【正文】 V，最大電流為500mA，工作溫度范圍為 0～ 70℃。本系統(tǒng)中單片機(jī) I/O 口輸出的 TTL 信號為 5V，因此此風(fēng)扇電機(jī)可以用 ULN2803 來驅(qū)動。 電路總圖 電路總圖主要包括 系統(tǒng)復(fù)位與晶振電路、獨立按鍵連接電路、數(shù)碼管顯示電路、溫度采集電路 、 風(fēng) 扇電機(jī)驅(qū)動與調(diào)速電路等，如圖 38 所示。 第三章 各單元模塊的硬件設(shè)計 16 圖 38 電路總圖 瓊州學(xué)院本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 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(fēng)扇電機(jī)控制函數(shù)。 DS18B20 初始化函數(shù)完成對 DS18B20 的初始化； DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)完成對環(huán)境溫度的實時采集；溫度讀取函數(shù)完成主機(jī)對溫度傳感器數(shù)據(jù)的讀取及數(shù)據(jù)換算， 按鍵 掃描函數(shù)則根據(jù)需要完成初值的加減設(shè)定；溫度處理函數(shù)對采集到的溫度進(jìn)行分析處理，為電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化提供條件；風(fēng)扇電機(jī)控制函數(shù)則根據(jù)溫度的數(shù)值完成對電機(jī)轉(zhuǎn)速及啟停的控制。主程序流程圖如圖 41 所示。 圖 41 主程序圖 開始 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 按鍵 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 第四章 軟件設(shè)計 18 主要程序代碼 按鍵掃描程序 void keyscan(void) { if(key1==0) { dmsec(5)。 if(key1==0) { sheding++。 if(sheding==100) sheding=20。 } while(!key1)。 } else if(key2==0) { dmsec(5)。 if(key2==0) { sheding。 if(sheding==0) sheding=20。 } while(!key2)。 } } 溫度處理程序 void deal(uint tmp) //溫度處理 瓊州學(xué)院本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 19 { if(tmp=sheding) { gaonum=0。 dinum=4。 } else if((tmpsheding)amp。amp。(tmp=(sheding+5))) { gaonum=1。 dinum=3。 } else if((tmpsheding+5)amp。amp。(tmp=(sheding+10))) { gaonum=2。 dinum=2。 } else if((tmpsheding+10)amp。amp。(tmp=(sheding+15))) { gaonum=3。 dinum=1。 } else { gaonum=4。 dinum=0。 } } 第四章 軟件設(shè)計 20 用 Keil C51 編寫程序 Keil C51 是美國 Keil Software 公司開發(fā)的 51 系列兼容單片機(jī) C 語言的軟件開發(fā)系統(tǒng)，與單片機(jī)匯編語言相比， C 語言不僅語句簡單靈活，而且編寫的函數(shù)模塊可移植性強(qiáng)，因而易學(xué)易用，效率高。隨著單片機(jī)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(jī)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(jī)開發(fā)的軟件。 Keil C51 軟件不僅提供了豐富的庫函數(shù)，而且它強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具為程序編輯調(diào)試帶來便利，在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。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。 Keil C51 的使用界面如圖 32 所示。 圖 42 Keil C51 的使用界面 瓊州學(xué)院本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 21 用 Proteus進(jìn)行仿真 Proteus 簡介 Proteus 軟件是來自英國 Labcenter electionics 公司的 EDA 工具軟件。 Proteus 軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，它不僅和其他 EDA 工具一樣有原理布圖、 PCB 自動或人工布線及電路仿真的功能，而且更重要的功能是，它的電路仿真是互動的，可以根據(jù)仿真實時觀察到現(xiàn)象驗證設(shè)計的正確性及準(zhǔn)確性并及時改變程序代碼、原理圖連接以及元件屬性等。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。 Proteus 有 4 個功能模塊：智能原理圖設(shè)計、完善的電路仿真功能、獨特的單片機(jī)協(xié)同仿真功能以及實用的 PCB 設(shè)計平臺。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(jī)的開發(fā)應(yīng)用等帶來極大的便利。軟件的使用主界面如圖 43 所示。 圖 43 Proteus 使用主界面 第四章 軟件設(shè)計 22 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。在原理圖繪制連接好后再把編譯好的程序加載到 AT89C52 單片機(jī)中。最后再根據(jù)系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能分布進(jìn)行仿真。 把溫度傳 感器 DS18B20 溫度設(shè)置為 攝氏度，用 按鍵 S2 調(diào)節(jié)預(yù)設(shè)的溫度為 23 攝氏度。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(fēng)扇直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 + r/s，如圖 44 所示。 圖 44 仿真效果圖一 瓊州學(xué)院本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 23 把溫度傳感器 DS18B20 溫度設(shè)置為 攝氏度，用 按鍵 S2 調(diào)節(jié)預(yù)設(shè)的溫度為 23 攝氏度。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(fēng)扇直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 + r/s，如圖 45 所示。 圖 45 仿真效果圖二 把溫度傳感器 DS18B20 溫度設(shè)置為 攝氏度，用 按鍵 S2 調(diào)節(jié)預(yù)設(shè)的溫度為 23 攝氏度。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(fēng)扇直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 + r/s，如圖 46 所示。 第四章 軟件設(shè)計 24 圖 46 仿真效果圖三 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 23 攝氏度），用 按鍵 S2 調(diào)節(jié)系統(tǒng)預(yù)設(shè)溫度至 31 攝氏度，此時可知預(yù)設(shè)溫度大于溫度傳感器檢測到 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)?0，符合系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能，如圖 47 所示。 瓊州學(xué)院本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 25 圖 47 仿真效果圖四 通過以上仿真可以看出，直流風(fēng)扇電機(jī)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。當(dāng)環(huán)境溫度低于系統(tǒng)預(yù)設(shè)的溫度時，風(fēng)扇自動停止運(yùn)轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了系統(tǒng)所設(shè)計的功能。當(dāng)然，在此沒有實現(xiàn)風(fēng)扇直流電機(jī)的無極調(diào)速，本系統(tǒng)實現(xiàn)的是電機(jī)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(fēng)扇直流電機(jī) 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。 第五章 系統(tǒng)調(diào)試 26 第五章 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)計編寫的系統(tǒng)程序：程序的按鍵接口采用 P1 口，數(shù)碼管現(xiàn)實采用 P0 控制 LED 的段碼， P2 口控制 LED 的位碼，從而實現(xiàn) 按鍵 功能以及數(shù)碼管的顯示。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(dāng)按鍵按下時，顯示并不變化。 經(jīng)過查找分析，發(fā)現(xiàn) 按鍵 掃描程序沒有按鍵消抖部分，按鍵在按下與松手時，都會有一定 程序的抖動，從而可能 使單片機(jī)做出錯誤的判斷，導(dǎo)致按鍵條件預(yù)設(shè)溫度時失靈，甚至根本不工作。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。 數(shù)碼管不能正確的顯示，主要是因為所有數(shù)碼管的段碼都由 P0 口傳送，而數(shù)碼管顯示又采用了動態(tài)掃描的方式，但在程序中卻沒有設(shè)置顯示段碼的暫存器，導(dǎo)致當(dāng) P0 口傳送段碼時發(fā)生混亂，不能正確識別段碼。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。 在 按鍵 加入了消抖程序，數(shù)碼管顯示程序中加入了段碼的存儲空間后，數(shù)碼管能夠正常的顯示，按鍵也 能正常的工作，達(dá)到了較好的效果。 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(jī)的精度和穩(wěn)定提供了可能。軟件設(shè)計采用了 口為數(shù)字溫度輸入口，但是需要對輸入的數(shù)字信號進(jìn)行處理后才能顯示，從而多了溫度轉(zhuǎn)換程序。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(yù)設(shè)溫度的整數(shù)部分。 在溫度轉(zhuǎn)換程序中，為了能夠正確的檢測到并顯示溫控的小數(shù)位，程序中把檢測到的溫度 與 10 相乘后，再按一個三位的整數(shù)來處理。如果把 變成 197來處理，這樣為程序的編寫帶來了方便。 瓊州學(xué)院本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 27 電動機(jī)調(diào)速電路部分調(diào)試 本設(shè)計中，采用了達(dá)林頓反向驅(qū)動器 ULN2803 驅(qū)動直流電機(jī)，其可驅(qū)動八個直流電機(jī)，本系統(tǒng)僅驅(qū)動一個。軟件設(shè)置了 口輸出不同的 PWM 波形，通過達(dá)林頓反向驅(qū)動器 ULN2803 驅(qū)動直流電機(jī)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(fēng)扇直流電機(jī)。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，電機(jī)不轉(zhuǎn)動或停止轉(zhuǎn)動；當(dāng) 外界溫度高于設(shè)置溫度時，電機(jī)的轉(zhuǎn)速升高或是自動開始轉(zhuǎn)動，且外界溫度與設(shè)置溫度的差值越大，電機(jī)轉(zhuǎn)速就越高，即占空比增加。 本系統(tǒng)中風(fēng)扇直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速可實現(xiàn)四級調(diào)速。通過溫度傳感器檢測到的溫度與系統(tǒng)預(yù)設(shè)的溫度值的比較，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速變換。當(dāng)檢測到的溫度比預(yù)設(shè)的溫度每增加 5 攝氏度，風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)速增加一級。 硬件調(diào)試 按鍵顯示部分的調(diào)試 系統(tǒng)按鍵部分實現(xiàn)了以下功能：按下 口鍵， LED 的后兩位顯示溫宿值增一；按下 口鍵， LED 的后兩位顯示溫度值減一。調(diào)試過程中出現(xiàn)了當(dāng)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(jìn)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。 系統(tǒng)顯示部分實現(xiàn)了以下功能： LED 顯示的前三位實現(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)整顯示所需的設(shè)計溫度。且 LED 的顯示效果很好，很穩(wěn)定。 傳感器 DS18B20 溫度采集部分調(diào)試 將 DS18B20 芯片接在系統(tǒng)板對應(yīng)的 口，通過插針在對應(yīng)系統(tǒng)板的右下側(cè)三口即為對應(yīng)的 VCC、 和 GND，可將芯片直接插在該插件上，因此極為方便。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。由于 DS18B20 為 3 個引腳，因此在調(diào)試過程中因注意各個引腳的對應(yīng)位置，以免其接反而使芯片不能正常工作甚至燒毀芯片。 電動機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)動。系統(tǒng)軟件設(shè)置在 口輸出是電機(jī)轉(zhuǎn)動的PWM 占 空比，當(dāng)環(huán)境溫度高于設(shè)置溫度時，電機(jī)開始轉(zhuǎn)動，若此時用高于環(huán)境溫度的熱源靠近芯片 DS18B20 時，發(fā)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速在升高，并越來越快，當(dāng)達(dá)到一定值時，發(fā)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不再升高；將熱源遠(yuǎn)離芯片 DS18B20 時，發(fā)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速開始下降，轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時，若將環(huán)境溫度升高到環(huán)境溫度以上，發(fā)現(xiàn)電機(jī)又停止了轉(zhuǎn)動。系統(tǒng)采用的直流電機(jī)為 12V 的額定電壓，而驅(qū)動電路在采用單片機(jī)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(jī)來調(diào)試，且得到了可觀的控制效果。 系統(tǒng)功能 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能 本系 統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)檢測環(huán)境溫度的變化，然后根據(jù)環(huán)境溫度變化來控制風(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)動速度，也可根據(jù) 按鍵調(diào)節(jié)不同設(shè)置溫度，再由環(huán)境溫度與設(shè)置溫度的差值來控制電機(jī)。當(dāng) 環(huán)境溫度低于設(shè)置溫度時，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動；當(dāng)環(huán)境溫度高于設(shè)置溫度時，單片機(jī)對