基于单片机智能化遥控风扇的设计和制作毕业设计论文正文.doc

目录摘要摘要 IAbstractAbstractII前言前言 1第一章第一章 设计目的和意义设计目的和意义 21.1 研究本课题的目的.21.2 研究本课题的意义及发展.2第二章第二章 总体设计方案总体设计方案 42.1 设计要求.42.2 设计方案.42.2.1 总体设计方案 .42.3 模块的功能 52.3.1 无线红外模块 .52.3.2 人体感应模块 .52.3.3 DS1302 时钟模块 .52.3.4 EEPROM 存储电路 .5第三章第三章 总体设计电路总体设计电路 63.1 最小系统 63.1.1 简介 63.1.2 STC12C5A60S2 系列单片机的 A/D 转换器的结构 63.1.3 单片机最小系统设计 63.3 传感器 93.3.1 温度传感器 93.3.2 红外传感器 113.3.3 DS1302 时钟 .123.4 LCD 液晶显示电路 .133.5 风扇驱动.15第四章第四章 系统软件设计系统软件设计 174.1 软件介绍.174.2 主程序流程图.174.3 DS18B20 子程序流程图 .174.4 转速调节子程序流程图 .18第五章第五章 系统调试系统调试 205.1 传感器 DS18B20 温度采集部分调试.205.2 风扇调速电路部分调试 .215.3 人体感应模块的测试.21参考文献参考文献 23附录附录 24附录 124附录 229致谢致谢 34总结与体会总结与体会 35基于单片机智能遥控风扇的设计与制作摘要当今社会已经完全进入了电子信息化,温度控制器在各行各业中已经得到了充分的利用。具有对温度进行实时监控的功能,以保证工业仪器,测量工具,农业种植的正常运作,它的最大特点是能实时监控周围温度的高低,并能同时控制电机运作来改变温度。它的广泛应用和普及给人们的日常生活带来了方便。在炎热的夏天人们用电风扇来降温；在工业生产中,大型机械用电风扇来散热等。随着温度控制的技术不断发展,应运而生的温控电风扇也逐渐走进了人们的生活中。温控电风扇可以根据环境温度自动调节电风扇启停与转速,在实际生活的使用中,温控风扇不仅可节省宝贵的电资源,也大大方便了人们的生活和生产。本设计为一种温控风扇系统,具有灵敏的温度感测和显示功能,系统采用STC12C5A60S2 单片机作为控制平台对风扇转速进行控制。利用 DS18B20 数字温度传感器采集实时温度,经单片机的 PWM 控制光耦,光耦将单片机的信号和风扇的控制隔离,这样实现了风扇高电压的控制,光耦控制三极管的放大倍数,实现了风扇的控制。关键词关键词：温控风扇,单片机,DS18B20,自动控制Based on the design and manufacture of intelligent remote control fanAbstractIn todays society has entered the electronic information completely, the temperature controller in all walks of life have been fully utilized. Has the function of real-time monitoring of temperature to ensure the industrial instruments, measuring tools, agricultural planting of normal operation, it is the biggest characteristic of real-time monitor the surrounding temperature, and can control the motor operation to change the temperature at the same time. It is widely used and popularize brought convenience to Peoples Daily lives. In the hot summer, people use cooling fan; in the industrial production, is used toheat the electric fan large machinery. With the continuous development of thetechnology of temperature control, temperature controlled electric fan emerge as the times require gradually into peoples 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 peoples life and production.This design is a temperature controlled fan system, with the sensitive temperature sensing function of measurement and display, the system uses STC12C5A60S2 microcontroller as the control platform to control fan speed. The real-time collection of temperature using DS18B20 digital temperature sensor,control optical coupler by SCM PWM, optocoupler isolation controlhighvoltage,optocouplercontroltriodeamplification,control high voltage, optocoupler controltriode amplification,realizes the fan control.Keywords:Temperature control fan, MCU, DS18B20,automatic control前言前言在现代社会中,风扇被广泛的应用,发挥着举足轻重的作用,如夏天人们用的散热风扇、工业生产中大型机械中的散热风扇以及现在笔记本电脑上广泛使用的智能 CPU 风扇等。而随着温度控制技术的发展,为了降低风扇运转时的噪音以及节省能源等,温控风扇越来越受到重视并被广泛的应用。随着单片机在各个领域的广泛应用,许多用单片机作控制的温度控制系统也应运而生,如基于单片机的温控风扇系统。它使风扇根据环境温度的变化实现自动启停,使风扇转速随着环境温度的变化而变化,实现了风扇的智能控制。它的设计为现代社会人们的生活以及生产带来了诸多便利,在提高人们的生活质量、生产效率的同时还能节省风扇运转所需的能量。本文设计了基于单片机的智能温控风扇系统,用单片机为控制器,利用温度传感器DS18B20 作为温度采集元件,并根据采集到的温度,通过单片机的 PWM 控制光耦的发光强度,再通过光耦来控制 TIP122 达林顿三极管放大,来驱动风扇。通过人体感应模块来确定风扇是否具备开启条件。第一章第一章 设计目的和意义设计目的和意义1.1 研究本课题的目的生活中,我们经常会使用一些与温度有关的设备。比如,现在虽然不少城市家庭用上了空调,但在占中国大部分人口的农村地区依旧使用电风扇作为降温防暑设备,春夏夏秋交替时节,白天温度依旧很高,电风扇应高转速、大风量,使人感到清凉；到了晚上,气温降低,当人入睡后,应该逐步减小转速,以免使人感冒。虽然风扇都有调节不同档位的功能,但必须要人手动换档,睡着了就无能为力了,而普遍采用的定时器关闭的做法,一方面是定时时间长短有限制,一般是一两个小时；另一方面可能在一两个小时后气温依旧没有降低很多,而风扇就关闭了,使人在睡梦中热醒而不得不起床重新打开风扇,增加定时器时间,非常麻烦,而且可能多次定时后最后一次定时时间太长,在温度降低以后风扇依旧继续吹风,使人感冒；第三方面是只有简单的到了定时时间就关闭风扇电源的单一功能,不能满足气温变化对风扇风速大小的不同要求。又比如在较大功率的电子产品散热方面,现在绝大多数都采用了风冷系统,利用风扇引起空气流动,带走热量,使电子产品不至于发热烧坏。要使电子产品保持较低的温度,必须用大功率、高转速、大风量的风扇,而风扇的噪音与其功率成正比。如果要低噪音,则要减小风扇转速,又会引起电子设备温度上升,不能两全其美。所以设计了这套温控风扇系统。1.2 研究本课题的意义及发展当今社会已经完全进入了电子信息化,温度控制器在各行各业中已经得到了充分的利用。具有对温度进行实时监控的功能,以保证工业仪器,测量工具,农业种植的正常运作,它的最大特点是能实时监控周围温度的高低,并能同时控制电机运作来改变温度。它的广泛应用和普及给人们的日常生活带来了方便。智能温控风扇是用单片机系统来完成的一个小型的控制系统。大多数设计都是采用STC89C51 单片机设计的智能风扇,用 STC89C51 单片机作为中央处理器,其内部包含了定时器、程序储蓄器数据储蓄器等硬件。温度传感器多数采用 DS18B20,其高度集成化,大大降低了外接放大转换等电路的误差因素,温度误差小,温度辨别力极高。但是一般的设计都不具有人体感应的功能,人体感应系统功能更具有人性化,人们用起来将会更加方便。本系统采用的是 STC89C51 单片机的升级版 STC12C5A60S2 单片机,高精度集成温度传感器也是 DS18B20,用单片机控制,能显示实时温度,并根据使用者设定的温度自动在相应温度时作出小风、大风、停机动作,精确度高,动作准确,具有人体感应系统。第二章第二章 总体设计方案总体设计方案2.1 设计要求本设计为一种温控风扇系统,具有灵敏的温度感测和显示功能,系统采用STC12C5A60S2 单片机作为控制平台对风扇转速进行控制。利用 DS18B20 数字温度传感器采集实时温度,经单片机的 PWM 控制光耦,光耦将单片机的信号和风扇的控制隔离,这样实现了风扇高电压的控制,光耦控制三极管的放大倍数,实现了风扇的控制。1 要求完成红外遥控器控制风扇；2 要求完成 LCD1602 液晶显示年月日和具体时间以及温度等信息；3 要求完成单片机的 PWM 控制光耦,光耦来改变三极管放大的倍数,从而达到驱动高于本设计电压的风扇；4 要求完成人体感应模块检测人体信号；5 要求完成 DS18B20 检测温度。2.2 设计方案2.2.1 总体设计方案本系统由温度采集电路、单片机、液晶显示电路、DS1302 时钟电路、EEPROM 电路、风扇驱动电路、人体感应电路、红外接收电路、稳压电路及一些其他外围器件组成。使用具有价廉易购的 STC12C5A60S2 单片机编程控制,通过修改程序可方便实现系统升级。系统的框图结构见图 2-1 所示：图 2-1 系统框图2.3 模块的功能2.3.1 无线红外模块红外遥控的发射电路是采用红外发光二极管来发出经过调制的红外光波；红外接收电路由红外接收二极管、三极管或硅光电池组成,它们将红外发射器发射雕红外光转换为相应的电信号,再送后置放大器。2.3.2 人体感应模块热释电的主控芯片是 BISS0001,是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路。它配以热释电红外传感器和少量外接元器件即可构成被动式热释电红外开关,故能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置,特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道等敏感区域,或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。2.3.3 DS1302 时钟模块DS1302 是 Dallas 公司生产的一种实时时钟芯片。它通过串行方式与单片机进行数据传送,能够向单片机提供包括秒、分、时、日、月、年等在内的实时时间信息,并可对月末日期、闰年天数自动进行调整；它还拥有用于主电源和备份电源的双电源引脚,在主电源关闭的情况下,也能保持时钟的连续运行。另外,它还能提供 31 字节的用于高速数据暂存的 RAM。2.3.4 EEPROM 存储电路复位电路温度采集电路液晶显示驱动电路风扇驱动电路风扇晶振电路红外接收电路1302 时钟电路EEPROM 电路人体感应电路单片机AT24C02是美国Atmel公司的低功耗CMOS型E2PROM,内含2568位存储空间,具有工作电压宽、擦写次数多、写入速度快、抗干扰能力强、数据不易丢失、体积小等特点。而且他是采用了I2C总线式进行数据读写的串行器件,占用很少的资源和IO线,并且支持在线编程,进行数据实时的存取十分方便。AT24C02中带有的片内地址寄存器。每写入或读出一个数据字节后,该地址寄存器自动加1,以实现对下一个存储单元的读写。第三章第三章 总体设计电路总体设计电路3 3.1 最小系统3.1.1 简介STC12C5A60S2 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期的单片机,是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代 8051 单片机,指令代码完全兼容传统 8051,但速度快 8-12 倍。内部集成 MAX810 专用复位电路,2 路 PWM,8 路高速 10 位 A/D 转换,针对电机控制,强干扰场合。是增强型 8051 CPU,1T,单时钟/机器周期,指令代码完全兼容传统8051。STC12C5A60S2 系列工作电压为 5.5V- 3.3V5V 单片机 STC12LE5A60S2 系列工作电压为 3.6V- 2.2V3V 单片机。工作频率范围为 0 - 35MHz,相当于普通 8051 的 0420MHz。3.1.2 STC12C5A60S2 系列单片机的 A/D 转换器的结构STC12C5A60S2 系列单片机的 A/D 转换口在 P1 口P1.7-P1.0,有 8 路 10 位高速 A/D转换器,速度可达到 250KHz25 万次/秒。8 路电压输入型 A/D,可做温度检测、电源电压检测、按键扫描、频谱检测等。上电复位后 P1 口为弱上拉型 I/O 口,用户可以通过软件设置将 8 路中的任何一路设置为 A/D 转换,不需作为 A/D 使用的 I/O 口可以继续作为 I/O 口使用。3.1.3 单片机最小系统设计单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对 51 系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路。下面给出一个 51 单片机的最小系统电路图。图 3-1 stc12c5A60S2 和上拉电阻图 3-2 复位电路和晶振电路复位电路：电阻给电容充电,电容的电压缓慢上升直到 vcc,没到 vcc 时芯片复位脚近似低电平,于是芯片复位,接近 vcc 时芯片复位脚近高电平,于是芯片停止复位,复位完成。晶振电路：晶振是给单片机提供工作信号脉冲的,这个脉冲就是单片机的工作速度,比如 12M 晶振,单片机工作速度就是每秒 12M 当然,单片机的工作频率是有范围的,不能太大 一般 24M就不上去了,不然不稳定。晶振与单片机的脚 XTAL0 和脚 XTAL1 构成的振荡电路中会产生偕波 这个波对电路的影响不大,但会降低电路的时钟振荡器的稳定性,为了电路的稳定性起见,ATMEL 公司只是建议在晶振的两引脚处接入两个 10pf-50pf 的瓷片电容接地来削减偕波对电路的稳定性的影响。P0 口的上拉电阻：P0 口作为 I/O 口输出的时候时,输出低电平为 0,输出高电平为高组态。也就是说 P0,口不能真正的输出高电平,给所接的负载提供电流,因此必须接上拉电阻一电阻连接到VCC,由电源通过这个上拉电阻给负载提供电流。由于 P0 口内部没有上拉电阻,是开漏的,不管它的驱动能力多大,相当于它是没有电源的,需要外部的电路提供,绝大多数情况下 P0口是必需加上拉电阻的。1.一般单片机的 P0 口在作为地址/数据复用时不接上拉电阻。2.作为一般的 I/O 口时用时,由于内部没有上拉电阻,故要接上上拉电阻。3.当 p0 口用来驱动 PNP 管子的时候,就不需要上拉电阻,因为此时的低电平有效。4.当 P0 口用来驱动 NPN 管子的时候,就需要上拉电阻的,因为此时只有当 P0 为 1 时候,才能够使后级端导通。3.2 电源设计本设计是用 9V 电池供电,9V 电压是对风扇供电,9V 电压能使风扇的转动更加明显。单片机内部是 5V 供电的,通过 L7805 把 9V 电压转换成 5V 电压,电容的作用是滤波具体见图3-3 所示图 3-3 L7805 原理3.3 传感器3.3.1 温度传感器1、DS18B20 的特点1 采用独特的单总线接口方式,即只有一根信号线与控制器相连,实现数据的双向通信,不需要外部元件；2 测量结果直接输出数字温度信号,以单总线串行传送给控制器,同时可传送 CRC 校验码,具有极强的抗干扰纠错能力；3 支持多点组网功能,多个 DS18B20 可以并联在唯一的三根线上,实现组网多点测量；4 适应电压范围宽 3.0-5.5V,不需要备份电源、可用数据线供电,温度测量范围为-55125,-1085时测量精度为0.5；5 通过编程可实现 912 位的数字值读数方式,对应的可分辨温度分别为 0.5,0.25,0.125,0.0625,实现高精度测温；6 负压特性。电源极性接反时,芯片不会因发热而烧毁,但不能正常工作。封装图及内部构造。见图 3-4、3-5图 3-4 DS18B20 外部结构框图图 3-5 DS18B20 内部结构框图2、引脚功能介绍NC:空引脚,悬空不使用;VDD:可选电源脚,电源电压范围 35.5V。工作于寄生电源时,此引脚应接地;I/O:数据输入/输出脚,漏极开路,常态下高电平。DS18B20 采用 3 脚 TO-92 封装或 8 脚 SOIC 及 CSP 封装方式。图 3-5 所示为 DS18B20的内部结构框图,它主要包括寄生电源、温度传感器、64 位光刻 ROM 及单总线接口、存放中间数据的高速暂存器内含便笺式 RAM、存储与控制逻辑、用于存储用户设定的温度上下限值的 TH 和 TL 触发器、结构寄存器、8 位循环冗余校验码CRC 发生器等八部分。见图 3-6图 3-6 DS18B20 的封装人体感应模块图 3-7 人体感应模块原理图BISS0001 的主要功能如下： 1. 为 CMOS 数模混合专用集成电路； 2. 具有独立的高输入阻抗运算放大器,可与多种传感器匹配进行信号处理； 3. 带有双向鉴幅器,可有效抑制干扰； 4. 内设延迟时间定时器和封锁时间定时器； 5. 结构新颖,稳定可靠,调解范围宽； 6. 内置参考电压,工作电压范围为 26V。图 3-8 人体感应模块接线3.3.2 红外传感器红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种,由德国科学家霍胥尔于 1800 年发现,又称为红外热辐射,他将太阳光用三棱镜分解开,在各种不同颜色的色带位置上放置了温度计,试图测量各种颜色的光的加热效应。结果发现,位于红光外侧的那支温度计升温最快。因此得到结论：太阳光谱中,红光的外侧必定存在看不见的光线,这就是红外线。也可以当作传输之媒界。 太阳光谱上红外线的波长大于可见光线,波长为 0.751000m。红外线可分为三部分,即近红外线,波长为 0.751.50m 之间；中红外线,波长为 1.506.0m之间；远红外线,波长为 6.0l000m 之间。见图 3-9图 3-9 红外遥控器及编码一体化红外线接收器是一种集红外线接收和放大整形于一体,不需要任何外接元件,就能完成从红外线接收到输出与 TTL 电平信号兼容的所有工作,而体积又很小巧,它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输,广泛用于电视机、卫星接收机、VCD、DVD、音响、空调等家用电器中接收红外信号。见图 3-10图 3-10 红外接收电路3.3.3 DS1302 时钟DS1302 时钟芯片内主要包括移位寄存器、控制逻辑电路、振荡器。DS1302 与单片机系统的数据传送依靠 RST,I/O,SCLK 三根端线即可完成。其工作过程可概括为：首先系统RST 引脚驱动至高电平,然后在 SCLK 时钟脉冲的作用下,通过 I/O 引脚向 DS1302 输入地址/命令字节,随后再在 SCLK 时钟脉冲的配合下,从 I/O 引脚写入或读出相应的数据字节。因此,其与单片机之间的数据传送是十分容易实现的,DS1302 的引脚排列及内部结构图见图3-11：DS1302 引脚说明： X1,X2 32.768kHz 晶振引脚GND 地线RST 复位端I/O 数据输入/输出端口SCLK 串行时钟端口VCC1 慢速充电引脚VCC2 电源引脚 图 3-11 DS1302 管脚图时钟芯片 DS1302 的接口电路及工作原理见图 3-12：图 3-12 DS1302 与 MCU 接口电路上图为 DS1302 的接口电路,其中 VCC1 为后备电源,VCC2 为主电源。VCC1 在单电源与电池供电的系统中提供低电源并提供低功率的电池备份。VCC2 在双电源系统中提供主电源,在这种运用方式中 VCC1 连接到备份电源,以便在没有主电源的情况下能保存时间信息以及数据。3.4 LCD 液晶显示电路在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点：由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度,恒定发光,而不像阴极射线管显示器CRT 那样需要不断刷新新亮点。液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的,在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。 相对而言,液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动 IC 上,因而耗电量比其它显示器要少得多。 1 引脚说明：第 1 脚：VSS 为地电源。 第 2 脚：VDD 接 5V 正电源。 第 3 脚：VL 为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地时对比度最高,对比度过高时会产生鬼影,使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。 第 4 脚：RS 为寄存器选择,高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第 5 脚：R/W 为读写信号线,高电平时进行读操作,低电平时进行写操作。当 RS 和 R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址,当 RS 为低电平R/W 为高电平时可以读忙信号,当 RS 为高电平 R/W 为低电平时可以写入数据。 第 6 脚：E 端为使能端,当 E 端由高电平跳变成低电平时,液晶模块执行命令。 第 714 脚：D0D7 为 8 位双向数据线。 第 15 脚：背光源正极。 第 16 脚：背光源负极。21602LCD 的 RAM 地址映射以及标准字库表LCD1602 液晶模块内部的字符发生存储器已经存储了 160 个不同的点阵字符图形,这些字符图有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等,每一个字符都有一个固定的代码,比如大写的英文字母A的代码是 01000001B41H,显示时模块把地址 41H 中的点阵字符图形显示出来,我们就能看到字母。它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的说明：1 为高电平,0为低电平。指令 1：清显示,指令码 01H,光标复位到地址 00H 位置。指令 2：光标复位,光标返回到地址 00H 。指令 3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向,高电平右移,低电平左移 。S：屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效,低电平则无效 。指令 4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关,高电平表示开显示,低电平表示关显示。 C：控制光标的开与关,高电平表示有光标,低电平表示无光标。 B：控制光标是否闪烁,高电平闪烁,低电平不闪烁 。指令 5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字,低电平时移动光标 。指令 6：功能设置命令 DL：高电平时为 4 位总线,低电平时为 8 位总线。 N：低电平时为单行显示,高电平时双行显示。 F：低电平时显示 5X7 的点阵字符,高电平时显示5x10 的点阵字符 有些模块是 DL：高电平时为 8 位总线,低电平时为 4 位总线。指令 7：字符发生器 RAM 地址设置 。指令 8：DDRAM 地址设置 。指令 9：读出忙信号和光标地址。 BF 为忙标志位,高电平表示忙,此时模块不能接收命令或者数据,如果为低电平表示不忙,模块就能接收相应的命令或者数据。指令 10：写数据 。指令 11：读数据 。液晶显示模块是一个慢显示器件,所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平,表示不忙,否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址,也就是告诉模块在哪里显示字符。液晶显示的原理是利用液晶的物理特性, 通过电压对其显示区域进行控制,有电就有显示,这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点,目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA 移动通信工具等众多领域。本设计的灰度调节是采用 10k 电阻和 1k 电阻分压的形式 ,灰度适中。 液晶显示电路见图 3-13图 3-13 液晶显示电路3.5 风扇驱动风扇的驱动采用的是 TIP122 达林顿三极管,三极管的放大倍数采用的是光耦,这样就可以通过单片机的 pwm 间接的控制风扇,而风扇的电压也不会局限于 5V,此设计选用的风扇是 512V。见图 3-14图 3-14 风扇驱动电路TLP521 是可控制的光电藕合器件,光电耦合器广泛作用在电脑终端机,可控硅系统设备,测量仪器,影印机,自动售票,家用电器,如风扇,加热器等 电路之间的信号传输,使之前端与负载完全隔离,目的在于增加安全性,减小电路干扰,减化电路设计。达林顿管 IC,一般都是用来驱动功率稍微大一点的被动器件的,而驱动的被动器件里,有很大一部分是感性的,如继电器、马达、电磁阀等,这些感性器件在关断瞬间会产生很高的自感电动势自感电压,低的 10 多伏,高的几十伏,甚至几百伏,这么高的电压很容易把达林顿管打坏,甚至打坏电路中的其它元器件,所以需要在感性器件上并联一个二极管,用来续流就是把那个自感高压放掉,保护 IC 和其它器件不受破坏,此续流二极管正极接 2803 输出端即电感器件的一端,负极接驱动电源也就是电感器件的另一端。在内部设计了二极管以后,用户在使用的时候不需要外接二极管,在同时驱动多路器件的时候可以节省 PCB 空间,节约成本、方便走线。见图 3-15图 3-15 TIP122 内部电路并联电阻 R1,R2 起分流作用,使对温度敏感的穿透电流多了一个通路,就不会全部进入下一级的基极,同时并联电阻降低了发射结反向电阻,管子截止时发射极不易被反向电压击穿,但是电阻也增加了前级的负载。第四章第四章 系统软件设计系统软件设计4.1 软件介绍用 Keil C51 开发系统和 Protel99SE 进行软件设计。4.2 主程序流程图首先将定时器、IIC 控制总线、DS1302 时钟、1602LCD 液晶显示器初始化,读取 IIC 控制总线内的数据和温度值。然后进入 while 循环,继续读取温度值,判断是否有人,如果没有人则风扇关闭,如果有人则开启风扇,从而根据温度来控制风扇的转速。然后读取时钟芯片的时钟数据,将数据传送到 DS1302 时钟显示,判断是否到达定时时间,如果没到时间,则直接到红外信号处理,如果到达时间,则转到自动控制模式,然后到红外信号处理。见图 4-1所示图 4-1 主程序框图4.3 DS18B20 子程序流程图先对 DS18B20 初始化,再进行 ROM 操作命令,最后才能对存储器操作,数据操作。DS18B20 每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。如主机控制 DS18B20 完成温度转换这一过程,根据 DS18B20 的通讯协议,须经三个步骤：每一次读写之前都要对 DS18B20进行复位,复位成功后发送一条 ROM 指令,最后发送 RAM 指令,这样才能对 DS18B20 进行预定的操作。 见图 4-2 所示图 4-2 DS18B20 程序流程图4.4 转速调节子程序流程图首先的前提是有人才会执行,然后判断温度,当温度小于 30 度时占空比是百分之零,风扇的档位为 0 档。当温度是大于 30 度小于 32 度时占空比是百分之五十风扇的档位是 1 档。当温度大于 32 小于 34 时占空比是百分之九十,风扇的档位为 2 档。档温度大于 34 度时占空比是百分之百,风扇的档位为 3 档。见图 4-3 所示图 4-3 转速调节子程序流程图第五章第五章 系统调试系统调试5.1 传感器 DS18B20 温度采集部分调试由于数字式集成温度传感器 DS18B20 的高度集成化,为软件的设计和调试带来了极大的简便,小体积、低功耗、高精度为控制电机的精度和稳定提供了可能。软件设计采用 P3.5口为数字温度输入口,但是需要对输入的数字信号进行处理后才能显示,从而多了温度转换程序。通过软件设计,实现了对环境温度的连续检测。在温度转换程序中,为了能够正确的检测并显示温度的小数位,程序中把检测的温度与10 相乘后,再按一个三位的整数来处理。如把 24.5 变为 245 来处理,这样为程序的编写带来了方便。系统调试中为验证 DS18B20 是否能在系统板上工作,将手心靠拢或者捏住芯片,即可发现温度显示的前两位温度也迅速升高,验证了 DS18B20 能在系统板上工作。由于 DS18B20为 3 个引脚,因此在调试过程中因注意其各个引脚的对应位置,以免将其接反而是芯片不能工作甚至烧毁芯片。见图 5-1,5-2图 5-1 总体实物图图 5-2 LED 显示5.2 风扇调速电路部分调试在本设计中,采用了三极管驱动风扇,软件设置了 P1.3 口输出不同的 PWM 波形,通过光耦控制三极管的放大作用驱动直流电机转动,通过软件中程序设定,当有人体信号时根据不同温度输出不同的 PWM 波,从而得到不同的占空比控制风扇见图 5-3 是转动中的风扇,用遥控器中的 1、2、3 来控制风速,0 可以关闭风扇。图 5-3 遥控器调节风速5.3 人体感应模块的测试在本设计中,热释电的主控芯片是 BISS0001,是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路。利用红外遥控器将手动控制切换到自动控制,即人体感应系统控制见图 5-4 所示图 5-4 LED 显示当温度达到三十度的时候风扇会随之转动,红外遥控器也不你能对其进行控制见图 5-5 所示图 5-5 风扇转动结论本次设计的系统以单片机为控制核心,以温度传感器 DS18B20 检测环境温度,实现了根据环境温度变化调节不同的风扇电机转速,液晶显示时间及温度信息,能连续稳定的显示环境温度和档位,并能通过红外遥控器设置不同的参数,实现了基于单片机的温控风扇的设计。该设计的不足之处是没有加入声控系统,如果加入一个声音传感器,用声音控制风扇的转动,设计将会更具人性化,设计将变得完美。本系统设计可推广到各种电动机的控制系统中,实现电动机的转速调节。在生产生活中,本系统可用于简单的日常风扇的智能控制,为生活带来便利；在工业生产中,可以改变不同的输入信号,实现对不同信号输入控制电机的转速,进而实现生产自动化,如在电力系统中可以根据不同的负荷达到不同的电压信号,再由电压信号调节不同的发电机转速,进而调节发电量,实现电力系统的自动化调节。综上所述,该系统的设计和研究在社会生产和生活中具有重要地位。参考文献11 中文专著中文专著：1李光飞单片机课程设计实例指导北京：北京航空航天大学出版社,2004,6-10 2金发庆. 传感器技术与应用. 北京: 机械工业出版社, 2008,89-103 3 张毅刚单片机原理及应用北京：高等教育出版社,2009,55-89 4李玉峰MCS-51 系列单片机原理与接口技术北京：人民邮电出版社,2006,12-23 5 李朝青. 单品机原理及接口技术. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2008,33-65 6 李全利单片计原理及接口技术北京：高等教育出版社,2004,36-78 7 康华光电子技术基础模拟部分北京：高等教育出版社,2007,52-83 8 周航慈单片机程序设计基础北京：北京航空航天大学出版社,2009,9-23 9 胡健单片机原理及接口技术实践教程北京：机械工业出版社,2010,95-142 10沙占友. 集成温度传感器原理与应用. 北京: 机械工业出版社, 2011,46-56 11刘君华. 智能传感器系统. XX: 电子科技大学出版社, 2003,49-57 12高西全, 丁玉玉. 数字信号处理. XX: 电子科技大学出版社, 2008,33-4222 中文学术论文：中文学术论文：1陈跃东.DS18B20 集成温度传感器原理与应用. XX: XX 机电学院学报, 2012.33 互联网文献：互联网文献：1蒋雅娴.红外线传感器原理.http:/ 4）外文文献：外文文献：1 B SchneierApplied Crytography：Algorithms,and Source Code in CJNew York：Jone Wiley& Sons. 1994121062Intel: Benjamin Jun,Paul KocherThe lntel Random Number GeneratorJWhite Paper Prepared for lntel Corporation,April 22,l999.489附录附录 1：SCM is also known as micro-controller , commonly used letters of the acronym MCU that it was first used in industrial control.Only a single chip by the CPU chip developed from a dedicated processor. The first design is by a large number of peripherals and CPU on a chip in the computer system, smaller, more easily integrated into a complex and demanding on the volume control device which. INTELsZ80 is the first designed in accordance with this idea processor, then on the development of microcontroller and dedicated processors have parted ways.Are 8-bit microcontroller early or4 bits. One of the most successful is the INTEL 8031, for a simple, reliable and good performance was a lot of praise. Then developed in 8031 out of MCS51 MCUSystems. SCMsystems based on this system until nowis still widely used. With the increased requirements of