本設(shè)計(jì)為智能溫控風(fēng)扇系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇隨實(shí)時(shí)環(huán)境溫度而智能變速功能。

　　系統(tǒng)主要選用STC89C52單片機(jī)作為控制中心，DS18B20數(shù)字溫度傳感器采集實(shí)時(shí)溫度，再經(jīng)單片機(jī)處理后通過(guò)三極管放大信號(hào)后驅(qū)動(dòng)直流風(fēng)扇的電機(jī)。用戶可以預(yù)設(shè)上限、下限溫度值，當(dāng)測(cè)得環(huán)境溫度值在預(yù)設(shè)上下限值區(qū)間中時(shí)，此時(shí)風(fēng)扇以半速轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)溫度升高并大于預(yù)設(shè)上限溫度值時(shí)，風(fēng)扇會(huì)自動(dòng)調(diào)速，以全速轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)溫度降低并低于預(yù)設(shè)的下限溫度值時(shí)，這時(shí)風(fēng)扇電機(jī)自動(dòng)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。全程實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速隨外界溫度而智能自變。

　　1、系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖

　　溫度傳感器的選用

　　溫度傳感器主要有以下兩種方案可供選用：方案一：選用熱敏電阻作為溫度傳感器的核心元件。由于熱敏電阻的電阻會(huì)跟著溫度的變化而變化，如此就會(huì)產(chǎn)生模擬信號(hào)，隨后再將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，最終發(fā)送給單片機(jī)IN-0口進(jìn)行處理。具體熱敏溫度采集電路如圖2-2所示：

　　熱敏溫度采集電路

　　方案二：選用溫度傳感器DS18B20作為溫度傳感器的核心元件。通過(guò)其傳感溫度，然后直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)并傳給單片機(jī)處理。具體DS18B20采集電路如圖2-3所示：

　　圖2-3DS18B20溫度采集電路

　　對(duì)于方案一，熱敏電阻的最大特點(diǎn)就是它的價(jià)廉而且很多市場(chǎng)上都有這種元件，但熱敏電阻對(duì)溫度并不敏感，在溫度采集時(shí)很容易產(chǎn)生誤差。雖然這種誤差可以通過(guò)減小，但并不會(huì)避免。故本方案不適合本系統(tǒng)。

　　對(duì)于方案二，因?yàn)镈S18B20是單總線，且其集成度極高，所以該傳感器可以大幅度降低外部誤差。其次由于其感測(cè)溫度與熱敏電阻的方法并不一樣，使其具有較強(qiáng)的溫度識(shí)別能力。所測(cè)到的溫度直接就可以轉(zhuǎn)換成具體數(shù)字值并發(fā)送給單片機(jī)。因此，本方案比較適合該系統(tǒng)。

　　2、主控機(jī)的選用

　　方案一：選用凌陽(yáng)系列單片機(jī)來(lái)控制系統(tǒng)，這類單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)不同的復(fù)雜邏輯功能，它將所有元器件都集成在一塊芯片上，集成度十分高，提高了穩(wěn)定性。凌陽(yáng)單片機(jī)的系統(tǒng)處理速度很快，適合用于大規(guī)模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的控制。

　　方案二：采用ST89C52單片機(jī)控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。主要通過(guò)編程的方式對(duì)測(cè)得的溫度進(jìn)行判斷，然后輸出對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制。

　　由于ST89C52單片機(jī)要比凌陽(yáng)系列單片機(jī)的價(jià)格低得多，且本設(shè)計(jì)不需要很高的處理速度，從經(jīng)濟(jì)和方便使用角度考慮，本設(shè)計(jì)更傾向于選擇了方案二。其次，通過(guò)單片機(jī)可以直接將測(cè)得溫度在顯示器上顯示出來(lái)。綜合來(lái)看，本系統(tǒng)更適合采用方案二。

　　2.2.3 顯示電路的選用

　　方案一：采用數(shù)碼管作為系統(tǒng)的顯示器。盡管數(shù)碼管顯示的內(nèi)容有限，但是對(duì)于本設(shè)計(jì)，只要顯示一些基本的數(shù)字和字母就已經(jīng)足夠了。并且價(jià)格低廉。

　　方案二：采用液晶字符式顯示屏作為系統(tǒng)的顯示器。能夠用軟件達(dá)到很好的控制，元件器簡(jiǎn)單。

　　對(duì)于方案一，該方案具有成本低，功耗低的特點(diǎn)，顯示驅(qū)動(dòng)程序編寫是比較簡(jiǎn)單的，唯一不足之處是其采用的是動(dòng)態(tài)掃描顯示方式，因此在這過(guò)程中會(huì)有短暫的閃爍，但我們可以通過(guò)增加掃描頻率來(lái)避免閃爍。

　　對(duì)于方案二，液晶顯示屏不僅可以顯示字符，甚至還能夠顯示圖形，這是LED數(shù)碼管遠(yuǎn)遠(yuǎn)做不到的。但也正是因?yàn)樗鼜?qiáng)大的顯示功能，使得液晶顯示屏的驅(qū)動(dòng)程序復(fù)雜，價(jià)格相對(duì)而言比較昂貴。從實(shí)用以及價(jià)格多角度來(lái)看，方案一更適合該系統(tǒng)。

　　2.2.4 調(diào)速方式的選用

　　方案一：采用變壓器調(diào)節(jié)方式，運(yùn)用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行變壓，當(dāng)風(fēng)扇電機(jī)接到不同電壓值的線圈上，電機(jī)的轉(zhuǎn)速也會(huì)轉(zhuǎn)變，如此就可控制風(fēng)扇風(fēng)力大小。

　　方案二：采用三極管驅(qū)動(dòng)PWM控制。

　　對(duì)于方案一，變壓器主要是調(diào)節(jié)電壓，那么在變壓過(guò)程中就會(huì)不可避免的存在損耗，效率不高。還有可能會(huì)發(fā)熱過(guò)度起火，帶來(lái)一些不必要的麻煩。

　　對(duì)于方案二，三極管PWM的最大長(zhǎng)處便是無(wú)需數(shù)模轉(zhuǎn)換，從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)一概都是數(shù)字形式的。而數(shù)字信號(hào)正可以在極大程度上降低噪聲影響。PWM的第二大特點(diǎn)是它相對(duì)于模擬控制有更高的抗干擾能力，正因?yàn)槿绱耍谔囟ㄇ闆r下亦可以將其用于通信。當(dāng)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)向PWM時(shí)會(huì)延長(zhǎng)通訊的距離。故本系統(tǒng)采用方案二。

　3、系統(tǒng)硬件原理圖

　　本系統(tǒng)主要由溫度傳感器DS18B20、STC89C52單片機(jī)、LED共陰數(shù)碼管、三極管驅(qū)動(dòng)電路及一些其他外圍器件電阻、電容、晶振、電源、按鍵、開關(guān)和風(fēng)扇組成。系統(tǒng)硬件原理圖如下圖3-1所示：

　　主控芯片介紹

　　3.2.1 STC89C52簡(jiǎn)介

　　STC89C52單片機(jī)是美國(guó)STC公司生產(chǎn)的高性能COMOS 8位單片機(jī)。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核片，但做了大量的改進(jìn)，加入了51系列不具備的諸多功能。正因?yàn)槿绱?，兩種單片機(jī)的指令集和輸出管腳都相兼容。STC89C52單片機(jī)引腳圖如下圖3-2所示

　　STC89C52主要性能參數(shù)：參考下表

　　STC89C52單片機(jī)引腳說(shuō)明：如下表所示

　　STC89C52單片機(jī)結(jié)構(gòu)主要包含4個(gè)組成部分，即晶振電路、復(fù)位電路、電源電路和/EA腳電路。

　　DS18B20溫度采集電路

　　DS18B20是美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的一線式高精度數(shù)字式溫度傳感器。其采用單根信號(hào)線，可以傳輸時(shí)鐘也能夠傳輸數(shù)據(jù)，并且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、廉價(jià)、便于總線的擴(kuò)展和維護(hù)等。

　　DS18B20引腳功能介紹

　　DS18B20主要性能參數(shù)：如下表所示

　　DS18B20的工作原理及時(shí)序

　　64位ROM的結(jié)構(gòu)如圖3-7所示，開始一部分的8位是工廠代碼；中間一部分的是每個(gè)器件唯一的48位序列號(hào)；最后一部分的是8位CRC檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS18B20為什么可采用單線進(jìn)行通信的原故。

　　在64位ROM的最高有效字節(jié)中存儲(chǔ)有循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼（CRC）。主機(jī)根據(jù)ROM的前56位來(lái)計(jì)算CRC值，并與存入DS18B20的CRC值作比較，以判斷主機(jī)收到的ROM數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確。

　　DS18B20的工作電路

　　數(shù)碼管顯示電路

　　本系統(tǒng)的顯示模塊主要由一個(gè)4位一體的7段LED數(shù)碼管構(gòu)成?？梢燥@示感測(cè)到的溫度和當(dāng)前風(fēng)扇的檔位。它是一個(gè)共陰極的數(shù)碼管，每一位數(shù)碼管的a，b，c，d，e，f，g和dp端都各自連接在一起，用于接收單片機(jī)的P0口產(chǎn)生的顯示段碼。S1，S2，S3，S4引腳端為其位選端，用于接收單片機(jī)的P2口產(chǎn)生的位選碼。具體原理圖如圖3-9所示

　　風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路

　　風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)采用的是兩個(gè)三極管直接與風(fēng)扇連接，因?yàn)槿龢O管具有放大性，所以可以通過(guò)三級(jí)管來(lái)放大信號(hào)，然后直接傳輸?shù)斤L(fēng)扇，下圖3-10就是該模塊電路：

　　三極管是一個(gè)電流放大器，具有三個(gè)電極，如圖3-11所示，分別叫做集電極C，基極B，發(fā)射極E。

　　4、主程序流程圖

　　對(duì)于本設(shè)計(jì)溫控風(fēng)扇，如果要實(shí)現(xiàn)它的理想功能：根據(jù)實(shí)時(shí)環(huán)境溫度來(lái)控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，就必須在運(yùn)作時(shí)進(jìn)行不斷地進(jìn)行程序判斷，當(dāng)超過(guò)設(shè)定溫度值的上下限時(shí)，相應(yīng)的子程序會(huì)及時(shí)控制風(fēng)扇，實(shí)時(shí)的切換關(guān)閉、弱風(fēng)、大風(fēng)三個(gè)狀態(tài)。

　　顯示驅(qū)動(dòng)程序以查七段碼取得各數(shù)碼管應(yīng)顯數(shù)字，逐位掃描顯示。主程序流程圖如圖4-1所示：

　　DS18B20子程序流程圖

　　DS18B20的每一步操作都要按照它的工作時(shí)序執(zhí)行。即首先要對(duì)元件復(fù)位，再進(jìn)行ROM命令，最后才能對(duì)存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)操作。如主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換這一過(guò)程就必須遵循這一規(guī)則，具體流程圖如下圖4-2所示：