暖风机控制器设计

1、暖风机控制器设计摘要随着社会的现代化发展,人们生活水平的提高,对居家舒适度等问题提出了越来越高的要求,带液晶显示屏的可遥控暖风机,应用红外通信技术方便用户操作受到市场的欢迎。它能够随时对室内温度进行检测,其自动调节加热功率的功能起到了节能环保的作用,液晶显示屏可动态显示暖风机当前的工作状态,显示直观清晰控制功能通过遥控器实现。本论文分为硬件电路设计和软件设计两部分,分别对暖风机控制器的液晶显示、温度检测和红外通信功能进行设计。从设计一开始就本着功能第一兼顾美观的原则将理论和实践联系起来,为进一步地设计以单片机为控制核心的控制系统提供了一个设计方法上的参考。关键词:暖风机,单片机,液晶显示,温度

2、检测,红外通信- I -暖风机控制器设计AbstractWith the modernization of social development, improve the living standards of people, Home comfort on the i ssues raised higher and high er requirements, LCD screen with the machine can be re motely Heater, using infrared communication technology user-friendly operation b

3、y the market we lcomed. It can at any time on the indoor temperature detection, automatic adjustme nt heating power energy conservation and environmental protection. Its LCD screen can be dynamic display heater for the current state of work, control functions through remote control to ac hieve. This

4、 paper from the hardware design and software design the heater controller of the liquid crystal display,infrared temperature detection and communi cation design of the tw o parts. From the outset, in the first function of the principle of balance aesth etics, will be theoretical study and practical

5、application of design link, to further study for the control of the microcontroller core of the control sy stem provides a method of reference.Key words :Heater-Fan, SCM, LCD, temperature detection, infraredcommunication- II -暖风机控制器设计- III -目录第一章前言 (11.1 暖风机控制器的选题背景 (11.2 暖风机控制器的设计目的 (1第二章硬件电路设计 (23

6、.1 根据设计要求确定设计方案 (23.2 实现具体功能的硬件电路设计 (2第四章部分软件设计 (124.1 液晶显示软件设计 (124.2温度检测软件设计 (174.3 键盘显示软件设计 (224.4 单片机红外编码软件设计 (22第五章结论和展望 (235.1 结论 (235.6 展望 (23参考文献 (24致谢 (25暖风机控制器设计第一章前言1.1 暖风机控制器的选题背景随着社会的现代化发展,人们生活水平的提高,对居家舒适度等问题提出了越来越高的要求,带液晶显示屏的可遥控暖风机,以其外形美观、操作方便受到市场的欢迎。它能够随时检测室内温度,自动调节加热功率,同时可兼具负离子产生功能,充

7、分满足人们对室内环境的要求。液晶显示屏可动态显示暖风机当前的工作状态,方便用户调节加热功率,减少不必要的功耗做到节能环保。控制功能通过红外线遥控器实现。1.2 暖风机控制器的设计目的1.1.1.2.1 提高室内环境的质量暖风机的负离子产生功能,使用户对空气质量的要求得以实现,从而提高了室内空气的质量。空气中的负离子有着重要的生物效应。它能直接作用于人的中枢神经和血液循环之中,有效改善大脑功能、增强机体免疫力、促进新陈代谢、调节神经机能和消除人体疲劳,其次,负离子能抑制细菌、病毒生长。除此之外,负离子具有极强的集尘作用,可起到消烟除尘、清新空气的功效。2.2 节能环保带液晶显示屏的可遥控暖风机,

8、其液晶显示屏可动态显示暖风机当前的工作状态,其控制功能可通红外线遥控器实现。设计这样一个遥控器可在一定范围内对暖风机进行远程控制和监视,采取一定程度的节能工作方式,减少不必要的功耗做到节能环保。2.3 室内温度调节方便随着人们生活水平的提高,对居家舒适度提出了越来越高的要求。带液晶显示屏的暖风机能够实时检测室内温度,并由液晶显示屏动态显示出来方便用户对室内温度的调节。- 1 -暖风机控制器设计第二章硬件电路设计3.1 根据设计要求确定设计方案本设计方案采用单片机作为控制核心,将液晶显示电路、温度检测电路和红外发射电路放入遥控器中,将调节加热温度和负离子产生功能放入暖风机机体中。遥控器根据按键情

9、况向外发射对应的红外线信号,暖风机接受到这些红外线信号后作出相应的动作,如调节加热功率等。3.2 实现具体功能的硬件电路设计硬件电路连接见表2-1表2-1 液晶显示电路单片机引脚液晶显示模块引脚P1.0 P1.7 D0D7P3.2 E1单片机引脚液晶显示模块引脚P3.3 E2P3.0 A0P3.1 RWP3.7 RES单片机引脚P1.0 P1.7 是8 个双向I/O 口与液晶显示模块的8 位数据端D0D7相连接用做读写显示数据。液晶显示模块的E1、E2脚分别为右屏、左屏片选- 2 -暖风机控制器设计连接到单片机的P3.2 、P3.3 口用做显示屏的片选。A0是液晶显示模块的控制/ 数据位连接到

10、单片机的P3.0 口。RW 是液晶显示模块的读/ 写控制位连接到单片机的P3.1 口用做读/ 写控制。RES 是液晶显示模块的显示复位端连接到单片机的P3.7 口用做清除显示。以上单片机和液晶显示模块引脚的使用方法和功能见表2-2、表2-3。单片机引脚的使用方法和功能说明见表2-2。表2-2 单片机单片机引脚引脚说明P1.0 P1.7 8位双向I/O 口P3.0 RXD串行输入口P3.1 TXD串行输出口P3.2 INT0 外部中断0P3.3 INT1 外部中断1单片机引脚引脚说明P3.7 双向I/O 口AT89C2051 是美国AT M E L公司生产的低电压,高性能CMOS 8 位单片机,

11、片内含2k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM和128 bytes 的随机存取数据存储器(RAM,器件采用AT M E L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,片内置通用8 位中央处理器和Flash存储单元,功能强大高性价比14。液晶显示模块说明见表2-3。- 3 -暖风机控制器设计表2-3 液晶显示电路液晶模块引脚引脚说明D0D7 8 位数据位E1 右屏片选E2 左屏片选A0 指令/数据位RW 高电平:读低电平:写RES 低电平时显示屏复位本设计中使用的AGM1232G系列图形模块,是由AZDISPLAYS公司生产的一种LCD 显示模块。片内控

12、制器采用SED1520FOA/DOA 作为驱动芯片。该液晶显示模块有两种工作模式:串行/ 并行。LCD 驱动电压为5V,最小为3.5V13。图2-1 液晶显示电路图2 -1 是在仿真软件Proteus 7.1 中的仿真电路图。单片机左侧是最小硬件电路包括时钟电路和单片机手动复位电路。在晶振X1两端并联两个电容C1、C2这是由于晶- 4 -暖风机控制器设计振与单片机的时钟电路引脚XTAL1、XTAL2构成振荡电路时会产生谐波,这个波对电路的影响并不大,但会降低时钟振荡器的稳定性。为了电路的稳定可靠,按照ATMEL公司的建议在晶振的两引脚处接入两个10pf-50pf 的瓷片电容并接地削减谐波对电路

13、稳定性的影响13。图2-1 中单片机右侧是液晶显示电路按表1 方式进行连接后的情况。图2-2 中RN为10K 热敏阻,RF为10K 定值电阻,接1uF 电容构成RC电路。利用RC充放电测电阻的方法间接获得外界温度。图2-2 温度检测电路假设用一个标准电阻RF对电容C 充电到UC ,需要时间为Tf,然后利用热敏电阻RN对电容C 充电,达到U C 时测得时间为Tn ,由公式(3-2-2可计算出热- 5 -暖风机控制器设计敏电阻RN当前值:ffnn TRTR / ×= (3-2-2这个计算过程由单片机内部软件完成。在本次设计过程中RF采用10K 1/2瓦定值电阻,电容C 使用1uF 5V,

14、UC 为5V。热敏电阻采用10K 1/2瓦玻封热敏电阻,精度高。若用定值电阻RF对电容C从0V充电到5V,需要时间为45 倍的时间常数t, 则由公式t 计算出充电时间需要4050ms。为保证测量精度,应多测几组数据。在进行下一次测量时,应将电容C放电完全,放电时间同样也需要40 50ms。测量数据存入单片机内部存储器中备用。CR×= 可3. 2.3 红外发射电路设计如图2-3 所示,三个或非门由一片四或非门集成电路4001提供,引脚9 连至单片机的P1.6 口。要发射红外信号时,单片机通过P1.6口按软件设定好的时间间隔向四或非门集成电路4001的引脚9 输入脉冲信号,此脉冲信号经或

15、非后加载到由38kHz 晶振提供的时钟脉冲上,最后从红外发射管D1发射出去。红外线发射管要向外发射什么样的红外线信号是通过单片机对按键情况的判断来决定的。按键情况反应的是用户要进行的操作,单片机通过对按键情况的判断从P1.6 口发出相应的信号脉冲到引脚9,最终由红外发射管向外发出红外信号使接收端即暖风机做出动作。按键电路如图2-4 所示。R6是限流电阻,防止多个按键同时按下造成电源短路的情况。图2-3 红外发射电路- 6 -暖风机控制器设计图2-4 按键电路3. 2.4 硬件电路板的设计利用常用的印刷电路板制作软件如Protel 99 SE ,可方便的完成从原理图到PCB 的设计。在PCB 的

16、设计中,自动布线功能可大多数情况下满足基本的设计规范,再加以手工调整就能完成一块印刷电路的设计。将对应的PCB 文件交给有制作印刷电路板能力的单位就可获得印刷电路板成品。在Protel 99 SE 中放置对应的元器件并正确连线,就可画出如图2-5 所示的电路原理图,检查无误后就可生成如图2-6 所示的PCB 电路。下一步就是对生成的PCB 电路进行布线。从正确的原理图生成的PCB 电路在一般情况下是正确无误的,只须要对布线规则进行一些设置即可,如最小线宽、地线和电源线的线宽、线间间距等等。关于设置什么样的线宽是由线上要走过的电流大小决定,设置什么样的线间间隔是由电压高低决定。- 7 -暖风机控

17、制器设计图2-5 PCB 原理图采用自动布线加手工调整的方式对图2-6 布线。手工调整根据印刷电路板上线宽和电流的关系大约是每毫米线宽允许通过1 安培的电流6,故信号线线宽用0.2-0.6mm ,地线线宽用1mm,电源+5V 线线宽用0.5-1mm 即可完全满足需要。公共地线应尽量布置在印制线路板的边缘部分,在印刷电路板上应尽可能多地保留铜箔做公共地线这样得到的屏蔽效果,比一长条地线要好,传输线特性和屏蔽作用将得- 8 -暖风机控制器设计到改善。另外起到了减小分布电容的作用。公共地线最好形成环路或网状,这是因为当在同一块印刷电路板上有许多集成电路容易产生接地电位差,当地线做成回路时接地电位差将

18、减小6。图2-6 PCB电路图采用自动布线加手工调整后获得的PCB 电路图如图2-7,整体效果图如图2-8。在图2-7 中,最粗的线是地线,次粗的线是电源线,细线是信号线。蓝色的线位于电路板的底层,红色的线位于电路板的顶层。使用双层印刷电路板可使布线效果比单层板要简洁一些。由于电路板上信号线较多且工作频率又不相同,可采用双面板一侧对地敷铜的方法提高电路的可靠性。由于印刷电路板的基板与铜箔间的粘合剂在浸焊或长时间受热时,会产生挥发性气体无法排除6,热量不易散发,以致产生铜箔膨胀、脱落现象,故应将其设计成网状。- 9 -暖风机控制器设计图2-7 布线后的PCB电路图图2-8 PCB电路效果图- 1

19、0 -暖风机控制器设计3. 2.5 元器件清单表2-4 元器件清单名称单位参数个数单片机-AT89C2051 1四或非门-74ls400 1液晶屏-AGM1232G 1红外线发射管Hz 38k 1微动开关- 6 X 6 7电容 F 33p 5V 2电容 F 22p 5V 2电容 F 1u 5V 1晶振Hz 12M 1晶振Hz 38k 1电阻 68 1/2W 1电阻 100 1/2W 1电阻 10K 1/2W 4电阻 150K 1/2W 4电阻 22M 1/2W 1热敏电阻 10K 1/2W 1 标准电阻 10K 1/2W 1 三极管-9031 1电源V 9 1- 11 -暖风机控制器设计第四章

20、部分软件设计4.1 液晶显示软件设计如图2-1单片机采用并口方式与液晶显示模块通信。部分软件和说明如下: 4. 1.1 硬件电路板的设计接口电路及驱动程序参照液晶显示模块测试子程序经修改后在仿真软件中测试能够实现:;变量定义;ORG 0000HA0 EQU P3.0 ;寄存器选择信号RW EQU P3.1 ;读/ 写选择信号E1 EQU P3.2 ;使能信号E1E2 EQU P3.3 ;使能信号E2COM EQU 20H ;指令寄存器DAT EQU 21H ;数据寄存器AJMP MAIN;写指令代码子程序(E1 右屏;ORG 0300HPR0:CLR A0 ; A0=0SETB RW ; RW

21、=1PR01:MOV P1,#0FFH ; P1 口置"1"SETB E1 ; E1=1MOV A,P1 ;读状态字CLR E1 ; E1=0JB ACC.7,PR01 ;判"忙"标志为"0"否, 否再读CLR RW ; RW=0SETB E1 ; E1=1MOV P1,COM ;写指令代码SETB E1 ; E1=1CLR E1 ; E1=0- 12 -暖风机控制器设计RET;写显示数据子程序(E1 右屏;PR1:CLR A0 ; A0=0SETB RW ; RW=1PR11:MOV P1,#0FFH ; P1 口置"1&

22、quot;SETB E1 ; E1=1MOV A,P1 ;读状态字CLR E1 ; E1=0JB ACC.7,PR11 ;判"忙"标志为"0"否, 否再读SETB A0 ; A0=1CLR RW ; RW=0SETB E1 ; E1=1MOV P1,DAT ;写数据SETB E1 ; E1=1CLR E1 ; E1=0RET;读显示数据子程序(E1 右屏;PR2:CLR A0 ; A0=0SETB RW ; RW=1PR21:MOV P1,#0FFH ; P1 口置"1"SETB E1 ; E1=1MOV A,P1 ;读状态字CLR

23、E1 ; E1=0JB ACC.7,PR21 ;判"忙"标志为"0"否, 否再读SETB A0 ; A0=1MOV P1,#0FFH ; P1 口置"1"SETB E1 ; E1=1MOV DAT,P1 ;读数据CLR E1 ; E1=0RET- 13 -暖风机控制器设计;写指令代码子程序(E2 左屏;PR3:CLR A0 ; A0=0SETB RW ; RW=1PR31:MOV P1,#0FFH ; P1 口置"1"SETB E2 ; E2=1MOV A,P1 ; 读状态字CLR E2 ; E2=0JB ACC.

24、7,PR31 ; 判"忙"标志为"0"否, 否再读CLR RW ; RW=0SETB E2 ; E2=1MOV P1,COM ; 写指令代码SETB E2 ; E2=1CLR E2 ; E2=0RET;写显示数据子程序(E2 左屏;PR4:CLR A0 ; A0=0SETB RW ; RW=1PR41:MOV P1,#0FFH ; P1 口置"1"SETB E2 ; E2=1MOV A,P1 ;读状态字CLR E2 ; E2=0JB ACC.7,PR41 ; 判"忙"标志为"0"否, 否再读SE

25、TB A0 ; A0=1CLR RW ; RW=0SETB E2 ; E2=1MOV P1,DAT ; 写数据SETB E2 ; E2=1CLR E2 ; E2=0RET- 14 -暖风机控制器设计;读显示数据子程序(E2 左屏;PR5:CLR A0 ; A0=0SETB RW ; RW=1PR51:MOV P1,#0FFH ; P1 口置"1"SETB E2 ; E2=1MOV A,P1 ; 读状态字CLR E2 ; E2=0JB ACC.7,PR51 ; 判"忙"标志为"0"否, 否再读SETB A0 ; A0=1MOV P1,#

26、0FFH ; P1 口置"0"SETB E2 ; E2=1MOV DAT,P1 ; 读数据CLR E2 ; E2=0RET4. 1.2 初始化子程序对液晶显示模块的初始化实际上是对内控芯片SED1520 的初始化程序如下INT:MOV COM,#0E2H ; 复位LCALL PR0LCALL PR3MOV COM,#0A4H ; 关闭等待状态LCALL PR0LCALL PR3MOV COM,#0A9H ; 设置1/32 占空比LCALL PR0LCALL PR3MOV COM,#0A0H ; 正向排序设置LCALL PR0LCALL PR3- 15 -暖风机控制器设计MO

27、V COM,#0C0H ; 设置显示起始行为第一行LCALL PR0LCALL PR3MOV COM,#0AFH ; 开显示设置LCALL PR0LCALL PR3RET4. 1.2 液晶显示主程序MAIN:MOV R6,#50HMOV R7,#00HDELY1:NOPDJNZ R7,DEL Y1DJNZ R6,DEL Y1 ; 上电延时TEST:LCALL INTMOV R4,#00H ; 页面地址暂存器设置TEST1:MOV A,R4 ; 取页地址值ORL A,#0B8H ; "或"页面地址设置代码MOV COM,A ; 页面地址设置LCALL PR0LCALL PR3

28、MOV COM,#00H ; 列地址设置为"0"LCALL PR0LCALL PR3MOV R3,#50H ; 一页清80 个字节TEST2:MOV DPTR,#TAB ; 表TAB 中写有要显示的内容MOVC A,A+DPTR;MOV DAT,#A ; 若显示数据改为"0" 该程序将为清屏( 显示RAM子程序- 16 -暖风机控制器设计LCALL PR1LCALL PR4DJNZ R3,TEST2 ; 页内循环INC R4 ; 页地址暂存器加1CJNE R4,#04H,TEST1 ; RAM 区清零循环SJMP $END4.2温度检测软件设计4. 2.

29、1 对定值电阻Rf 的充电时间检测这是调用Rf充电时间检测模块的入口MA10K:MOV A,ADIDXOR A,1JBS R3,ZJMP MADNTSMOV A,2MOV ADID,ACLL AD10K ;这是Rf充电时间检测模块的实体RET; 充电时间的计数基准是通过单片机内部的计时器得到的AD10K:DISI ;关中断MOV A,TCC ;充电满电平值MOV RTCC,A ;保存,用于比较MOV A,0B00000001 ;设置总允许中断,内部记数1 :4 CONTWBC P5,2 ;电容放电MOV A,0B11110011BC P5,R10K ;R10K阻值CLR TCC ;清除电平值B

30、S P5,R10K- 17 -暖风机控制器设计JBS P5,NTSJMP $-1MOV A,TCCMOV B,ACALL FANGDIAN0 ;电容放电;采集四次充电时间数值MOV A,R10KTC3MOV R10KTC4,A ;第四次充电时间MOV A,R10KTC2MOV R10KTC3,A ;第三次充电时间MOV A,R10KTC1MOV R10KTC2,A ;第二次充电时间MOV A,BMOV R10KTC1,A ;第一次充电时间MOV A,RTCCMOV TCC,AD10KRET:RET4. 2.2 对热敏电阻Rn的充电时间检测ADNTS:DIS ;关中断MOV A,TCCMOV R

31、TCC,AMOV A,0B00000001 ;设置总允许中断,内部记数1 :4 CONTWMOV A,0B11110101I/OW P5 ;P5.1 P5.3输出,其他输入BC P5,NTSCLR TCCBS P5,NTSJBS P5,R10KJMP $-1MOV A,TCC ;程序没到27k 左右,TCC 溢出MOV B,A- 18 -暖风机控制器设计CALL FANGDIAN0;四次采样步骤MOV A,RNTSTC3MOV RNTSTC4,AMOV A,RNTSTC2MOV RNTSTC3,AMOV A,RNTSTC1MOV RNTSTC2,AMOV A,BMOV RNTSTC1,AMOV

32、 A,RTCCMOV TCC,A4. 2.3 温度检测处理测试到第4次以后就做温度检测处理,程序开始要做清零初始化PROCESS:MOV A,RNTSTC4JBC R3,ZRETMOV A,RNTSTC1 ;第1 次检测到的温度MOV R4,ACALL AVERGE ;计算平均值MOV A,R_ADLMOV A,10MOV DCNT1,ACLR DIV2CLR DIV3;系统处理步骤PRO:BC R3,C ; X 1024,标准电阻10k,相当于放大102.4 倍RLC DIV1RLC DIV2RLC DIV3DJNZ DCNT1- 19 -暖风机控制器设计JMP PRO;算出当前的R 值MO

33、V A,10MOV CHENG1,ACALL MULTIPLICATI/ON ;调用乘法MOV A,R10KTC1 ;充电时间平均值MOV R4,ACALL AVERAGEMOV A,R_ADLMOV CHU1,ACALL DIVISI/ONBC SHANG1,0 ;防止比较时溢出,将表格最大值置为ff CLR DCNT1PRT00:MOV A,SHANG2SUB A,5 ;高位与5 比较JBS R3,CJMP PRT6PTRXX:MOV A,SHANG2JMP PRTTABPRT0:MOV A,DCNT1CALL TEMPTAB0 ;从小到大排列JMP PRTXXPRT1:MOV A,DCN

34、T1CALL TEMPTAB1 ;从小到大排列JMP PRTXXPRT2:MOV A,DCNT1CALL TEMPTAB2 ;从小到大排列JMP PRTXXPRT3:MOV A,DCNT1- 20 -暖风机控制器设计CALL TEMPTAB3 ;从小到大排列JMP PRTXXPRT4:MOV A,DCNT1CALL TEMPTAB4 ;从小到大排列JMP PRTXXPRT5:MOV A,DCNT1CALL TEMPTAB5 ;从小到大排列JMP PRTXXPRT7:PRT6:MOV A,15 ;小于最小值,则直接给15 度MOV TEMP.ARETPRTXX:SUB A,SHANG1JBC R

35、3,CJMP PRDAYUMOV A,SHANG2CALL TEMPHMOV TEMP,AMOV A,DCNT1SUB TEMPA,ASUB A,STEMP ;设置温度JBC R3,CRETBC P6,JDQ1 ;温度过高,则关加热继电器BC P6,JDQ2BC FLAG1,FKORETPRDAYU:INC DCNT1JMP PTRXX- 21 -暖风机控制器设计4.3 键盘显示软件设计键盘显示是应最多的一种程序,在实际应用中应借鉴一些算法简单、软可靠性高的键盘显示程序代码。在本次设计中需要注意的是从图2-5 中可以看出由于单片机I/O 口的数量有限,部分采用I/O 口复用,所以在软件的设计中应注意。本人使用的办法是在单片机对键盘进行扫描时屏蔽其他的工作,例如:将液晶显示模块的读/ 写端置为读就可以忽略数据位上的电平变化,按键状态判断方式采用先保存到单片机内部存储空间中,待按键释放后再送显示和送红外发射电路。4.4 单片机红外编码软件设计关于只有单片机红外编码的程序有很多都可以直接应用或稍加修改后应用,在本次的设计中就不在罗列。仅将如何应用在本次设计中做如下说明。在发生按键的情况下才向外发射红外线信号。由于本电路的红外线发射信号与液晶显示模块共用了一条信号线,为避免发生信号传输的冲突应在红外线信号发射完成后加