基于單片機(jī)的智能風(fēng)扇設(shè)計(jì)

1、word 文檔 可自由復(fù)制編輯題目： 基于單片機(jī)的智能風(fēng)扇設(shè)計(jì)姓名：學(xué)號(hào)：專 業(yè)： 電子信息工程院系：電子通信工程學(xué)院指導(dǎo)老師：職稱學(xué)歷：助教碩士完成時(shí)間：2014 年 5 月安徽新華學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）獨(dú)創(chuàng)承諾書本人按照畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃積極開展實(shí)驗(yàn)（調(diào)查）研究活動(dòng)，實(shí)事求是地做好實(shí)驗(yàn)（調(diào)查）記錄，所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中特別加以標(biāo)注引用參考文獻(xiàn)資料外，論文（設(shè)計(jì)）中所有數(shù)據(jù)均為自己研究成果，不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的工作已在論文中作了明確說明并表示謝意。畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)

2、）作者簽名：日期：基于單片機(jī)的智能風(fēng)扇設(shè)計(jì)摘要電風(fēng)扇是夏天給人們降溫的非常好的家用電器, 智能風(fēng)扇就是能根據(jù)溫度的改變，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速隨之改變, 現(xiàn)在的風(fēng)扇很難做到這一點(diǎn)，只有人為的幾檔調(diào)速。夏夜溫度下降后人們?nèi)菀滓蚴焖軟?，?dāng)溫度升高時(shí)，它又不能根據(jù)溫度的變化改變轉(zhuǎn)速。本設(shè)計(jì)智能風(fēng)扇采用單片機(jī)AT89C51 作為控制系統(tǒng)的核心，使用溫度傳感器 DS18B20進(jìn)行當(dāng)前的溫度采集，利用 PWM 脈沖寬度調(diào)制技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)速并通過 LED 數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度。同時(shí)本次設(shè)計(jì)還有一個(gè)比較創(chuàng)新的地方，本系統(tǒng)具有驅(qū)蚊功能。關(guān)鍵詞 ： 單片機(jī)；溫度傳感器；風(fēng)扇；超聲波驅(qū)蚊Design of Smart Fan

3、Based on Single Chip MicrocomputerAbstractFan is very good for people cooling appliances in the summer. Smart Fan is according to changes in temperature, and fan speed changes. Now the fan is difficult to do this, only a few artificial stall speed.The design of the fan control system uses AT89C51 mi

4、crocontroller , the indoor temperature sensor DS18B20 temperature acquisition, use PWM pulse width modulation technology for real-time control, and displays the current temperature through the LED digital tube. The same innovative design as well as a comparison where the system has a repellent funct

5、ion.Key Words: Microcontroller； Temperature Sensors； Fan； Ultrasonic Insect Repellen1 緒 論 11.1 智能風(fēng)扇發(fā)展史 11.2 智能風(fēng)扇的工作原理 21.3 本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)和內(nèi)容 22 方案論證 32.1 控制核心的選擇 32.2 顯示電路的選擇 32.3 調(diào)速方式的選擇 42.4 溫度傳感器的選擇 52.5 超聲波發(fā)生器的選擇 53 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計(jì) 73.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 73.2 電源電路設(shè)計(jì) 73.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 83.3.1 AT89C51 單片機(jī)簡介 83.3.2 單片機(jī)最小

6、系統(tǒng)電路 103.4 溫度采集電路設(shè)計(jì) 113.4.1 DS18B20溫度傳感器簡介113.4.2 溫度采集電路 133.5 溫度顯示電路設(shè)計(jì) 143.5.1 LED 數(shù)碼管簡介 143.5.2 溫度顯示電路 153.6 驅(qū)蚊電路設(shè)計(jì)153.6.1 TCT40-16T超聲波發(fā)射器簡介 153.6.2 驅(qū)蚊電路 163.7 驅(qū)動(dòng)與調(diào)速電路設(shè)計(jì)173.7.1 達(dá)林頓反相器ULN2803 簡介 173.7.2 驅(qū)動(dòng)與調(diào)速電路183.8 獨(dú)立按鍵電路設(shè)計(jì)184 軟件設(shè)計(jì)204.1 系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì)流程圖204.2 用 Keil C51 進(jìn)行程序編輯215 系統(tǒng)調(diào)試與仿真225.1 系統(tǒng)軟件調(diào)試225.

7、2 程序下載225.3 系統(tǒng)仿真226 結(jié) 論 26致謝 27參考文獻(xiàn)28附錄 291緒 論在現(xiàn)實(shí)生活中，我們要經(jīng)常使用一些降溫設(shè)備。雖然現(xiàn)在不少城市家庭都用空調(diào)設(shè)備作為降溫工具, 但在大部分農(nóng)村家庭風(fēng)扇仍然是作為夏季降溫的主要工具。春夏或者夏秋交替季節(jié)，早晚溫差比較大，白天溫度很高，風(fēng)扇應(yīng)該轉(zhuǎn)動(dòng)的比較快，這樣才能給人帶來涼爽。到了晚上，氣溫下降的很多，當(dāng)人們?nèi)胨螅L(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)速度應(yīng)慢慢減下來，防止感冒。雖然現(xiàn)在的風(fēng)扇有不同的檔位可以調(diào)節(jié)，但都必須人工來換擋，當(dāng)人們熟睡時(shí)就無能為力了。盡管現(xiàn)在普遍采用定時(shí)的方式解決這個(gè)問題，但定時(shí)時(shí)間有限，一般最多只有兩個(gè)小時(shí)，在這兩個(gè)小時(shí)內(nèi)溫度并不一定就會(huì)下

8、降的很多，風(fēng)扇關(guān)閉后，人們可能就會(huì)因?yàn)檠谉嵩俅涡褋黹_啟電扇，這樣會(huì)使人的睡眠質(zhì)量大大降低。從以上的分析可知，需要設(shè)計(jì)出一種很智能化的電風(fēng)扇來解決。本設(shè)計(jì)用單片機(jī)作為控制核心，用溫度傳感器采集當(dāng)前溫度，LED數(shù)碼管顯示實(shí)時(shí)溫度，并根據(jù)當(dāng)前檢測到的溫度，輸出不同占空比的 PWM 脈沖信號(hào)，從而風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)了不同的轉(zhuǎn)速。1.1 電風(fēng)扇的發(fā)展史電風(fēng)扇簡稱電扇，香港稱為風(fēng)扇，日本及韓國稱為扇風(fēng)機(jī)，從發(fā)明到現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)過了一百多年，是炎熱夏季的寵物。電風(fēng)扇起源于1830年，是叫詹姆斯的一個(gè)美國人發(fā)明了一種用發(fā)條來驅(qū)動(dòng)的，可以固定在天花板上的電風(fēng)扇。1880年，一個(gè)叫舒樂的美國人第一次將葉片直接裝到電動(dòng)機(jī)上，再接

9、上電源，葉片便很快速旋轉(zhuǎn)起來。1882年，一個(gè)叫休伊?斯卡茨?霍伊拉的紐約人最早發(fā)明了商品化的電風(fēng)扇。中國生產(chǎn)的第一臺(tái)風(fēng)扇起于1916 年，直到1925 年華生電器制造廠才正式生產(chǎn)電風(fēng)扇，并很快贏得市場好評(píng)。一開始電風(fēng)扇不能很好的控制時(shí)間，過了一段時(shí)間，便出現(xiàn)了一種可以設(shè)置風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間，及可以根據(jù)設(shè)定的時(shí)間來開啟或者關(guān)閉的電風(fēng)扇，這種風(fēng)扇在當(dāng)時(shí)相當(dāng)受好評(píng)，也受到廣大人民的喜愛。電風(fēng)扇的操作方式從一原先的旋鈕，到按鍵，再到現(xiàn)在的觸摸式操作11.2 電風(fēng)扇的工作原理電風(fēng)扇的主要功能器件是交流電機(jī)，通電后線圈在磁場中因受力而轉(zhuǎn)動(dòng)，能量的轉(zhuǎn)化形式是這樣的：電能主要是轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，同時(shí)由于電阻問題，電能

10、還有一部分轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。電風(fēng)扇工作時(shí)，因?yàn)橛须娏髁鬟^電風(fēng)扇的線圈，而線圈是有電阻的，所以會(huì)產(chǎn)生部分熱量向外擴(kuò)散，因此電風(fēng)扇的溫度會(huì)增高。但人們?yōu)槭裁磿?huì)感覺到?jīng)鏊?？因?yàn)槿梭w的表面在夏天有大量的汗液，當(dāng)電風(fēng)扇工作后，室內(nèi)的空氣會(huì)隨著電風(fēng)扇流動(dòng)，所以就能夠蒸發(fā)人體表面的汗液，由物理學(xué)原理蒸發(fā)需要吸熱，故人們會(huì)感覺到非常涼爽 2 。1.3 本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)和內(nèi)容本設(shè)計(jì)是以AT8951 單片機(jī)為主要控制核心，利用51 單片機(jī)對(duì)溫度傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并且通過各種電子元器件對(duì)電風(fēng)扇各種工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，從而可以達(dá)到用戶的要求。本次設(shè)計(jì)主要完成以下內(nèi)容：(1) 能夠檢測當(dāng)前溫度并顯示，可根據(jù)預(yù)

11、設(shè)溫度自動(dòng)開啟關(guān)閉，當(dāng)當(dāng)前溫度大于預(yù)設(shè)溫度，自動(dòng)開啟，小于預(yù)設(shè)溫度自動(dòng)關(guān)閉。(2) 預(yù)設(shè)溫度可通過按鍵增加或減少。(3) 可隨著外界溫度的增加風(fēng)扇可自行調(diào)速，主要分為五個(gè)檔位，溫度每升高五度風(fēng)扇自動(dòng)增加一檔。(4) 具有驅(qū)蚊功能。2 方案論證2.1 控制核心的選擇方案一： 采用單片機(jī)作為主要控制芯片。在本設(shè)計(jì)中采用AT89C51 單片機(jī)，通過軟件編程的方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的實(shí)時(shí)采集和控制，在其 I/O 口輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。單片機(jī)AT89C51 工作電壓相對(duì)比較低，單片內(nèi)含有4k 字節(jié)的 ROM 和256 字節(jié)的 RAM ，并且價(jià)格也相對(duì)較便宜。方案二： 采用電壓比較電路作為控制執(zhí)行部件。將采集到

12、的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并經(jīng)放大電路放大，集成運(yùn)算放大器組成的比較電路來判斷決定電風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。對(duì)于方案一，用單片機(jī)作為控制器件，通過簡單的程序編寫可以將溫度傳感器 DS18B20檢測的溫度通過LED 數(shù)碼管顯示出來，而且可以通過按鍵掃描程序通過單片機(jī)的外部按鍵對(duì)預(yù)設(shè)的初值進(jìn)行增加或者減少，同時(shí)對(duì)于驅(qū)蚊功能采用單片機(jī)的軟件編程更易實(shí)現(xiàn)，成本低，故以單片機(jī)AT89C51 為控制核心，適合本次設(shè)計(jì)。對(duì)于AT89C51 的具體參數(shù)參見下面“硬件設(shè)計(jì)”中的各器件介紹。對(duì)于方案二，采用電壓比較電路作為控制的核心，雖然電路比較簡單、容易實(shí)現(xiàn)， 但不能對(duì)預(yù)設(shè)溫度的值進(jìn)行更改，無法滿足不同用戶的需求，故本次設(shè)

13、計(jì)不采用。2.2 顯示電路的選擇方案一 ：采用 LCD 液晶顯示器顯示。方案二：采用數(shù)碼管做顯示器件，共陰極接法，動(dòng)態(tài)方式顯示3。對(duì)于方案一，液晶顯示屏顯示的字符非常優(yōu)美，這一優(yōu)點(diǎn)LED 數(shù)碼管是無法做到的，但是液晶顯示屏價(jià)格太過昂貴，驅(qū)動(dòng)程序編寫起來也是相當(dāng)復(fù)雜的，本次設(shè)計(jì)不采用。對(duì)于方案二，用LED 顯示，成本非常低，溫度顯示清晰可見，即使夜間也能看見， 顯示程序的編寫也比較容易，因此這種顯示方式得到了廣泛的應(yīng)用。不足的地方是采用該方案可能會(huì)產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象，因?yàn)檫@種動(dòng)態(tài)掃描方式五個(gè)LED數(shù)碼管是逐個(gè)點(diǎn)亮的，但由于人眼有個(gè)視覺暫留效應(yīng)，為20MS，我們只要設(shè)定合適的掃面周期就可以避免閃爍現(xiàn)象，

14、故這一方案可行。關(guān)于LED 的詳細(xì)參數(shù)參看下面“硬件設(shè)計(jì)”中的各器件介紹。2.3 調(diào)速方式的選擇方案一：采用變壓器調(diào)節(jié)方式，運(yùn)用變壓器原理將市電220V 交流電壓通過線圈降壓到不同的值，電風(fēng)扇電機(jī)接到不同電壓值的線圈上就可以來控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。方案二：采用單片機(jī)的PWM 軟件編程方式。PWM 中文意思是脈沖寬度調(diào)制，英文意思是Pulse Width Modulation 的簡寫形式，它是一種按某種規(guī)律變化的脈沖方波，在 PWM 驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)當(dāng)中，最常用的是矩形PWM脈沖波信號(hào)，也是編寫程序最簡單的。在對(duì)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制時(shí)，需要根據(jù)當(dāng)前溫度來輸出不同占空比的PWM 脈沖。

15、PWM 脈沖的占空比是指高電平的時(shí)間在一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)的百分比，若全為低電平，占空比為零，風(fēng)扇不轉(zhuǎn)；若全為高電平，占空比為100%時(shí)，轉(zhuǎn)速達(dá)到最大4。用單片機(jī)輸出PWM 脈沖信號(hào)時(shí)，有如下兩種方法：(1) 利用軟件延時(shí)。可以利用單片機(jī)自帶的定時(shí)器編程實(shí)現(xiàn)不同占空比的PWM 脈沖的輸出，利用中斷程序?qū)纹瑱C(jī)輸出的電平進(jìn)行高低轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的調(diào)速，本設(shè)計(jì)采用該方法。設(shè)計(jì)不同占空比的PWM脈沖的思路是：假設(shè)采用 1S的周期方波，以 50MS 為基準(zhǔn)， 則 20 個(gè)基準(zhǔn)便就是一個(gè)1S， 那么當(dāng)其中4個(gè)連續(xù)的50MS的高電平脈沖，然后16連續(xù)的 50MS 低電平脈沖，便得到了占空比為20%的 PWM

16、方波信號(hào)。(2) 利用單片機(jī)自帶的PWM 功能。 但本次設(shè)計(jì)所用得AT89C51 單片機(jī)沒有這種功能，只有STC系列的才有，故不可行。對(duì)于方案一，該方案可以對(duì)直流風(fēng)扇進(jìn)行調(diào)速，但調(diào)節(jié)不是很方便，而且采用變壓器來改變電壓，不能適應(yīng)人性化要求。對(duì)于方案二，采用PWM 脈沖調(diào)制的純軟件的方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的實(shí)時(shí)調(diào)速， 具有很大的靈活性，而且可以更充分地發(fā)揮單片機(jī)的功能，綜合考慮選用方案二。2.4 溫度傳感器的選擇方案一：用熱電偶來作為檢測溫度的元器件，配合適當(dāng)?shù)耐鈬娐?，將檢測到的溫度信號(hào)送入單片機(jī)AT89C51 處理。方案二：用熱敏電阻作為檢測溫度的元器件，經(jīng)過運(yùn)算放大器放大，由于溫度變化會(huì)引起

17、熱敏電阻的電阻值發(fā)生相應(yīng)的變化、便可以得到輸出電壓變化的信號(hào)。方案三：用高精度集成溫度傳感器DS18B20作為檢測溫度的元器件，直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)給單片機(jī)處理5。對(duì)于方案一，采用熱電偶作為檢測元器件，其檢測的溫度范圍非常寬，可檢測 -50 攝氏度到1600 攝氏度，但是電路設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，故本設(shè)計(jì)不采用該方案。對(duì)于方案二，采用熱敏電阻價(jià)格相對(duì)便宜、元器件也很容易買到，但熱敏電阻對(duì)溫度的變化不是很敏感，在檢測溫度信號(hào)的時(shí)候，還有可能產(chǎn)生失真和誤差，故本設(shè)計(jì)不采用該方案。對(duì)于方案三，由于溫度傳感器DS18B20 的集成度很高，大大減少了外接電路，從而檢測誤差也會(huì)變小很多，DS18B20 檢測溫度的

18、原理與前面兩種方案的原理有著很大的不同。其檢測到的溫度值可以直接送入單片機(jī)處理，不用編寫更多的轉(zhuǎn)換程序，簡化了程序的編寫，且只用一根線便可與單片機(jī)相連，接口相當(dāng)簡單，本次設(shè)計(jì)采用該方案。關(guān)于DS18B20 的詳細(xì)參數(shù)參看下面“硬件設(shè)計(jì)”中的器件介紹。2.5 超聲波發(fā)射器的選擇本設(shè)計(jì)的原理是根據(jù)蚊子的生理特性來的，主要靈感來源是現(xiàn)在的智能手機(jī)上帶有驅(qū)蚊的軟件。在夏天咬人的一般都是雌蚊，雄蚊幾乎是不咬人的，雌蚊在夏天大部分都是懷卵的且在懷卵期間又不喜歡與雄蚊接近，因此當(dāng)它們感覺到雄蚊發(fā)出頻率在22KHZ 的超聲波信號(hào)時(shí)，就會(huì)自動(dòng)離開，因此只需控制超聲波發(fā)射器發(fā)射出模擬雄蚊的超聲波就可達(dá)到驅(qū)蚊的目的

19、。產(chǎn)生該頻率的超聲波有一下兩種方案：方案一：可以通過軟件編寫，定時(shí)器T1 產(chǎn)生頻率在22KHZ 的方波信號(hào)，并通過并聯(lián)的反相器用來增大驅(qū)動(dòng)能力，然后接入超聲波發(fā)射器，使超聲波發(fā)射器發(fā)出模擬雄蚊的超聲波，從而驅(qū)逐雌蚊，進(jìn)而可以避免蚊子的叮咬。方案二：用NE555 構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生可調(diào)頻率的方波，從而驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射器，使其發(fā)射我們需要的超聲波信號(hào)，達(dá)到驅(qū)蚊目的6。對(duì)于方案一：AT89C51 單片機(jī)定時(shí)器T1 工作在方式1， 可通過初值的設(shè)置，輸出 22KHz 的時(shí)鐘信號(hào)輸出，不用反復(fù)中斷，提高了系統(tǒng)的執(zhí)行效率。超聲波發(fā)射器選擇的是TCT40-16T , 為了增大驅(qū)動(dòng)能力，單片機(jī)P3.5 口產(chǎn)生的

20、方波信號(hào)經(jīng)過并聯(lián)反相器后加在超聲波發(fā)射器的兩端，這樣超聲波發(fā)射器就可以發(fā)射22KHz 的超聲波，本設(shè)計(jì)采用該方案。關(guān)于TCT40-16T 的詳細(xì)參數(shù)參看下面“硬件設(shè)計(jì)”中的器件介紹。對(duì)于方案二：由于NE555 產(chǎn)生的超聲波頻率調(diào)節(jié)是依靠調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器實(shí)現(xiàn)的，不好可視化的調(diào)節(jié)頻率，不方便用戶使用。3 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的思路：本次設(shè)計(jì)主要利用AT89C51 單片機(jī)為控制核心，利用溫度傳感器DS18B20 采集當(dāng)前溫度送入單片機(jī)處理，單片機(jī)根據(jù)當(dāng)前溫度與預(yù)設(shè)溫度的比較決定是否開啟風(fēng)扇，并通過五段LED 數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度和預(yù)設(shè)溫度。當(dāng)當(dāng)前溫度高于預(yù)設(shè)溫度，風(fēng)扇開啟，低

21、預(yù)設(shè)溫度時(shí)風(fēng)扇關(guān)閉。單片機(jī)根據(jù)當(dāng)前的溫度輸出相應(yīng)占空比的PWM 脈沖，并通過ULN2803 增大驅(qū)動(dòng)后，送入12V 的直流電機(jī)，從而產(chǎn)生不同轉(zhuǎn)速。本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總框圖如圖3.1 所示:圖 3.1 系統(tǒng)總體框圖3.2 電源電路設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源作為直流能源的提供者，在電路中起到很關(guān)鍵的作用，因此對(duì)尤其是對(duì)電源紋波系數(shù)和輸出電流能力的要求上，如果電源常用的轉(zhuǎn)5V 電源有線性型穩(wěn)壓芯片和開關(guān)型穩(wěn)壓芯片兩大類。線性型穩(wěn)壓LM7805。本次設(shè)計(jì)需要兩個(gè)幅度不同的直流電壓5V 和 12V。其中5V 電壓的產(chǎn)生是220V 交流電經(jīng)過降壓器降壓，橋式整流濾波后送入穩(wěn)壓器件LM7805，470uf 帶極性的電容濾

22、除低頻信號(hào)，0.1uf5V 電壓7 。 12V 電壓只需5V 電壓經(jīng)過運(yùn)算放大器放大即可得到，5V 和 12V 電壓產(chǎn)生電路如圖3.2( a)3.2 (b)所示：3.2(a) 5V 電壓產(chǎn)生電路圖 3.2(b) 12V 電壓產(chǎn)生電路3.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)3.3.1 AT89C51 簡介AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓單片機(jī)，其含有 4K 字節(jié)的 ROM和 256 字節(jié)的 RAM ，兼容 MCS-51 指令。其中央處理器是8 位的，且含有Flash存儲(chǔ)單元，功能非常強(qiáng)大。AT89C51 單片機(jī)具有以下標(biāo)準(zhǔn)的功能：一個(gè) 8 位 CPU 頻率范圍1.2-12MHZ，4K

23、字節(jié) Flash閃存， 256字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM ， 4個(gè) 8位并行 I/O 口， 一個(gè)全雙工串行口，2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，5 個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)，片內(nèi)自帶振蕩器和時(shí)鐘電路。AT89C51 單片機(jī)管腳圖如3.3所示：3.3 AT89C51 單片機(jī)各管腳功能如下8 :VCC： 40 引腳接 5V 供電電壓。GND： 20引腳接地。XTAL1 ： 19 引腳為單片機(jī)提供外部時(shí)鐘信號(hào)，外接石英晶體和微調(diào)電容。XTAL2 ： 18 引腳為單片機(jī)提供外部時(shí)鐘信號(hào)，外接石英晶體和微調(diào)電容。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。是漏極開路的

24、8 位準(zhǔn)雙向I/O 口，有兩種功能。第一: 做通用 I/O 口，無片外內(nèi)存時(shí)， P0 口可做通用I/O 接口使用。第二： 做地址 /數(shù)據(jù)口， 在訪問外部內(nèi)存時(shí)，用作地址總線的低8 位和數(shù)據(jù)總線。P1 口： P1.7P1.0, 其中 P1.7為最高位，P1.0為最低位，僅用作I/O 口。P2口：P2.7P2.0，其中P2.7為最高位，P2.0為最低位。P2口是帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向I/O 接口，具有兩種功能。第一：做通用I/O 口，無片外內(nèi)存時(shí)， P2 口可用作通用I/O 口。第二：做地址口，在訪問外部內(nèi)存時(shí)，用作地址總線的高8 位。P3 口： P3.7P3.0，其中 P3.7為最高位，

25、P3.0為最低位。P3口是雙功能口。具有兩種功能。第一： 用作通用I/O 口。 第二功能：P3.0RXD 串行口輸入；P3.1TXD串行口輸出；P3.2INTO 外部中斷0 輸入；P3.3INT1 外部中斷1 輸入；P3.4T0定時(shí)計(jì)數(shù)器的脈沖輸入；P3.5T1 定時(shí)計(jì)數(shù)器的脈沖輸入；P3.6WR 片外 RAM 寫信號(hào)； P3.4RD片外 RAM 讀信號(hào)。RST： 9 引腳復(fù)位輸入，高電平有效。PSEN ： 29引腳外部程序內(nèi)存讀信號(hào)。當(dāng)訪問外部程序內(nèi)存時(shí)，此腳定時(shí)輸出脈沖作為讀片外程序內(nèi)存的選通信號(hào)，通常接EPROM 的 OE 端。 PSEN 端在每個(gè)機(jī)器周期中兩次有效，但當(dāng)訪問外部RAM

26、時(shí)，兩次PSEN 負(fù)脈沖不出現(xiàn)。PSEN 可驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LS 型 TTL 。ALE/ PROG ： 30 引腳地址鎖存允許/編程線，當(dāng)訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，在P0.7P0.0引腳線上輸出片外存儲(chǔ)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(chǔ)器低8 位地址鎖存到外部專用地址鎖存器。EA / VPP： 31 引腳內(nèi)外部程序內(nèi)存選擇輸入端。EA =1， CPU 訪問片外ROM，并執(zhí)行其指令。當(dāng)PC>0FFFH時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外ROM。 EA =0，不論片內(nèi)是否含有內(nèi)存，只執(zhí)行片外ROM 的指令。3.3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路單片機(jī)工作時(shí)需要時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)

27、鐘信號(hào)通?？捎赏獠糠绞交蛘邌纹瑱C(jī)的內(nèi)部方式提供。本次設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，利用單片機(jī)內(nèi)部自帶的反相放大器，XTAL2 為放大器的輸出端，XTAL1 為放大器的輸入端，這兩個(gè)引腳外接石英晶體振蕩器和微電容，構(gòu)成可以自激的振蕩器。本設(shè)計(jì)在XTAL1和 XTAL2 外接了一個(gè) 12MHZ 的晶振， 30pf 的電容 9。復(fù)位是使單片機(jī)回復(fù)到初使的狀態(tài)，就跟計(jì)算機(jī)的重啟差不多，并從初始狀態(tài)從新工作。單片機(jī)是高電平復(fù)位，一般有兩種方式：按鍵復(fù)位和上電復(fù)位，兩種復(fù)位方式均可。本次設(shè)計(jì)采用按鍵復(fù)位，當(dāng)按下按鍵開關(guān)S1 時(shí)，系統(tǒng)復(fù)位一次，電阻R2、 R3 為 10k。其時(shí)鐘電路與復(fù)位電路如圖3.4所示：3.4

28、 最小系統(tǒng)電路3.4 溫度采集電路設(shè)計(jì)3.4.1 DS18B20 簡介DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有四個(gè)部分：64位的只讀程序存儲(chǔ)器ROM、 溫度傳感器、 非揮發(fā)的報(bào)警觸發(fā)器TH 和 TL、 配置寄存器?？偣灿腥齻€(gè)管腳，包含 DQ，GND， VDD 。其中 DQ 為數(shù)字信號(hào)端，GND 為電源地，VDD 為電源輸入端。DS18B20 的主要性能特點(diǎn)如下：(1) 僅可用一個(gè)端口便可以通信；(2) 無須外部器件；(3) DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能；(4) 適應(yīng)電壓范圍廣，電壓范圍為3.05.5V；(5) 待機(jī)功耗為零；(6) 溫度以 9 位或 12 位數(shù)字；(7) 具有報(bào)警命令識(shí)別功能；(8)

29、具有負(fù)電壓特性，電源接反時(shí)，芯片不會(huì)燒壞；DS18B20的管腳圖及部分溫度值與DS18B20 輸出的數(shù)字量對(duì)照表見圖3.5和表 3-1 所示：3.5 DS18B20 溫度傳感器表 3-1 部分溫度值與DS18B20 輸出的數(shù)字量對(duì)照溫度值 / 數(shù)字輸出（二進(jìn)制）數(shù)字輸出（十六進(jìn)制）+1250000 0111 1101 000007D0H+850000 0101 0101 00000550H+25.6250000 0001 1001 00010191H+10.1250000 0000 1010 001000A2H+0.50000 0000 0000 10000008H00000 0000 000

30、0 00000000H-0.51111 1111 1111 1000FFF8H-10.1251111 1111 0110 1110FF5EH-25.6251111 1111 0110 1111FF6FH-551111 1100 1001 0000FC90H3.4.3 溫度采集電路DS18B20 數(shù)字溫度傳感器檢測現(xiàn)場溫度，將檢測到的溫度值送入AT89C51單片機(jī)的P1.0口，經(jīng)過單片機(jī)處理后顯示此時(shí)溫度值，并與設(shè)定溫度值做比較，輸出相應(yīng)占空比的PWM 脈沖信號(hào)。電路如圖3.6所示：3.6 溫度采集電路3.5 溫度顯示電路設(shè)計(jì)3.5.1 LED 數(shù)碼管簡介本設(shè)計(jì)選用五個(gè)LED 數(shù)碼管來進(jìn)行溫度顯

31、示。LED 又稱為數(shù)碼管，主要是由 8 個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)的。LED 數(shù)碼管按結(jié)構(gòu)可以分為共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)，如圖 3.7所示：共陰極把8 個(gè)發(fā)光二極管陰極連接在一起，共陽極把8 個(gè)發(fā)光二極管陽極連接在一起。通過編程的方式使單片機(jī)的引腳輸出不同的高低電平，便可以得到相應(yīng)的數(shù)字，這種數(shù)碼管的顯示方式就被稱做段選碼10。g f gnd a be d gnd c pd數(shù)碼管引腳圖Rx8Rx8共陰極接法共陽極接法3.7 七段 LED 數(shù)碼管表 3-2 七段 LED 數(shù)碼管的段選碼顯示字符共陰極段碼共陽極段碼顯示字符共陰極段碼共陽極段碼03fHC0H87fH80H106HF9H96fH90H25bHA4

32、HA77H88H34fHB0HB7fH83H466H99HC39HC6H56dH92HD3fHA1H67dH82HE79H86H707HF8HF71H8EH假如一個(gè)數(shù)碼管采用共陰極接法接入單片機(jī)中，想要顯示數(shù)字“5”須使a、c d f g 這 5 個(gè)二極管同時(shí)發(fā)光（即這 5 個(gè)二極管接入高電平）， 而其他二極只要 P0口輸入01101101（ 6dH） 即可。 字形與段選碼的對(duì)照見表3-2。3.5.2 溫度顯示電路本次設(shè)計(jì)主要顯示當(dāng)前溫度值和預(yù)設(shè)溫度值，其中前三個(gè)LED 數(shù)碼管顯示0 到 99.9不同的溫度，后兩個(gè)LED 數(shù)碼管顯示之前預(yù)設(shè)定a,b,c,d,e,f,g,dp分別與P0.0到 P

33、0.7P0口輸出的是低電平，所以在P0口接了 10K 的P2.0到 P2.5分別接到1,2,3,4， 5,6引腳作為位選信號(hào)。顯示電路如圖3.8所示：圖 3.8 溫度顯示電路3.6 驅(qū)蚊電路設(shè)計(jì)3.6.1 TCT40-16T 超聲波發(fā)射器簡介TCT40-16T 是一種較小的超聲波發(fā)射器，它能發(fā)射出不同頻率的超聲波，適3.9所示：3.9 超聲波發(fā)射器TCT40-16T3.6.2 驅(qū)蚊電路P3.5是單片機(jī)定時(shí)器T1 的時(shí)鐘輸出端口，我們可以利用定時(shí)器T1 輸出頻22KHZ 的方波信號(hào)，并通過并聯(lián)反相器增大驅(qū)動(dòng)后送入超聲波發(fā)射器TCT40-16T 來模擬雄蚊發(fā)出的超聲波，進(jìn)而達(dá)到驅(qū)蚊目的11。 驅(qū)蚊

34、電路如圖3.103.7 驅(qū)動(dòng)與調(diào)速電路設(shè)計(jì)3.7.1 達(dá)林頓反相器ULN2803簡介因?yàn)橹绷麟姍C(jī)工作時(shí)需要較大的電流，而單片機(jī)I/O 口輸出的電流都在幾十所以必須要外加驅(qū)動(dòng)電路。在本設(shè)計(jì)ULN2803 來驅(qū)動(dòng)直流風(fēng)扇電機(jī)。ULN28038 個(gè)直流電機(jī)。ULN2803 實(shí)際上是16個(gè) NPN 晶體管組成，總共含有18 個(gè)引腳。ULN28033.11 所示：圖 3.11 ULN2803 管腳圖1-8 引腳： 8 個(gè) 輸入端口；9 引腳：接地端；10 引腳： 為 COM 端，一般懸空或接電源，但與負(fù)載的電源共同接在一起，本次設(shè)計(jì)接12電源。 ULN2803 可以輸出最大電流可達(dá)500毫安，最大電壓可

35、達(dá)50V。本系統(tǒng)選用的電機(jī)為12V 直流無刷電機(jī)，所需電流為300毫安左右，因此可用ULN2803 來驅(qū)動(dòng)。11-18 引腳： 8 個(gè)輸出端口；3.7.2 驅(qū)動(dòng)與調(diào)速電路本次設(shè)計(jì)利用PWM 脈沖寬度調(diào)制技術(shù)對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)速，風(fēng)扇分為五檔，預(yù)設(shè)溫度t0 為 25 度，溫度每增高5 度，風(fēng)扇增加一檔。當(dāng)當(dāng)前溫度低于預(yù)設(shè)溫度時(shí)，輸出占空比為0 的 PWM 脈沖，風(fēng)扇不轉(zhuǎn)。當(dāng)當(dāng)前溫度大于預(yù)設(shè)溫度時(shí)，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，并且可以根據(jù)當(dāng)前溫度輸出相應(yīng)占空比的PWM 脈沖，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)扇的自動(dòng)調(diào)速。驅(qū)動(dòng)與調(diào)速電路如下圖3.12所示：直流風(fēng)扇電機(jī)與ULN2803 的 COM 端供接 12V 電源，直流電機(jī)另一端

36、接ULN2803 的 4C，單片機(jī)的P3.4口接4B，通過單片機(jī)的P3.4口輸出不同占空比的PWM 脈沖信號(hào)，便可以對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，系統(tǒng)選用的電機(jī)為12V 直流無刷電機(jī)。3.12 驅(qū)動(dòng)與調(diào)速電路3.8 獨(dú)立按鍵電路設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)需要兩個(gè)獨(dú)立按鍵S2和 S3， 主要是用來對(duì)預(yù)設(shè)溫度初值進(jìn)行調(diào)整。S2每按下一次，預(yù)設(shè)初值自動(dòng)加一，S3每按下一次預(yù)設(shè)溫度初值自動(dòng)減一。word 文檔 可自由復(fù)制編輯加減采用中斷方式實(shí)現(xiàn)，將S2 與 P3.2相連，S3與 P3.3相連。當(dāng)有鍵按下立刻執(zhí)行中斷程序，低電平有效。獨(dú)立按鍵電路如下圖3.13所示：3.13 獨(dú)立按鍵電路4.1 系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì)流程圖初始化程序

37、后，傳感器采集溫度送入單片機(jī)，通過4 軟件設(shè)計(jì)LED 顯示。當(dāng)有鍵按下4.1 所示：4.1 軟件總體設(shè)計(jì)流程圖word 文檔 可自由復(fù)制編輯4.2 用 Keil C51 進(jìn)行程序編寫Keil C51 軟件目的主要在于解決嵌入式軟件開發(fā)商面臨的問題，當(dāng)有新項(xiàng)目的時(shí)候，只需要從設(shè)備數(shù)據(jù)庫選擇使用的設(shè)備，uVision IDE 將設(shè)置好所有的編譯器，鏈接器和存儲(chǔ)器選項(xiàng)12。 Keil C51 是美國 Keil Software公司開發(fā)的51系列并且兼容單片機(jī)C 語言的嵌入式開發(fā)軟件，與單片機(jī)匯編語言相比，C 語言的靈活性更強(qiáng)一點(diǎn)，程序編寫相比于匯編也更簡單，很容易學(xué)習(xí)和使用，且編寫的函數(shù)模塊可移植性

38、強(qiáng)13。一般創(chuàng)建一個(gè)Keil C51 應(yīng)用程序需要按照下面的步驟：(1) 創(chuàng)建一個(gè)工程項(xiàng)目文件；(2) 為工程項(xiàng)目選擇目標(biāo)器件；(3) 為工程項(xiàng)目設(shè)置軟硬件調(diào)試環(huán)境；(4) 創(chuàng)建源程序項(xiàng)目文件；(5) 保存創(chuàng)建的源程序項(xiàng)目文件；(6) 把源程序文件添加到項(xiàng)目中；Keil C51 使用界面如圖4.2：4.2 Keil C51 使用界面5 系統(tǒng)調(diào)試與仿真5.1 系統(tǒng)軟件調(diào)試源程序通過編譯，只能說明源程序的語法沒有問題，但不能保證程序的邏輯功能和需要的邏輯功能一致，所以還必須對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試。程序調(diào)試時(shí)可以采用單步執(zhí)行或者連續(xù)執(zhí)行，連續(xù)執(zhí)行速度快，但當(dāng)出錯(cuò)時(shí)不易查出錯(cuò)誤的地方。單步執(zhí)行簡單方便，可以檢

39、查每條指令的正確性，但比較繁瑣，消耗大量時(shí)間。因此可先連續(xù)調(diào)試，對(duì)有問題的地方在單步調(diào)試14。5.2 程序下載程序調(diào)試好以后，就可以下載了，將經(jīng)過編譯后生成的.HEX 文件下載到單片機(jī)上， 下載在單片機(jī)上的程序?qū)⒃诔绦虼鎯?chǔ)器儲(chǔ)存起來，即使掉電后仍然保存，不會(huì)因此而丟失。本次設(shè)計(jì)的總程序清單見附錄2。5.3 系統(tǒng)仿真本次設(shè)計(jì)采用protues軟件進(jìn)行仿真，Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA 工具軟件。它不僅具有其它EDA 工具軟件仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。Proteus 是世界上著名的EDA 工具

40、，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)15。 Proteus ISIS的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的Windows 界面，其中包含標(biāo)題欄、主菜單、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對(duì)象選擇按鈕、預(yù)覽對(duì)象方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對(duì)象選擇窗口、圖形編輯窗口。(1) 本次設(shè)計(jì)的預(yù)設(shè)溫度值為25 度，當(dāng)當(dāng)前溫度大于設(shè)定溫度時(shí)直流電機(jī)26 度時(shí)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)情況如圖5.1 所示：word 文檔 可自由復(fù)制編輯5.1 當(dāng)前溫度為26 度的轉(zhuǎn)速情況(2) 當(dāng)當(dāng)前溫度值升高至31 度時(shí)， 其電機(jī)轉(zhuǎn)速如圖5.2所示： 顯然轉(zhuǎn)速較溫度為

41、 26 的時(shí)候有了明顯的增加，表明單片機(jī)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制功能能夠正常實(shí)現(xiàn)。5.2 當(dāng)前溫度為31 度的轉(zhuǎn)速情況(3) 當(dāng)我們通過獨(dú)立按鍵S2 將預(yù)設(shè)溫度增加到29 大于當(dāng)前溫度26 時(shí)，輸5.3所示：5.3 當(dāng)前溫度小于設(shè)定溫度的轉(zhuǎn)速情況本次畢業(yè)設(shè)計(jì)以單片機(jī)AT89C51 為主控芯片，硬件主要包含電源電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、溫度采集電路、溫度顯示電路、獨(dú)立按鍵電路、驅(qū)蚊電路、驅(qū)動(dòng)與調(diào)速電路。用DS18B20 溫度傳感器采集當(dāng)前溫度送入單片機(jī)處理，LED數(shù)碼管能正常顯示當(dāng)前溫度和設(shè)定溫度，并能根據(jù)當(dāng)前溫度和設(shè)定溫度的差值調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)扇的實(shí)時(shí)調(diào)速。獨(dú)立按鍵部分也能正常使用

42、，可以調(diào)節(jié)預(yù)設(shè)溫度t0 的值。同時(shí)超聲波發(fā)射器也能正常工作，達(dá)到了驅(qū)蚊目的。本次設(shè)計(jì)對(duì)于現(xiàn)實(shí)生活具有積極的作用，可以用來作為降溫工具，環(huán)保且智能，能夠給人帶來很多方便，同時(shí)驅(qū)蚊的功能在夏季還是很有必要。致謝本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在涂老師的細(xì)心指導(dǎo)下完成的，從開始的選題，到內(nèi)容的指導(dǎo)，及寫論文和調(diào)試的整個(gè)過程中，涂老師都給了我悉心的指導(dǎo)，謹(jǐn)此送去最真摯的感謝。整個(gè)畢設(shè)期間，我學(xué)習(xí)了很多知識(shí)，到圖書館查閱資料，上網(wǎng)看單片機(jī)教程及相關(guān)模擬仿真軟件的使用，使深深體會(huì)到動(dòng)手實(shí)踐與理論結(jié)合的重要性。在這里還要感謝大學(xué)四年里教育我的所有老師和陪伴我的所有親朋好友，在四年的學(xué)習(xí)中給予了我許多教導(dǎo)和幫助。最后，衷心的感

43、謝在百忙之中評(píng)閱本論文和參加答辯的各位老師！參考文獻(xiàn)1 王倫 . 電風(fēng)扇原理與維修技術(shù)M . 北京 : 新時(shí)代出社, 1999: 8-12.2 王振德 . 等現(xiàn)代科技百科全說. 桂林 : 廣西師范大學(xué)出版社, 2006: 123-125.3 張毅剛 . 新編 MCS 51 單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)M . 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2008: 151-157.4 藍(lán)厚榮 . 單片機(jī)的PWM 控制技術(shù)M . 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2010: 97-98.5 廖琪梅 , 楊文昭等. 基于單總線器件DS18B20 的溫度測量儀J. 國外電子元器件.6 謝自美 . 電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測試 M . 武漢

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46、it key2=P32;sbit key3=P33;sbit P3_4=P34;sbitP3_5=P35;float ff;uint y3;uchar shi,ge,xiaoshu,yushe=25;uchar code dispcode=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;/段碼uchar code tablel=0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef; / 帶小數(shù)點(diǎn)的段碼uchar dispbitcode=/

47、位選0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f;uchar dispbuf8=0,0,0,0,0,0,0,0;void Delay(uint num)/ 延時(shí)函數(shù)while( -num );void digitalshow(uchar a4,uchar a3,uchar a2,uchar a1,uchar a0)dispbuf0=a0;dispbuf1=a1;dispbuf2=a2;dispbuf3=a3;dispbuf4=a4;P2=0xff;P0=dispcodedispbuf0;P2=dispbitcode5;Delay(1);P2=0xff;P0=d

48、ispcodedispbuf1;P2=dispbitcode4;Delay(1);P2=0xff;P0=dispcodedispbuf2;P2=dispbitcode2;Delay(1);P2=0xff;P0=tableldispbuf3;P2=dispbitcode1;Delay(1);P2=0xff;P0=dispcodedispbuf4;P2=dispbitcode0;Delay(1);void dmsec(uint count)uint i;/ 1ms 延時(shí)while(count-)for(i=0;i<125;i+)void tmreset(void)DQ=0;Delay(90)

49、;/ 精確延時(shí)大于480usDQ=1;Delay(4);/ 90， 4 可以小范圍變化void tmpre(void)while(DQ);while(DQ);Delay(4);bit tmrbit(void)uint i;bit dat;DQ=0;i+;/ i+; 大概 1usDQ=1;i+;i+;dat=DQ;Delay(8); return(dat);uchar tmrbyte(void)/讀一個(gè)比特uchar i,j,dat;dat=0;for(i=1;i<=8;i+) j=tmrbit();dat=(j<<7)|(dat>>1); return(dat);void tmwbyte(uchar dat)/寫一個(gè)比特uint i;uchar j;bit testb;for(j=1;j<=8;j+) testb=dat&0x01;dat=dat>>1; / 從低位開始if(testb) / Write 1DQ=0;/ 先拉低i+; i+;/ >1usDQ=1;Delay(4);word 文檔 可自由復(fù)制編輯else/ Write 0DQ=