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51单片机课程设计——智能电风扇.doc

发布时间：2022-05-29 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.20M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    引 言
    1.总体方案设计及功能描述
    2.功能模块硬件简介与实现
    2.1键盘输入电路
    2.2热释电红外传感器模块
    2.2.1热释电红外线传感器原理简介
    2.2.2热释电红外线传感器应用
    2.3温度传感器
    2.3.1温度传感器DS18B20简介
    2.3.2 DS18B20的一般操作过程
    2.3.3 DS18B20的温度存储方式即温度计算
    2.4数码管显示电路
    2.4 174ls164简介
    2.4.2共阴极八段数码管简介
    2.4.3显示电路设计
    2.5发光二极管电路
    2.6蜂鸣器电路
    2.7继电器控制电路
    2.7.1继电器简介
    2.7.2继电器驱动电路设计及工作原理简介
    3.软件设计与实现
    3.1整体设计思路介绍
    3.2主要部分流程图如下：
    3.2.1主程序流程图
    3.2.2外部中断流程图
    3.2.3定时器0中断流程图
    3.2.4定时器1中断流程图
    结束语
    附录：程序清单
    智能电风扇的设计 学 院 计算机与控制工程学院 专业班级 自动化 073 班 学生姓名 冯文科 指导教师 白晓乐 夏康伟 2010 年 6 月 25 日
    引 言 随着人们生活水平及科技水平的不断提高，现在家用电器在款式、功能等方面日益 求精，并朝着健康、安全、多功能、节能等方向发展。过去的电器不断的显露出其不足 之处。电风扇作为家用电器的一种，同样存在类似的问题。 现在电风扇的现状：大部分只有手动调速，再加上一个定时器，功能单一。 存在的隐患或不足：比如说人们常常离开后忘记关闭电风扇，浪费电且不说还容易 引发火灾，长时间工作还容易损坏电器。再比如说前半夜温度高电风扇调的风速较高， 但到了后半夜气温下降，风速不会随着气温变化，容易着凉。 之所以会产生这些隐患的根本原因是：缺乏对环境的检测。 如果能使电风扇具有对环境进行检测的功能，当房间里面没有人时能自动的关闭电 风扇；当温度下降时能自动的减小风速甚至关闭风扇，这样一来就避免了上述的不足。 本次设计就是围绕这两点对现有电风扇进行改进。 I
    1.总体方案设计及功能描述 本设计是以 AT89C51 单片机控制中心，主要通过提取热释电红外传感器感应到的 人体红外线信息和温度传感器 DS18B20 得到的温度以及内部定时器设定时间长短来控 制电风扇的开关及转速的变化。 功能描述：电风扇工作在四种状态：手动调速状态、自动调速状态、定时状态、停 止状态。 手动状态时可以手动调节速度；自动状态时通过温度高低自动调节速度，如果出现 手动现象则变为手动状态;定时状态时可以调节定时时间，并设定是否启动定时，之后可 以手动退出，也可以在不操作 6 秒后自动退出进入手动状态；停止状态时可以被唤醒并 进入自动状态。 当没有检测到人体存在超过 3 分钟或定时完毕时进入停止状态。 在数码管显示方面，当没有定时时，只显示气温，当定时启动时气温和定时剩余时 间以 3 秒的速度交替显示。 系统方框图如下图所示,主要包括：输入、控制、输出三大部分 8 个功能模块。 键盘输入 热释电红外传感器 AT89C51 温度传感器 （DS18B20） 数码管 发光二极管 蜂鸣器 继电器 图 1-1 系统方框图 1
    2.功能模块硬件简介与实现 2.1 键盘输入电路 由于设计中用到的按键数目不多，所以可以直接用 AT89C51 的通用 IO 端口且选用 AT89C51 的 P1 口（内部有上拉电阻）作为键盘接口。对于按键只需一端接地另一端接 P1 口即可。见下图(2-1)： AN1 P1.x 图 2-1 2.2 热释电红外传感器模块 2.2.1 热释电红外线传感器原理简介 人体辐射的红外线中心波长为 9~10um，而探测元件的波长灵敏度在 0.2~20um 范 围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过 光的波长范围为 7~10um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由 滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。 实质上热释电传感器是对温度敏感的传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组 成，在元件两个表面做成电极，如图 2 所示。在环境温度有ΔT 的变化时，由于有热释 电效应，在两个电极上会产生电荷ΔQ，即在两电极之间产生一微弱的电压ΔV。 2.2.2 热释电红外线传感器应用 热释电红外线传感器有三个端口，如图 2-2 所示：一个接电源、一个接地、一个信 号端口，当有人进入其检测区域时，信号端口便产生一个电平跳变，并维持数秒钟，我 们就是利用这个跳变来判断是否有人在这个检测区域。 红外线传感器 Vcc SIG GND VCC 1 2 3 图 2-2 2
    2.3 温度传感器 2.3.1 温度传感器 DS18B20 简介 新型数字温度传感器 DS18B20 具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一 线总线，在实际应用中取得了良好的测温效果。 DS18B20 的主要特性： （1）独特的单线接口方式，DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实 现微处理器与 DS18B20 的双向通讯。 （2）测温温范围－55℃～＋125℃ （3）最高分辨率为 0.0625℃。 2.3.2 DS18B20 的一般操作过程 （1）、初始化； （2）、跳过 ROM（命令：CCH）； （3）、温度变换（命令：44H）； (4)、读暂存存储器（命令：BEH）； 注：每次读取温度都要经过上面四个过程。 2.3.3 DS18B20 的温度存储方式即温度计算 DS18B20 是用 12 位存储温度，最高位为符号位，下图为它的温度存储方式： LSBYTE 2^3 Bit7 S MSBYTE Bit15 2^2 Bit6 S Bit14 2^1 Bit5 S Bit13 2^0 Bit4 S Bit12 2^-1 Bit3 S Bit11 2^-2 Bit2 2^6 Bit10 2^-3 Bit1 2^5 Bit9 2^-4 Bit0 2^4 Bit8 表 2-1 DS18B20 温度存储地址分配 这是 12 位转化后得到的 12 位数据，存储在 DS18B20 的两个 8 比特的 RAM 中，二 进制中的前面 5 位是符号位，如果测得的温度大于 0，这 5 位为 0，只要将测到的数值 乘于 0.0625 即可得到实际温度；如果温度小于 0，这 5 位为 1，测到的数值需要取反加 1 再乘于 0.0625 即可得到实际温度。 3
    2.4 数码管显示电路 2.4 174ls164 简介 移位寄存器是一类应用很广的时序逻辑电路，在时钟脉冲的作用下，低位寄存器的 数码送给高位寄存器，作为高位寄存器的次态输出。 在时钟脉冲的作用下，高位寄存 器的数码送给低位寄存器，作为低位寄存器的次态输出；移位寄存器：除具寄存器的功 能外，所存储的数码在时钟脉冲的作用下还可以移位。 74ls164 是八位串入并出移位寄存器，其工作电压范围 4.75~5.25V，大于 2V 的高电 平输入、小于 0.8V 的低电平输入，clock 最高响应频率为 25MHZ，八位并行输出可以 直接驱动八段数码管。74ls164 的引脚图及功能图如下所示： Vcc 14 OH 13 OUTPUTS OF 11 OG 12 OE 10 CLEAR CLOCK Inputs Outputs 9 8 Clear Clock A B QA OH 1 A 2 B 3 OA 4 OB 5 OC 6 7 OD GND SERIAL INPUTS OUTPUTS X L L H H H H X X H L X L QA0 H L L QB L QB0 QAn QAn QAn … … … … … QH L QH0 QGn QGn QGn 图 2-3 74ls164 的引脚图及功能图 2.4.2 共阴极八段数码管简介 共阴极八段数码管是将八段发光二极管封装在一起且二极管的阴极连在一起，原理 图如下图所示，公共端接低电平，其它八个端口高电平点亮相应的二极管，低电平相反。 C D E F G ROP A B 图 2-4 4
    2.4.3 显示电路设计 此显示电路采用两位静态数码管显示，用八位串入并出移位寄存器 74LS164 作为驱 动电路，采用共阴极八段数码管原理图示意图如下： 数码管 数码管 data clock 74LS164 74LS164 图 2-5 从图中可以看出控制线只有两条：1、数据线；2、移位脉冲线。它只占用很少的 IO 口。 2.5 发光二极管电路 发光二极管简称为 LED，它是半导体二极管的一种。发光二极管的反向击穿电压约 5 伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。 限流电阻 R 可用下式计算： R＝（E－Uf）／If 式中 E 为电源电压，Uf 为 LED 的正向压降，If 为 LED 的一般工作电流。发光二极 管的两根引线中较长的一根为正极，应按电源正极。 与小白炽灯泡和氖灯相比，发光二极管的特点是：工作电压很低（有的仅一点几伏）； 工作电流很小（有的仅零点几毫安即可发光）；抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命 长；通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱。由于有这些特点，发光二极 管在一些光电控制设备中用作光源，在许多电子设备中用作信号显示器。 由于 AT89C51 的 P0 口是开漏输出，所以此电路可以设计位如下简单形式： 1 D E L 0 6 5 C C V 图 2-6 5
    2.6 蜂鸣器电路 蜂鸣器工作原理简介：当控制端口通以不同频率及不同占空比的信号时蜂鸣器将发 出不同强度及不同频率的声音。由于其具有比传统的喇叭体积小，价格低等优点，所以 此次提示音电路选用蜂鸣器。具体电路见下图： VCC 1K 9012 蜂鸣器 图 2-7 2.7 继电器控制电路 2.7.1 继电器简介 继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又 称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流 的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。 它有几个重要指标： 1、额定工作电压：正常工作时线圈所需要的电压。 2、直流电阻：继电器中线圈的直流电阻。 3、吸合电流：继电器能够产生吸合动作的最小电流。 4、释放电流：继电器产生释放动作的最大电流。 5、触点切换电压和电流：继电器允许加载的电压和电流。 6
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