智能温控风扇

单片机实训设计报告题目：智能温控风扇姓名：朱文琪学号：0950283132院系：信息电子工程学院专业年级：通信 09-1 班指导老师：刘燎原日期：2011 年 11 月 19 日2摘要本设计是以一个电风扇为控制对象，以 AT89C51 为控制系统核心，通过单片机系统设计实现对电风扇温度的显示和控制功能。本温度控制系统是一个自动闭环反馈调节系统，利用 DS18B20 对室内温度的探测并适时显示当前温度值，对电风扇温度进行检测，经过调理电路得到合适的电压信号。经 A/D 转换芯片得到相应的温度值，将所得的温度值与设定温度值相比较得到偏差。通过对偏差信号的处理获得控制信号，去调节继电器的转速，从而实现对电风扇温度的显示和自动控制。关键词AT89C51、LCD1602、DS18B20，红外线3目录第一章 绪论1.1 课程设计背景和目的41.2 发展趋势41.3 温度检测的主要方法41.4 课程设计的主要内容4第二章 系统总体方案设计2.1 系统硬件设计方案52.1.1 芯片选择.52.1.2 温度检测.52.1.3 A/D 转换电路.52.1.4 LED 显示 52.1.5 控制电路.52.2 系统软件设计方案5第三章 系统硬件设计3.1.1AT89C51 简介.63.1.2 LCD1602 简介.73.1.3 DS18B20 简介83.1.4 A/D 转换.93.1.5 LED 显示 103.1.6 控制电路第四章 系统软件设计4.1 程序初始化.114.2 主程序134.3A/D 转换子程序154.4 显示子程序164.5 控制字程序174.6 报警子程序21结论.22参考文献.22致谢.2241.1 课程设计背景和目的目前绝大多数楼宇风扇和电灯在使用时都是由人员手动操作，当天气闷热时由楼宇内的人员手动开启风扇和选调风速，当灯光不足或在上楼梯时手动开启电灯，常常会由于人员的疏忽在人离开之后忘记关闭设备而导致用电的浪费。在本系统设计中，考虑采用单片机为控制器，以热释人体红外和温度传感系统来检测室内有无人员以及室内温度，设计一个智能温控风扇及照明控制系统，可以实时调节和控制室内的风扇和灯光的照明，从而达到智能控制和节能的目的。1.2 发展趋势目前，电风扇行业改变最大的要数功能的技术创新及应用。近年来，随着空调业的价格水平不断下降，其风头早已超过了风扇，但空调的强大制冷效果以及高耗电量、且封闭空间的弊端，使得传统的借助空气流动降低热量但通风效果和功耗低的风扇仍然存在很大的市场。部分风扇企业考虑到两者之间的差异性，就在现有的功能上借鉴并创造设计出了一些更具人性化和个性化的功能，形成了空调、风扇两者互补的局面，使两者相得益彰，共同发展。而智能风扇更为领先、正所谓“ 万变不离其宗 ”，透过当今千姿百态的电风扇市场，我们可以预言：今后的电风扇一定会继续吹着创新设计风和人性功能风。1.3 温度测量DS18B20 是美国 DALLAS 公司生产的 1-wire 式单总线的数字温度传感器。具有耐磨耐碰，体积小，线路简单，使用方便，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量。例如：冷冻库，粮仓，储罐，电讯机房，电力机房，电缆线槽等测温，汽车空调、冰箱、冷柜、以及中低温干燥箱等。 1.4 课程设计的主要内容：52.1 系统硬件设计方案人体红外感应模块电路主要由人体被动红外探头、菲涅尔透镜、专用芯片BISS0001 组成。当有人出现在它的探测区，传感器便能探测到信号并把信号传给单片机，单片机再根据实际情况是否该开启器件设备或让房间的电器设备处于一种可开启状态。关于走廊及洗手问用灯情况，当晚上有人经过时，人体红外感应到人便开启走廊用灯或者洗手间用灯。2.1.1 芯片选择AT89C51 是 一 种 带 4K 字 节 FLASH 存 储 器 （ FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory） 的 低 电 压 、 高 性 能 CMOS 8 位 微 处 理 器 ， 俗 称 单 片 机 。 AT89C2051 是 一 种 带 2K 字 节 闪 存 可 编 程 可 擦除 只 读 存 储 器 的 单 片 机 。 单 片 机 的 可 擦 除 只 读 存 储 器 可 以 反 复 擦 除 1000次 。 该 器 件 采 用 ATMEL 高 密 度 非 易 失 存 储 器 制 造 技 术 制 造 ， 与 工 业 标 准 的MCS-51 指 令 集 和 输 出 管 脚 相 兼 容 。 适 合 采 用 此 芯 片 。2.1.2 温度检测电风扇温控电路能够控制电风扇模拟自然风运转，并根据气温自动调节阵风维持的时间和频度。在环境温度低于 15时反转，大于 15小于 25不转。大于 25小于 28转速慢，大于 28小于 40转速快，大于 41 报警。2.1.3A/D 转换电路A/D 转换电路和 D/A 转换电路主要用于各种电子设备的数字信号处理电路中，模拟信号在进行处理时，首先要转换成数字信号，或在处理后还要变回模拟信号。A/D 转换电路是将连续变化的音频信号波形变成离散的数字信号，再进行进步的处理。从前述可知，A/D 转换处理的基本过程是取样量化和编码。取样后的样点量化就是将模拟信号每个取样点的直流电压值变成数字信号的二进制代码。2.1.4LED 显示LED 显 示 屏 （ LEDdisplay,LED Screen） ： 又 叫 电 子 显 示 屏 或 者 飘 字 屏 幕 。是 由 LED 点 阵 组 成 ， 通 过 红 色 ， 蓝 色 ， 绿 色 LED 灯 的 亮 灭 来 显 示 文 字 、 图片 、 动 画 、 视 频 ， 内 容 可 以 随 时 更 换 ， 各 部 分 组 件 都 是 模 块 化 结 构 的 显 示器 件 LED 之 所 以 受 到 广 泛 重 视 而 得 到 迅 速 发 展 ， 是 与 它 本 身 所 具 有 的 优 点分 不 开 的 。 这 些 优 点 概 括 起 来 是 ： 亮 度 高 、 工 作 电 压 低 、 功 耗 小 、 小 型 化 、寿 命 长 、 耐 冲 击 和 性 能 稳 定 。 LED 的 发 展 前 景 极 为 广 阔 ， 目 前 正 朝 着 更 高亮 度 、 更 高 耐 气 候 性 、 更 高 的 发 光 密 度 、 更 高 的 发 光 均 匀 性 ， 可 靠 性 、 全 色化 方 向 发 展2.1.5 控制电路步 进 驱 动 器 ： 是 一 种 能 使 步 进 电 机 运 转 的 功 率 放 大 器 ， 能 把 控 制 器发 来 的 脉 冲 信 号 转 化 为 步 进 电 机 的 角 位 移 ， 电 机 的 转 速 与 脉 冲 频 率成 正 比 ， 所 以 控 制 脉 冲 频 率 可 以 精 确 调 速 ， 控 制 脉 冲 数 就 可 以 精 确6定 位 。 通 过 按 键 ， 控 制 电 机 的 正 转 、 反 转 、 停 止 。3.1.1AT89C51 简介AT89C51 是 一 种 带 4K 字 节 FLASH 存 储 器 （ FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory） 的 低 电 压 、 高 性 能 CMOS 8 位 微 处 理 器 ， 俗 称 单 片 机 。 AT89C2051 是 一 种 带 2K 字 节 闪 存 可 编 程 可 擦除 只 读 存 储 器 的 单 片 机 。 单 片 机 的 可 擦 除 只 读 存 储 器 可 以 反 复 擦 除 1000次 。 该 器 件 采 用 ATMEL 高 密 度 非 易 失 存 储 器 制 造 技 术 制 造 ， 与 工 业 标 准 的MCS-51 指 令 集 和 输 出 管 脚 相 兼 容 。 由 于 将 多 功 能 8 位 CPU 和 闪 烁 存 储 器组 合 在 单 个 芯 片 中 ， ATMEL 的 AT89C51 是 一 种 高 效 微 控 制 器 ，AT89C2051 是 它 的 一 种 精 简 版 本 。 AT89C 单 片 机 为 很 多 嵌 入 式 控 制 系 统 提供 了 一 种 灵 活 性 高 且 价 廉 的 方 案管 脚 说 明 ：VCC： 供 电 电 压 。 GND： 接 地 。 P0 口 ： P0 口 为 一 个 8 位 漏 级 开 路 双 向 I/O 口 ， 每 脚 可 吸 收 8TTL 门 电流 。 当 P0 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 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 。 并 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 。 在 给 出 地 址“1”时 ， 它 利 用 内 部 上 拉 优 势 ， 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 ： 7口 管 脚 备 选 功 能 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 。3.1.2LCD1602 简介字符型 LCD 通常有 14 条引脚线或 16 条引脚线的 LCD，多出来的 2 条线是背光电源线 VCC(15 脚)和地线 GND(16 脚)，其控制原理与 14 脚的 LCD 完全一样，定义如下表所示：字符型 LCD 的引脚定义83.1.3DS18B20 简介DS18B20 内部结构主要由四部分组成：64 位光刻 ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器。DS18B20 的外形及管脚排列如下图 1:DS18B20 引脚定义：(1)DQ 为数字信号输入/输出端；(2)GND 为电源地；(3)VDD 为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。DS18B20 的读写时序和测温原理与 DS1820 相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由 2s 减为 750ms。 9DS18B20 测温原理如图 3 所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器 1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器 2 的脉冲输入。计数器 1 和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器 1 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器 1 的预置值减到 0 时，温度寄存器的值将加 1，计数器 1 的预置将重新被装入，计数器 1 重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器 2 计数到 0 时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图 3 中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器 1 的预置值。DS18B20 温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存 RAM 和一个非易失性的可电擦除的 EEPRAM,后者存放高温度和低温度触发器 TH、TL 和结构寄存器。利用单片机的 P13 口控制 DSl8B20，将实时采集到的温度与单片机软件设置的数值做对比，并用 P17 口控制三极管 8550 的导通和截止，实现了用删控制电机的转速，让风扇在不同的温度下有不同的档位的变化。3.1.4A/D 转 换 ：硬 件 设 计 ： 8 路 输 入 模 拟 信 号 数 值 显 示 电 路 由 A/D 转 换 .数 据 处 理 及 显示 控 制 等 组 成 .A/D 转 换 由 集 成 电 路 0809 完 成 .0809 具 有 8 路 模 拟 输 入 端 口 ,地址 线 (23-25 脚 )可 决 定 对 那 一 路 模 拟 输 入 做 A/D 转 换 .第 22 脚 为 地 址 锁 存控 制 ,当 输 入 为 高 电 平 时 ,对 地 址 信 号 进 行 锁 存 ,6 脚 为 测 试 控 制 ,当 输 入 一个 2US 宽 的 高 电 平 时 ,就 可 是 A/D 转 换 ,7 脚 为 A/D 转 换 结 束 标 志 ,当 A/D 转换 结 束 时 ,7 脚 输 出 高 电 平 ,9 脚 为 A/D 转 换 数 据 输 出 允 许 控 制 ,当 OE 脚 为 高电 平 时 ,A/D 转 换 数 据 从 端 口 输 出 ;10 脚 为 0809 的 时 钟 输 入 端 ,利 用 单 片 机30 脚 的 六 分 频 晶 振 信 号 在 通 过 14024 二 分 频 得 到 .单 片 机 的 P1,P3 端 口 做四 位 LED 数 码 管 显 示 控 制 ,P0 端 口 做 A/D 转 换 数 据 读 入 用 ,P2 口 用 做 0809的 A/D 转 换 控 制 .系 统 主 要 程 序 设 计初 始 化 程 序系 统 上 电 时 ,将 70H-77H 内 存 单 元 清 零 ,P2 口 置 0.主 程 序在 刚 上 电 时 ,因 70H-77H 内 存 单 元 的 数 据 位 0,则 每 一 通 道 的 数 码 管 显示 值 都 为 000.当 进 行 一 次 测 量 后 ,将 显 示 出 每 一 通 道 的 A/D 转 换 值 ,每 个 通道 的 数 据 显 示 时 间 在 1S 左 右 .主 程 序 在 调 用 显 示 程 序 和 测 试 程 之 间 的 循 环 ,起流 程 图 为开 始初 始 化10调 用 子 程 序 调 用 A/D 转 换 子 程 序 显 示 子 程 序3.1.5LcD 显示图 1 所 即为 LCD 七段码中其中一段字形的显示电路。A 端接输人字形码，取“0”或 “1“， B 端接周期性矩形脉冲信号，这样当 A 二 1 时，在异或门的输出端 C 就可以得到与 B 端同频反相的脉冲信号，将 B 和 C 端的信号加在 LCD显示器的两端，就得到了所需要的方波信号，其电压是脉冲信号的两倍，因而显示器显示字形;而当 A=O 时，异或门输出脉冲信号 C 与其输入信号 B 同频同相，从而使 LCD 显示器的两端电压为 0，显示器呈白色而不显示字形。LED/LCD 通用显示译码器组成LED 与 LCD 显示的区别就是，前者直接利用译码器输出的电平信号驱动发光二极管导通或截止，而后者需要依据译码器输出的电平状态，在液晶两极之间产生相应的同相或反相脉冲信号，以使得液晶呈现亮色或暗色3。通用显示译码器组成如图 2 所示。其中，七段显示译码器输出 7 位字形码，可分为共阴极和共阳极译码输出。当 LED/LCD 选择端为“1”电平时，分频器输出的 50 Hz 脉冲信号从与门输出，一路送人异或门，输出的反相(七段译码器输出1时 )或同相(七段译码器输出 0时) 脉冲接至 LCD 的公共电极，而另一路同相脉冲直接连 LCD 的正面电极，从而在液晶两端形成0电压或方波电压进而驱动液晶工作;当 LED/LCD 选择端为“0”电平时，50 Hz 脉冲信号不能从与门输出，即异或门公共输人端为0，七段显示译码器的字形码经异或门正常输出，驱动 LED 工作。LCD 显示器简介1 LCD 显示器的结构和原理112 不同类型的液晶显示器件其组成可能会有所不同，但是所有液晶显示器件都可以认为是由两片光刻有透明导电电极的基板，夹持一个液晶层，封接成一个扁平盒，有时在外表面还可能贴装上偏光片等构成。3 液晶显示的原理是液晶在电场的作用下，液晶分子的排列方式发生了改变，从而使其光学性质发生了变化。42. LCD 显示器分类 从显示的形式上通常可分笔段型、字符型和点阵图形型。 笔段型。笔段型 LCD 是以长条状显示像素组成一位显示。 在形状上总是围绕数字“8”的结构变化，广泛用于电子表、数字仪表中。 字符型。字符型液晶显示模块是专门用来显示字母、数字、符号、日文假名等的点阵型液晶显示模块。在电极图形设计上它是由若干个 5 8 或 511 点阵组成，每一个点阵显示一个字符。这类模块广泛应用于寻呼机、手机、电子记事本等类电子设备中。 点阵图形型。点阵图形型是在一平板上排列多行和多列，形成矩阵形式的晶格点，点的大小可根据显示的清晰度来设计。这类液晶显示器可广泛用于图形显示如游戏机、笔记本电脑和彩色电视等设备中。 3.字符型 LCD 显示器 专门用来显示字母、数字、符号等点阵式 LCD。 LCD 同样需要驱动，它的驱动电路相对复杂，采用专用的驱动器芯片。 所以厂家将液晶显示器件、驱动主电路 HD44780、少量阻、容元件、结构件装配在一个 PCB 线路板上，这样的组件称之为液晶显示模块。只需通过单片机的 I/O 口即可驱动 LCD 显示。 有 161， 162 （16 列 2 行即 32 个字符）， 202 等产品。 为了使用方便，字符型液晶显示模块目前在国际上已经规范化，无论显示屏规格如何变化，其电特性和接口形式都是统一的（引脚）4.1 程序初始化 初始化： 大概涉及到 4 个命令，发四次命令。所以把发命令编程子程序，调用子程序时只是命令代码不一样。 void busy() rs=0;rw=1;en=1;12 delay(1); f=P0; en=0; busy1=f void wc(unsigned char a) while(busy1=0x80); rs=0;rw=0;en=0; P0=a; en=1;delay(1);en=0; void chsh() wc(0x38);delay(1); wc(0x01);delay(1); wc(0x0c);delay(1); wc(0x06);delay(1); Void main() chsh(); 2.设定第一行显示起始地址 Void main() wc(0x80); 3.送数据到数据端口，显示字符串送字符串到数据端口，实际上是逐个把数据送过去。所以把送数据编程子程序，调用子程序时只是数据不一样。unsigned char hy=“The number is“; void wd(unsigned char b) while(busy1=0x80); rs=1;rw=0;en=0; P0=b; en=1;delay(1);en=0;13 Void main() for(j=0;j25) delay(300); BEEP=1; delay(300); led=0; delay(200); led=1; delay(200); /*/ /*main() while(1) if(k1=0) while(k1=0);zhengzh(1); if(k2=0) while(k2=0);fanzh(1); */ /*/4.3A/D 转换子程序15 #include #include unsigned char code sz2=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e; sbit eoc=P20; sbit start=P21; sbit clock=P22; sbit oe=P23; sbit seg1=P34; sbit seg2=P35; void delay(unsigned int a) unsigned char b; while(-a!= 0) for(b=0;b4)|(temp1disp1=n/10;disp2=n%10;17wd(disp0);dispd(disp1);dispd(disp2);wd(0x2e);dispd(disp3);wd(0x6f);wd(0x43);/*/4.5 控制字程序18C51送复位脉冲送SKIP ROM命令送CONVERT 命令DQ为高电平？C51送复位脉冲送读温度命令结束开始N18B20送存在脉冲18B20送存在脉冲送SKIP