基于單片機的智能電風(fēng)扇畢業(yè)設(shè)計-資料下載頁

【導(dǎo)讀】題目智能遙控電風(fēng)扇。學(xué)生所在學(xué)院電氣信息學(xué)院。專業(yè)電子信息工程

　　

【正文】 收器的前面，裝有光學(xué)元 畢業(yè) 設(shè)計正文 20 件如透鏡和 光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號。 紅外避障傳感器模塊 （ 1） LM741 簡介 LM741 是一種應(yīng)用非常廣泛的通用型 8 腳單通道 運算放大器 集成電路。單位增益帶寬 1MHz，輸入失調(diào)電壓 6mV。 由于采用了 有源負(fù)載 ，所以只要兩級放大就可以達(dá)到很高的電壓增益和很寬的共模及差模輸入電壓范圍。本電路采用內(nèi)部 補償，電路比較簡單不易自激，工作點穩(wěn)定，使用方便，而且設(shè)計了完善的保護(hù)電路，不易損壞 。 （ 2） LM567 工作原理 LM567 為通用鎖相環(huán)電路音調(diào) 譯碼器 ，其基本功能概述如下：當(dāng) LM567 的 ③ 腳輸入幅度 ≥25mV、頻率在其 帶寬 內(nèi)的信號時， ⑧ 腳由高電平變成低電平， ② 腳輸出經(jīng)頻率 /電壓變換的調(diào)制信號；如果在 器件的 ② 腳輸入音頻信號，則在 ⑤ 腳輸出受 ② 腳輸入調(diào)制信號調(diào)制的調(diào)頻 方波信號 。用外接元件獨立設(shè)定中心頻率 帶寬 和輸出延遲。主要用于振蕩、調(diào)制、解調(diào)、和遙控編、 譯碼 電路。如 電力線載波通信 ，對講機 亞音頻 譯碼 ，遙控等。管腳功能描述 : ① 、 ② 腳通常分別通過一電容器接地，形成輸出濾波網(wǎng)絡(luò)和環(huán)路單級低通濾波網(wǎng)絡(luò)。 ② 腳所接電容決定鎖相環(huán)路的捕捉帶寬：電容值越大，環(huán)路帶寬越窄。 ① 腳所接電容的容量應(yīng)至少是 ② 腳 電容的 2 倍。 ③ 腳是輸入端，要求輸入信號 ≥25mV。 ⑤ 、 ⑥ 腳外接的電阻和電容決定了內(nèi)部壓控振蕩器的中心頻率f2，且 f2≈1/。 ⑧ 腳是邏輯輸出端，其內(nèi)部是一個集電極開路的三極管，允許最大灌電流為 100mA。內(nèi)部電路如圖 318 所示。 圖 318 LM567 內(nèi)部電路 畢業(yè) 設(shè)計正文 21 （ 3）紅外避障模塊 技術(shù)參數(shù) ●輸出電流 ： 100mA； ●供電 電壓： 5V； ●消耗電流 ： DC25mA； ●響應(yīng)時間 ： 2ms； ●指向角： ≤15176。,有效距離 380CM 可調(diào) ； ●檢測物體：透明或不透明體 ； ●工作環(huán)境溫度： 25℃ ~+55℃ 。 （ 4）電路設(shè)計 當(dāng)傳感器工作時，發(fā)送器（紅外發(fā)射二極管）通過 LM567 控制下 發(fā)送一定頻率的紅外光束，只要在前方一定角度范圍內(nèi)有障礙物，則有部分光束反射回來，光再通過接收器的前面的光學(xué)元件如透鏡和光圈濾出有效信號；接收器（光電二極管）感應(yīng)到反射光，則會產(chǎn)生電信號，然后經(jīng)過運放器 LM741 放大后，再輸入 LM567 進(jìn)行解碼，如接收到的頻率和發(fā)送的頻率一樣， LM567 輸出數(shù)字信號（ 0），表示有障礙物；否則輸出數(shù)字信號（ 1），表示無障礙物。并帶有有輸出指示燈。電路圖如圖 319 所示。 圖 319 紅外避障傳感器電路 畢業(yè) 設(shè)計正文 22 系統(tǒng) 軟件 流程 主流程 體統(tǒng)上電復(fù)位后，首先進(jìn)行初始化，配置 I/O 口、傳感器驅(qū)動、液晶驅(qū)動等，然后檢測紅外避障傳感器，判斷前方是否有人，若有讀取溫度傳感器溫度值和實時時鐘時間數(shù)據(jù)值；檢測光敏電阻傳感器，判斷光線強度； 外部中斷口檢測是否有紅外遙控輸入，若有輸入，再配合是否有人和是否天黑兩個外部條件，對紅外接收頭接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行紅外解碼，再把解碼數(shù)據(jù)送入系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)的子程序。系統(tǒng)主流程圖如圖 41所示。 圖 41 系統(tǒng)主流程 畢業(yè) 設(shè)計正文 23 紅外解碼子流程 紅外解碼子程序，是程序通過定時器外部中斷的方式解碼出碼值數(shù)據(jù)，在以條件判斷的形式結(jié)合外部環(huán)境條件，計算出執(zhí)行功能數(shù)據(jù)、定時數(shù)據(jù)、溫度閾值數(shù)據(jù)。再每次解碼后蜂鳴器都會發(fā)出 100ms 的提示音。紅外解碼子流程如圖 42 所示。 圖 42 紅外解碼子流程 執(zhí)行機 構(gòu)子流程 經(jīng)過紅外解碼后，得到控制命令。系統(tǒng)先處理實時時鐘數(shù)據(jù)和溫度傳感器數(shù)據(jù)，根據(jù)控制命令數(shù)據(jù)，更具是否有人的條件驅(qū)動繼電器開關(guān) 1，控制 USB 端口和 LCD背光，沒人關(guān)閉 LCD 背光和 USB 口以節(jié)約電量的目的；再根據(jù)溫度閾值和實際溫度值的差值來計算出 PWM 波的脈沖寬度，并輸出 PWM 波；定時結(jié)束則關(guān)閉 PWM 波輸出并有定時結(jié)束提示音，提示時間一分鐘；同時更具外部光線強度智能開啟和關(guān)閉LED 照明的繼電器開關(guān)。執(zhí)行機構(gòu)子流程如圖 43 所示。 畢業(yè) 設(shè)計正文 24 圖 43 執(zhí)行機構(gòu)子流程 系統(tǒng) 軟件編譯 編程語 言選擇 本系統(tǒng)主控芯片為 51 系列芯片，芯片編程可以選用匯編語言編程和 C 語言編程，匯編語言過程流程更清晰，代碼更優(yōu)化，不過介于本系統(tǒng)功能比較多，程序量比較大，故選擇 C 語言編程，編程便捷，更容易排錯。 編譯器選擇 KeilC51 標(biāo)準(zhǔn) C 編譯器為 8051 微控制器的軟件開發(fā)提供了 C 語言環(huán)境 ,同時保留了匯編代碼高效 ,快速的特點。 C51 編譯器功能不斷增強，這個集成開發(fā)環(huán)境包含：編譯器，匯編器，實時操作系統(tǒng)，項目管理器，調(diào)試器。 uVision4 IDE 可為它們提供單一而靈活的開發(fā)環(huán)境。所以選擇 Keil uVision4 最為本次設(shè)計的集成開發(fā)工具。 畢業(yè) 設(shè)計正文 25 硬件調(diào)試 硬件調(diào)試方法 (1)檢查電路 焊接好電路后，必須先認(rèn)真檢查電路連線是否有錯誤。對照電路圖，按一定的順序逐級對應(yīng)檢查。特別要注意檢查電源是否接錯，電源與地是否有短路，二極管方向和電解電容的極性是否接反，集成電路和晶體管的引腳是否接錯，觀察焊點是否牢固，應(yīng)特別注意電源系統(tǒng)檢查，以防止電源短路和極性錯誤，必要時利用數(shù)字萬用表的短路測試功能，可以縮短排錯時間。 (2)排除電源故障 在通電 前，一定要檢查電源電壓的幅值和極性，否則很容易造成集成塊損壞。加電后檢查各插件上引腳的電位，檢查 VCC 與 GND之間電位，輸出啊電壓在 5V～ 之間屬正常。 (3)通電觀察 一定要確定電路板電源端無短路現(xiàn)象后，才能給電路接通電源。電源一經(jīng)接通，不要急于用儀器觀測波形和數(shù)據(jù)，而是要觀察是否有異常現(xiàn)象，如冒煙、異常氣味、放電的聲光、元器件發(fā)燙等。如果有，不要驚慌失措，而應(yīng)立即關(guān)斷電源，待排除故障后方可重新接通電源。然后，再測量每個集成塊的電源引腳電壓是否正常，以確信集成電路是否已通電工作。 (4) 指標(biāo)測試 在電路調(diào)試正常之后，開始根據(jù)設(shè)計要求電路的進(jìn)行測試。測試并記錄測試數(shù)據(jù)，對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最后作出測試結(jié)論，以確定電路是否符合設(shè)計要求。如有不符，則應(yīng)仔細(xì)檢查問題所在。因此，要求在設(shè)計的全過程中，要認(rèn)真、細(xì)致，考慮問題要更周全。 硬件電路中常用的抗干擾設(shè)計方法 (1)抑制干擾源 :抑制干擾源就是盡可能的減小干擾源的 du/dt， di/dt。這是抗干擾設(shè)計中最優(yōu)先考慮和最重要的原則，常常會起到事半功倍的效果。減小干擾源的 du/dt主要是通過在干擾源兩端并聯(lián)電容來實現(xiàn)；減小干擾源的 di/dt 則是在干擾 源回路串 畢業(yè) 設(shè)計正文 26 聯(lián)電感或電阻以及增加續(xù)流二極管來實現(xiàn)。常見的抑制干擾源的方法主要有以下幾個方面： ●在繼電器接點兩端并接火花抑制電路 (一般是 RC 串聯(lián)電路，電阻一般選幾 K 到幾十 K，電容選 )，減小電火花影響 ； ●電路板上每個 IC 要并接一個 —— 高頻電容，以減小 IC 對電源的影響 。 (2)切斷干擾傳播路徑：按干擾的傳播路徑可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩類。所謂傳導(dǎo)干擾是指通過導(dǎo)線傳播到敏感器件的干擾。高頻干擾噪聲和有用信號的頻帶不同，可以通過在導(dǎo)線上增加濾波器的方法切斷高頻干擾噪聲的傳播，有時也 可加隔離光耦來解決。電源噪聲的危害最大，要特別注意處理 ； 所謂輻射干擾是指通過空間輻射傳播到敏感器件的干擾。一般的解決方法是增加干擾源與敏感器件的距，用地線把它們隔離和在敏感器件上加蔽罩 。 切斷干擾傳播路徑的常用措施如下： ●注意晶振布線。晶振與單片機引腳盡量靠近，用地線把時鐘區(qū)隔離起來，晶振外殼接地并固定 ； ●電路板合理分區(qū)，如強、弱信號，數(shù)字、模擬信號。盡可能把干擾源（如電機、繼電器）與敏感元件（如單片機）遠(yuǎn)離 ； ●單片機和大功率器件的地線要單獨接地，以減小相互干擾。 大功率器件盡可能放在電路板邊緣 。 系統(tǒng)軟件程序的編譯與仿真 程序編譯 利用 Keil uvision 軟件進(jìn)行編譯，打開 Keil uvision 軟件后把所要編譯的工程，并設(shè)置目標(biāo)工程選項，然后單擊 Build target 命令對源程序文件進(jìn)行編譯。如果出現(xiàn)警告或者錯誤，就必須去修改使程序正確，直至程序編譯成功。 程序 編譯 界面 如圖 51所示。 畢業(yè) 設(shè)計正文 27 圖 51 程序編譯 界面 程序調(diào)試 源程序編譯通過，只表明了程序的語法正確，并不能保證程序能正常運行，還需要該改程序的邏輯功能進(jìn)行調(diào)試。使用 Keil 軟件對其調(diào)試。首先，打開已經(jīng)編譯的單片機項目，選擇 Debug 下的 start/stop Debug Session,進(jìn)入調(diào)試程序工作模式，重復(fù)點擊該選項可實現(xiàn)在編輯模式和調(diào)試模式之間進(jìn)行切換。程序調(diào)試時，可單步執(zhí)行或連續(xù)執(zhí)行。連續(xù)執(zhí)行時，程序執(zhí)行速度很快，可以看到程序執(zhí)行的總體效果，但如果程序出錯，就難以確認(rèn)出錯的具體地方。單步執(zhí)行則可以每條指令的執(zhí)行結(jié)果，找出程序錯誤所在，但耗時長。因此，用戶可以先采用連續(xù)執(zhí)行，對懷疑或容易出錯的地方執(zhí)行單步調(diào)試。某一些程序只有在特定條件下才會被執(zhí)行，此時可采用斷點設(shè)置，可在某一程序行設(shè)置斷點，設(shè)置好斷點后 連續(xù)運行程序，一但執(zhí)行該程序立即停止，這樣就可以觀察有關(guān)的變量值，以確定問題所在。 軟件仿真如圖 52 所示。 圖 52 程序 軟件仿真 畢業(yè) 設(shè)計正文 28 程序下載 程序下載 工具 下載是指把用戶的應(yīng)用程序經(jīng)過編譯后生產(chǎn)的 HEX 文件下載到單片機程序存儲器中的過程。下載后用戶的應(yīng)用程序?qū)㈤L期保存在程序存儲器中，系統(tǒng)掉電后程序也不會丟失。 STC89C52 支持在線 ISP 下載，通過 PC 機上的 ISP 程序下載軟件 （普中ISP） 將 HEX 文件經(jīng)下載電纜寫入單片機的程序存儲器中。 程序下載 步驟 程序燒錄之前必須要進(jìn) 行如下配置，下載界面如圖 所示。 （ 1） 打開燒錄 HEX 的文件； （ 2） 芯片選型 STC89C5XX 系列； （ 3） 串口配置為 USB 下載； （ 4） 波特率為 115200； （ 5） 低速下載； （ 6） 下載程序。 圖 下載界面 畢業(yè) 設(shè)計正文 29 系統(tǒng)硬件焊接完成，軟件調(diào)試成功后，燒錄到單片機中，系統(tǒng)上電正常運行，運行指示燈閃爍；遙控板鍵入相應(yīng)遙控信號，接收端接收后，蜂鳴器發(fā)出遙控提示音，系統(tǒng)準(zhǔn)確無誤的執(zhí)行遙控結(jié)果。 系統(tǒng)設(shè)定為自動感溫模式，遙控定時后，啟動風(fēng)扇，風(fēng)扇會以溫度的變化相應(yīng)輸出 PWM 控制信號，然后固態(tài)繼電器驅(qū)動風(fēng)扇以相應(yīng) 的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，系統(tǒng)具備實時性和可靠性。圖 以曲線模擬溫度變化，相應(yīng) PWM 脈寬變化，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速等級變化。當(dāng)溫度升高， PWM 占空比增大，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速等級越高；溫度變化越快， PWM 占空比變換也快，轉(zhuǎn)速等級變化也越快。 圖 綜合調(diào)試仿真 畢業(yè) 設(shè)計正文 30 束語 本 論文對電風(fēng)扇作了簡要的介紹， 并將方案的實現(xiàn)進(jìn)行探討與嘗試，最終付諸實踐。 利用 STC89C52 單片機為主要的控制件，結(jié)合 PWM控制 固態(tài)繼電器實現(xiàn) 無級調(diào)速 和遙控發(fā)射接收 功能 ， 溫度、實時時鐘顯示的 友好的人機交互界面 ， 成功地控制了額定電壓為 220V、額定功率為 45W、風(fēng)扇的自動啟停及自動調(diào)速等 ； 特別在軟件設(shè)計中， 采用 C語言編程控制技術(shù)解決生產(chǎn)、生活中的實際問題 ，更加 方便了人們的生活。 通過這次設(shè)計， 自己的動力能力和實踐能力得到了 很大 的提高。 鞏固自己的專業(yè)基礎(chǔ)知識，如模電、數(shù)電、電路原理、單片機、智能儀器、虛 擬儀器等；同時熟悉使用各種電子設(shè)計輔助軟件，如 Keil、 Portues、 Altium Designer Multisim、 ISP等；通過論文的編寫和 PPT的制作，熟悉了各種辦公軟件的使用，如 WPS、 Visio、圖畫等；同時對設(shè)計一個完整系統(tǒng)有了一個清晰的認(rèn)識，熟悉了方案的整