电子信息科学与技术论文论文

湖 南 科 技 大 学 毕 业 设 计（ 论 文 ） 题目 具有自检功能的电扇运行状态控制器 作者 金海晖 学院 物理与电子学院 专业 电子信息科学与技术 学号 0908020124 指导教师 吴伶西 二 13 年 05 月 01 日 湖 南 科 技 大 学 毕业设计（论文）任务书 院 系（教研室） 系（教研室）主任 : （签名） 年 月 日 学生姓名 : 学号 : 专业 : 1 设计（论文）题目及专题： 2 学生设计（论文）时间：自 年 月 日开始至 年 月 日止 3 设计（论文）所用资源和参考资料： 4 设计（论文）应完成的主要内容： 5 提交设计（论文）形式（设计说明与图 纸或论文等）及要求： 6 发题时间： 年 月 日 指导教师： （签名） 学 生： （签名） 湖 南 科 技 大 学 毕业设计（论文）指导人评语 主要对学生毕业设计（论文）的工作态度，研究内容与方法，工作量，文献应用，创新性，实用性，科学性，文本（图纸）规范程度，存在的不足等进行综合评价 指导人： （签名） 年 月 日 指导人评定成绩： 湖 南 科 技 大 学 毕业设计（论文）评阅人评语 主要对学生毕业设计（论文）的文本格式、图纸规范程度，工作量，研究内容与方法，实用性与科学性，结论和存在的不足等进行综合评价 评阅人： （签 名） 年 月 日 评阅人评定成绩： 湖 南 科 技 大 学 毕业设计（论文）答辩记录 日期： 学生： 学号： 班级： 题目： 提交毕业设计（论文） 答辩委员会下列材料： 1 设计（论文）说明书 共 页 2 设计（论文）图 纸 共 页 3 指导人、评阅人评语 共 页 毕业设计（论文） 答辩委员会 评语： 主要对学生毕业设计 （论文） 的研究思路，设计（论文）质量，文本图纸规范程度和对设计（论文）的介绍，回答问题情况等进行综合评价 答辩委员会主任： （签名） 委员： （签名） （签名） （签名） （签名） 答辩成绩： 总评成绩： 摘要 实现自检功能的电扇运行状态控制器，不仅能够大大地节约能源，同时还能提高产品的质量，减少器件本身的损耗。因此设计高精度、高稳定性的自检电扇运行状态控制器对人们生活有重大的积极意义，本文介绍的自检功能电扇运行 状态控制器的设计方案，其采用AT89S51 单片机为控制核心，通过测量人体所散发出的红外线改变风扇的开关从而达到自检功能的目的。经试验表明，本设计不仅稳定性好，而且红外线控制精度高，反应快。 关键词 ：智能控制、红外线、单片机 ABSTRACT Implement self-check function of fan running state controller, not only can greatly save energy, but also can improve the quality of the product, reduce the wastage of the device itself. So the design of high precision, high stability of the self-checking fan operation state controller has great positive significance to peoples life, in this paper, the self-check function electric fan operation state controller design scheme, its USES AT89S51 as the core, by measuring the infrared ray emitted by human to change the fan switch so as to achieve the purpose of self-inspection function. The experiment shows that this design not only has good stability, and infrared ray control precision is high, the reaction is fast. Keywords: intelligent control, infrared, single chip microcomputer 目 录 第一章 引言 1 第二章 系统主要硬件电路设计 4 2.1 系统 总硬件电路设计 4 2.2 热释电红外传感器模块 5 2.2.1 热释电红外传感器原理简介 6 2.2.2 热释电红外传感器应用 7 2.3 键盘输入电路 8 2.4 数码管显示电路 9 2.4.1 741s164 简介 9 2.4.2 共阴极八段数码管简介 10 2.4.3 显示电路设计 11 2.5 发光二极管电路 12 2.6 继电器控制电路 13 2.6.1 继电器简介 13 2.6.2 继电器控制电路的设计及工作原理 14 第三章 系统主要软件设计与实现 15 3.1 整体设计思路介绍 15 3.2 主要部分流程图 16 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 第一章 引言 在当今 21 世纪，空调被广泛应用，在此背景下，电扇一度被认为是空调产品冲击下的淘汰品。 其实并非如此，市场人士称，家用电扇并没有随着空调的普及而淡出市场、相反这两年有所起色。现在电扇的款式、功能等方面日益求精，并朝着健康、环保、经济等方向发展。 尽管电扇发展前景不错 ，但是传统风扇还是有很多的缺陷与不足有待改善。比如说：人们离开后忘记关风扇，不仅浪费电还容易引发火灾，长时间工作易损坏电器。造成这种现象的主要原因：电扇缺乏对环境的检测。如果能对风扇进行改进，增加对环境检测这一项，在教室无人的时候就自动关闭。这样就避免了上述的不足，本次设计就是围绕这一点来改进电扇的。 第二章 系统主要硬件电路设计 2.1 系统 总硬件电路设计 本设计以 AT89C51 单片机为主体，通过提取热释电红外传感器检测到的人体红外线信息来控制电风扇的开关状态。电风扇共有三种状态：手动状态，定时状态，停止状 态。手动状态可以人为地调节风扇，定时状态即调节定时时间，并设定是否启动定时，可以手动退出该状态。当热释电红外传感器感应不到人体的红外线超过 3 分钟系统自动进入停止状态。数码管显示当时的气温，当定时启动时气温与定时时间以三秒的速度交替显示。系统包括输入、控制、输出三大部分，如下： 2.2 热释电红外传感器模块 2.2.1 热释电红外传感器原理简介 热释电红外传感器通过目标与背景的温差来探测目标，其工作原理是利用热释电效应，即在钛 酸钡一类晶体的上、下表面设置电极，在上表面覆以黑色膜，若有红外线间歇地照射，其表面温度上升 T，其晶体内部的原子排列将产生变化，引起自发极化电荷，在上下电极之间产生电压 U。常用的热释电红外线光敏元件的材料有陶瓷氧化物和压电晶体，如钛酸钡、钽酸锂、硫酸三甘肽及钛铅酸铅等。 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。在环境温度有 T 的变化时，由于有热释电效应，在两个电极上会产生电荷 Q，即在两电极之间产生一微弱的电压 V。由于它的输出阻抗极高，在传感 器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷 Q会被 AT89C51 键盘输入 热释电红外传感器 数码管 发光二极管 蜂鸣器 继电器 空气中的离子所结合而消失，即当环境温度稳定不变时， T=0，则传感器无输出。当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，产生 T，则有 T 输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出了。所以这种传感器也称为人体运动传感器。由实验证明，传感器不加光学透镜 (也称菲涅尔透镜 )，其检测距离小于 2m，而加上光学透镜后，其检测距离可增加到 10m左右。 原理图如下： 2.2.2 热释电红外传感器应用 热释电红外线传感器有三个端口，如图 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 。 V C CV c c 1S IG 2GND 3红外线传感器 2.3 键盘输入电路 本 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： 2.4 数码管显示电路 2.4.1 741s164 简介 移位 寄存器 中的数据可以在移位 脉冲 作用下一次逐位右移或左移，数据既可以并行输入、并行输出，也可以串行输入、串行输出，还可以并行输入、串行输出，串行输入、并行输出，十分灵活，用途也很广。 74ls164 是八位串入并出移位寄存器，其工作电压范围4.755.25V，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： AN1 P 1 . x 2.4.2 共阴极八段数码管简介 数码管 按段数可分为 七段数码管 和八段数码管， 按发光二极管单元连接方式可分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阴数码 管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极 (COM)的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极 COM 接到地线 GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。 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C D E F G B A R O P 下： 从图中可以看出 两条 控制线： 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 （ 英语： Light-Emitting Diode，简称 LED） 是一种能发光的 半导体 电子元件。 LED 只能往一个方向导通（通电），叫作 正向偏置 （正向偏压），当电流流过时，电子与空穴在其内复合而发出单色光，这叫 电致发光 效应，而光线的波长、颜色跟其所采用的半导体材料种类与掺入的元素杂质有关。 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 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： 2.6 继电器控制电路 560 LED1VCC2.6.1 继电器简介 继电器（英文名称： relay）是一种电控制 器件 ，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。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）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制 电路 中，它实际上是用小电流去控 制大电流运作的一种 “ 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。 2.6.2 继电器控制电路的设计及工作原理 采用晶闸管也可以用于小电流控制大电流电路，但是其控制电路比较复杂，而采用继电器其控制电路就比较简单，且具有电气隔离作用。虽然其响应速度没有晶闸管快但在低频情况下采用继电器控制电路较为方便。其电路图如下所示： 电路工作原理简介：当控制端口为低电平时，三极管导通继电器吸合，常闭触电断开，常开触点闭合。当控制端口为高电平时三极管关断，继电器线圈通过二极管放电并断开， 常闭、常开触电复位。 第三章 系统主要软件设计与实现 9 01 2112233665544继电器 31122C O N 34 00 73.1 整体设计思路介绍 软件设计整体思路：主程序部分进行一些初始化；外部中断 0 进行红外线感应延时时间的重新加载；定时器 0 进行键盘的扫描及相关操作；定时器 1进行显示、以及相关需要延时的操作。在显示方面，进行了一些改善 -要显示的值有变化才进行重新刷新，否则不刷新。这样就大大提高了效率及最终的显示效果。 3.2 主要部分流程图 3.2.2 外部中断流程图 初始化内部资源 启动时间和温度显示 拉高五个按键 启动定时器 读取温 主程序开始 外部中断开始 红外线感应延 时重新初始化 3.2.3 定时器 0中断 流程图 3.2.4 定时器 1中断流程图 定时器 0开始 退出定时器 定时器重新 初始化 键盘消抖 定时状态 N 定时状态 键盘操作 手动状态 键盘操作 停止状态 键盘操作 Y Y Y 手动状态 N N 停止状态 定时器 1 开始 定时器 1 重新初始化 定时状态 手动状态 停止状态 N N 显示时间 显示时间 Y Y Y 如果有定时则定时倒计时，计时结束关闭电风扇 结束语 附录 程序清单 /* touwenjian.h */ typedef unsigned char byte； typedef unsigned int word； /以下管脚配置 /显示部分 sbit DB=P20； sbit CP=P21； /发光显示部分 sbit LED_dingshi=P00； sbit LED_shoudong =P01； /键盘定义部分 #define wujian 0x3f sbit KEY1=P10 ； /状态转换 /启动 sbit KEY2=P11 ； /+10 / 1 sbit KEY3=P12 ； /-10 / 2 sbit KEY4=P13 ； / 3 sbit KEY5=P14 ； / 0 确定 /继电器控制部分 sbit JDQ1=P24； /0 表示开通， 1表示关断 sbit JDQ2=P25； sbit JDQ3=P26； /蜂鸣器部分 sbit call=P27； /低电平鸣叫 /* 从 1-wire 总线上读取一个字节子程序 */ static byte read_byte(void) byte i； byte value = 0； EA=0； for (i=8；i0；i-) value=1； DQ = 0； / pull DQ low to start timeslot DQ = 1； / then return high unsigned char i； for(i=0；i0； i-) / writes byte, one bit at a time DQ = 0； / pull DQ low to start timeslot DQ=0； DQ = val&0x01； /6US delay(5)；/ hold value for remainder of timeslot /74us DQ = 1； val=val1； EA=1； delay(5)； /* Main.c */ #include #includetouwenjian.h /数据区 #define time_default 41 byte dingshi_time=time_default；/存放定时时间 bit flag_dingshi=0； /0 表示没有定时 word dingshi_jishu3=1000；/1000*60=1 分钟 / bit flag_dingshi_delay=0；/1 表示有 byte dingshi_delay=100； / #define hwx_delay_const 3 /人体感应延时时间 byte hwx_delay=hwx_delay_const；/用于保存红外线触发延长时间 word hwx_jishu1=0； / byte time_stor=100； /存储主观时间 /触发显示 / enum station0dingshi,shoudong,weakstate； /函数说明区 extern byte Real_Tem(void )； extern void delay(word useconds)； void mingjiao(void)； void display(byte input,bit kkl)； void weak_default(void)； /* 主程序 */ void main() /定时器 0 用于键盘扫描 TMOD=0x01|TMOD；/定时器 0 的 1 方式 TH0=0xd8；TL0=0xf0； /定时器 0 初始化 10ms 扫描一次 /定时器 1 用于显示 TMOD=0x10|TMOD；/定时器 1 的 1 方式 TH1=0x15；TL1=0xA0； /定时器 1 初始化 60ms 中断一次 /外部中断 TCON=TCON|0x01；/外部中断 0 都下降沿触发 /以下为开启部分 IP=0X01； /两个定时器同等优先级 IE=0x8b； /开启定时器 0， 1，外部中断 0 中断 / while(Real_Tem()=85)； P1=P1|0X7C； /拉高五个键盘 time_stor=100； /两个不可能值 /用于启动显示 / TR0=1； /开启定时器 0 TR1=1； while(1) time=Real_Tem()； /* 定时器 0中断服务子程序 功能：进行键盘处理 说明：键盘输入为 P1.0 到 P1.4 */ void time0(void) interrupt 1 byte jianpan； TH0=0xd8；TL0=0xf0； jianpan = P1 & wujian； if(jianpan != wujian) /如果还有键盘值提取键盘值 delay(500)；/延时消抖 jianpan = P1 & wujian； if(jianpan=wujian)goto time_out； switch(state) case dingshi: if(KEY1=0)/状态转换时做些相应的处理 state=shoudong； LED_shoudong=0； flag_dingshi_delay=0；dingshi_delay=100； time_stor=100；wendu_stor=100；/触发 mingjiao()； while(KEY1=0)； else if(KEY2=0)/加分 if(dingshi_time10) dingshi_time-=10； dingshi_delay=100；/ mingjiao()； while(KEY3=0)； else if(KEY4=0)/定时与否 flag_dingshi=flag_dingshi； if(flag_dingshi=1)LED_dingshi=0； else LED_dingshi=1；dingshi_jishu3=1000； dingshi_delay=100；/ / mingjiao()； while(KEY4=0)； else if(KEY5=0) weak_default()； mingjiao()； while(KEY5=0)； break； case shoudong:if(KEY1=0) /状态转换时做些相应的处理 time_out: ； /* 定时器 1中断服务子程序 功能 : 用于定时 0.060s */ void timer1(void) interrupt 3 TH1=0x15；TL1=0xa0； / /红外线到记时 EX0=0； if(hwx_jishu10)dingshi_jishu3-； else dingshi_jishu3=1000； if(dingshi_time1)dingshi_time-； elseweak_default()； /5 秒延时 if(flag_dingshi_delay=1) if(dingshi_delay1)dingshi_delay-； else state=shoudong；flag_dingshi_delay=0；dingshi_delay=100； LED_shoudong=0； time_stor=100；wendu_stor=100； / mingjiao()； /显示 switch(state) case di