毕业设计（论文）-基于单片机的室内智能通风控制系统设计.doc

天津职业技术师范大学Tianjin University of Technology and Education毕 业 设 计专 业： 电气技术教育 班级学号： 电气0812班-3号学生姓名： 指导教师： 二一三年六月天津职业技术师范大学本科生毕业设计基于单片机的室内智能通风控制系统设计Design of Indoor Intelligent Ventilation Control System Based on MCU专业班级： 电气0812班学生姓名： 指导教师： 教授学 院：自动化与电气工程学院2013年6月摘 要目前，国内大部分住宅室内的污染状况令人担忧。室内空气污染不仅破坏人们的工作和生活环境，而且直接威胁着人们的身体健康。新型的建筑材料带来的日用化学品进入住宅，成为室内严重的污染源;另外，空调的普及使室内通风率明显的下降。这些都造成了室内污染的累积，导致室内的空气质量严重恶化。由于上述种种原因，造成我国大部分居住建筑的通风状况相对较差，基本上不能满足我国室内空气标准的有关规定。在自然通风不能满足需要的时候，往往可以通过机械通风方式来改善室内的热环境和空气质量。论文所研究的室内环境调节系统充分利用温度传感器模块实现智能检测当前环境温度，通过对建筑物室内温度，进而控制送风设备，达到智能调节建筑物室内环境的目的，以此改善室内空气品质，使人们在室内居住的环境更加舒适。本系统采用层次化、模块化设计。整个系统由数据采集系统、单片机控制系统组成。系统以单片机AT89S52为核心，以DS18B20系列温度传感器等作为测量元件，通过单片机与传感器相连，达到测温控制电机风扇的系统。此系统描述了测温传感器DS18B20与单片机的硬件连接，软件编程设计和各个模块系统进行了分析。此系统可以实时对温度的测量和显示，可通过红外遥控进行需要通风的温度设置。此系统使用起来非常方便、体积小、灵敏度较高、节能、成本低等优点。关键词：空气品质；单片机；温度；传感器ABSTRACTCurrently, most houses indoor pollution is a disturbing problem. Indoor air pollution not only destroy peoples working and living environment, but also threat to peoples health. New building materials brought chemicals into the house and become the most serious indoor pollution, In addition, the popularization of the air-conditioner decreased the room ventilation significantly. These all resulted to the accumulation of indoor pollution, led to serious deterioration of indoor air quality. All these reasons resulted the worse ventilation condition of most buildings in our country, and basically can not meet the relevant provisions of Chinas indoor air quality standards.When natural ventilation can not meet our need, we often use mechanical ventilation to improve the indoor thermal environment and air quality. The environment regulating system in this paper make full use of temperature sensor module to realize the intelligent detection of the current temperature, through the temperature test in buildings, we can control the air supply equipment to monitor the indoor environment of buildings intelligently in order to improve indoor air quality, so that comfort the living environment indoors.The system uses a hierarchical and modular design. The whole system consists data acquisition system and microprocessor control system. MCU AT89S52 is the core of the system, and DS18B20 series of temperature sensors is the measure element. Through the connection of microcontroller and the sensors, we can achieve to measure the temperature of fan motor control system. This system describes the hardware connection of the temperature sensor DS18B20 and the MCU, analyzed the software design and programming each module system. This system can be real-time temperature measurement and the display can be performed via the infrared remote control to set the temperature of air. This system has small size, high sensitivity, low cost ,energy-saving and it is easy to use.Key Words：Air quality；Microcontroller；Temperature；Sensor目 录1 绪论11.1 课题研究的目的及意义11.2课题研究的主要内容21.3方案选择及论证22 元器件介绍42.1 温度传感器42.2 红外遥控传感器82.3 单片机102.3.1 单片机控制电路102.3.2 内部结构102.3.3 引脚功能112.4 八段数码管133系统硬件设计153.1系统电路组成框图153.2最小应用系统设计153.2.1晶振电路163.2.2复位电路173.3温度测量电路单元模块设计183.4控制电路设计183.5显示模块设计194 软件系统设计204.1主程序流程图204.2按键程序流程图214.3测温程序流程图21总 结23参考文献24附录1:电路原理图25附录2：系统部分程序26致 谢3511天津职业技术师范大学2013届本科生毕业设计1 绪论1.1 课题研究的目的及意义（1）设计的实施将提供有效的节能措施设计的开发符合我国节约型社会的建设要求，随着我国国民经济的发展，能源消费需求增加，能源供需矛盾非常突出，提高能源利用效率、改善能源环境己经迫在眉睫。我国现在是世界第二大能源消耗国家，国家领导已经把寻找能源放到了国家战略的重要位置。节能是国家可持续发展的必由之路。据调查，在高层空调建筑全年总电耗中，新风能耗占到15%25%，因此，减少新风负荷在当前提倡建筑节能的形势下非常有重要。居室空气的健康和建筑通风的节能是现代健康住宅的两个核心问题，它是关系到人民生活质量的进一步提高和国家可持续发展的重大问题。 （2）设计的实施符合智能建筑发展趋势世界卫生组织“健康住宅”标准的15条里面有8条跟室内空气质量有关，这些是提高生活品质的重要标志；节约能源，建筑节能关系到国家可持续发展的必经之路。关着窗子要新风，通风还要不耗能！这是摆在我们面前一个大难题。 （3）室内污染的危害2003年的非典，人们还无法忘记。“预防非典，通风比消毒还有用”，这是在非典时期获得的经验。现在非典已经浮出了我们的生活，然而生物污染问题并没有走远。一些致病微生物通过空气传播的现象很猖獗，形成“室内生物污染”。通风不流畅，包括装修产生污染物等不易扩散和稀释，从而对人体健康带来不利的影响。办公设备、家具等也在排放大量的有害气体。这些是化学污染。 都市中室外空气中的粉尘、花粉、飘絮、噪声，室内湿气、异味、烟气也让渴望高品质生活的人越来越难以忍受，马路越修越宽，机动车越来越多，日夜川流不息，开窗通风获得新鲜空气需要付出更高的代价。这些是物理污染。 美国预防医学杂志报道，在家里所接触的污染物远比外面多，从重金属到各种挥发性有机化学物质都有。据美国环保署进行的相关研究显示，一般人在家中接触到致癌因子的几率出现了历史新高，比在室外时的要高出570倍。 最近，北京市卫生局对部分住宅区和写字楼的抽检表明，新装修后居室甲醛含量普遍超标，最高者竟超标73倍！世界卫生组织日前公布的报告中已将室内空气污染与高血压、胆固醇过高症、肥胖症等一起列入了人类健康的10大杀手黑名单之中。 根据2003年3月1号起施行的国家室内空气质量标准GBT18883-2002规定：每人每小时30立方米新鲜空气。 （4）改善家居室内的空气质量通风才是解决室内污染的好办法 ，在生活中我们虽然可以找到很多方法减少室内空气污染，但是室内空气品质专家指出，改善室内空气质量的最有效的办法就是通风。自然通风，从前不是什么问题。如果自然环境好，室外空气新鲜、没有噪声和灰尘，室内外温差不大，自然通风是最好的室内空气健康解决办法。 但是，随着城市化的发展和人们生活水平的提高，开窗通风现在变成了一个矛盾重重的重要问题。 窗外马路噪声越来越严重，我们怎么自救？室内空气污染威胁着我们的健康，风沙、灰尘、飘絮让无数注重生活品质的家庭主妇头疼；更重要的是加上很多建筑的设计缺陷本身就没有穿堂风，自然通风越来越少。这一切放在一起就使得是否开窗通风这个在过去不是问题的问题变成了一个难解的矛盾。看似简单的通风，成为一个关系到人们呼吸健康和国家可持续发展的大问题。1.2课题研究的主要内容（1）温度的测量，由温度传感器DS18B20测量室内的温度，将测量的温度与设置的温度值进行对比。（2）显示，将室内的温度显示到八段数码管上。（3）控制部分，将测量的温度与设置的上下限温度进行对比后，如果高于设置的上限温度时驱动风机动作进行通风，如果低于设置的下限温度时进行加热。（4）红外遥控，在对上下限温度进行设置时可以用按键进行设置，也可以通过红外遥控进行设置，同时红外遥控还可以对灯的开关进行控制。1.3方案选择及论证1.电源方案选择由于本系统需要+5V电源供电，我考虑了如下几种方案为系统供电。方案1：采用4节1.5V干电池供电，电压达到6V，经7805稳压后给直流电机供电及单片机系统和其他芯片供电。由于干电池电量有限，使用大量的干电池将会给系统调试带来不便，而且电池对环境产生污染源。因此，我们放弃了这种方案。方案2： 采用变压器整流滤波再经过7805稳压稳定后再给直流电机供电及单片机和其他芯片供电，。此方案是自制一个+5v电源，电路比较简单，而且元件也比较廉价，电路板小而易携带。因此，这种方案比较可行，因此我们选择了此方案。综上考虑，我们选择了方案2。2 温度传感器选择方案1：使用热敏电阻设计由于本设计是测温控制直流电机电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦而且测量的精度不够，抗干扰能力比较差，受各方面因素的影响较多，所以此方案不可取。方案2：使用DS18B20传感器设计采用AT89S52单片机作控制器，温度传感器选用DS18B20来对环境温度采集，测温电路由温度传感器DS18B20实现，本设计所介绍的DS18B20温度采集与传统的热敏电阻之类的利用感温效应相比，具有温度采集数据处理方便，测温范围广，测温准确，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，该设计控制器使用单片机AT89S52测温传感器使用DS18B20，用,实现温度显示,能准确达到以上要求。故选择方案2。3 显示模块的选择方案1：用液晶LCD1602显示，虽然显示内容比较多，但是价格稍微偏贵，显示的字体比较小，距离远时看不清当前的温度，可视距离较小。对于此设计来说只需要清楚的显示温度值，没必要用液晶LCD1602显示很多内容。方案2：用六位八段数码管，成本很低，显示数字很大，在屋内完全可以看清楚当时的温度，应用在此设计中非常合适。综上考虑，我们选择了方案2。4控制模块选择在此设计中我选择的是继电器驱动风机，室内通风系统如果用直流电机只能控制小风机，只有使用交流电的风机才能达到良好的排风效果，继电器能起到了弱电控制强电的作用，而且我们都知道家用电器都是220V，使用继电器能控制220V的家用电器。当今社会遥控的应用已经很广泛，因为他非常方便，比如：电视，在我们需要换台的时候不用跑到电视旁边，只要用遥控器就可以远距离换台。空调，在我们感觉温度不适合的时候只要有遥控随时随地就可以调温。可见遥控在我们生活中应用起来很方便，给我们带来了便利。在此设计中我也选择了红外遥控，以便于人们方便的调节对排风的上限温度和加热的下限温度设置，还可以直接用遥控器控制通风、加热和室内灯的开关。2 元器件介绍2.1 温度传感器采用DS18B20温度传感器实物图2-1所示，管脚说明如表2-1 图2-1 DS18B20实物表2-1 存储结构序号名称引脚功能1GND接地结2DQ数据输入/出引脚3VDD可选择的VDD引脚 图3-2中表示了DS18B20的主要部件。DS1820 有三个主要数字部件：1）64 位激光 ROM，2）温度传感器3）非易失性温度报警触发器 TH 和 TL。图2-2 D18B20的主要部件DS18B20 的存储器结构如表2-2存储器由一个暂存 RAM 和一个存储高低温报警触发值 TH 和TL 的非易失性电可擦除EEPRAM 组成。当在单线总线上通讯时，暂存器帮助确保数据能够完整。首先，数据被写在了暂存器中，可以读回这里的数据。数据在校验之后，拷贝一个暂存器的命令会把数据传到非易性EEPRAM中。在更改存储器数据的过程中完整性在这个过程中得到了确保。暂存器的结构为 8 个字节的存储器。头两个字节包含测得的温度信息。第三和第四字节是TH和 TL 的拷贝，是易失性的，每次上电复位时被刷新。下面两个字节没有使用，但是在读回数据时，它们全部表现为逻辑 1。第七和第八字节是计数寄存器，它们可以被用来获得更高的温度分辨力。表2-2存储结构暂存器字节温度 LSB0温度 MSB1暂存器字节TH用户字节12TL用户字节23配置寄存器4保留5保留6保留7CRC8 （1）初始化：DS18B20如果要进行数据交换必须由一个初始化序列程序开始。当DS18B20发出响应主机的应答脉冲时，即由主机表明它已处在总线上并且准备工作。（2）ROM命令： DS18B20的ROM如表2-3每个ROM的命令都是8位长。（3）功能命令：在主机有功能命令时可以对DS18B20进行读/写SCRATCHPA存储器，或者启动温度转换。DS18B20的功能命令如表2-4所示。表2-3 DS18B20的ROM命令描述协议命令发出后1-wire总线活动SEARCH ROM能识别挂在总线上的DS18B20码FOH所有DS18B20向主机发送ROM码READ ROM当只有DS18B20挂于总线时，此命令可以读取ROM码33HDS18B20向主机发送ROM码MATCH ROM只有匹配的DS18B20的ROM码才会响应55H主机向总线上发送一个ROM码SKIP ROM可以使用在特定的总线上的所有的器件CCH无ALARM SEARCH与SEARCH ROM命令一样，DS18B20在温度超出警报线的时才响应ECHDS18B20在超出警报线时向主机发送ROM码表2-4 DS18B20功能命令命令描述协议命令发出后1-wire总线活动温度转换命令Convert t进行温度变换44H主机的转换新状态由DS18B20传送（寄生电源不适用）存储器命令Read SCRATCHPAD对暂存器完整数据进行读的操作BEH9字节的数据可以通过DS18B20向主机发送Write SCRATCHPAD写入暂存器的数据（TH，TL和精度）4EHDS18B20接受主机传送3个字节的数据Copy SCRATCHPADEEPROM复制TH、TL和配置寄存器里的数据48H无Recall E2将TH、TL和配置寄存器的数年据从EEPROM中调到暂存器中B8HDS18B20向主机传送调用状态Read Power Supply电源供电状态传递给主机B4HDS18B20将供电状态传给主机DS18B20采用单总线通信协议来保证数据的完整性。该协议定义的信号类型有：复位脉冲、应答脉冲、写0、写1、读0、和读1。除应答脉冲外，主机发出所有这些同步信号信号。字节的低位在总线传输上的所有数据和命令都是在前。初始化序列：复位脉冲和应答脉冲在初始化程序的过程中，主机用来拉低单总线的时间至少是480s，来达到产生复位脉冲（TX）的目的。进入接收（RX）模式后主机也释放总线。在总线被释放之后，单总线被5K的上拉电电阻拉高。这个上升沿后被DS18B20检测到之后，延时15-60s, 用60-240s来拉低总线产生的应答脉冲初始化波形如图2-3所示。图2-3初始化序列图2、读和写时序在写时序时， DS18B20通过主机写入数据；而在读时序时，来自DS18B20的数据被主机读入。每一个时序，总线只能传输一位数据。读/写时序如图2-4所示图2-4 读/写时序（1）写时序：包括两种写时序：“写1”和“写0”。主机在写1时序时向DS18B20写入逻辑“1”，主机在写0时序时向DS18B20写“0”。60s所有写时序需要的最少时间，1s的恢复时间是当两次写时序需要的最小时间。主机拉低总线时开始这两种写时序。写1时序：主机在拉低总线后，必须在15s内被释放，然后总线高电平由上拉电阻决定。写0时序：主机在拉低总线后，保持低电平（至60s）在整个时序期间是必要的。写时序开始15-60s期间，DS18B20采样总线状态。总线为高电平时，DS18B20被写入逻辑“1”，总线为低电平时，DS18B20被告写入逻辑“0”。（2）读时序：只能在主机发出对DS18B20读时序时才能进行主机的传送数据。因此，讯时序在主机发出读数据命令后就会厂生，这样DS18B20才能够正常的传送数据。主机发起每次的读时序，1s是拉低总线需要的最少时间。读时序之后在被主机发起后， “1”或“0”开始被DS18B20在总线上传输。若要保持总线为高电平则DS18B20发送“1”，则；拉低总线时发送“0”。DS18B20在时序结束时释放总线传送“0”，高电平状态再由上拉电阻将总线拉回到空闲。2.2 红外遥控传感器1外型红外遥控实物图如图：图2-5图2-5 红外遥控传感器实物图红外遥控传感器对外只有3个引脚：Out、GND、Vcc与单片机接口非常方便，如1脚：脉冲信号输出接，直接接单片机的IO 口2脚：GND接系统的地线（0V）；3脚：Vcc接系统的电源正极（+5V）；2简介 VS1838B内含高速、高灵敏度的PIN光电二极管和低功耗、高增益的前置放大IC,由环氧树脂封装外加外屏蔽抗干挠设计而成，该产品已经通过REACH和SGS认证属于环保产品，在红外遥控系统中被作为接收器使用。3.特性由环氧树脂封装，外加外屏蔽抗干挠设计、宽工作电压，2.7-5.5V、 低功耗、有比较宽广的角度及长距离接收、 抗干挠能力强，能抵挡环境干挠、 输出匹配TTL、CMOS电平，低电平有效。 4. 应用: 视听器材(音箱,电视,DVD,卫星接收机等)； 家庭电器(空调,电风扇,灯饰等)； 其它红外线遥控产品。5.红外遥控应用电路原理图2-6 图2-6 红外遥控应用电路原理图6.红外遥控传感器工作原理：遥控器由红外接收及发射电路、信号调理电路、中央控制器8031.程序及数据存储器、键盘及状态指示电路组成。遥控器有两种状态：学习、控制状态。在遥控器处于学习状态时，使用者每次按下一个控制键，红外线接收电路部分就开始对红外线进行接收，并在此时将接收的信号转换成电信号，再通过检波、整形、放大，再由CPU定时对其采样，将每个采样点的二进制数据以8位为一个单位，分别存放到规定的存储单元中，这样便于对遥控器进行控制使用。当遥控器在控制状态的时候，在使用的时，每按下一个控制键，一系列的二进制数据被CPU从规定的存储单元中读取，信号保持电路串行输出决定，同时信号调制由调制电路进行，经放大后的调制信号。7.使用注意：1).焊接条件：（焊点需离树脂胶体根部2MM以上） a.浸锡：请在260且5秒以内一次焊接完成，同时应避免树胶胶体浸入锡槽内。 b.烙铁：用300W的烙铁，其尖端温度不得高于350且5秒以内一次焊接完成。 2).焊接时请勿在产品施加外力，产品引脚成形必须在焊接前完成，以免影响产品接收性能。 3).线路板上的安装孔间距请与产品脚间距离保持一致。 4).产品在高温状态下进行载切引脚容易产生性能不良，请在常温在下或焊接前进行引脚载切; 5).引脚弯折成型条件：a.弯折点需离树脂胶体根部2MM以上。b.须在焊接前或完全冷却状态下。 6).请注意保护红外线接收器的接收面，沾污或磨损后会影响接收效果，切勿用高腐蚀性溶济对 产品进行清洗，以免腐蚀产品影响性能，推荐使用酒精擦拭或浸渍且在常温下不得超过3分钟。 7).产品为静电敏感元件，使用前请采取相应的防静电保护措施（人员、设备、台面、地面等）。2.3 单片机2.3.1 单片机控制电路系统采用的微控制器是ATMEL公司生产的低功耗、高性能单片机AT89S52，它有32个外部双向输入/输出 （I/O） 端口，片内含8k bytes的可重复编程的Flash存储器和256 bytes的随机存取数据存储器 （RAM），3个16位可编程定时计数器，1个全双工串行通信口，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统。AT89S52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。2.3.2 内部结构AT89S52单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时器/计数器、并行I/O口、串行I/O口和中断系统等几大单元以及数据总线、地址总线和控制总线三大总线构成。图2-7为单片机内部结构框图。(1) 中央处理器中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。(2) 程序存储器AT89S52共有8KB个E2PROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。(3) 数据存储器（RAM）AT89S52内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。图2-7内部结构框图(4) 并行输入输出口AT89S52共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。(5) 串行输入输出口AT89S52内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。(6) 定时/计数器AT89S52有三个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对单片机进行控制。(7) 中断系统AT89S52具备较完善的中断功能，有两个外中断、三个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有两级的优先级别选择。2.3.3 引脚功能 管脚图如图：2-8图2-8 AT89S52芯片引脚图(1) 电源和晶振VCC：供电电压。GND：接地。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) I/O口 P0口P0口的字节地址为80H，位地址为80H87H。P0口既可以作为通用I/O口使用，也可以作为单片机系统的地址/数据线使用。当作为输出口使用时，由于输出电路是漏极开路，必须外接上拉电阻才能有高电平输出。 P1口P1口的字节地址为90H，位地址为90H97H。P1口只能作为通用I/O口使用。当作为输出口使用时，已能对外提供推拉电流负载，外电路无需再接上拉电阻；当作为输入口使用时，应先向其锁存器写入“1”，使输出驱动电路的FET截止。 P2口P2口的字节地址为0A0H，位地址为0A0H0A7H。P2口用于为系统提供高位地址，但只作为地址线使用而不作为数据线使用。此外，P2口也可作为通用I/O口使用。 P3口P3口的字节地址为0B0H，位地址为0B0H0B7H。P3口可以作为通用I/O口使用，但在实际应用中它的第二功能信号更为重要。P3口引脚的第二功能，如下所示： 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（计时器0外部输入）P3.5 T1（计时器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）(3) 4根控制线 RST：复位信号。保持RST脚两个机器周期以上的高电平，就可以完成CPU系统复位操作，使系统的一些单元内容回到规定值。 /PSEN：外部程序存储器读选通信号。在读外部ROM时，/PSEN有效（低电平），以实现外部ROM单元的读操作。 /EA/VPP：访问程序存储器控制信号。当/EA信号为低电平时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器；而当/EA为高电平时，则对ROM的读操作是从内部程序存储器开始，并可延续至外部程序存储器。 ALE/PROG：地址锁存控制信号。在系统扩展时，ALE用于控制P0口输出的低8位地址送入锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的分时传送。此外由于ALE是以六分之一晶振频率的固定频率输出的正脉冲，因此也可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。2.4 八段数码管 一、共阴极八段数码管外型八段，在许多产品或场合上经常可见。其内部结构是由八个发光二极管所组成，为七个笔画与一个小数点，依顺时针方向为A、B、C、D、E、F、G与DP等八组发光二极管之排列，可用以显示09数字及英文数A、b、C、d、e、F。八段显数码管的脚位和线路图如2-9 图2-9八段数码管俯视图 由于发光二极管只有在顺向偏压的时候才会发光。因此，七段显示器依其结构不同的应用需求，区分为低电位动作与高电位动作的两种型态的组件，另一种常见的说法则是共阳极( 低电位动作)与共阴极( 高电位动作)七段显示器，如图2-10图2-10共阴极(高电位动作) 二、八段显示器显示原理八段显示器可用来显示单一的十进制或十六进制的数字，它是由八个发光二极管所构成的( 每一个二极管依位置不同而赋予不同的名称，请参见3-4-1 ) 。我们可以简单的说，要产生数字，便是点亮特定数据的发光二极管。例如要产生数字0，须只点亮A、B、C、D、E、F节段的发光二极管；要产生数字5，则须点亮A、C、D、F、G等节段发光二极管，以此类推，参见图3-4-1。因此，以共阴极八段显示器而言，要产生数字0，必须控制Cyclone II FPGA芯片接连至A、B、C、D、E、F 等接脚呈现“高电位”，使电路形成通路状态。表2-5则为共阴极八段显示器显示之数字编码。 表2-5八段数码管的数字显示显示数字DPGFEDCBA16进制0001111113F100000110062001010115B3010011114F401100110665011011016D6011111017D700000111078011111117F9011011116F3系统硬件设计本硬件设计系统主要包括了测温系统的设计以及单片机应用系统设计。一个单片机应用系统的硬件电路设计主要包含有两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如ROMRAMI/O口定时/计数器中断系统等，当不能满足应用系统的要求时，还必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。二是系统配置，既按照系统功能要求配置外围设备，并要考虑设计合适的接口电路。3.1系统电路组成框图通风系统的控制核心是AT89S52单片机，系统由测温模块、直流电机驱动模块、数码显示模块、温度模块、红外遥控模块、电源模块等几部分构成。系统框图如图3-1所示。图3-1系统框图3.2最小应用系统设计 AT89S52是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，AT89S52芯片构成的最小系统简单可靠。用AT89S52单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，如图3-2所示。由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。最小应用系统电路图如图3-23-2最小系统电路图端口说明如表3-1：表3-1小 端口说明网络标号I/O端口说明C0C7P0口连接在74LS245A0A7由此芯片驱动数管B0B5P2口数码管的位选择motoP1.0 控制自动通风继电器K2P1.1手动控制通风继电器K1P1.2手动控制加热继电器heat P1.3自动控制加热继电器DQP3.0温度传感器输入端口IRP3.3红外传感器输入端口S0P3.5设置按键S1P3.6温度十位数加S2P3.7温度个位数加RST9脚单片机复位端XATAL1-XATAL218和19脚单片机晶振3.2.1晶振电路单片机晶振两个电容的作用：这两个电容是晶振负载电容，分别接在晶振的两个脚上和对地的电容，一般是几十Pf。它会影响到晶振的谐振频率和输出幅度，在订购晶振时，晶振的负载电容=(Cd*Cg)/(Cd+Cg)+Cic+C式中Cd,Cg为分别接在晶振的两个脚上和对地的电容,Cic（集成电路内部电容+C（PCB上电容）经验值为3至5pf。晶振电路如图3-3图3-3晶振电路3.2.2复位电路复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经过一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分合过程中引起的抖动而影响复位。单片机复位电路参数的选定须在振荡稳定后保证复位高电平持续时间大于2个机器周期。AT89S52单片机是整个开发板的控制中心，我们在选用电路时应该保证它的可靠性和抗干扰性.在选用具体电子器件的时候，应该确定它的各项参数，尽量使用参数相当的器件。复位电路如图3-4图3-4复位电路3.3温度测量电路单元模块设计此温度测量电路中，由DS18B20温度传感器进行温度测试，电路如下图3-5所示：温度的测量，由温度传感器DS18B20测量室内的温度，将测量的温度与设置的温度值进行对比。将测量的温度与设置的上下限温度进行对比后，如果高于设置的上限温度时驱动风机动作进行通风，如果低于设置的下限温度时进行加热。图3-5测温电路图3.4控制电路设计控制电路如图3-6所示： 图3-6控制电路图此电路里共有三个继电器，分别是控制通风、加热和室内灯开关，当三极管基极电平为“0”时，继电器吸合，基极电平为“1”时，继电器断开，在通风和加热电路上，都有两个三极管去控制，这样设计是为了加入手动功能，Q4和Q5是自动控制通风和加热继电器吸合，Q1和Q2是手动控制通风和加热继电器吸合，当按下摇控器上自动按钮之后，此设计按照程序设计温度而进行通风或者加热，当按下摇控器上手动按钮之后，程序就会自动跳出自动程序，这时可以人为的控制通风和加热继电器吸合，如果不按自动，此时设计就相当于一个温度计。如果到晚上用户不想让它自动通风或者加热就可以按下手动按钮，这样就不会自动启动控制。此设计还加入室内灯的开关继电器，更能方便用户使用，以后在开关灯就可以不在按墙上的开关。3.5显示模块设计 示电路电路图3-7所示：图3-7测温模块电路图此显示电路所示六位八段数码管显示，数码管较大，在远处可就可以看清当前温度，在此显示电路中用到74LS245，此芯片是具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。采用74LS245增加I/O口的驱动能力。当片选/CE为低电平时有效，AB/AB为高电平时，信号由A向B传输，反之为低电平时，信号由B向A传输。4 软件系统设计在进行控制系统设计时，除了硬件系统的设计外，还需要对根据每个对象的实际需要设计程序。在单片机控制系统中，大体可分为数据处理和过程控制两个基本类型。数据的处理包括：数据采集、数据处理、数据变换，显示处理等。控制程序主要是使单片机按一定的方法进行计算，再输入信号，以便于控制。在进行软件设计时，通常把整个过程分成若干个部分，每一部分叫做一个模块。所谓“模块”，实质上就是完成一定功能，相对独立的程序段。 模块程序设计法的主要优点是：（1）单个模块比起一个完整的程序易编写及调试；（2）模块可以共存，一个模块可以被多个任务在不同条件下调用；4.1主程序流程图主程序是在程序运行中初始化各个端口、内部中断，保证外部电路都恢复初始化，在主程序中的循环程序中调用按键盘函数和计数程序，因为主程序初始化之后进入主循环程序当中，开始调入函数。系统主程序流程图如4-1所示： 图4-1系统主程序流程图4.2按键程序流程图在人机交互中，通过按键输入各种信息，调整各种参数或发出控制指令等，因此按键处理在智能控制系统中是非常重要的部分。以单只按键分析，单I/O口按键如图所示。此时I/O口为输入状态，当按键未按下时，上拉电阻将I/O电平接至5V。按下按键后，I/O高电平被拉至0V。这样根据I/O电平就可判断按键盘状态。即I/O口电平为0时，就表示按键按下，当I/O口为高电平时，就表示按键弹起。需要注意的是，实际的按键在被按下时，由于机械触点的弹性的作用，按键在闭合时不会马上稳定的地接通，在断开时也不会一下子断开。因在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，抖动时间长短由按键机械特性及操作人员动作决定，一般为520ms；按键函数流程图如图4-2 4.3测温程序流程图DS18B20复位子程序如图4-3所示；读温度值子程序如图4-4所示；数据处理子程序如图4-5所示图4-3 DS18B2复位子程序图4-2按键流程图 图4-3 DS18B20复位子程序 图4-5 数据处理子程序总 结本设计是通过测量室内温度来控制通风系统，此系统已经成功的进行过多次试验，运行稳定，节省了人力投入，提高了自动化控制水平和工作效率，系统的调试和维护也非常方便，符合智能通风技术的要求，真正做到既经济又实用的控制目的，具有推广价值。在设计的过程中，我学会很多软件的使用。在设计实物的过程中，学到到了很多知识，但是也遇到不少的困难，虽然在同学和老师的帮助最后都得到了解决，但是这也体现出了我在专业方面不足的地方，所以通过这次的毕业设计我感悟最大的就是在以后学习生活中怎样提升自身的专业水平。通过这次毕业设计，使我深刻地认识到学好专业知识的重要性，也理解了理论联系实际的含义，并且检验了大学五年的学习成果。虽然在这次设计中对于知识的运用和衔接还不够熟练。但是我将在以后的工作和学习中继续努力、不断完善。这段时间的设计是对过去所学知识的系统提高和扩充的过程，为今后的发展打下了良好的基础。此设计是通过温度来实现室内智能通风控制，其实，通过测量空气中的成分也是可以实现室内智能通风。我想在条件允许的情况下通过温度和空气成分结合起来进行对室内通风系统设置会更加完美。参考文献1周洪,胡文山,张立明,卢亦焱. 智能家居控制系统. 北京：电力出版社,2006.2李盛林，王宏平，魏敏.机械设计基础实验教学改革的探讨.实验技术与管理，2005，22（7）：98-102. 3梁俊彦,李玉翔.机电一体化技术的发展及应用.科技资讯,2007(9).4沈晋明.我国目前室内空气品质改善的对策与措施暖通空调，2002，32(2):34-37.5 李欣,林豹.住宅通风换气机研究.中国住宅设施，2002.5.6中华人民共和国建设部.GB50019一2003，采暖通风与空气调节设计规范北京:中国计划出版社，2003.7陆亚俊，马最良,邹平华.暖通空调.北京:中国建筑工业出版社，2003.8双平，张国强，彭建国等.自然通风技术研究进展.2004. 34(3):22-28.9IEAAnnuslRePorts.HybridVentilationArmex35.Synde