基于单片机的智能电风扇毕业设计(共74页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上毕业设计 题目 智能遥控电风扇 学生所在学院 电气信息学院 专 业 电子信息工程 学 号 学 生 姓 名 田维政 指 导 教 师 唐明良 起 止 日 期 2014.1.6至2014.5.25专心-专注-专业目 录摘 要电风扇是给人们带来凉爽夏天的家用电器，智能温控调速风扇可自动根据室内环境温度控制风扇转速。一般的电风扇只有机械档的人工调速，夏夜温度下降后人们容易因熟睡忘关风扇而受凉，当温度升高时，它又不能根据温度的变化改变转速。为了使风扇更贴近人们的生活，开发一种新型温感遥控电风扇控制智能系统是迫在眉睫的。本系统以51系列单片机为控制核心，由遥控板、红外接收头、温度传

2、感器（DS18B20）使系统根据采集的环境温度以遥控方式对系统进行变档调速等控制。主控模块以STC89C52单片机核心，输入部分以红外反射传感器、光敏传感器、温度传感器组成室内环境传感，遥控板键盘作入，单片机主要完成红外数据接收、温度数据、实时时钟（DS1302）数据的采集、分析及处理形成输出控制信号和数据；输出部分主要以PWM脉宽调制信号为中心，搭配普通继电器继电器模块、固态继电器模块、液晶显示模块、USB端口，大功率LED照明灯，及相应指示灯；输入输出模块同完成人机交互功能；单片机主控中心接收各种输入信号，驱动液晶显示，PWM波控制固态继电器模块来调节风扇无级转速，普通继电器模块来控制US

3、B端口、LCD电源，LED照明灯和各类指示灯。本系统可实现模拟自然风，使风速更符合人的感受，更具人性化。关键词： PWM无级调速 红外发射接收 固态继电器 DS18B20 DS1302 1.引言1.1课题研究的意义与作用风扇已是日常生活中常用到的电器，电风扇是通过通风换气来驱热的。通风换气是电风扇的主要功能，也是消费者看中它的本质原因。和时髦的空调相比，电风扇具有价格低和耗电量小，不受空间限制，吹出的风更贴近于自然等的优势，暂时不可能被空调取代，拥有庞大的目标消费群。现行市面上的风扇大多是手工操作，模拟调控为主要控制手段，价格低廉，功能简单，其智能及自动化程度远远跟不上现代人的生活需求和应用要

4、求；而且在功耗方面，一般的风扇的电机是采用电机抽头的小型电机来实现调速，这种调速方式单一，消费者选择的空间不大，而且在效率方面，节能方面的表面的确令人不满意。面对着市场压力和消费者的需求，放眼市场，各种特设功能的电风扇可谓五花八门，各种附加的新功能，彰显了个性，也在无形中提高了电风扇的档次。而智能温感遥控电风扇也必将作为消费市场的新宠儿，为电风扇行业增加新的亮点。而将微控制器嵌入到工业控制中，将会成为一种不可阻挡的趋势，微控制器强大的控制能力将会使工业产品的功能和性能得到很大的提升。也对应了时下流行的几个趋势，自动化和智能化，无线化，宽带化，低功耗化等趋势。现在电风扇的现状：大部分只有手动调速

5、，功能单一，存在隐患或不足。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，其根本原因是缺乏对环境的检测。若有了智能温控调速电风扇，使电风扇系统朝着自动化、智能化，尤其是节能的方向发展。它可以检测室内温度，并根据温度自动改变电风扇的电机转数，实现不同风速的自动转换，按预设温度自启动，低温停止的功能。该设计实现了家电产品的更新换代，提高了产品的附加值。从而迎合人们对健康、安全、节能减排和绿色环保的新需求。单片机和一般的数字和模拟芯片相比有着

6、强大的功能，而且编程简单，因此利用单片机来实现对控制电机转速与类型设置十分理想；本设计的研究目的就是实现对直流电风扇电机的控速来模拟风扇控制器，掌握单片机硬件和软件的综合设计方法。风扇的控制有很多的方法，比如简单的有利用机械方式进行定时控制，有用模拟电子技术和数字电子技术进行转速等控制的。随着人们生活水平的提高，人们对风扇的要求也越来越高，不但要求风速能够控制，而且要求风种模式能够多种选择，随着单片机技术的不断发展，单片机已广泛应用于各种家用电器产品中，它不仅大大提高了原有产品的性能质量, 而且产品成本有所下降, 生产也更简便。通过单片机可以利用其本身的定时与中断功能编程实现风扇的风种控制，包

7、括有正常风，自然风与睡眠风等的模式；而风速的控制也有多种方法，例如可以通过单片机控制固态继电器（双向可控硅）的导通角来调节电风扇的输入电压，以实现电风扇的无级速度调节,从而实现多档控速,但这里采用了通过单片机定时器输出脉宽调制PWM波控制占空比并外加一个固态继电器来控制风扇电机的转速，通过遥控板键盘输入设置有不同占空比对应着电风扇各个档位风速。各功能状态使用液晶、发光管和蜂鸣器对应输出显示。本系统电路设计比较简单，主要是充分利用了STC89C52单片机的资源，软件编程实现各功能，成本较低，实用性较强。此外，在某些场合下，比如危险作业区，在人不适合作业的地方，比如有毒气产生的区域，高温或低温的地

8、方，爆破点等危险场合，或者是家庭居室中控制，无线的应用将会得到非常广泛的应用，可见红外遥控的研究也是很有实践意义的。1.2 研究现状及发展趋势风扇控制，主要有两点，一是控制方式，二是系统电机调速方式，也就是风速的调节方式 ，还有一点就是人机交互方式，风扇控制的差别就要体现在这两个方面。风扇控制系统目前在市场上主要有几种类型，传统的类型即现在大多数人在使用的手动控制类型，该类型机子控制方式是手动控制，且只能在近距离中控制。其内部电机是带多抽头的交流电机，一个抽头对应一个档位，以此来区分风速级别，也有其他种机子，是用过零比较器去控制可控硅的导通角，从而由可控硅去控制电机的转速；此种类型的机子控制方

9、式单一且在某些特定场合会带来不便，此外其调速方式比较呆板，不能满足用户需求，而且当档位变化时，如果设计不好，会有电火花产生，存在安全隐患。此外市面上还有用单片机结合传感器等类型的机子，比如，带温度控制传感器的风扇，能根据室温控制风扇转速，这种机子是将微控制器强大的控制能力注入到了系统中，从而实现了自动化及智能化；区别只在于控制方式由人工控制变成了温度调控，此外由于有了微控制器，电机的调速方式可采用不同的调节方法，如，采用PWM多种算法等，电路的形式也有了多种选择，此外还可以增加其他的功能 ，如吹风的模式选择，定时关机，自动休眠以节省电能等，此外还有语音控制的风扇控制系统，亮点就在于它的人机交互

10、改良了，由此微控制器在系统中的应用的潜力巨大。在电机调速方式上，随着家用电器产品变频技术的发展, 单相电机的变频调速已成为一种可行的方法, 在这种调速系统中, 脉宽调制(PWM ) 技术仍然是提高调速性能的主要手段。虽然PWM 技术的实现方法很多,然而, 为了降低产品的制造成本, 采用微机控制软件实现PWM 控制具有成本低、调制方式灵活等特点,比较适合于家用电器产品的要求。本文针对电风扇电机的调速要求, 提出了采用直接PWM (DPWM )软件计算的方法, 并在51 系列单片机STC89C52上实现, 该方法可以很容易地实现电机的调速, 其PWM 算法简单, 易于实现, 是一种较为实用的方法。

11、2.系统总体设计2.1 本设计的任务要求（1）根据所确定的方案做出一个总的系统框图（其中包含各个电路模块）。（2）设计出硬件电路和软件编程。硬件部分包括有单片机最小系统，外接控制电机转速的固态继电器部分，驱动USB端口，LED照明的普通6脚普通继电器部分，LCD数据显示部分，红外遥控部分，光电传感部分，红外反射传感部分，温度传感部分，实时时钟电路部分。软件部分包括有初始化状态，温度采集，实时时钟采集，遥控解码，占空比控制，定时器中断控制，控制输入输出数据显示部分，蜂鸣器信号产生部分。（3）最后将准备好的原件按照电路图焊接好，将程序烧录到单片机中，然后测试运行，检查其控制效果，风扇智能效果。2.

12、2系统的整体设计系统输入端包括红外检测模块、感光模块、实时时钟模块、温度检测模块和红外遥控模块共同组成采集外部环境数据和外部输入数据，经过单片机进行数据分析与处理，然后控制输出端，输出端包括运行指示灯，提示音模块，LCD显示模块，继电器开关，调速模块。系统的整体设计框图如图2-1所示。 图2-1系统整体设计框架 3.系统硬件模块的设计 3.1 单片机系统模块的设计3.1.1 STC89C52单片机的简介STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统5

13、1单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。（1）特性 8位CPU； 32根I/O线； 8K字节程序存储空间； 512字节数据存储空间； 内带2K字节EEPROM存储空间； 3个16位的定时器/

14、计数器； 4个外部中断； 。（2） STC89C52的芯片采用PID封装，一共40个引脚，与外围电路组成单片机最小系统。其中外围电路包括晶振电路、复位电路、电源滤波电路。STC89C52最小系统如图3-1所示。 图3-1 STC89C52最小系统3.1.2 单片机时钟电路的设计时钟是时序的基础，STC89C52单片机内部有一个构成振荡器的高增益反向放大器，它的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，构成一个稳定的自激振荡器。本设在XTAL1和XTAL2跨接晶振Y1和微调电容C1，C2。电容选30pf，晶振频率选择12MHz。由石英晶体构成的振

15、荡器产生的脉冲频率很稳定且速率很高，且电路简单。时钟电路如图3-2所示。 图3-2时钟电路 3.1.3单片机复位电路的设计复位是单片机的初始化操作，除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键以重新启动。单片机复位电路设计的好坏，直接影响到整个系统工作的可靠性。STC89C52芯片的第9脚RESET是复位信号的输入端，复位信号时高电平有效，有效时间应持续2个机器周期以上，若使用频率为12MHz的晶振，则复位信号持续时间超过2s才能完成复位操作。图3-3所示为复位电路，只要VCC上升时间不超过1ms，通过在VCC和RESET引脚之间加一

16、个10f的电容，上电瞬间，电容充电电流最大，电容相当于短路，RESET端为高电平，自动复位；电容两端的电压达到电源电压时，电容充电电流为零，电容相当于开路，RESET端为低电平，程序正常运行；当开关S按下，RESET端为高电平为高电平，系统复位。 图3-3复位电路3.2 液晶显示模块3.2.1 LCD1602的简介1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以他不能显示图形。（1）LCD16

17、02的特性+5V电压，对比度可调； 内含复位电路； 提供各种控制命令，如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能； 有80字节显示数据存储器DDRAM；内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM；8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM4。（2）LCD1602 主要技术参数显示容量:162个字符；芯片工作电压:4.55.5V；工作电流:2.0mA(5.0V)；模块最佳工作电压:5.0V；字符尺寸:2.954.35(WH)mm。（3）LCD1602 引脚功能说明 第1 脚：VSS接地； 第2 脚：VDD接5V正电源；第3 脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度

18、最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度； 第4 脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器； 第5 脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W 为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据； 第6 脚：E端为使能端，当E 端由高电平跳变成低电平，液晶模块执行命令； 第714 脚：D0D7为8位双向数据线； 第15 脚：背光源正极； 第16 脚：背光源负极。3.2.2 液晶显示模块的设计本设计通过单

19、片机控制lcd1602显示室内温度及电风扇的档位。LCD1602第3脚VO为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。如图所示P0口接lcd1602的八位数据

20、接口，P2.5、P2.6、P2.7分别接LCD1602的RS、RW、EN端，液晶显示电路如图3-4所示。 图3-4 液晶显示电路3.3温度采集模块的设计3.3.1 DS18B20简介DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现912位的数字值读数方式。DS18B20测温原理如图3-5所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度

21、寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即 为所测温度。 图3-5 DS18B20测温原理3.3.2 DS18B20的特点(1)独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；(2)多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；(3)无须外部器件；(4)可通过数据线供电，电压范围为3.05.5；(5)零待机功耗；(6)温度以9或

22、12位数字；(7)用户可定义报警设置；(8)报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；(9)负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 DS18B20 用于采集温度，并将采集到的温度传送给单片机。DS18B20可以采用两种方式供电，一种是寄生电源供电方式，单片机端口接单线总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉；另一种是采用电源供电方式。DS18B20的2脚为数字信号输入/输出端，此管脚必须接上拉电阻，使其在无数据传输时一直处于高电平状态，以此保持信号的稳定传输，1脚为电源地，3脚为外接供

23、电电源输入端。单片机根据温度作相应处理，并输出处理结果。温度采集电路如图3-6所示。 图3-6温度采集电路3.4 继电器模块的设计3.4.1 继电器简介继电器（relay）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，当输入量（电、磁、声、光、热）达到定值时，输出量将发生跳跃式变化。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。3.4.2 电磁式继电器工作原理电磁继电器的工作原理和特性电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就

24、会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。3.4.3 继电器电路的设计输入端信号先由PNP型三极管放大，经放大后的电压由稳压二极管稳压，稳压后的电压足够驱动继电器线圈，同时信号输入时伴有LED

25、指示，继电器线圈有电压后，产生磁场并吸合开关K1，控制电路导通；当没有输入信号时，三级管没有输出信号，继电器线圈不能够驱动，不能产生磁场，从而不能吸合开关K1，控制电路断开。继电器电路图如图3-7所示。 图3-7 继电器电路3.5调速电路的设计3.5.1 固态继电器简介固态继电器（亦称固体继电器）英文名称为Solid State Relay，简称SSR。它是用半导体器件代统电接点作为切换装置的具有继电器特性的无触点开关器件，单相SSR为四端有源器件，其中两输入控制端，两个输出端，输入输出间为光隔离，输入端加上直流或脉冲信号到一定电流值后，输出端就能从断态转变成通态。从而代替传统的电磁式继电器。

26、实现对单相或者三相机的正反转控制，或者其它控制。无触点无动作噪音.开关速度快无火花干扰和可靠性高等优点。按负载电源的类型不同，固态继电器分交流和直流两种，按触发类型又分为过零触发型和随机触发型。电路主要由输入(控制)电路，驱动电路和输出(负载)电路三部分组成，其中驱动电路可以包括隔离耦合电路、功能电路和触发电路三部分。3.5.2 MGR-1 D4810型固态继电器特点过零触发型ACSSR为四端器件，其内部电路原理如图3-8所示。左面为输入控制端（直流），直流控制信号先通过光电耦合器，耦合后的信号在经过过零电路，最后经过功率控制电路控制右端220V（交流）输出信号。其参数特性如下：（1）单相固态

27、继电器；（2）控制方式：直流控交流(DC-AC)；（3）负载电流：10A；（4）负载电压：480V/AC；（5）控制电压：3-32V/DC；（6）控制电流DC：3-25mA AC：12mA。 图3-8 内部电路原理 当有正向驱动信号时，光电耦合（OPC）电路中发光二级管由驱动信号点亮，光电三级管接收光信号从而产生相应电信号，发生耦合现象，避免电气干扰；然后通过由4只二极管（IN4001） 组成的桥电路，正反向控制双向可控硅控制端，当控制端有信号输入，双向可控硅导通，在半个交流周期导通220V交流电，从而实现直流控制交流。MGR-1 D4810型固态继电器内部电路图如图3-9所示。 图3-9 固

28、态继电器内部电路3.5.3 固态继电器调速原理固态继电器输入端加上直流或脉冲信号到一定电压值后，输出端就能从断态转变成通态。利用固态继电器这一工作原理，若使用单片机输出可调脉冲电压信号（脉冲电压大于固态继电器驱动电压），通过改变矩形脉冲的占空比（PWM），来调节通断时间，间接实现改变输出端有效电压值，从而改变电风扇的转速。3.6 红外遥控模块的设计3.6.1 红外遥控原理众所周知，人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红光的波长范围为0.620.76m，比红光波长还长的光叫红外线。红外光按波长范围分为近红外、中红外、远红外、极红外4类。红外线遥控是利用

29、近红外光波长为0.761.5m之间的近红外线来传送控制信号的。用近红外作为遥控光源，是因为目前红外发射器件(红外发光管)与红外接收器件(光敏二极管、三极管及光电池)的发光与受光峰值波长一般为0.8um0.94um，在近红外光波段内，二者的光谱正好重合，能够很好地匹配，可以获得较高的传输效率及较高的可靠性。 常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。红外遥控的发射电路是采用红外发光二极管，它实际上是一只特殊的发光二极管，目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。红外光经过调制的红

30、外光波；红外接收电路由红外接收二极管、三极管或硅光电池组成，它们将红外发射器发射雕红外光转换为相应的电信号，再送后置放大器，以供后续电路进行解码等操作。 3.6.2 红外发射端发射端一般由指令键(或操作杆)、指令编码系统、调制电路、驱动电路、发射电路等几部分组成。当按下指令键或推动操作杆时，指令编码电路产生所需的指令编码信号，指令编码信号对载体进行调制，再由驱动电路进行功率放大后由发射电路向外发射经调制定指令编码信号。发射端所使用的晶振频率455kHz。在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数为12，以455kHz1237.9kHz38kHz，所以发射载波频率为38kHz。（1）技术参数遥控距离

31、：1018米 (直线无障碍距离)；发射管红外波长：940Nm；晶振：振荡频率455KHz；红外载波频率：38KHz。 （2） 指令码 指令码和遥控板按键一一对应的值。每一个指令码代表一个编码数据，然后把数据调制到红外线载波上，通过红外线发射端发送出去。按键指令码对应表如附录1所示。 3.6.3 MYS-1838红外接收端接收端一般由接收电路、放大电路、调制电路、指令译码电路、驱动电路、执行电路(机构)等几部分组成。由于红外发光二极管的发射功率一般都较小（100mW左右），所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路。接收电路将发射器发出的已调制的编码指令信号接收下来，并进

32、行放大后送解调电路，解调电路将已调制的指令编码信号解调出来，即还原为编码信号。指令译码器将编码指令信号进行译码，最后由驱动电路来驱动执行电路实现各种指令的操作控制。最近几年不论是业余制作还是正式产品，大多都采用成品红外接收头。（1）技术参数工作电压：3V5V；接收距离：10m20m。（2）封装及其电路MYS-1838型接收头采用铁皮屏蔽。三只引脚分别是3脚：电源正（VDD），2脚：电源负（GND）和1脚：数据输出（VOUT）。封装如图3-10所示，电路如图3-11所示。 图3-10 MYS-1838封装 图3-11 MYS-1838电路3.7 实时时钟模块电路的设计3.7.1 DS1302时钟

33、芯片简介DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V5.5V。DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需三根I/O 线：复位（RST）、I/O 数据线、串行时钟（SCLK）。时钟/RAM 的读/写数据以一字节或多达31 字节的字符组方式通信。DS1302内部有一个318的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。DS130

34、2 工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时，功耗小于1mW。DS1302 的外部引脚功能说明如图3-12所示。 图3-12 DS1302封装DS1302 的内部结构如图3-13 所示，主要组成部分为：电源控制、移位寄存器、控制逻辑、振荡器与分频器、实时时钟以及RAM。单片机通过数据线、时钟线、和复位线对特定的数据地址进行读写操作，从而写入初始时钟，读取时钟数据。 图3-13 DS1302的内部结构3.7.2 DS1302工作原理DS1302 工作时为了对任何数据传送进行初始化，需要将复位脚（RST）置为高电平且将8 位地址和命令信息装入移位寄存器。数据在时钟（SCLK）的上升沿串行输入，前8 位

35、指定访问地址，命令字装入移位寄存器后，在之后的时钟周期，读操作时输出数据，写操作时输出数据。时钟脉冲的个数在单字节方式下为8+8（8 位地址+8 位数据），在多字节方式下为8 加最多可达248 的数据。对DS1302 的操作就是对其内部寄存器的操作，DS1302 内部共有12 个寄存器，其中有7 个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD 码形式。此外，DS1302 还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM 相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器以外的寄存器。日历、时间寄存器及控制字如表（1）所示。表中最后一位RD/W 为“0”时表示进行写操作，

36、为“1”时表示读操作。表3-1日历、时钟寄存器与控制字对照 3.7.3 实时时钟模块电路的设计外部晶振接X1和X2引脚，VCC1接供电电源，VCC2接后备电源，SCLK、DSIO、CE接单片机引脚。电路如图3-14所示。 图3-14 实时时钟模块电路3.8 报警提示电路的设计3.8.1 蜂鸣器简介蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器按工作方式主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型；按驱动方式主要分为有缘蜂鸣器和无源蜂鸣器两种类型。3.8.2 有缘压电式蜂鸣器工作原

37、理（1）电磁式蜂鸣器：电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互缠绕蜂鸣器。（2）有源蜂鸣器：蜂鸣器内部带震荡源，直接给它一定的电压就可以响。3.8.3 电路的设计由于单片机的驱动电流比较小，所以直接驱动蜂鸣器音声比较小，驱动LED比较暗淡，在蜂鸣器和LED正端加电源，负极接单片机，因为单片机有比较大的灌电流，所以能满足设计需求，无需加其他器件。电路如图3-15所示。 图3-15 蜂鸣器报警电路3.9 感光模块的设计3.9.1 光敏电阻简介光敏电阻（photocell）又称光敏

38、电阻器或，常用的制作材料为，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向的正极，空穴奔向电源的负极，从而使的阻值迅速下降。（1）组成 光敏器是利用的制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的，又称为；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。还有另一种入射光弱，电阻减小，入射光强，电阻增大。（2）功能 光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。常用的硫化镉光敏电阻器，它是由制成的。光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对（0.40.76

39、）m的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。设计光控电路时，都用泡（小电珠）光线或线作控制光源，使设计大为简化。3.9.2 光敏电阻传感器模块 （1）LM393工作原理光敏电阻传感器模块主要由光敏电阻、LM393电压比较器和电位器组成。光敏电阻感应光的强度，转化为模拟电压，并有模拟输出；模拟电压与电位器分压后的参考电压输入LM393比较器比较，若大于参考电压输出高电平（数字1），若小于输出低电平（数字0）。通过调节电位器，就可以调节光强度的阈值，当光的强度是否阈值，传感器感知输出。 （2）LM393使用特点 LM393是高增益,宽频带器件，像大多数比较器一样，如果输出端到输入端

40、有寄生电容而产生，则很容易产生。这种现象仅仅出现在当改变状态时，输出电压过渡的间隙，电源加旁路滤波并不能解决这个问题，标准的设计对减小输入输出寄生电容耦合是有助的。减小输入电阻至小于10K将减小反馈信号，而且增加甚至很小的正反馈量(滞回1.010mV)能导致快速转换,使得不可能产生由于寄生引起的振荡，除非利用滞后，否则直接插入IC并在引脚上加上电阻将引起输入输出在很短的转换周期内振荡，如果输入信号是波形，并且上升和下降时间相当快，则滞回将不需要；LM393偏置网络确立了其静态电流与电源电压范围 2.030V无关，注意：比较器的所有没有用的引脚必须接地。LM393内部电路如图3-16所示。 图3

41、-16 LM393内部电路（3）模块参数 可以检测周围环境的亮度和光强； 灵敏度可调（数字电位器调节）； 工作电压3.3V-5V； 模拟量电压输出； 数字开关量输出（0和1）。（4）接口说明模块在无光条件或者光强达不到设定阈值时，DO口输出高电平，当外界环境光强超过设定阈值时，模块D0输出低电平。通过调节R2电位器调节比较电压从而实现光照阈值调节。其中D2为电源指示，D1为输出信号指示，C1为电源滤波电容，C2为光敏电阻滤波电容。电路如图3-17所示。 第1脚：VCC； 第2脚：GND； 第3脚：DO数字量输出接口（0和1）； 第4脚：AO模拟量输出接口。 图3-17 光敏电阻传感器电路3.1

42、0 人体检测电路的设计3.10.1 光电传感器原理简介光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。3.10.2 红外避障传感器模块（1）LM741简介LM741是一种应用非常广泛的通用型8脚单通道集成电路。单位增益带宽1MHz，

43、输入失调电压6mV。由于采用了，所以只要两级放大就可以达到很高的电压增益和很宽的共模及差模输入电压范围。本电路采用内部补偿，电路比较简单不易自激，工作点稳定，使用方便，而且设计了完善的保护电路，不易损坏。（2）LM567工作原理LM567 为通用锁相环电路音调，其基本功能概述如下：当LM567的脚输入幅度25mV、频率在其内的信号时，脚由高电平变成低电平，脚输出经频率/电压变换的调制信号；如果在器件的脚输入音频信号，则在脚输出受脚输入调制信号调制的调频。用外接元件独立设定中心频率和输出延迟。主要用于振荡、调制、解调、和遥控编、电路。如，对讲机，遥控等。管脚功能描述: 、脚通常分别通过一电容器接

44、地，形成输出滤波网络和环路单级低通滤波网络。脚所接电容决定锁相环路的捕捉带宽：电容值越大，环路带宽越窄。脚所接电容的容量应至少是脚电容的2倍。脚是输入端，要求输入信号25mV。、脚外接的电阻和电容决定了内部压控振荡器的中心频率f2，且f21/1.1RC。脚是逻辑输出端，其内部是一个集电极开路的三极管，允许最大灌电流为100mA。内部电路如图3-18所示。 图3-18 LM567内部电路（3）红外避障模块技术参数输出电流：100mA；供电电压：5V； 消耗电流：DC25mA；响应时间： 2ms；指向角：15,有效距离3-80CM 可调；检测物体：透明或不透明体；工作环境温度：-25+55。（4）

45、电路设计当传感器工作时，发送器（红外发射二极管）通过LM567控制下发送一定频率的红外光束，只要在前方一定角度范围内有障碍物，则有部分光束反射回来，光再通过接收器的前面的光学元件如透镜和光圈滤出有效信号；接收器（光电二极管）感应到反射光，则会产生电信号，然后经过运放器LM741放大后，再输入LM567进行解码，如接收到的频率和发送的频率一样，LM567输出数字信号（0），表示有障碍物；否则输出数字信号（1），表示无障碍物。并带有有输出指示灯。电路图如图3-19所示。 图3-19 红外避障传感器电路4.系统软件的设计4.1 系统软件流程4.1.1 主流程体统上电复位后，首先进行初始化，配置I/O

46、口、传感器驱动、液晶驱动等，然后检测红外避障传感器，判断前方是否有人，若有读取温度传感器温度值和实时时钟时间数据值；检测光敏电阻传感器，判断光线强度；外部中断口检测是否有红外遥控输入，若有输入，再配合是否有人和是否天黑两个外部条件，对红外接收头接收的数据进行红外解码，再把解码数据送入系统执行机构的子程序。系统主流程图如图4-1所示。图4-1 系统主流程4.1.2 红外解码子流程红外解码子程序，是程序通过定时器外部中断的方式解码出码值数据，在以条件判断的形式结合外部环境条件，计算出执行功能数据、定时数据、温度阈值数据。再每次解码后蜂鸣器都会发出100ms的提示音。红外解码子流程如图4-2所示。

47、图4-2 红外解码子流程4.1.3 执行机构子流程经过红外解码后，得到控制命令。系统先处理实时时钟数据和温度传感器数据，根据控制命令数据，更具是否有人的条件驱动继电器开关1，控制USB端口和LCD背光，没人关闭LCD背光和USB口以节约电量的目的；再根据温度阈值和实际温度值的差值来计算出PWM波的脉冲宽度，并输出PWM波；定时结束则关闭PWM波输出并有定时结束提示音，提示时间一分钟；同时更具外部光线强度智能开启和关闭LED照明的继电器开关。执行机构子流程如图4-3所示。 图4-3 执行机构子流程 4.2 系统软件编译4.2.1 编程语言选择本系统主控芯片为51系列芯片，芯片编程可以选用汇编语言

48、编程和C语言编程，汇编语言过程流程更清晰，代码更优化，不过介于本系统功能比较多，程序量比较大，故选择C语言编程，编程便捷，更容易排错。4.2.2 编译器选择KeilC51标准C编译器为8051微控制器的软件开发提供了C语言环境,同时保留了汇编代码高效,快速的特点。C51编译器功能不断增强，这个集成开发环境包含：编译器，汇编器，实时操作系统，项目管理器，调试器。uVision4IDE可为它们提供单一而灵活的开发环境。所以选择Keil uVision4最为本次设计的集成开发工具。 5.系统调试5.1 硬件调试5.1.1硬件调试方法(1)检查电路焊接好电路后，必须先认真检查电路连线是否有错误。对照电

49、路图，按一定的顺序逐级对应检查。特别要注意检查电源是否接错，电源与地是否有短路，二极管方向和电解电容的极性是否接反，集成电路和晶体管的引脚是否接错，观察焊点是否牢固，应特别注意电源系统检查，以防止电源短路和极性错误，必要时利用数字万用表的短路测试功能，可以缩短排错时间。(2)排除电源故障在通电前，一定要检查电源电压的幅值和极性，否则很容易造成集成块损坏。加电后检查各插件上引脚的电位，检查VCC与GND之间电位，输出啊电压在 5V4.8V之间属正常。(3)通电观察一定要确定电路板电源端无短路现象后，才能给电路接通电源。电源一经接通，不要急于用仪器观测波形和数据，而是要观察是否有异常现象，如冒烟、

50、异常气味、放电的声光、元器件发烫等。如果有，不要惊慌失措，而应立即关断电源，待排除故障后方可重新接通电源。然后，再测量每个集成块的电源引脚电压是否正常，以确信集成电路是否已通电工作。(4) 指标测试在电路调试正常之后，开始根据设计要求电路的进行测试。测试并记录测试数据，对测试数据进行分析，最后作出测试结论，以确定电路是否符合设计要求。如有不符，则应仔细检查问题所在。因此，要求在设计的全过程中，要认真、细致，考虑问题要更周全。5.1.2硬件电路中常用的抗干扰设计方法(1)抑制干扰源:抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt，di/dt。这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则，常常会起到事半

51、功倍的效果。减小干扰源的du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现；减小干扰源的di/dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。常见的抑制干扰源的方法主要有以下几个方面：在继电器接点两端并接火花抑制电路(一般是RC串联电路，电阻一般选几K到几十K，电容选O.O1uF)，减小电火花影响；电路板上每个IC要并接一个O.OluFO.1uF高频电容，以减小IC对电源的影响。(2)切断干扰传播路径：按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类。所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰。高频干扰噪声和有用信号的频带不同，可以通过在导线上增加滤波器的方法切断高频干扰噪声的传播，有时

52、也可加隔离光耦来解决。电源噪声的危害最大，要特别注意处理；所谓辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰。一般的解决方法是增加干扰源与敏感器件的距，用地线把它们隔离和在敏感器件上加蔽罩。切断干扰传播路径的常用措施如下：注意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定；电路板合理分区，如强、弱信号，数字、模拟信号。尽可能把干扰源（如电机、继电器）与敏感元件（如单片机）远离；单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减小相互干扰。 大功率器件尽可能放在电路板边缘。5.2 系统软件程序的编译与仿真5.2.1程序编译利用Keil uvision软件进行编译，打开Keil

53、 uvision软件后把所要编译的工程，并设置目标工程选项，然后单击Build target命令对源程序文件进行编译。如果出现警告或者错误，就必须去修改使程序正确，直至程序编译成功。程序编译界面如图5-1所示。图5-1 程序编译界面5.2.2程序调试源程序编译通过，只表明了程序的语法正确，并不能保证程序能正常运行，还需要该改程序的逻辑功能进行调试。使用Keil软件对其调试。首先，打开已经编译的单片机项目，选择Debug下的start/stop Debug Session,进入调试程序工作模式，重复点击该选项可实现在编辑模式和调试模式之间进行切换。程序调试时，可单步执行或连续执行。连续执行时，程序执行速度很快，可以看到程序执行的总体效果，但如果程序出错，就难以确认出错的具体地方。单步执行则可以每条指令的执行结果，找出程序错误所在，但耗时长。因此，用户可以先采用连续执行，对怀疑或容易出错的地方执行单步调试。某一些程序只有在特定条件下才会被执行，此时可采用断点设置，可在某一程序行设置断点