[信息與通信]智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

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1、濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 題 目 電風(fēng)扇控制模擬與實(shí)現(xiàn) 設(shè)計(jì) 系 （院） 物理與電子科學(xué)系 專 業(yè) 電子信息科學(xué)與技術(shù) 班 級 2008 級 2 班 學(xué)生姓名 學(xué) 號 2008080230 指導(dǎo)教師 職 稱 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II 風(fēng)扇模擬控制實(shí)現(xiàn) 摘 要 本設(shè)計(jì)是以一個(gè)電風(fēng)扇為控制對象，以 AT89C51 單片機(jī)為控制系 統(tǒng)核心，通過單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對電風(fēng)扇溫度的顯示和控制功能。 利用 DS18B20 對室內(nèi)溫度的探測并用 LCD1602 適時(shí)顯示當(dāng)前溫度值， 同時(shí)實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇的模擬控制實(shí)現(xiàn)，設(shè)置三個(gè)按鍵分別來控制選擇自然 風(fēng)、常風(fēng)、和睡眠

2、風(fēng)以及定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)定時(shí)關(guān)機(jī)，并有相應(yīng)的指示燈 指示選擇的檔位。LCD1602 顯示定時(shí)關(guān)機(jī)時(shí)間。利用 PWM 脈沖寬度 調(diào)制實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的調(diào)速，在此選用內(nèi)置集成 H 橋電路的芯片 L298N， 用來搭建電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路。此外本設(shè)計(jì)還采用了一種智能調(diào)速模式， 程序中設(shè)置溫度區(qū)間，根據(jù)室溫屬于不同的溫度區(qū)間對應(yīng)不同的轉(zhuǎn)速， 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速功能，給人們的日常生活帶來了便利。此設(shè)計(jì)設(shè)置了三 個(gè)模式：常規(guī)模式、定時(shí)模式、智能自動(dòng)調(diào)速模式，可根據(jù)不同的需 要選擇適合的模式。 關(guān)鍵詞：AT89C51；LCD1602；DS18B2 0；PWM 脈沖調(diào)制 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III Fan analog c

3、ontrol system Abstract The design is based on an electric fan for the control object to AT89C51 microcontroller for the control of the core of the system, SCM system designed and implemented on the fan temperature display and control functions. DS18B20 indoor temperature detection and display the cu

4、rrent temperature value LCD1602 timely, while fans of analog control, set of three buttons to control the selection of natural wind, constant wind, and sleep wind and timer for timed shutdown, and corresponding LED indicates the selected gear. LCD1602 display the sleep timer. PWM pulse width modulat

5、ion motor speed, in this selection of built-in integrated H-bridge circuit chip L298N, used to build the motor drive circuit. This design also uses an intelligent speed control mode, set the temperature interval in the program, belonging to a different temperature range corresponds to a different sp

6、eed according to temperature, automatic speed control function, has brought convenience to peoples daily lives. This design has set three modes: normal mode, timer mode, the intelligent automatic speed control mode, select the appropriate mode according to different needs. Keywords: AT89C51; LCD1602

7、; DS18B20; PWM pulse modulation 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） i 目 錄 引 言 .1 第一章 電風(fēng)扇控制系統(tǒng)的概述 .2 1.1 發(fā)展趨勢 .2 1.2 總體設(shè)計(jì)概述 .2 第二章 硬件電路模塊的介紹 .3 2.1 AT89C51 單片機(jī)簡介 .3 2.2 復(fù)位電路 .5 2.3 DS18B20 溫度傳感器功能介紹 .5 2.4 1602 液晶顯示器簡介 .7 2.5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路介紹 .7 2.6 PWM 調(diào)速原理： .9 2.7 風(fēng)扇電機(jī)驅(qū)動(dòng)與調(diào)速電路 .9 2.8 設(shè)計(jì)整體電路介紹 .10 2.9 本章小結(jié) .11 第三章 軟件的介紹 .12 3.1 程

8、序設(shè)置 .12 3.2 用 Keil C51 編寫程序 .15 3.3 用 PROTEUS 仿真 .15 3.4 選擇正常模式時(shí)仿真效果 .16 3.4.1 開機(jī)時(shí)的風(fēng)速 .16 3.4.2 常風(fēng) .17 3.4.3 自然風(fēng) .18 3.4.4 睡眠風(fēng) .19 3.5 定時(shí)關(guān)機(jī)模式仿真 .19 3.6 智能模式選擇 .21 3.6.1 虛擬檔位低 .21 3.6.2 虛擬檔位中 .21 3.6.3 虛擬檔位高 .22 3.7 本章小結(jié) .23 第四章 系統(tǒng)的調(diào)試 .24 4.1 電動(dòng)機(jī)調(diào)速電路部分調(diào)試 .24 4.2. 傳感器 DS18B20 溫度采集部分調(diào)試 .24 4.3. LCD1602

9、 顯示電路部分調(diào)試 .24 4.4. 本章小結(jié) .24 結(jié)論 .26 參考文獻(xiàn) .27 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ii 謝 辭 .28 附錄 .28 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 引 言 傳統(tǒng)的電風(fēng)扇在炎熱的夏天給人帶來了一絲清涼，電風(fēng)扇的產(chǎn)生代替了手中搖 扇，讓夏天變得不再那么難熬。傳統(tǒng)的電風(fēng)扇可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)調(diào)速，根據(jù)個(gè)人對溫度 天氣不同的承受力，選擇不同的檔位，得到舒適的涼風(fēng)，同時(shí)也可以緩解一下煩躁 的心情，方便了人們的日常生活。但是傳統(tǒng)的電風(fēng)扇在當(dāng)今社會雖然能夠基本的滿 足人們的需要，但隨著空調(diào)的出現(xiàn)和日益精進(jìn)的自動(dòng)化水平，越來越無法滿足人們 對節(jié)約能源和方便自動(dòng)化的需求，于是一種

10、新的電風(fēng)扇應(yīng)運(yùn)而生，結(jié)合傳統(tǒng)的手動(dòng) 調(diào)速，再加上以單片機(jī)為控制核心的智能溫控系統(tǒng)出現(xiàn)了。 隨著單片機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，許多用單片機(jī)作控制的溫度控制系統(tǒng)也應(yīng) 運(yùn)而生，如基于單片機(jī)的溫控風(fēng)扇系統(tǒng)。它使風(fēng)扇根據(jù)環(huán)境溫度的變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟 停，使風(fēng)扇轉(zhuǎn)速隨著環(huán)境溫度的變化而變化，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)扇的智能控制。它的設(shè)計(jì)為 現(xiàn)代社會人們的生活以及生產(chǎn)帶來了諸多便利，在提高人們的生活質(zhì)量、生產(chǎn)效率 的同時(shí)還能節(jié)省風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)所需的能量。 在現(xiàn)代社會中，風(fēng)扇被廣泛的應(yīng)用，發(fā)揮著舉足輕重的作用，如夏天人們用的 散熱風(fēng)扇、工業(yè)生產(chǎn)中大型機(jī)械中的散熱風(fēng)扇以及現(xiàn)在筆記本電腦上廣泛使用的智 能 CPU 風(fēng)扇等。而隨著溫度控制技術(shù)

11、的發(fā)展，為了降低風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)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。在現(xiàn)階段，溫控風(fēng)扇的設(shè)計(jì)已 經(jīng)有了一定的成效，可以使風(fēng)扇根據(jù)環(huán)境溫度的變化進(jìn)行自動(dòng)無級調(diào)速，當(dāng)溫度升 高到一定時(shí)能自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)扇，當(dāng)溫度降到一定時(shí)能自動(dòng)停止風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)智能 控制 1。 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 第一章 電風(fēng)扇控制系統(tǒng)的概述 1.1 發(fā)展趨勢 機(jī)械風(fēng)扇起源于 1830 年，一個(gè)叫詹姆斯拜倫的美國人從鐘表的結(jié)構(gòu)中受到 啟發(fā)，發(fā)明了一種可以固定在天花板上，用發(fā)條驅(qū)動(dòng)的機(jī)械風(fēng)扇。這種風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)扇 葉帶來的徐徐涼風(fēng)使人感到?jīng)鏊?，但得爬上梯子去上發(fā)條，很麻煩。 1872 年，一個(gè)叫約瑟夫的法國

12、人又研制出一種靠發(fā)條渦輪啟動(dòng)，用齒輪鏈條 裝置傳動(dòng)的機(jī)械風(fēng)扇，這個(gè)風(fēng)扇比拜倫發(fā)明的機(jī)械風(fēng)扇精致多了，使用也方便一些。 1880 年，美國人舒樂首次將葉片直接裝在電動(dòng)機(jī)上，再接上電源，葉片飛速 轉(zhuǎn)動(dòng)，陣陣涼風(fēng)撲面而來,就是世界上第一臺電風(fēng)扇。 目前，電風(fēng)扇行業(yè)改變最大的要數(shù)功能的技術(shù)創(chuàng)新及應(yīng)用。近年來，隨著空調(diào) 業(yè)的價(jià)格水平不斷下降，其風(fēng)頭早已超過了風(fēng)扇，但空調(diào)的強(qiáng)大制冷效果以及高耗 電量、且封閉空間的弊端，使得傳統(tǒng)的借助空氣流動(dòng)降低熱量但通風(fēng)效果和功耗低 的風(fēng)扇仍然存在很大的市場。部分風(fēng)扇企業(yè)考慮到兩者之間的差異性，就在現(xiàn)有的 功能上借鑒并創(chuàng)造設(shè)計(jì)出了一些更具人性化和個(gè)性化的功能，形成了空調(diào)、

13、風(fēng)扇兩 者互補(bǔ)的局面，使兩者相得益彰，共同發(fā)展，透過當(dāng)今千姿百態(tài)的電風(fēng)扇市場，我 們可以預(yù)言：今后的電風(fēng)扇一定會繼續(xù)吹著創(chuàng)新設(shè)計(jì)風(fēng)和人性功能風(fēng)。 1.2 總體設(shè)計(jì)概述 本文設(shè)計(jì)了由 ATMEL 公司的 8051 系列單片機(jī) AT89C51 作為控制器，采用 DALLAS 公司的溫度傳感器 DS18B20 作為溫度采集元件，并通過內(nèi)部集成 H 橋芯片 L288N 驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)使系統(tǒng)檢測到得環(huán)境溫度以及系統(tǒng)預(yù)設(shè)的溫度動(dòng) 態(tài)的顯示在 LCD 液晶顯示屏上。根據(jù)系統(tǒng)檢測到得環(huán)境溫度與系統(tǒng)預(yù)設(shè)溫度的比較， 實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇電機(jī)的自動(dòng)啟停以及轉(zhuǎn)速的自動(dòng)調(diào)節(jié)。此外可以實(shí)現(xiàn)對電風(fēng)扇一般的檔位 控制，實(shí)現(xiàn)電

14、風(fēng)扇的啟動(dòng)停止控制和檔位選擇，以及轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。此設(shè)計(jì)有兩種模 式提供選擇：一是正常模式，可以模擬自然風(fēng)、睡眠風(fēng)、常風(fēng)三種風(fēng)種；二是智能 模式，根據(jù)室內(nèi)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，從而可以實(shí)現(xiàn)智能化控制。兩種模式的融 合也是本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)。 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第二章 硬件電路模塊的介紹 2.1 AT89C51 單片機(jī)簡介 AT89C51 是 51 系列單片機(jī)的一個(gè)型號，它是由 ATMEL 公司生產(chǎn)的一個(gè)低電壓、 高性能的 8 位單片機(jī)，片內(nèi)器件采用 ATMEL 公司的非易失性、高密度存儲技術(shù)生產(chǎn)， 與標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51 指令系統(tǒng)兼容，同時(shí)片內(nèi)置有通用 8 位中央處理器和 8k 字節(jié)的

15、 可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器 ROM 以及 256 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器 RAM，在許多許多較 復(fù)雜的控制系統(tǒng)中 AT89C51 單片機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用： VCC：+5V 電源線；GND：接地線。 P0 口：P0.7P0.0，這組引腳共 8 條，其中 P0.7 為最高位，P0.0 為最低位。這 8 條引腳共有兩種不同的功能，分別使用于兩種不同的情況。第一種情況是單片機(jī) 不帶片外存儲器，P0 口可以作為通用 I/O 口使用， P0.7P0.0 用于傳送 CPU 的輸入 /輸出數(shù)據(jù)，此時(shí)它需外接一上拉電阻才能正常工作。第二種情況是單片機(jī)帶片外 存儲器，其各引腳在 CPU 訪問片外存儲器時(shí)先是用于傳送片

16、外存儲器的低 8 位地 址，然后傳送 CPU 對片外存儲器的讀寫數(shù)據(jù) 2。 P1 口：P1 口是一個(gè)內(nèi)部含上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。它也可作為通用的 I/O 口使用，與 P0 口一樣用于傳送用戶的輸入輸出數(shù)據(jù)，所不同的是它片內(nèi)含上拉電 阻而 P0 口沒有，故 P0 口在做該用途時(shí)需外接上拉電阻而 P1 口則無需。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口用于輸入片內(nèi) EPROM 的低 8 位地址。 P2 口：P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，它可以作為通用 I/O 口 使用，傳送用戶的輸入/輸出數(shù)據(jù)，同時(shí)可與 P0 口的第二功能配合，用于輸出片外 存儲器的高 8 位地

17、址，共同選中片外存儲單元。在一些型號的單片機(jī)中，P2 口還 可以配合 P1 口傳送片內(nèi) EPROM 的 12 位地址中的高 4 位地址。 P3 口：P3 口引腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，當(dāng) P3 口寫入 1 后，它 們被內(nèi)部上拉為高電平。它也可作為通用的 I/O 口使用，傳送用戶的輸入輸出數(shù)據(jù)， P3 口也作為一些特殊功能端口使用，如圖 2.1 所示： P3.0：RXD （串行數(shù)據(jù)接收口） 。 P3.1：TXD（串行數(shù)據(jù)發(fā)送口） 。 P3.2： （外部中斷 0 輸入） 。 0INT 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 P3.3： （外部中斷 1 輸入） 。1INT P3.4：T

18、0 （記數(shù)器 0 計(jì)數(shù)輸入） 。 P3.5：T1 （記時(shí)器 1 外部輸入） 。 P3.6： （外部 RAM 寫選通信號） 。WR P3.7： D（外部 RAM 讀選通信號） 。 圖 2.1 AT89C51 單片機(jī) RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平 狀態(tài)。 ALE/PROG：地址鎖存允許/編程線，當(dāng)訪問片外存儲器時(shí)，在 P0.7P0.0 引 腳線上輸出片外存儲器低 8 位地址的同時(shí)還在 ALE/PROG線上輸出一個(gè)高電位脈 沖，其下降沿用于把這個(gè)片外存儲器低 8 位地址鎖存到外部專用地址鎖存器，以便 空出 P0.7P0.0 引腳線去傳送隨后而來的片外存

19、儲器讀寫數(shù)據(jù)。在不訪問片外存儲 器時(shí)，單片機(jī)自動(dòng)在 ALE/PR線上輸出頻率為 1/6 晶振頻率的脈沖序列。PSEN ：外部程序存儲器 ROM 的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個(gè)機(jī) 器周期兩次 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的 PSEN信號將 不出現(xiàn)。 A /VPP：允許訪問片外存儲器/編程電源線，當(dāng) EA保持低電平時(shí)，則在此期 間允許使用片外程序存儲器，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。當(dāng) 端保持高電平時(shí)， 則允許使用片內(nèi)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） 。 XTAL1 和 XTAL2：片內(nèi)振蕩電路輸入線，這兩個(gè)端子用來外接石

20、英晶體和微調(diào) 電容，即用來連接單片機(jī)片內(nèi) OSC 的定時(shí)反饋回路。 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 單片機(jī)晶振電路及其復(fù)位電路的搭建如圖 2.2 所示: 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，除單片機(jī)本身需要復(fù)位以外，外部擴(kuò)展 I/O 接口電路也 需要復(fù)位，因此需要一個(gè)包括上電和按鈕復(fù)位在內(nèi)的系統(tǒng)同步復(fù)位電路。單片機(jī)上 的 XTAL1 和 XTAL2 用來外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來連接單片機(jī)片內(nèi) OSC 的定 時(shí)反饋回路。本設(shè)計(jì)中開關(guān)復(fù)位與晶振電路如下圖所示，當(dāng)按下按鍵開關(guān) S1 時(shí)， 系統(tǒng)復(fù)位一次。其中電容 C1、C2 為 20pF，C3 為 10uF，電阻 R2、R3 為 10k，晶振 為 12MHz

21、。 2.2 復(fù)位電路 當(dāng) MCS-5l 系列單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST(全稱 RESET)出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期以上的高 電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果 RST 持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位 狀態(tài)。 根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開關(guān)復(fù)位。 上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作, 上電或開關(guān)復(fù)位要求電源接通后， 單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，并且在單片機(jī)運(yùn)行期間，用開關(guān)操作也能使單片機(jī)復(fù)位 3。 圖 2.2 單片機(jī)復(fù)位電路和晶振啟振電路 2.3 DS18B20 溫度傳感器功能介紹 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的 C

22、APK*1振Y0GNDRVWM 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。DS18B20 的外形及管腳排列如下圖 2.3:R14.7K23DQS8B0VCGN 圖 2.3 DS18B20 連接電路 DS18B20 引腳定義： (1)DQ 為數(shù)字信號輸入 /輸出端； (2)GND 為電源地； (3)VDD 為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地） ； DS18B20 的讀寫時(shí)序和測溫原理 4與 DS1820 相同，只是得到的溫度值的位數(shù) 因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由 2s 減為 750ms。 DS18B20 測溫 原理如圖 3 所示。圖

23、中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定 頻率的脈沖信號送給計(jì)數(shù)器 1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所 產(chǎn)生的信號作為計(jì)數(shù)器 2 的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在55所對 應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì) 數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入， 計(jì)數(shù)器 1 重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù) 器 2 計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫 度。DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個(gè)高速暫存

24、RAM 和一個(gè)非易失性的可 電擦除的 EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、TL 和結(jié)構(gòu)寄存器 5。 本設(shè)計(jì)利用 DS18B20 溫度傳感器實(shí)時(shí)采集室內(nèi)溫度，并在 LCD1602 顯示屏顯示 當(dāng)前溫度，給人以直觀的感覺，并可根據(jù)當(dāng)前溫度來確定所需選擇的風(fēng)扇檔位；而 且 DS18B20 的溫度采集對智能模式的實(shí)現(xiàn)提供了前提，當(dāng)智能模式按鍵被按下時(shí)， 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 風(fēng)扇會根據(jù)提前設(shè)定的溫度區(qū)間來進(jìn)行自動(dòng)調(diào)速。 2.4 1602 液晶顯示器簡介 圖 2.4 1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口 LCD1602 引腳功能如圖 2.4 所示： 第 1 腳：VSS 為電源地

25、。 第 2 腳：VCC 接 5V 電源正極。 第 3 腳：V0 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地電源 時(shí)對比度最高（對比度過高時(shí)會產(chǎn)生“鬼影”使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K 的電位器調(diào) 整對比度）。 第 4 腳：RS 為寄存器選擇，高電平 1 時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0 時(shí)選擇指 令寄存器。 第 5 腳：RW 為讀寫信號線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫操 作。 第 6 腳：E(或 EN)端為使能(enable)端。 第 714 腳：D0D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端。 第 1516 腳：空腳或背燈電源。15 腳背光正極，16 腳背光負(fù)極。 LCD1602 有微功

26、耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和 低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中。 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 2.5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路介紹 L298N 的恒壓恒流橋式 2A 驅(qū)動(dòng)芯片 L298N 說明及應(yīng)用如圖 2.5 所示： 圖 2.5 L298N 標(biāo)準(zhǔn)引腳接口 L298 是 SGS 公司的產(chǎn)品，比較常見的是 15 腳 Multiwatt 封裝的 L298N，內(nèi)部 同樣包含 4 通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路?？梢苑奖愕尿?qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，或一個(gè)兩相步進(jìn)電 機(jī)。L298N 芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，輸出電壓最高 可達(dá) 50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的 IO 口提

27、供信 號；而且電路簡單，使用比較方便。L298N 可接受標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號 VSS，V SS 可接 457 V 電壓。4 腳 VS 接電源電壓，VS 電壓范圍 VIH 為2546 V。輸 出電流可達(dá) 25 A，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。1 腳和 15 腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出 以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。L298 可驅(qū)動(dòng) 2 個(gè)電動(dòng)機(jī)， OUT1，OUT2 和 OUT3，OUT4 之間可分別接電動(dòng)機(jī)，本實(shí)驗(yàn)裝置我們選用驅(qū)動(dòng)一臺電 動(dòng)機(jī)。5，7，10，12 腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。EnA，EnB 接控制使 能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。具體控制方式如表 2.1 所示： 電 機(jī)

28、旋轉(zhuǎn)方式 控制端 IN1 控制端 IN2 控制端 IN3 控制端 IN4 輸入 PWM 信號改變脈 寬可調(diào)速 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 調(diào)速端 A 調(diào)速端 B 正轉(zhuǎn) 高 低 / / 高 / 反轉(zhuǎn) 低 高 / / 高 /M1 停止 低 低 / / 高 / 正轉(zhuǎn) / / 高 低 / 高 反轉(zhuǎn) / / 低 高 / 高M(jìn)2 停止 低 低 / / / 高 表 2.1 2.6 PWM 調(diào)速原理： 脈沖寬度調(diào)制（PWM ）是英文 “Pulse Width Modulation”的縮寫，簡稱脈寬調(diào) 制 6。它是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)， 廣泛應(yīng)用于測量，通信，功率

29、控制與變換等許多領(lǐng)域。一種模擬控制方式，根據(jù)相 應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶 體管 或晶體管導(dǎo)通時(shí)間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒 定。 1、設(shè)置提供調(diào)制方波的片上定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的周期 ； 2、 在 PWM 控制寄存器中設(shè)置接通時(shí)間； 3、設(shè)置 PWM 輸出的方向，這個(gè)輸出是一個(gè)通用 I/O 管腳 ； 4、啟動(dòng)定時(shí)器 ； 5、使能 PWM 控制器； PWM 的一個(gè)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。讓信號保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。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

30、為邏輯 1 時(shí)，也才能對數(shù)字信號產(chǎn)生影響。 對噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是 PWM 相對于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在某些 時(shí)候?qū)?PWM 用于通信的主要原因。從模擬信號轉(zhuǎn)向 PWM 可以極大地延長通信距離。 在接收端，通過適當(dāng)?shù)?RC 或 LC 網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號還原為模擬形 式。 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 2.7 風(fēng)扇電機(jī)驅(qū)動(dòng)與調(diào)速電路 本設(shè)計(jì)中由單片機(jī)的 I/O 口輸出 PWM 脈沖，通過內(nèi)置 H 橋電路的 L298N 驅(qū)動(dòng) 12V 直流無刷風(fēng)扇電機(jī)以及實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇電機(jī)速度的調(diào)節(jié) 7。 鍵盤控制電機(jī)相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，按鍵為 K1、 K2 、K3，分別對應(yīng)占空比為 60%、

31、80%、30%。通過軟件向單片機(jī)輸入相應(yīng)控制指令，由單片機(jī)通過 P1.2 口輸出與轉(zhuǎn) 速相應(yīng)的 PWM 脈沖，經(jīng)過 L298N 驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇直流電機(jī)控制電路，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控 制。 電路如圖 2.6 所示，L298N 的 IN1 INI2 分別接在單片機(jī)引腳的 P1.0 和 P1.1，通 過單片機(jī)軟件編程控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)的方向，本設(shè)計(jì)中 IN1 為高電平，IN2 為低電平， 電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。L298N 中 ENA 接入由單片機(jī)送出的 PWM 脈沖調(diào)制信號，軟件 編程控制 P1.2 口輸出脈沖的占空比而控制風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 GROUND9VC10ST2345IEAB678Lnv+.uFapZMPW 圖 2

32、.6 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 系統(tǒng)選用的風(fēng)扇電機(jī)為 12V 直流無刷電機(jī)，單片機(jī)上電后定時(shí)器觸發(fā)會產(chǎn)生 占空比為 50%的方波信號。同時(shí) DS18B20 顯示室內(nèi)的溫度，當(dāng) K1 鍵被按下后，占 空比會變成 60%定義為常風(fēng),這時(shí)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速明顯加快。當(dāng) K2 被按下后，占空比變?yōu)?80%，定義為自然風(fēng)，風(fēng)速有所加快。當(dāng) K3 被按下時(shí)，占空比變?yōu)?30%，風(fēng)速下降， 此風(fēng)速適合睡眠。本文的設(shè)計(jì)是利用 AT89C51 單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器每隔 100us 產(chǎn)生 一次定時(shí)器中斷，計(jì)數(shù)器達(dá)到 100 后自動(dòng)清零，此時(shí)發(fā)出脈沖的周期是 10ms。 2.8 設(shè)計(jì)整體電路介紹 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 本電路

33、由六大模塊電路組成：1602 液晶顯示電路、DS18B20 溫度檢測電路、 L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、單片機(jī)晶振和復(fù)位電路、按鍵調(diào)速電路和定時(shí)選擇電路以及 指示燈顯示電路。 整體電路原理圖如圖 2.7 所示： 圖 2.7 整體電路設(shè)計(jì) 在此重點(diǎn)介紹一下按鍵調(diào)速電路和定時(shí)選擇電路以及指示燈顯示電路。K1 、K2 、K3 是檔位選擇按鍵。K1 對應(yīng)常風(fēng)，K2 對應(yīng)自然風(fēng)，K3 對應(yīng)睡眠風(fēng)。 K4、K5、K6 分別對應(yīng)定時(shí)一小時(shí)關(guān)機(jī)、定時(shí)半小時(shí)關(guān)機(jī)、跳出定時(shí)關(guān)機(jī)模式，當(dāng) 然定時(shí)時(shí)間可隨時(shí)改動(dòng)，并以秒為單位倒計(jì)時(shí)的形式在 LCD1602 顯示屏上顯示。 K7 是模式選擇按鍵，電風(fēng)扇開機(jī)默認(rèn)選擇常規(guī)模式

34、，當(dāng) K7 被按下時(shí)選擇智能模式， 按下 K8 時(shí)跳出智能模式進(jìn)入常規(guī)模式，同時(shí)不同顏色的指示燈也會相應(yīng)的點(diǎn)亮， 從而指示選擇的檔位和模式。 2.9 本章小結(jié) 本章節(jié)主要介紹了各個(gè)模塊電路的設(shè)計(jì)及其設(shè)計(jì)原理。硬件電路主要包括： LCD1602 顯示電路、DS18B20 溫度檢測電路、復(fù)位晶振電路、按鍵調(diào)速電路、電機(jī) 驅(qū)動(dòng)電路和指示燈。核心模塊就是 L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和 DS18B20 溫度檢測電路。 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 第三章 軟件的介紹 3.1 程序設(shè)置 程序設(shè)計(jì)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)、鍵盤掃描函數(shù)、

35、LCD 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)、定時(shí)關(guān)機(jī)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(shí)時(shí)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，鍵盤掃描函數(shù)則根據(jù)需要完成電風(fēng)扇風(fēng)速檔位的 選擇；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)個(gè)人的需要完成對 PWM 占空比的選擇，從而控制電風(fēng)扇的 轉(zhuǎn)速及啟停。為了更加貼近實(shí)際，加入了定時(shí)關(guān)機(jī)函數(shù)，以便睡覺時(shí)用于定時(shí)關(guān)機(jī)， 節(jié)約用電。 三種模式分別如圖 3.1、3.2、3.3 所示： 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論

36、文） 13 開始 初始化 18B20 1602 液晶 定 時(shí)器 計(jì)數(shù)器 K7 被按 下 室溫實(shí)時(shí)檢測 選擇智能模式 Y N 40T Y N 虛擬高檔 30T40 虛擬中檔 N Y 虛擬低檔 K4 按下 定時(shí)關(guān)機(jī)開啟 Y N 常規(guī)模式 常規(guī)顯示 圖 3.1 智能模式 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 3.2 常規(guī)模式 圖 3.3 定時(shí)模式 常規(guī)模式 K1 按下 常風(fēng) Y N 自然風(fēng) K2 按下 Y N K4 按下 常風(fēng) 液晶顯示 定時(shí)模式 K5 按下 定時(shí) 1h Y N Y N 定時(shí) 0.5h 倒計(jì)時(shí)顯示 K6 按下 Y Y 常規(guī)模式 常規(guī)顯示 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 3.2

37、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 語言在不僅語句簡單靈活，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 MCS-51 系 列 單 片 機(jī) 開 發(fā) 的 軟 件 。 Keil C51 軟 件 不 僅 提

38、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(shí) 更 能 體 現(xiàn) 高 級 語 言 的 優(yōu) 勢 。 在 使 用 時(shí) 要 先 建 立 一 個(gè) 工 程 ， 然 后 添 加 文 件 并 編 寫 程 序 ， 編 寫 好 后 再 編 輯 調(diào) 試 8。 圖 3.2 Keil 編程截圖 3.3 用 PROTEUS 仿真 Proteus 軟件是英國 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具軟件（該軟 件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司） 。它不僅具有其它 ED

39、A 工具軟件的仿 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件 9。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的 工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、 致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus 是世界上著名的 EDA 工具 (仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟 件、PCB 設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺，其處理器模型支持 8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、A

40、VR、ARM、8086 和 MSP430 等， 2010 年又增加了 Cortex 和 DSP 系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在 編譯方面，它也支持 IAR、Keil 和 MPLAB 等多種編譯器。 首先啟動(dòng) Proteus 軟件并建立一工程，然后根據(jù)原理圖調(diào)出相應(yīng)的原件，再根 據(jù)要求改變各原件的屬性并把各個(gè)原件按原理圖連接起來 10。在原理圖繪制連接 好后再把編譯好的程序加載到其中。最后根據(jù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能分步進(jìn)行仿真 11。 3.4 選擇正常模式時(shí)仿真效果 3.4.1 開機(jī)時(shí)的風(fēng)速 把溫度傳感器 DS18B20 溫度設(shè)置為 36 攝氏度，K1、K2 、K3 都不按下，即默 認(rèn)開

41、機(jī)時(shí)占空比為 50%。點(diǎn)擊開始按鈕，系統(tǒng)開始仿真，待一段時(shí)間穩(wěn)定后，觀察 到此時(shí)風(fēng)扇直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，如圖 3.3、3.4 所示： 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 3.3 用 proteus 仿真結(jié)果圖 圖 3.4 其中電機(jī)轉(zhuǎn)速顯示為 156r/s 當(dāng)風(fēng)扇達(dá)到穩(wěn)定后此時(shí)電機(jī)顯示的轉(zhuǎn)速為 156r/s，DS18B20 設(shè)置的溫度為 36 攝氏度，LCD1602 顯示的溫度也為 36C，模擬顯示了室內(nèi)的溫度。經(jīng)過反復(fù)測定 系統(tǒng)穩(wěn)定后風(fēng)扇轉(zhuǎn)速在 143159r/s 之間。這是開機(jī)時(shí)的轉(zhuǎn)速。 3.4.2 常風(fēng) 當(dāng) K1 被按下時(shí)如圖 3.5： 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 圖 3.5 k1

42、 被按下綠燈亮電機(jī)加速 圖 3.6 轉(zhuǎn)速為 177r/s 綠 燈 亮 ， 同 時(shí) 明 顯 感 覺 電 動(dòng) 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 加 快 ， PWM 設(shè) 置 的 占 空 比 為 60%。 此 時(shí) 電 機(jī) 顯 示 的 轉(zhuǎn) 速 為 177r/s。 經(jīng) 反 復(fù) 測 定 系 統(tǒng) 穩(wěn) 定 后 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 在 175183r/s 之 間 。 此 時(shí) 對 應(yīng) 我 們 所 設(shè) 置 的 常 風(fēng) 。 3.4.3 自然風(fēng) 按 下 K2 鍵 時(shí) ， 電 機(jī) 顯 示 的 轉(zhuǎn) 速 為 223/s 此 時(shí) 對 應(yīng) 風(fēng) 扇 為 自 然 風(fēng) ， 此 時(shí) 程 序 設(shè) 置 輸 出 的 占 空 比 為 80%。 如圖 3.7： 濱州學(xué)院本科

43、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 3.7 電機(jī)顯示轉(zhuǎn)速 223r/s 同 時(shí) 藍(lán) 色 指 示 燈 點(diǎn) 亮 ， 經(jīng) 測 定 風(fēng) 扇 轉(zhuǎn) 速 在 220243r/s 區(qū) 間 內(nèi) ， 此 檔 位 風(fēng) 速 最 強(qiáng) 勁 ， 對 應(yīng) 自 然 風(fēng) 的 檔 位 。 3.4.4 睡眠風(fēng) 當(dāng) K3 鍵 被 按 下 時(shí) ， 紅 色 指 示 燈 亮 ， 電 機(jī) 減 速 ， 與 睡 眠 風(fēng) 相 對 應(yīng) 。 如 圖 3.8 所 示 ： 圖 3.8 電機(jī)顯示轉(zhuǎn)速 123r/s 當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，經(jīng)測定睡眠風(fēng)檔位時(shí)電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速在 110126r/s 之間。這種風(fēng) 速比較適合夏天時(shí)晚上睡眠使用。 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 3.5

44、 定時(shí)關(guān)機(jī)模式仿真 當(dāng) k4 被按下時(shí)，啟動(dòng)定時(shí) 60min 關(guān)機(jī)功能，同時(shí) LCD1602 顯示 power off time：字符串，然后實(shí)行以秒為單位的倒計(jì)時(shí)顯示。當(dāng)顯示為 0000 時(shí)切斷 PWM 脈 沖，電機(jī)經(jīng)過緩沖逐漸停止轉(zhuǎn)動(dòng)。如下圖 3.9 所示： 圖 3.9 液晶顯示定時(shí)關(guān)機(jī)時(shí)間 當(dāng) k5 被按下時(shí)，定時(shí) 30min 自動(dòng)關(guān)機(jī)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng) k6 被按下時(shí)，是從 定時(shí)關(guān)機(jī)模式跳轉(zhuǎn)到正常模式。其中在開啟定時(shí)關(guān)機(jī)時(shí)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速不會收到任何影 響。PWM 脈沖是由 T0 定時(shí)器設(shè)定產(chǎn)生的，而定時(shí)關(guān)機(jī)是由 T1 定時(shí)器設(shè)定的。二者 互不影響。 為了演示方便，把程序改為定時(shí) 10s 關(guān)

45、機(jī)，如下圖 3.10 所示： 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 3.10 電機(jī)逐漸停止轉(zhuǎn)動(dòng) 緩沖幾秒后，電機(jī)完全停止轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了定時(shí)關(guān)機(jī)的功能。以上設(shè)計(jì)完成了電 風(fēng)扇模擬控制實(shí)現(xiàn)的全部功能。 3.6 智能模式選擇 本設(shè)計(jì)在完成傳統(tǒng)電風(fēng)扇的基礎(chǔ)上增加了智能控制模式 12，此模式也是本設(shè) 計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)所在。通過實(shí)時(shí)對室溫的采集，反饋到單片機(jī)中，經(jīng)過軟件編程設(shè)置三 個(gè)溫度區(qū)間，對應(yīng)三個(gè)虛擬檔位，通過 PWM 脈沖調(diào)節(jié)其占空比，從而實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇的 調(diào)速。硬件、調(diào)速原理和傳統(tǒng)風(fēng)扇大同小異，主要是在軟件編程上下功夫。 把溫度劃分為三個(gè)區(qū)間 2030、3140、40 攝氏度以上，對應(yīng)三個(gè)不同的虛 擬檔位低

46、、中、快三檔。根據(jù)室內(nèi)溫度處于不同的溫度區(qū)間，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的 功能 14。再加一個(gè)跳轉(zhuǎn)按鍵，可以隨時(shí)跳出智能模式，轉(zhuǎn)到常規(guī)模式。 3.6.1 虛擬檔位低 當(dāng)溫度在 2030 之間時(shí)，定義為虛擬檔位低。電機(jī)顯示的轉(zhuǎn)速為 162r/s，DS18B20 顯示溫度為 26 攝氏度。如下圖 3.11 所示： 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 圖 3.11 電機(jī)顯示轉(zhuǎn)速 162r/s 經(jīng)測定系統(tǒng)穩(wěn)定后，轉(zhuǎn)速在 156163r/s 之 間 。 黃 色 指 示 燈 顯 示 智 能 自 動(dòng) 調(diào) 節(jié) 模 式 。 3.6.2 虛擬檔位中 當(dāng)溫度在 30 到 40 之間時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速顯示為 175r/s。系統(tǒng)穩(wěn)定

47、后電機(jī)轉(zhuǎn)速顯 示為 175192r/s。 如 下 圖 3.12 所 示 ： 圖 3.12 電機(jī)顯示轉(zhuǎn)速 175r/s 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 3.6.3 虛擬檔位高 當(dāng)溫度跳到 40 攝氏度以上時(shí)，風(fēng)扇通過自動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)轉(zhuǎn)速保持在 236245r/s 之間。因?yàn)?40 攝氏度使人們感覺非常燥熱，所以電風(fēng)扇全速轉(zhuǎn)動(dòng)。如下圖 3.13 所 示： 圖 3.13 電機(jī)顯示轉(zhuǎn)速 236r/s 當(dāng)溫度跳到 40 攝氏度以上時(shí)，風(fēng)扇通過自動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)轉(zhuǎn)速保持在 236245r/s 之間。因?yàn)?40 攝氏度使人們感覺非常燥熱，所以電風(fēng)扇全速轉(zhuǎn)動(dòng)。 當(dāng)跳轉(zhuǎn)鍵 K8 被按下時(shí)，跳出智能模式，回到常規(guī)模式，這時(shí)

48、可以繼續(xù)選擇檔 位，進(jìn)行手動(dòng)調(diào)速，進(jìn)行定時(shí)關(guān)機(jī)。 3.7 本章小結(jié) 本章節(jié)主要是程序設(shè)計(jì)的介紹及其控制方法的實(shí)現(xiàn)和仿真結(jié)果的演示。其中最 重要的是程序編寫部分，電風(fēng)扇控制的各種功能是通過對單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)的，其中 程序中包含溫度檢測函數(shù)、液晶顯示函數(shù) PWM 調(diào)速函數(shù)、自動(dòng)調(diào)速函數(shù)、定時(shí)器 中斷函數(shù)、鍵盤掃描函數(shù)。其中的 PWM 調(diào)速是基于 AT89C51 單片機(jī) T0 定時(shí)器產(chǎn)生 的方波脈沖，在通過中斷服務(wù)函數(shù)的設(shè)定產(chǎn)生占空比可調(diào)的脈沖信號作為電機(jī)驅(qū)動(dòng) 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 信號。而定時(shí)關(guān)機(jī)功能是利用單片機(jī) T1 定時(shí)器產(chǎn)生方波脈沖，每隔 50ms 產(chǎn)生一次 中斷，準(zhǔn)確無誤的實(shí)現(xiàn)

49、定時(shí)功能。并實(shí)時(shí)的顯示在液晶顯示屏上。對應(yīng)不同的功能 分別進(jìn)行了仿真演示，效果一目了然。 第四章 系統(tǒng)的調(diào)試 4.1 電動(dòng)機(jī)調(diào)速電路部分調(diào)試 系統(tǒng)本部分的設(shè)計(jì)中重在軟件設(shè)計(jì)，因?yàn)橥鈬尿?qū)動(dòng)電路只是將送來的 PWM 信號放大從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。系統(tǒng)軟件設(shè)置在 P1.2 口輸出使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的 PWM 占 空比，根據(jù)不同的室溫合理的選擇電風(fēng)扇的檔位，若此時(shí)用高于環(huán)境溫度的熱源靠 近測溫芯片 DS18B20 時(shí)，溫度傳感器會將檢測的信號反饋到單片機(jī)中經(jīng)過溫度轉(zhuǎn) 換顯示在 LCD1602 液晶顯示屏上；系統(tǒng)采用的直流電機(jī)為 12V 的額定電壓，而該 驅(qū)動(dòng)電路在采用單片機(jī)電源時(shí)的輸出電壓最高不過 5V，因此在

50、調(diào)試過程中只采用 了原有的 5V 直流電機(jī)來調(diào)試，且得到了可觀的控制效果。 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 4.2. 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 P3.3 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、P3.3 和 GND，可將芯片直接插在該插針上，因此即為方便。 系統(tǒng)調(diào)試中為驗(yàn)證 DS18B20 是否能在系統(tǒng)板上工作，將手心靠攏或者捏住芯片， 即可發(fā)現(xiàn) LCD 顯示的溫度也迅速升高，驗(yàn)證了 DS18B20 能在系統(tǒng)板上工作。由于 DS18B20 為 3 個(gè)引腳，因此在調(diào)試過程中因注意其各個(gè)引腳的對應(yīng)位置，以免將 其接反而

51、是芯片不能工作甚至燒毀芯片 4。 4.3. LCD1602 顯示電路部分調(diào)試 剛開始液晶顯示時(shí)，顯示屏一直閃爍。剛開始是認(rèn)為延時(shí)時(shí)間太短，重新設(shè)定 延時(shí)函數(shù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)還是在閃爍，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)主函數(shù)一直在調(diào)用液晶初始化函數(shù)。 所以一直在閃爍，改正后顯示良好。在定時(shí)關(guān)機(jī)電路中，液晶顯示時(shí)間不對，經(jīng)過 排查是因?yàn)樵诔绦蛏?time 是用 unsigned char 定義的，無標(biāo)記的字符型最多支持 計(jì)數(shù)為 255。定時(shí) 60min（3600s）超量程，故無法顯示，后來改為整型 int 問題 得到解決。 4.4. 本章小結(jié) 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，并實(shí)時(shí)的顯示出來。通過單 片機(jī)定時(shí)器

52、 T0 發(fā)出占空比可調(diào)的 PWM 方波脈沖 15，從而控制風(fēng)扇直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的 變化的控制信號，從而產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，根據(jù)鍵盤調(diào)節(jié)不同的設(shè)置檔位，再由 定時(shí)器產(chǎn)生的方波脈沖，通過 PWM 脈沖寬度調(diào)制來控制電機(jī)。系統(tǒng)不但能動(dòng)態(tài)的顯 示當(dāng)前溫度，而且還可以通過定時(shí)器來設(shè)定定時(shí)關(guān)機(jī)的時(shí)間，更好的節(jié)約電能源。 此外智能自動(dòng)調(diào)節(jié)模式的應(yīng)用更方便的進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 結(jié)論 系統(tǒng)總體上由六部分來組成，既按鍵與復(fù)位電路、LCD 顯示電路、溫度檢測電 路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、定時(shí)關(guān)機(jī)按鍵電路和模式選擇按鍵。首先考慮的是溫度檢測電 路，檢測室內(nèi)溫度，后通過單片機(jī)控制 LCD1602 顯

53、示當(dāng)前室內(nèi)溫度 16。第二是電 機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，該部分需要使用外圍電路將單片機(jī)輸出的 PWM 信號轉(zhuǎn)化為平均電壓 輸出，根據(jù)不同的 PWM 波形得到不同的平均電壓，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，電路的設(shè) 計(jì)中采用了集成 H 橋驅(qū)動(dòng)芯片 L298N，實(shí)現(xiàn)較好的控制效果；第三是 LCD1602 顯示 模塊，該部分的功能實(shí)現(xiàn)對環(huán)境溫度顯示和倒計(jì)時(shí)關(guān)機(jī)的顯示，其中按鍵實(shí)現(xiàn)不同 設(shè)置檔位的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了對環(huán)境溫度及時(shí)連續(xù)顯示，并可以通過人工模式選擇風(fēng)的 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 類型。第四是定時(shí)關(guān)機(jī)電路本設(shè)計(jì)中只設(shè)了兩個(gè)定時(shí)關(guān)機(jī)時(shí)間 60min 和 30min。以 后根據(jù)需要可以實(shí)現(xiàn)更久更準(zhǔn)確的定時(shí)關(guān)機(jī)。智能

54、模式更是在建立在溫度檢測電路 18的基礎(chǔ)之上，靈活的根據(jù)室溫的變化進(jìn)行風(fēng)速調(diào)節(jié)。 系統(tǒng)功能不足分析 由于單片機(jī)直接接 L298N，而 L298N 可同時(shí)控制兩臺直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)，感 覺有些未完全使用其功能。沒有設(shè)置電風(fēng)扇搖頭功能，本設(shè)計(jì)中電風(fēng)扇只能在一個(gè) 方向轉(zhuǎn)動(dòng)。 系統(tǒng)功能優(yōu)點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn)分析 本系統(tǒng)充分利用了 AT89C51 單片機(jī)的定時(shí)器中斷功能，通過合理的電路設(shè)計(jì) 實(shí)時(shí)的檢測室內(nèi)溫度，并將其顯示出來。利用 PWM 脈沖寬度調(diào)制進(jìn)行電風(fēng)扇的三 級調(diào)速 17，而且增加了更加人性化的定時(shí)關(guān)機(jī)功能和智能調(diào)速功能。 參考文獻(xiàn) 1 李學(xué)龍.使用單片機(jī)控制的智能遙控電風(fēng)扇控制器J.電子電路制作，200

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58、nkment in permafrost regions J. Cold Regions Science and Technology，2004,38(2)：165184. 15 Cheng Guodong. Linearity engineering in permafrost areas J. Journal of Glaciology and Geocryology(in Chinese)，2001,23(3)：213217. 16 B SchneierApplied Crytography：Algorithms，and Source Code in CJNew York：Jone Wi

59、ley sbit EN=P22; sbit RW=P21; /RW=1 寫 / sbit RS=P20; sbit PWM= P12; sbit IN1= P10; sbit IN2= P11; sbit K1=P14; sbit K2=P15; sbit K3=P17; sbit LED1=P23; sbit LED2=P24; sbit LED3=P25; sbit LED4=P30; sbit k4=P26; sbit k5=P27; sbit k6=P13; 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 sbit k7=P36; /auto model sbit k8=P37; uint time

60、=3600,qian,bai,shi,ge; uchar temp,i,j; uchar count,count1; uchar ZKB=50; uchar read_byte(); void write_byte(uchar dat); uchar read_temp(); uchar tab0= temperature; uchar tab1=0123456789; uchar tab2=Hello Its fine; uchar tab3=Power off !; uchar tab4=time :; uchar tab5=Auto model :; void delay(uint x)

61、 while(x-); void delay_50ms(uint z) uint x; for(;z0;z-) for(x=6245;x0;x-); void delay_50us(uint t) uchar j; for(;t0;t-) for(j=19;j0;j-); void init_time() TMOD=0X11; TH0=(65536-100)/256; TL0=(65536-100)%256; TH1=(65536-50000)/256; TL1=(65536-50000)%256; TR0=1; EA=1; ET0=1; void init_18b20() uchar n;

62、DQ=1; delay(8); DQ=0; delay(80); DQ=1; delay(8); n=DQ; delay(4) ; 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 uchar read_byte( ) /讀一個(gè)字節(jié) uchar i; uchar dat; for (i=8;i0;i-) DQ = 0; dat=1; DQ = 1; if(DQ) dat|=0 x80; delay(4); return (dat); void write_byte(uchar dat) uint i; for(i=0;i=1; delay(4); uchar read_temp( ) uchar a,b;

63、init_18b20(); write_byte(0 xcc); write_byte(0 x44); delay(300); init_18b20(); write_byte(0 xcc); write_byte(0 xbe); a=read_byte(); b=read_byte(); b4; return b; void lcd_wcmd(uchar cmd) RS = 0; RW = 0; EN = 0; delay_50us(10); P0 = cmd; delay_50us(10); EN = 1; delay_50us(20); EN = 0; void lcd_wdat(uch

64、ar dat) RS = 1; RW = 0; EN = 0; P0 = dat; delay_50us(10); EN = 1; delay_50us(10); EN = 0; void lcd_init() delay_50us(300); lcd_wcmd(0 x38); delay_50us(100); lcd_wcmd(0 x0c); delay_50us(10); lcd_wcmd(0 x06); delay_50us(10); lcd_wcmd(0 x01); delay_50us(10); void display() 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 int i,j; lc

65、d_wcmd(0 x80); for(i=0;i12;i+) lcd_wdat(tab0i); delay_50us(10); lcd_wcmd(0 x80+0 x0d); lcd_wdat(tab1temp/10); delay_50us(10); lcd_wcmd(0 x80+0 x0e); lcd_wdat(tab1temp%10); lcd_wcmd(0 x80+0 x0f); lcd_wdat(C); lcd_wcmd(0 x80+0 x40); for(j=0;j16;j+) lcd_wdat(tab2j); delay_50us(10); void display2() int

66、i,j; lcd_wcmd(0 x80); for(i=0;i12;i+) lcd_wdat(tab5i); delay_50us(10); lcd_wcmd(0 x80+0 x0d); lcd_wdat(tab1temp/10); delay_50us(10); lcd_wcmd(0 x80+0 x0e); lcd_wdat(tab1temp%10); lcd_wcmd(0 x80+0 x0f); lcd_wdat(C); lcd_wcmd(0 x80+0 x40); for(j=0;j16;j+) lcd_wdat(tab2j); delay_50us(10); void power_off() if(count1=20) count1=0; time-; if(time=0) ET0=0; ET1=0; void display1() lcd_wcmd(0 x80); for(i=0;i10;i+) lcd_wdat(tab3i); delay_50us(10); lcd_wcmd(0 x80+0 x40); for(i=0;i5;i+) lcd_wdat(tab4i); del