2011毕业设计红外遥控电风扇控制系统设计.doc

湖南省高等教育自学考试本科毕业设计 设计题目：遥控电风扇控制系统设计 主考学校： 长沙理工大学 专 业： 电子工程 考 籍 号： 学生姓名： 指导老师： 完成日期： 2009年5月摘 要本系统以51系列单片机为核心，旨在开发一种新型遥控电风扇控制系统，该系统由遥控发射模块，风扇接收控制模块组成，使系统可以以遥控或手动的方式对系统进行控制。遥控发射模块主要以at89c2051单片机核心，外加键盘，和红外信号整形与发射电路一起组成遥控器，键盘作入，单片机主要完成信号的编码及信号与载波的调制，调制信号经发射末端整形放大发射出。 接收部分主要以at89c51为主控中心，配以键盘，红外接收模块，电机驱动模块，液晶显示模块，及相应指示灯；红外接收模块，键盘，液晶显示模块，指示灯共同完成人机交互功能；单片机主控中心接收各种输入，驱动液晶，指示灯，控制电机驱动模块来调节电机转速。电机主要采用直接pwm无级调速。关键词：遥控电风扇控制系统；pwm无级调速；红外发射，红外接收abstractthe system is of 51 series single-chip microcomputer as the core, to develop a new type of remote control electric control system, the system fired by remote control module, the fan control module receiving the composition, the system can be remote or manually controlled. remote control transmitter module at89c2051 mainly single-chip core, plus a keyboard, and infrared signals with the launch of plastic components with a remote control circuit, a keyboard for entry, the main achieve single-chip signal encoding and signal modulation and carrier modulation signal launch the end of the plastic surgery to enlarge the launch. at89c51 a receiver module for the main control center, with a keyboard, infrared receiver modules, motor drive modules, liquid crystal display module, and the corresponding indicator light; infrared receiver module, keyboard, liquid crystal display module, a common indicator achieve human-computer interaction function; single chip main control center to receive a variety of input, drive liquid crystal,led, motor drive control module to adjust the motor speed. direct pwm motor speed control.key words: remote fan control system; pwm speed control; infrared emission; infrared receiver目 录第一章 绪论 51.1课题研究的意义与作用51.2 研究现状及发展趋势 6第二章 基本器件及原理简介 72.1 主芯片at89c51简介 72.1.1单片机的概念72.1.2 89c51的芯片引脚 82.1.3 89c51中断系统 102.2 直接pwm 技术的算法简介 10第三章 遥控电风扇控制系统设计 133.方案论证与比较 133.1.1信号调制及红外信号方案133.1.2 电机调速方案 143.1.3人机交互界面的选择153.2 系统总体概述 163.2.1遥控发射部分 163.2.2 电风扇接收控制板 173.硬件设计 173.3.1发射部分 173.3.2接收控制部分 213.4软件设计 273.4.1遥控发射部分软件设计 273.4.2 接收控制部分软件设计28第四章 仿真与调试334.1 软件仿真调试与系统仿真334.2 电源部分的仿真374.3 系统安装与调试39后 记40参考文献41附录42 第一章 绪 论1.1课题研究的意义与作用风扇已是日常生活中常用到的电器，电风扇是通过通风换气来驱热的。通风换气是电风扇的主要功能，也是消费者看中它的本质原因。电风扇具有价格低和耗电量小的优势，拥有庞大的目标消费群。现行市面上的风扇大多是手工操作，模拟调控为主要控制手段，价格低廉，功能简单，其智能及自动化程度远远跟不上现代人的生活需求和应用要求；而且在功耗方面，一般的风扇的电机是采用电机抽头的小型电机来实现调速，这种调速方式单一，消费者选择的空间不大，而且在效率方面，节能方面的表面的确令人不满意。面对着市场压力和消费者的需求，放眼市场，各种特设功能的电风扇可谓五花八门，各种附加的新功能，彰显了个性，也在无形中提高了电风扇的档次。而遥控电风扇也必将作为消费市场的新宠儿，为电风扇行业增加新的亮点。而将微控制器嵌入到工业控制中，将会成为一种不可阻挡的趋势，微控制器强大的控制能力将会使工业产品的功能和性能得到很大的提升。也对应了时下流行的几个趋势，自动化和智能化，无线化，宽带化，低功耗化等趋势。单片机和一般的数字和模拟芯片相比有着强大的功能，而且编程简单，因此利用单片机来实现对控制电机转速与类型设置十分理想；本设计的研究目的就是实现对直流电机的控制来模拟风扇控制器；掌握单片机硬件和软件的综合设计方法。硬件部分包括有单片机最小系统，键盘输入部分，外接电机驱动部分，输出显示部分，红外发送接收部分。软件部分包括有初始化状态，键盘输入部分，占空比控制，中断控制，控制输出显示部分，信号产生与调制部分。风扇的控制有很多的方法，比如简单的有利用机械方式进行定时控制，有用模拟电子技术和数字电子技术进行转速等控制的。随着人们生活水平的提高，人们对风扇的要求也越来越高，不但要求风速能够控制，而且要求风种模式能够多种选择，随着单片机技术的不断发展，单片机已广泛应用于各种家用电器产品中，它不仅大大提高了原有产品的性能质量, 而且产品成本有所下降, 生产也更简便。通过单片机可以利用其本身的定时与中断功能编程实现风扇的风种控制，包括有正常风，自然风与睡眠风等的模式；而风速的控制也有多种方法，例如可以通过单片机控制双向可控硅的导通角来调节电风扇的输入电压,以实现电风扇的无级速度调节,但这里采用了通过单片机定时器输出脉宽调制pwm波控制占空比并外加一个由光耦和可控硅组成的驱动电路来控制电机的转速，通过键盘输入设置有不同占空比对应着电风扇强、中、弱的风速。各功能状态使用液晶和发光管对应输出显示。本系统电路设计比较简单，主要是充分利用了at89c51单片机的资源，软件编程实现各功能，成本较低，实用性较强。此外，在某些场合下，比如危险作业区，在人不适合作业的地方，比如有毒气产生的区域，高温或低温的地方，爆破点等危险场合，或者是家庭居室中控制，无线的应用将会得到非常广泛的应用，可见红外遥控的研究也是很有实践意义的。1.2 研究现状及发展趋势风扇控制，主要有两点，一是控制方式，二是系统电机调速方式，也就是风速的调节方式 ，还有一点就是人机交互方式，风扇控制的差别就要体现在这两个方面。风扇控制系统目前在市场上主要有几种类型，传统的类型即现在大多数人在使用的手动控制类型，该类型机子控制方式是手动控制，且只能在近距离中控制。其内部电机是带多抽头的交流电机，一个抽头对应一个档位，以此来区分风速级别，也有其他种机子，是用过零比较器去控制可控硅的导通角，从而由可控硅去控制电机的转速；此种类型的机子控制方式单一且在某些特定场合会带来不便，此外其调速方式比较呆板，不能满足用户需求，而且当档位变化时，如果设计不好，会有电火花产生，存在安全隐患。此外市面上还有用单片机结合传感器等类型的机子，比如，带温度控制传感器的风扇，能根据室温控制风扇转速，这种机子是将微控制器强大的控制能力注入到了系统中，从而实现了自动化及智能化；区别只在于控制方式由人工控制变成了温度调控，此外由于有了微控制器，电机的调速方式可采用不同的调节方法，如，采用pwm多种算法等，电路的形式也有了多种选择，此外还可以增加其他的功能 ，如吹风的模式选择，定时关机，自动休眠以节省电能等，此外还有语音控制的风扇控制系统，亮点就在于它的人机交互改良了，由此微控制器在系统中的应用的潜力巨大。在电机调速方式上，随着家用电器产品变频技术的发展, 单相电机的变频调速已成为一种可行的方法, 在这种调速系统中, 脉宽调制(pwm ) 技术仍然是提高调速性能的主要手段。虽然pwm 技术的实现方法很多,然而, 为了降低产品的制造成本, 采用微机控制软件实现pwm 控制具有成本低、调制方式灵活等特点,比较适合于家用电器产品的要求。本文针对电风扇电机的调速要求, 提出了采用直接pwm (dpwm )软件计算的方法, 并在51 系列单片机a t 89c51上实现, 该方法可以很容易地实现电机的调速, 其pwm 算法简单, 易于实现, 是一种较为实用的方法。第二章 基本器件及原理简介2.1 主芯片at89c51简介2.1.1单片机的概念 单片机（microcontroller，又称微控制器）是在一块硅片上集成了各种部件的微型计算机。这些部件包括中央处理器cpu、数据存储器ram、程序存储器rom、定时器/计数器和多种i/o接口电路。图2-1是89c51单片机的基本结构图 1.89c51单片机的结构特点有以下几点： 8位cpu； 片内振荡器及时钟电路； 32根i/o线； 外部存储器rom和ram，寻址范围各64kb； 两个16位的定时器/计数器； 5个中断源，2个中断优先级； 全双工串行口； 布尔处理器；2.定时器/计数器89c51内部有两个16位可编程定时器/计数器，记为t0和t1。16位是指它们都是由16个触发器构成，故最大计数模值为2-1。可编程是指他们的工作方式由指令来设定，或者当计数器来用，或者当定时器来用，并且计数（定时）的范围也可以由指令来设置。这种控制功能是通过定时器方式控制寄存器tmod来完成的. 如果需要，定时器在计到规定的定时值时可以向cpu发出中断申请，从而完成某种定时的控制功能。在计数状态下同样也可以申请中断。定时器控制寄存器tcon用来负责定时器的启动、停止以及中断管理在定时工作时，时钟由单片机内部提供，即系统时钟经过12分频后作为定时器的时钟。技术工作时，时钟脉冲由to和t1输入3.中断系统89c51的中断系统允许接受五个独立的中断源，即两个外部中断申请，两个定时器/计数器中断以及一个串行口中断。外部中断申请通过into和int1（即p3.2和p3.3）输入，输入方式可以是电平触发（低电平有效），也可以是边沿触发（下降沿有效）。两个定时器中断请求是当定时器溢出时向cpu提出的，即当定时器由状态1转为全零时提出的。第五个中断请求是由串行口发出的，串行口每发送完一个数据或接收完一个数据，就可提出一次中断请求2.1.2 89c51的芯片引脚如图2-2所示vcc：供电电压。gnd：接地。p0口： p0口为一个8位漏极开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。当p1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在fiash编程时，p0 口作 图2-2 89c51引脚图为原码输入口，当fiash进行校验时，p0输出原码，此时p0外部必须被拉高。 p1口： p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流。p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在flash编程和校验时，p1口作为第八位地址接收。p2口： p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。因此作为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。p3口也可作为at89c51的一些特殊功能口，如下表所示：p3.0 rxd（串行输入口）p3.1 txd（串行输出口）p3.2 /int0（外部中断0）p3.3 /int1（外部中断1）p3.4 t0（记时器0外部输入）p3.5 t1（记时器1外部输入）p3.6 /wr（外部数据存储器写选通）p3.7 /rd（外部数据存储器读选通）p3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间。ale/prog： 当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale脉冲。如想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。此时， ale只有在执行movx，movc指令是ale才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ale禁止，置位无效。/psen： 外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen信号将不出现。/ea/vpp： 当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/ea将内部锁定为reset；当/ea端保持高电平时，此间内部程序存储器。在flash编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源（vpp）。xtal1： 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。xtal2：来自反向振荡器的输出。2.1.3 89c51中断系统 所谓中断，是指当计算机执行正常程序时，系统中出现某些急需处理的异常情况和特殊情求，cpu暂停执行现行程序，转去对随机发生地更紧迫事件进行处理；处理完毕后，cpu自动返回原来的程序继续执行。中断允许软件设计不需要关心系统其他部分定时要求，算术程序不需要考虑隔几个指令检查i/o设备是否需要服务。相反，算术程序编写时好像有无限的时间作算术运算而无其他工作在进行。若其它事件需要服务时，则通过中断告诉系统。89c51单片机有5个中断源，有两个中断优先级，每个中断源的优先级可以编程控制。中断允许受到cpu开中断和中断源开中断的两级控制。2.2 直接pwm 技术的算法简介常用pwm 技术的基本原理是利用高频载波与控制波进行比较, 从而产生经过调制的pwm 波。为满足逆变电源的需要, 减小输出电压的谐波含量, 载波信号采用对称的三角波实现pwm 输出波形的对称双边调制, 使输出电压不含偶次谐波。用软件产生pwm 波形的算法有很多方法, 如:采样spwm 法、均值pwm 法、直接pwm 法等, 其中spwm 法有三种不同形式: 对称规则采样sp2wm、非对称规则采样spwm、平均对称规则采样spwm , 以平均对称规则采样spwm 的算法简单,应用较为广泛。spwm 的主要缺点就是电源电压利用率不够高, 即输出电压不高。均值pwm 法的基本思想是根据等面积pwm 控制方式的原理, 选择最佳脉冲中心线位置, 使得其pwm 波形的谐波成分量小, 均值pwm 法具有微机实现简单方便的优点,且对各次谐波的抑制均有很好的效果。直接pwm法与均值pwm 法类似, 也是使相同时间间隔内的pwm 波的面积与调制波的面积相等, 其主要的优点是, 在调制比固定时, 控制规律正比于调制深度而反比于输出频率, 特别使用于电机的控制, 因此本文选择直接pwm 法。直接pwm 法的调制原理如图2-3 所示, 假定一个周期内pwm 波的脉冲数(即载波比) 为2n , 图2-3直接pwm 的调制原理将参考正弦波um sin xt 的整个周期t 分为2n 等份, 则每个区间的长度(即载波周期) 为t s= t/2n , 在第i个区间正弦波的面积为:设输出pwm 波的幅值为e , 若采用单极性调制, 则第i 个区间内的pwm 波形所围面积为:若采用双极性调制, 则第i 个区间内的pwm波形所围面积为:式中, t p i 为脉冲的宽度, 考虑到有t s= t p i+2t gi, 令s ri= s p i, 由式(1) 和式(2) 整理可得:由式(1) 和式(3) 整理可得:式中m = um/e,为调制深度, 由式(4) 或式(5),可分别计算出pwm 的脉冲换相点公式为:由图1 可知, 等面积pwm 法生成的pwm 波形在t /2 处是点对称的, 因而可推导出:在上述计算公式中, 式(8) 为单极性pwm 调制, 式(9) 为双极性调制。在计算过程中, 虽然di 的表达式包含有三角函数的计算, 但它仅与n 有关,一旦n 确定后, 可事先将计算好的di 存入内存中,需要时通过查表方式获取即可。从k 的表达式可以看出, k 正比于调制深度而反比于基波频率x。这对于电机的变频调速系统, 通常使u /f 比为常数来达到恒转矩控制, 即只需使k 值为一个常数即可。第三章 遥控电风扇控制系统设计3.方案论证与比较在整个系统中，各个模块的方案是有多种选择的，为此，在这里我们将要作几个主要模块的方案的方案论证和比较。3.1.1信号调制及红外信号方案这部分的主要问题是载波的产生以及信号与载波的调制的方式。方案：载波采用外部芯片信号源提供，比如555振荡电路，rc振荡器，桥氏振荡器等后接施密特触发电路整形后可得到较标准的38khz载波，再用键盘产生按键信号，在外部将这两个信号相与后即可获得调制波。这种方法比较传统，成本也很低，不过设计起来比较繁琐，这种方法比较适合于一些定点发射的场合。方案二：信号由键盘或其他传感器产生，比如温度传感器，产生的信号送入专用的发射芯片，专用芯片将完成载波的产生及载波与信号的调制，后接发射末端将调制后红外信号发射出去，些种方法成本也不是很高，电路简洁，只不过灵活性较大，可扩展性不是很强，此种方法比较适合需要较简单应用且应用较固定的场合，比如温度采集的各个点，如果每个点都用单片机采集并发送，成本会大提高。方案三：时下许多行业中的专业人士曾预言，软件无线电在不久的将来将成为一种无信通信的一种新的实现手段，它可以采用同一套通用的硬件设备，配备不同的软件即可实现不同模式，不同通信方式的通信，灵活性强，成本大大降低，维护方面也大部分只是软件方面的维护，从而双可借助网络的力量进而发展出远程维护等一系列新 的维护方式和手段，可见其前景是如些之广。因此，在这种背景之下，本系统尝试将这种先进的设计理念注入本系统信号调制的实现手段中。可以使用单片机作为发射方的主控中心，载波的产生，信号的采集，信号编码，信号与载波的调制，可都由单片机完成，输出的调制波经外接的整形放大电路后发射出去。这种方式成本稍高，不过设计灵活，保密性也好，可扩展性也强，所以本系统采用此方案。本系统采用软件调制的方式，在硬件上，只需完成信号的保持及功率放大，信号的载波产生及载波与信号的调制则全部由软件完成。所以，由程序产生信号与载波调制后的信号由微控制器引脚输出，采用cd40106进行缓冲放大并整形,经过三极管9013进行放大驱动红外发射管,使其发射红外光。3.1.2 电机调速方案此部分主要问题是电机的选择，调速方式的选择。方案：采用现在通用的多抽头交流电机，通过可控硅控制或都手动直接控制抽头的选择，从而选择不同的电机线圈，电机转速因此而变化，故达到调速的目的。如图3-1所示。图31此种方式在大多数现行的风扇中都采用到，它成本低，控制方式单一，不能满足用户需求；产品比较成熟固定，挖掘空间不大。方案二：采用单相交流电机或者直流电机，可控硅的导通角控制电机的开与关，而可控硅导通角可以由可变电阻来调节，这种方法可以实现无级调速。不过控制过程不太精确。如图32图32方案三：采用单片机控制可控硅的导通角来调节电机速度，同时要用光耦将强电隔离开来，使电路更安全，这种方法可以实现无级调速，而且可以采用多种算法，比如直接pwm，svpwm算法等，同时也可以达到很精确的控制，便于显示控制。如图33。成本可能稍高。综上所述，本系统采用此方案。图333.1.3 人机交互界面的选择人机交互界面主要有输入与输出，输入可以为键盘或红外遥控器，输出可以选择数码管或者液晶，数码管成本低，但显示信息较少，外观不是很好，可以用在一些低端场合。液晶成本高，但显示信息量较多，外观较好，可以用在一些高端的场合，提高产品的附加值。因此，本系统采用液晶作为显示器件。3.2 系统总体概述3.2.1遥控发射部分 为了能远离距的控制电风扇，采用了红外遥控器。通常红外遥控器由发射和接收两部分组成，发射部分由单片机 80c2051等构成。接收部分由单片机89c51等构成。 工作原理及组成部分 (1)cpu 采用at89c2051单片机，at89c2051的功能: 和 mcs-8051产品兼容、2kb可重编程闪速存储器、耐久性:1000写/擦除周期、2.7v6v的操作范围、全静态操作：0hz24mhz、两级加密程序存储器、1288位内部ram、15根可编程i/o引线、6个中断源、可编程串行uart通道、直接led驱动输出、片内模拟比较器、低耗空载和掉电方式。 （2）电源采用5v电源来提供电源。 (3)发射部分原理见图34所示。 图34遥控发射原理框图2.遥控发射部分具体功能 发射部分包括键盘、编码调制、红外发送器。使用89c2051芯片 将按键信号调制在 38khz 的载波信号上通过三极管放大后发射出去。红外编码为： 全码 =引导码+系统码+数据码。89c2051 的 p1口构成键盘，用t1产生定时中断，产生一个38k的方波，作为红外线的调制基波。将发送的数据和载波进行逻辑与后，经过40106整形，用三极管驱动红外发射管发射。 3.2.2 电风扇接收控制板 1.工作原理及组成部分: 红外接收部分包括光电转换放大器、解调、解码电路。 (1)cpu板将单片机、控制、键盘组合在一起完成了人机对话。 用 at89c51单片机来作主芯片控制，采用红外hs0038b接收头，用双向可控硅moc3025控制电机调速，具有红外遥控功能。 (2)电源部分：交流220v经变压器降压为16v，经整流桥整流后再由三端稳压器lm7805稳压，供给接收控制板。 (3) 电风扇控制板框图35图35电风扇控制板框图2.设计方案 (1)工作方式：分为手动和遥控两种方式。有四种吹风模式。(1)红外遥控输入在 p3.2（int0），面板按键在p3.3（int1）。液晶和led指示灯显示状态信息， 3.硬件设计3.3.1发射部分发射部分原理图见附录1. 键盘设计（1）5个按键通过二极管接到p32外中断0的引脚，当任何一个按键按下，将会产生外部中断，在外部中断服务子程序里可以读取键值，这样的设计简化程序设计，且可以实现在睡眠状态下唤醒cpu，可实现节能目的。图36(2)按键功能 k1：开/关机；键值为 01h k2：手动模式的加速键，键值为 02h k3：手动模式的减速键；值为03h k4；自然风、睡眠风、正常风，手动模式切换键，键值为04h k5：定时，键值为05h (3)当无键按下时，延时10秒后进入空闲状态，系统处于低功耗模式。 当有按键按下时，int0中断产生中断，同时唤醒cpu进行工作状态。2.红外发射电路的设计（1）要发送的码经单片机编码并与载波调制后由p3.3口输出送到cd40106整形后到三极管放大由发射头tsal6200发射出去。下方的led在信号发送时会闪烁，指示信号正在发送。如图37图37（2）红外发射的编码方式 遥控发射器专用芯片很多，根据编码格式可以分成两大类，这里我们以运用比较广泛，解码比较容易的一类来加以说明，这里采用philips 公司出品的遥控芯片saa3010t 的编码解码协议，此种芯片所采用的协议是双相位编码协议。当发射器按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同。这种遥控码具有以下特征： 位1 和位0 的相位正好是相反的，遥控器发射的位1 用低电平到高电平表示，位0 用高电平到低电平表示,每个电平占用0.8255ms,这样,一个完整的位就占用0.8255*2=1.651ms,“0”和“1”组成的32位二进制码经38khz的载频进行二次调制以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的。然后再通过红外发射二极管发射。 当点按按钮，遥控器会发射完整的一帧，一帧应包括2 位的起始位，1 位的控制位，5 位的系统码和6 位的指令码。其相关的图形如图38和图39: 图38 逻辑0和1的编码图39 帧数据的结构3.at89c2051最小系统电路，如图310，包括复位电路，振荡电路等。系统在高电平时复位。图3103.3.2接收控制部分接收部分原理图见附录1.键盘的设计如图311，和发射部分的键盘大体相同，使用外中断0；同样可以在睡眠状态下唤醒cpu，可以使用节能模式。图311(1) 各按键作用 k1：开/关机，相应的指示灯亮。 k2：手动模式的加速键，相应的指示灯亮 k3：手动模式的减速键。相应的指示灯亮 k4: 自然风、睡眠风、正常风，手动模式切换键。相应的指示灯亮 ，参见（图312，313，314）k5：定时30分钟，1小时，1.5小时 ，2小时，2.5小时，3小时 ，3.5小时，4小时，如图315图312定时时循环图 (2)吹风模式选择 自然风的处理流程 : 图313自然风的循环图睡眠风的处理流程 图314 睡眠风的循环图正常风的处理流程 :图315正常风循环2. 红外接收电路的设计（1）如图316。信号线接到p3.3，使用外中断，可在外中断中获取接收到的码值。下方的led同样在接收信号的时候会闪烁，指示正在接收信号。图316(2) 遥控的解码过程为编码的逆过程。单片机收到一个中断后,开始计数，然后按一定间隔读取接收到的码循环14次完成14个码的接收和存储。接着解码，接着根据接收到的码作出相应的动作。 5.晶显示模块电路 （1）如图317，这里采用的是lcd1602液晶，调节r2滑动端可调节液晶屏亮度，图317(2)lcd1602简介1602lcd 的基本参数及引脚功能1602lcd 分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为hd44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图10-18 所示：图3181602lcd 主要技术参数：显示容量:162 个字符芯片工作电压:4.55.5v工作电流:2.0ma(5.0v)模块最佳工作电压:5.0v字符尺寸:2.954.35(wh)mm引脚功能说明:1602lcd 采用标准的14 脚（无背光）或16 脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表3-19所示:表3-19引脚接口说明表第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。6.电机驱动模块，如图320图320这里采用的是单相交流电机，单片机引脚输出经过调制后的脉宽，通过光耦控制可控硅的导通角，从而实现调节电机转速，此方法可以实现无级调速。光耦可以将强电隔离开来，使电路更安全。可控硅并联一个回路可以起到保护可控硅的作用。7.指示灯，如图321，用来指示吹风的模式（手动模式，自然风，睡眠风，正常风模式） 图3218.控制板电源电源电路设计 如图322 ， 一方面给单相交流电机供电，一方面经过变压器后，经整流桥整流后经过稳压器件输出电压供给单片机系统。变压器功耗不能太小，电机功耗在左右，加上单片机系统的功耗，变压器功耗要在左右才能满足要求。图322控制板电源电路原理图9at89c51最小系统电路，如图323，包括复位电路，振荡电路等。系统在高电平时复位。图3233.4软件设计3.4.1遥控发射部分软件设计遥控发射部分主要功能是有按键按下，将按键值发送到接收方，这当中要完成键盘读取，载波的产生，编码调制，最终输出调制波。采用中断的处理程序完成整个系统的操作，当有按键按下时，产生外中断，外中断处理完成键盘读取，接着定时器0中断服务子程序负责编码，定时器中断服务子程序负责产生载波并且将载波与信号调制，调制波经引脚输出。主程序只负责延时10s，若无按键按下，则进入休眠状态，以节省电能。1.主程序和外中断0服务子程序流程，见图324：图3242.定时器0和定时器1中断服务子程序流程，见图325图3253.4.2 接收控制部分软件设计这部分的程序设计主要有液晶的显示驱动，电机调速算法的实现，红外接收，及键盘读取。1.红外接收和键盘读取都采用外中断来响应输入，这样可以简化程序设计。当有红外输出或者键盘输入时，外中断和外中断1响应输入，当有红外输入时，配合定时器0完成接收工作，当有键盘输入时，在外中断0中完成键盘读取。2.液晶驱动程序设计（1）1602lcd 的指令说明及时序:1602 液晶模块内部的控制器共有11 条控制指令，如表326所示：表326 控制命令表1602 液晶模块的读写操作、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。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。指令10：写数据。指令11：读数据。（2）1602lcd 的一般初始化（复位）过程延时15ms写指令38h（不检测忙信号）延时5ms写指令38h（不检测忙信号）延时5ms写指令38h（不检测忙信号）以后每次写指令、读/写数据操作均需要检测忙信号写指令38h：显示模式设置写指令08h：显示关闭写指令01h：显示清屏写指令06h：显示光标移动设置写指令0ch：显示开及光标设置（3）液晶显示程序流程图可以这样设计，如图327；详细代码参见附录。图327 液晶显示操作3.电机调速程序实现电机调速采用直接pwm算法，在程序中的实现大致方法就是，产生一个基本频率的方波，配合定时器控制方波的占空比来控制可控硅的导通角，从而达到调节电机转速的目的。实现的流程框图如下：图328采用直接pwm算法控制电机转速，再配合定时器，可以产生出多种多样的吹风模式，比如上文提到的自然风，睡眠风等模式；可以自己设计什么时候吹什么样的风，同时也实现了电机的无级调速。4.主程序流程图，见图329:图3295.外中断0（键盘输入）和外中断1（红外接收）服务子程序流程，其他主要功能是根据输入（红外输入或键盘输入），控制系统的一些控制参量比如风量，吹风模式，开关机，定时时间等。图3306.定时器0主要用做红外接收时的计时，定时器1主要用来产生pwm波控制电机转速，以及定时关机计时。其程序流程图如下：图331第四章 仿真与调试仿真与调试主要步骤有软件仿真调试，系统仿真；系统安装与调试。4.1 软件仿真调试与系统仿真软件仿真调试有两种仿真调试方式，一是在用开发工具keil自带的仿真器来仿真调试，在编译连接完成后，单击或者“debug”“start/stop debug session”或者按ctrl+f5即可进入keil的仿真调试环境，如图41图41在这个仿真环境中，它的结构大概是这样的，它提供很多的观察工具以窗口的形式呈现给用户，比如左边的寄存器察看窗口可以察看寄存的值，下左方的窗口可以输入命令行，可以观察变量值，也可以中途改变变量值，这相当于仿真过程中的输入等变化。右下的窗口可以观察内存的变化，正中的窗口是程序运行的主窗口，可以运用软件调试常用的手段，比如单步调试，设置断点等方法控制程序的运行。此外还有其他的一些工具，比如定时器，io口的察看工具，可以观察也可以改变相应寄存器的值，如图42，图42总之，具有强大开发能力的keil，在它的仿真环境中，即具备了软件调试各种手段，同时又融合了窗口形式的硬件仿真平台，将这两者无缝地结合在一起，为用户构建了一个虚拟的软硬件协同仿真调试的平台。另一种方法是软件仿真与系统仿真同时完成的方法，这里用到两个工具，一个是上面提到的强大的keil，另一个是proteus电路分析实物仿真软件。proteus简介proteus(海神)的isis是一款labcenter出品的电路分析实物仿真系统，可仿真各种电路和ic，并支持单片机，元件库齐全，使用方便，是不可多得的专业的单片机软件仿真系统。该软件的特点： 全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优势。 具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、rs一232动态仿真、1 c调试器、spi调试器、键盘和lcd系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。 目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、avr系列、pic12系列、pic16系列、pic18系列、z80系列、hc11系列以及各种外围芯片。 支持大量的存储器和外围芯片。总之该软件是一款集单片机和spice分析于一身的仿真软件，功能极其强大 ，可仿真51、avr、pic。软件的界面如图43图43 proteus界面proteus提供了一系统的单片机，元件库等素材，此外还有一系统的虚拟仪器，可以在仿真这各程中运用，比如示波器，逻辑分析仪，各种信号源等， 如图44图44 proteus当中的虚拟仪器用户可以在上面搭建自己的硬件平台，然后将keil生成的十六进制文件导入，就可以在proteus上仿真自己的硬件系统，同时软件还支持单步调试等硬件调试功能，工具栏为，这就相当于现实当中的硬件调试器。这可谓是一个拥有丰富资源的虚拟实验室，这对于没有这些实验条件的用户可谓是福音。下图是本系统中仿真遥控发射部分的一个例子，用proteus内带的虚拟仪器示波器观察载波与信号调制后的调制波形，参见图45。图45用示波器观察调制波形此外，还有一个不可忽略的功能就是keil与proteus的联调功能，联调界面如图46；图46 keil与proteus联合调试两个软件之间可以互相通信，在keil的软件调试可以在proteus中的硬件系统体现出其效果出来 ，相当于现实中的isp或者在线仿真。这两者共同虚拟出一个软硬件仿真调试平台。其功能之强大让人惊叹！将整个硬件在这样的一个虚拟平台上先做一次仿真，即可以找出软件设计的不足之处，又可以使用这种交互的功能，测试硬件系统设计的合理性，可谓一举两得，相得溢彰。与单纯地用keil的仿真器仿真调试相比，这种仿真调试方式提供的不是窗口形式的交互界面。而是可视化的交互界面，输入可以在proteus也可以在keil中加入，观察中间结果同样也都可以在两个软件中观察得到，只不过界面不一样，这样的调试方式可以实现软件与硬件的协同仿真调试，效率更高，更值得推荐使用。4.2 电源部分的仿真电源的仿真用proteus仿真比较困难，而且不适合，proteus的仿真偏重于逻辑仿真，而对其他方面的变化不太敏感。所以电源部分运用业界强大的multisim来仿真。multisim简介multisim是加拿大图像交互技术公司（interactive image tech