī)的 就輸出低電平， 輸出高電平，從而實(shí)現(xiàn)開一盞燈的操作；如果檢測(cè)到 out1out2 分別是低電平和高電平，那么 和 就都輸出低電平，這就實(shí)現(xiàn)了開兩盞燈的操作。該模塊的軟件流程圖如圖 32所示，圖中的 body 定義為與單片機(jī)相接的 口。 輸出低電平（ b o d y = = 0 ）是否有人開始輸出高電平（ b o d y = = 1 ）是否圖 32 人體感應(yīng)模塊的軟件流程圖 溫度控制風(fēng)扇模塊的軟件設(shè)計(jì)由于采用了 DSl8B20 單總線的通訊協(xié)議方式，所以軟件模塊在遵循芯片的通訊時(shí)序圖的同時(shí)通過操作單片機(jī) I/O 口的高低電平來進(jìn)行相關(guān)的操作，具體參考 頭文件的軟件設(shè)計(jì)。風(fēng)扇的風(fēng)速通過調(diào)制不同的 PWM 來控制，通過拉高拉低 IO 口電平來控制三極管的導(dǎo)通與截止控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。如果溫度低于 27 度，則將風(fēng)扇控制端口 置為高電平，使風(fēng)扇處于靜止?fàn)顟B(tài)；如果溫度高于 27 度但低于 28 度，系統(tǒng)則運(yùn)行慢速函數(shù)；如果溫度高于 28度但低于 30 度，系統(tǒng)則運(yùn)行中速函數(shù)；如果溫度高于 30 度但低于 40 度，系統(tǒng)則運(yùn)行快速函數(shù)；如果溫度高于了 40 度蜂鳴器則發(fā)出報(bào)警的聲音。溫度 2 8 176。否是風(fēng)扇慢速風(fēng)扇中速溫度 4 0 176。系統(tǒng)初始化之后首先應(yīng)該判斷當(dāng)前的工作模式，然后再根據(jù)工作模式來進(jìn)行相應(yīng)的操作。在正常模式下如果有人，那么系統(tǒng)則既要不斷采集溫度又要不斷地檢測(cè)室內(nèi)的光線強(qiáng)度，然后根據(jù)二者來對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制；而如果正常模式下室內(nèi)沒有人，那么就不要打開任何用電設(shè)備以避免不必要的浪費(fèi)。在聽到報(bào)警聲之后，安保人員可按鍵確認(rèn)相關(guān)信息并取消報(bào)警聲，然后通過復(fù)位鍵將系統(tǒng)復(fù)位，這時(shí)系統(tǒng)重新處于有效的工作狀態(tài)。開始系統(tǒng)初始化是否啟動(dòng)防盜模式溫度采集溫度是否過高是否有人關(guān)閉風(fēng)扇燈管溫度采集光度采集風(fēng)扇 、 燈管開在合適檔位是否有人是否否是是否否溫度是否過高報(bào)警是1 6 0 2 顯示當(dāng)前模式 、 溫度1 6 0 2 顯示當(dāng)前模式 、 溫度是是否圖 34 系統(tǒng)軟件流程總圖4 基于熱釋人體紅外的智能溫控風(fēng)扇及照明控制系統(tǒng)的軟硬件聯(lián)機(jī)調(diào)試硬件電路由萬能板搭建焊接而成，之后分模塊一一進(jìn)行調(diào)試。其次調(diào)試的是人體感應(yīng)模塊，當(dāng)接入+5V 電源后，該模塊能正常地被觸發(fā)，即當(dāng)有人出現(xiàn)時(shí)能輸出高電平，而將整個(gè)模塊用紙包裹起來時(shí)則輸出低電平。然而在調(diào)試的過程中，理論上當(dāng)LM393 的同相端電壓低于反相端電壓時(shí)輸出低電平，而同相端高于反相端電壓時(shí)則會(huì)輸出高電平，可是多次調(diào)試卻發(fā)現(xiàn)本應(yīng)輸出高電平的情況輸出的卻是0V，隨后在查了 LM393 的芯片資料之后才知道它（集電極開路輸出）只有接上拉電阻才能輸出高電平，果然，在接了 10K 的上拉電阻之后輸出了高電平。由于想通過按鍵來切換當(dāng)前工作模式，所以必須編寫按鍵掃描程序。一開始是按鍵要按多次系統(tǒng)顯示部分才有反應(yīng)，即由正常模式切換至防盜模式或者由防盜模式切換至正常模式，于是考慮這是按鍵失靈的問題，然后換了一個(gè)新的按鍵并再次調(diào)試，這才使得模式切換操作正常，可是 1602 的顯示模式這一項(xiàng)卻又出現(xiàn)了問題，當(dāng)由 Normal mode 切換為 Antitheft mode 時(shí)能正確顯示，可是再由 Antitheft mode 切換到 Normal mode 時(shí)卻錯(cuò)誤地顯示了 Normal modemode,于是便考慮到這是之前的顯示未被清屏的緣故，然后就在顯示工作模式及當(dāng)前溫度的程序之前添加了給 1602 清屏的指令。最后就是風(fēng)扇控制模塊的軟件調(diào)試部分，本來是想著利用 PWM 調(diào)速的方式來調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，因而事先定義了三個(gè)不同轉(zhuǎn)速的函數(shù)，溫度在 2728176。執(zhí)行中速函數(shù)，溫度在 3040176。仔細(xì)檢查程序發(fā)現(xiàn)這是因?yàn)樵谙到y(tǒng)掃描溫度采集、轉(zhuǎn)換和顯示的時(shí)間里控制風(fēng)扇導(dǎo)通的 I/O 口一直都是低電平（風(fēng)扇是低電平有效） ，所以風(fēng)扇的速度一直都是最大的。經(jīng)過很多次的調(diào)試、檢查、修改和再調(diào)試的過程，基于熱釋人體紅外的智能溫控風(fēng)扇及照明控制系統(tǒng)預(yù)期所要求實(shí)現(xiàn)的功能基本上都能夠正常地實(shí)現(xiàn)。對(duì)我個(gè)人而言，畢業(yè)設(shè)計(jì)是我大學(xué)四年學(xué)習(xí)的總結(jié)與檢驗(yàn)，是大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用的體現(xiàn)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用單片機(jī) STC89C52 為控制器，用熱釋人體紅外來感知室內(nèi)是否有人出現(xiàn)，用溫度傳感器 DS18B20 來檢測(cè)室內(nèi)溫度，用光敏電阻來檢測(cè)室內(nèi)光線的強(qiáng)弱，用 LCD1602 來實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的工作模式以及當(dāng)前室內(nèi)的溫度值。該系統(tǒng)可以根據(jù)室內(nèi)的溫度來實(shí)時(shí)自動(dòng)控制風(fēng)扇的開關(guān)及風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速檔位，并且根據(jù)室內(nèi)的光線強(qiáng)弱和是否有人來控制燈管的亮滅。調(diào)試結(jié)果表明系統(tǒng)能夠達(dá)到預(yù)定目標(biāo)，即能夠達(dá)到智能控制、節(jié)約能源以及安全防護(hù)的目的，其非常適用于學(xué)校教室、圖書館、樓道照明燈等場所。本論文從選題到完成，幾易其稿，每一步都是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的，傾注了導(dǎo)師大量的心血，在此我向我的導(dǎo)師王明芳老師表示深切的謝意與祝福！同時(shí)我還得感謝做畢業(yè)設(shè)計(jì)以來一直幫助我的同學(xué)和朋友，因?yàn)橹叭硇臏?zhǔn)備考研，在專業(yè)技能的訓(xùn)練和提升上我都有比較大的欠缺，因而這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我來說就是重新學(xué)習(xí)和應(yīng)用單片機(jī)的知識(shí)，使用單片機(jī)來做些簡單的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。再次感謝王明芳老師在理論知識(shí)、工作任務(wù)、工作方向和進(jìn)度安排等方面的指導(dǎo)和幫助，感謝身邊的朋友和同學(xué)能和我一起分析討論并解決畢業(yè)設(shè)計(jì)過