节能型自动排气扇.doc

课题名称 节能型自动排气扇 所在院系 班 级 学 号 姓 名 指导老师 时 间 联系方式 电工电子课程设计任务书姓名： 班级： 指导老师： 设计课题：节能型自动排气扇设计任务与要求本课题设计了一种节能型自动排气扇。具体要求如下：1.在空气湿度达到一定值时，排气扇自动开始工作。减低湿度。2.在空气湿度达到一定值时，排气扇自动停止工作，节约电能。1、220V交流电供电。、创新部分：1、选用ADC0809进行数模转换，然后把数字信号传送给MSC51单片机。通过源程序的判断，进行显示空气的好坏，高于标准时并报警。设计步骤1、 查阅相关资料。2、 总体方案设计与工作原理说明。3、 单元电路设计与说明。4、 元器件参数选择。5、 总体电路的绘制及电路原理图相关说明。设计说明书字数不少于3000字。参考文献1、 教材单片微型计算机技术 刘国荣 编 机械工业出版社2、 单片微型计算机原理、应用及接口技术 张迎新 编 国防工业出版社3、 单片机实用系统设计技术 房小翠 编 国防工业出版社4、单片机应用系统设计 何立民 编 北航出版社5、单片机原理及接口技术 曹琳琳编 国防科技大学出版社目 录一 总体设计方案选择与说明4二 系统结构框图与工作原理5三 单元硬件设计说明及计算方法7四 软件设计与说明14五 调试结果与必要的调试说明16六 使用说明17七 调试结果与必要的调试说明16八 参考文献19附录A 系 统 原 理 图.20附录B 程 序 清 单.21一总体设计方案选择与说明 根据课题的要求：1）空气湿度处于最高设定点和最低设定点之间。2）高于最低设定点时控制排风扇工作；低于最高设定点时停止工作；处于两者之间时保持先前状态不变。3)检测空气湿度，高于标准时发出报警信号。我的总体设计方案如下:对于空气湿度的控制采用在排气扇例装设感应器，通过感应器开关的断或合，来检测空气湿度是在何种状态之下。然后把信号传到MSC51单片机的P1口，由单片机里的源程序判断是排气还是停止排气或者保持原状态不变。即当湿度达到最高值时，系统启动电动机排气；到达最低值时，系统发出一指令使电动机停止排气；在其他时候系统保持原状态不变。对于空气的检测，因为所检测的信号是一路模拟量，而单片机只能进行数字量的判断。因此，必须把模拟量转换为数字量，即要用A/D转换器，根据实验室的具体条件。我选用ADC0809进行数模转换，然后把数字信号传送给MSC51单片机。通过源程序的判断，进行显示空气的好坏，高于标准时并报警。即当空气好时用一发绿光的发光二极管显示空气好；当空气良好时用一发橙色光的发光二极管发光以显示空气良好；当空气差时用一发红光的发光二极管发光显示空气差，同时发出报警声提醒。二 系统结构框图与工作原理系统结构框图： 开 始湿度的控制系统判断并发出指令初始化空气的检测系统工作原理：在启动系统初始化后，经单片机的反复扫描检测空气湿度，对空气湿度进行判断。当湿度到达最高值时，开关断开即输出一低电平。通过信息传递到单片机后，单片机判断并发出一指令，启动电动机排气。随着湿度的降低，高湿度开关先闭合。因为湿度没有到达最低湿度，因此经单片机判断后保持原状态即继续抽水。随着时间的推移，水气逐渐的减少，当湿度达到最低湿度后，开关闭合后，向单片机传送一高电平，经单片机判断后发出一指令，电动机停止排气。单片机继续工作扫描，在水位没有达到最高点时，电动机保持原状态不变。即如果电动机在排气就继续排气，直到到达低湿度后才停止排气；如果电动机在停止工作状态，则保持不排气状态，只有等到湿度达到最高湿度时，电动机才启动排气。如此反复循环三 单元硬件设计说明及计算方法 在进行单元硬件设计时，必须对所选的器件了解清楚后。下面是对所有选择的器件进行简单的说明和分析：8051单片机目前，8051单片机在工业检测领域中得到了广泛的应用，因此我们可以在许多单片机应用领域中，配接各种类型的语音接口，构成具有合成语音输出能力的综合应用系统，以增强人机对话的功能。89C51是Intel公司生产的一种单片机，在一小块芯片上集成了一个微型计算机的各个组成部分。每一个单片机包括：一个8位的微型处理器CPU；一个256K的片内数据存储器RAM；片内程序存储器ROM；四个8位并行的I/O接口P0-P3，每个接口既可以输入，也可以输出；两个定时器/记数器；五个中断源的中断控制系统；一个全双工UART的串行I/O口；片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率是12MHZ。以上各个部分通过内部总线相连接。下面简单介绍下其各个部分的功能。中央处理器CPU是单片微型计算机的指挥、执行中心，由它读人用户程序，并逐条执行指令，它是由8位算术逻辑运算部件(简称ALu)、定时控制部件，若干寄存器A、B、B5w、5P以及16位程序计数器(Pc)和数据指针寄存器(DM)等主要部件组成。算术逻辑单元的硬件结构与典型微型机相似。它具有对8位信息进行+、-、x、/ 四则运算和逻辑与、或、异或、取反、清“0”等运算，并具有判跳、转移、数据传送等功能，此外还提供存放中间结果及常用数据寄存器。控制器部件是由指令寄存器、程序计数器Pc、定时与控制电路等组成的。指令寄存器中存放指令代码。枷执行指令时，从程序存储器中取来经译码器译码后，根据不同指令由定时与控制电路发出相应的控制信号，送到存储器、运算器或Io接口电路，完成指令功能。程序计数器Pc用来存放下一条将要执行的指令，共16位可对以K字节的程序存储器直接寻址c指令执行结束后，Pc计数器自动增加，指向下一条要执行的指令地址。CPU功能，总的来说是以不同的方式，执行各种指令。不同的指令其功自略异。有的指令涉及到枷各寄存器之间的关系；有的指令涉及到单片机核心电路内部各功能部件的关系；有的则与外部器件如外部程序存储器发生联系。事实上，cRJ是通过复杂的时序电路完成不同的指令功能。所谓cRJ的时序是指控制器控照指今功能发出一系列在时间上有一定次序的信号，控制和启动一部分逻辑电路，完成某种操作。 引脚及其功能，MCS51系列单片机的40个引脚中有2个专用于主电源引脚，2个外接晶振的引脚，4个控制或与其它电源复用的引脚，以及32条输入输出I/O引脚。外接晶振引脚XTAL1和XTAL2，XTAL1（19脚）：接外部石英晶体的一端。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚接地；对于CHOMS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。XTAL2（18脚）：接外部晶体的另一端。在单片机内部，接至片内振荡器的反相放大器的输出端。当采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该引脚作为外部振荡信号的输入端。对于CHMOS芯片，该引脚悬空不接。控制信号或与其它电源复用引脚控制信号或与其它电源复用引脚有RST/VPD、ALE/P、PSEN和EA/VPP等4种形式。（A）RST/VPD（9脚）RST即为RESET，VPD为备用电源，所以该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现复位操作，使单片机复位到初始状态。当VCC发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源VPD（+5V）为内部RAM供电，以保证RAM中的数据不丢失。（B）ALE/ P （30脚）：当访问外部存储器时，ALE（允许地址锁存信号）以每机器周期两次的信号输出，用于锁存出现在P0口的低（C）PSEN(29脚):片外程序存储器读选通输出端,低电平有效。当从外部程序存储器读取指令或常数期间，每个机器周期PESN两次有效，以通过数据总线口读回指令或常数。当访问外部数据存储器期间，PESN信号将不出现。（D）EA/Vpp（31脚）：EA为访问外部程序储器控制信号，低电平有效。当EA端保持高电平时，单片机访问片内程序存储器4KB（MS52子系列为8KB）。若超出该范围时，自动转去执行外部程序存储器的程序。当EA端保持低电平时，无论片内有无程序存储器，均只访问外部程序存储器。对于片内含有EPROM的单片机，在EPROM编程期间，该引脚用于接21V的编程电源Vpp。输入/输出（I/O）引脚P0口、P1口、P2口及P3口(A).P0口（39脚22脚）：P0.0P0.7 统称为P0口。当不接外部存储器与不扩展I/O接口时，它可作为准双向8位输入/输出接口。当接有外部程序存储器或扩展I/O口时，P0口为地址/数据分时复用口。它分时提供8位双向数据总线。对于片内含有EPROM的单片机，当EPROM编程时，从P0口输入指令字节，而当检验程序时，则输出指令字节。(B).P1口（1脚8脚）：P1.0P1.7统称为P1口，可作为准双向I/O接口使用。对于MCS52子系列单片机，P1.0和P1.1还有第2功能：P1.0口用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2；P1.1用作定时器/计数器2的外部控制端T2EX。对于EPROM编程和进行程序校验时，P0口接收输入的低8位地址。(C).P2口（21脚28脚）：P2.0P2.7统称为P2口，一般可作为准双向I/O接口。当接有外部程序存储器或扩展I/O接口且寻址范围超过256个字节时，P2口用于高8位地址总线送出高8位地址。对于EPROM编程和进行程序校验时，P2口接收输入的8位地址。(D).P3口（10脚17脚）：P3.0P3.7统称为P3口。它为双功能口，可以作为一般的准双向I/O接口，也可以将每1位用于第2功能，而且P3口的每一条引脚均可独立定义为第1功能的输入输出或第2功能。P3口的第2功能见下表 单片机P3.0管脚含义引脚第2功能P3.0RXD（串行口输入端0）P3.1TXD（串行口输出端）P3.2INT0（中断0请求输入端，低电平有效）P3.3INT1（中断1请求输入端，低电平有效）P3.4T0（时器/计数器0计数脉冲端）P3.5T1（时器/计数器1数脉冲端）P3.6WR（部数据存储器写选通信号输出端，低电平有效）P3.7RD（部数据存储器读选通信号输出端，低电平有效）综上所述，MCS51系列单片机的引脚作用可归纳为以下两点：1).单片机功能多，引脚数少，因而许多引脚具有第2功能；2).单片机对外呈3总线形式，由P2、P0口组成16位地址总线；由P0口分时复用作为数据总线。A/D转换器ADC0809ADC0808/0809是八位逐次逼近式A/D转换器是一种单片CMOS器件,包括8位的模/数转换器,8通道多路转换器和与微处理器兼容的控制逻辑。8通道多路转换器能直接连通8个单端模拟信号中一任何一个。分辨率为8位最大不可调误差ADC0808小于1/2LSB,ADC0809小于1LSB。单一+5V供电,模拟输入范围为0-5V，具有锁存三态输出,输出与TTL兼容，功耗为15MW,不必进行零点和满度调整。转换速度取决于芯片的时钟频率，时钟频率范围:10-1280KHZ。当CLK=500KHZ时,转换速度为128s。IN0-IN7:8路输入通道的模拟量输入端口。START,ALE:START为启动控制输入端口,ALE为地址锁存控制信号端口。这两个信号端可连接在一起,当通过软件输入一个正脉冲,便立即启动模/数转换。EOC,OE:EOC为转换结束信号脉冲输出端口,OE为输出允许控制端口,这两个信号亦可连结在一起表示模/数转换结束.OE端的电平由低变高,打开三态输出锁存器,将转换结果的数字量输出到数据总线上。REF(+),REF(-),VCC,GND,REF(+)和REF(-)为参考电压输入端,VCC为主电源输入端,GND为接地端.一般REF(+)与VCC连接在一起,REF(-)与GND连接在一起。ADC0808/0809与8051单片机的硬件接口有三种方式,查询方式,中断方式和等待延时方式。究竟采用何种方式,应视具体情况,按总体要求而选择。由于ADC0808/0809芯片内无时钟,所以必须靠外部提供时钟;外部时钟的频率范围为10KHZ-1280KHZ.在前面的ADC0808/0809通过中断方式与8031单片机接口的电路中,8051单片机的主频接为6MHZ,ALE提供ADC0808/0809的时钟频率为1MHZ(1000KHZ)；实际应用系统使用证明,ADC0808/0809能够正常可靠地工作。但在用户进行ADC0808/0809应用设计时,推荐选用640KHZ左右的时钟频率。 ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0IN7上的一路模拟量输入。通道选择表如下表所示。通道INO IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7CBA000001010011100101110111ST为转换启动信号，当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE1，输出转换得到的数据；OE0，输出数据线呈高阻状态。D7D0为数字量输出线。CLK为时钟输入信号线。VREF（），VREF（）为参考电压输入。由于实验条件的限制，对于水质检测时。采用一电位器来代替水质传感器即可。即通过改变电位器的电位从而达到模拟水质变化的目的。综上，通过对所有的硬件的分析后。对单个单元的硬件电路设计如下：水位控制硬件电路图如下：为避免电机的起停和电源波动时对电路的影响，输入输出均采用电磁隔离。输出通过继电器，控制电动机的起停和报警。四 软件设计与说明 在连接好硬件电路后，就要根据硬件电路进行软件设计。软件设计的目的是对硬件的控制，从而达到课程设计的要求。 系统总体流程图开 始初始化湿度控制 空气检测湿度的控制的软件设计，根据要求就是当湿度达到最高点时，启动电机排气。达到最低点时，停止排气。在其他的时候，保持原状态不变。其流程图如下：开 始 达到高湿度？ NY开始排气达到低湿度？ N停止排气Y空气检测说明：P1.0：水位低低输入信号；（低0 高1）P1.1：水位高输入信号；（低0 高1）P1.2：启动电动机信号；（高1，低0）P1.3：报警输出信号。 五 调试结果与必要的调试说明 整个系统的调试是在实验室进行的，由于硬件电路已经接好。在输入源程序后，经过伟幅编译后就可以开始调试了。湿度的高低用一个开关来模拟，开关接高电平时湿度低，接低电平时湿度高。其他的输出用发光二极管来模拟。当把接高低湿度的开关都接低电平时，模拟排气电动机的发光二极管发光即开始排气，当把接高低湿度的开关接高电平时，模拟排气电动机的发光二极管熄灭即停止排气。在其他的时间拨动开关，均保持原来的状态不变。至此，系统调试完毕。六 使用说明在使用本产品时，要注意电源是5V。在调节湿度检测时，要注意传感器的比较电压正端接在电源上，另一端接地。在全部安装好后，就可以使用了。 七 总结一帆风顺利的人生是不精彩的人生，因为人生就像音乐。应有起伏，有重音也应该有低音，才会悦耳，才能打动人心。人生也何尝不是如此呢？做任何件事情也是同样的道理。在我们课程设计的时间里，从电路的硬件设计和模拟实验在到调试整个电路，都遇到了很多从来没有遇见过的问题。比如在用A/D转换器时，因为还没有学习过，所以好多东西都要从头开始看。有些问题甚至不是一两天解决好的，还清楚的记得那种感觉。即使躺在床上，却久久不能入睡。同一个问题在脑海里萦绕，想着思着，不知何时悄悄的睡着了。第二天起床的第一件事就是拿起电路图继续的思考着问题。当解决了问题时，从心底发的喜悦是难以用语言来表达的。四周的课程设计虽然不是很长，但却给我以后的道路指明了一个方向，那就是思考着做事，才能事半功倍，更重要的是，做事要有良好的心态，才可以更成功，只有付出了，才会得到，只有思考，才有所获，有思考就意味着有提高。这样就增强了实践能力和思维能力。正因为在课程设计中遇到了问题，让我懂得了很多。人生是漫长的，但是却又由无数个小的时刻组成。四年的大学时光过得真快，大三也马上快过去了。当回首往事，不要因一时的过失而悔恨终身。我愿把握人生的每一刻，走我自己的路，让别人去说吧！八 参考文献4、 教材单片微型计算机技术 刘国荣 编 机械工业出版社5、 单片