基于单片机的智能风扇调速设计.doc

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1、湖南理工大学电子与信息工程学院本 科 毕 业 论 文 论文题目 基于AT89S52单片机的智能风扇 调速系统设计 学生姓名 徐温彬 学 号 073514011 专 业 电气自动化 班 级 07电气 指导教师 徐曼 2011年5月摘 要本设计是以AT89C52单片机为核心的智能电风扇控制系统，结合DS18B20温度传感器、电源电路、复位电路、指示电路、键盘电路、功率继电器等技术，利用单片机检测DS18B20温度传感器采集的环境温度，根据环境温度变化来自动控制单片机的P1脚输出高电乎或者低电平，来控制继电器线圈中能否有电流经过，根据继电器线圈通电时，常开触点闭合，没电流经过时，常开触点保持断开，从

2、而实现自动控制电风扇的转速以及起停，该系统改变了传统的手动控制电风扇的起停，实现了多档温控电风扇全自动调速控制，较好地把智能控制技术应用到了家用电器控制系统中，用人体周围的环境温度对风扇进行温控。实践证明该调速器可靠性高、控制准确、节能节电、成本低，弱电控制强电；利用软件技术实现电风扇风速调级和开停机控制，增强了抗干扰性。该设计具有较高的应用价值，适用于依靠电风扇散热来降温的任一控制系统中。关 键 词：AT89C52；温度检测；电风扇；自动调速ABSTRACTThis design makes MCU AT89C52 the core of the intelligent electric f

3、an control system, which is combined with DS18B20 sensors, the power circuit, reset circuit, indicating circuit, keyboard, the coil power relay and other technologies，The temperature collected by DS18B20 is detected by single chip computer，according to high and low temperature，single chip computer P

4、1 pin output high level or low level to control relay whether there is current in the coil through，according to the coil power relay normally open contact is closed，no current passing，often a disconnect to maintain contacts so as to achieve a number of gears of automatic temperature controlled fan s

5、peed controlling and the automatic control from the fans stoppedIt uses surrounding temperature to regulate the speed of an electric fan.The system has changed the traditional manual control from the fans stopped，In which intelligent control technology is applied to home appliances control systemPra

6、ctice prove that the controlling of this electric fan governor is high reliability-stabilit，accurate and energy-saving，low cost，a strong weak control；Kind of software technology is used to achieve transfer-level fan speed controlling and open parking controlling，which enhances the anti-interferenceT

7、his design has higher value ,could be applied in any control system in which electric fan is used to lower the temperatureKey words: AT89C52; Temperature collection; Electric fan; Automatic speed regulation目 录1 绪论11.1 智能电风扇控制系统概述11.2 设计任务和主要内容12 整体方案设计32.1 系统整体设计32.2 方案论证32.2.1 温度传感器的选用42.2.2 控制核心的选

8、择42.2.3 温度显示器件的选择43 各单元模块的硬件设计63.1 系统器件简介63.1.1 DS18B20温度传感器简介63.1.2 AT89C52单片机简介83.1.3 LED数码管简介93.2 各单元模块电路设计103.2.1 开关复位与晶振电路113.2.2 独立键盘连接电路123.2.3 数码管显示电路133.2.4 温度采集电路133.2.5 继电器控制电路144 软件设计164.1 程序设计164.2 Keil C51编写程序174.3 Proteus仿真184.3.1 Proteus简介184.3.2 本设计基于Proteus的仿真195 调 试215.1 软件调试215.1

9、.1 按键显示部分的程序调试215.1.2 传感器DS18B20温度采集部分程序调试215.2 硬件调试225.2.1 按键显示部分的硬件调试225.2.2 传感器DS18B20温度采集部分硬件调试225.3 系统功能225.3.1 系统实现的功能225.3.2 系统功能分析236 结论与展望24致 谢25参考文献26附 录27附录A（原理图）：27附录B（实物图）：28附录C（main.c）：29Equation Chapter 1 Section 11 绪论空调有强大的制冷功能，可以快速有效地降低环境温度，但电风扇的风更温和，更加适合老人儿童和体质较弱的人使用；并且由于大部分家庭消费水平的

10、限制，电风扇作为一个成熟的家电行业的一员，电风扇有价格优势，价格低廉而且相对省电，安装和使用都非常简单。在中小城市，以及乡村将来一段时间内仍然会占有市场的大部分份额。尽管电风扇有其市场优势，但面临庞大的市场需求的同时，也要提高电风扇的市场竞争力，使之在技术含量上有所提高。传统电风扇有许多地方应当进行改良的，最突出的缺点是它不能根据温度变化适时调节风力大小，对于夜间温差大的地区，人们在夏夜使用电风扇时可能遇到这样的问题：当凌晨降温的时候电风扇依然在工作，可是人们因为熟睡而无法察觉，既浪费电资源又容易引起感冒，传统的机械定时器虽然能够控制电风扇在工作一定时间后关闭，但定时范围有限，且无法对温度变化

11、灵活处理。鉴于以上方面的考虑，本设计采用了单片机作为该智能电风扇系统的核心部分。设计出一种智能电风扇控制系统来解决这些问题。而且最主要的是通过智能的控制使得科技的应用深入生活中，让广大的人民能享受到科技带来的方便。1.1 智能电风扇控制系统概述传统电风扇是220V交流电供电，电机转速分为几个档位，通过人为调整电机转速达到改变风力大小的目的，亦即，每次风力改变，必然有人参与操作，这样势必带来诸多不便。本设计中的智能电风扇控制系统，是指将电风扇的电机转速作为被控制量，由单片机分析采集到的数字温度信号，再通过单片机的输出电平触发功率继电器对风扇电机进行调速。从而达到无须人为控制便可自动调整风力大小的

12、效果。1.2 设计任务和主要内容本设计以MCS51单片机为核心，通过温度传感器对环境温度进行数据采集，从而建立一个控制系统，使电风扇随温度的变化而自动变换档位，实现“温度高，风力大，温度低，风力弱”的性能。在自动状态下，当温度低于设置温度时，电风扇将自动关闭，当高于此温度时电风扇又将重新启动。另外，通过键盘控制面板，用户可以通过按键设定电风扇运行时间，以及在手动状态下可以通过按键选定电风扇档位。本智能风扇调速系统设计主要内容如下：1接通交流220伏电源，电源指示灯亮。2按下启动电源开关，系统开始运行。3当手动/自动按键弹起时，为手动状态，温度显示为当前温度，时间显示为零，加，减键不起作用。4分

13、别按下，低速至高速按键，相应的指示灯亮。5当手动/自动按键按下时，为自动状态，温度显示为当前温度，时间显示为零，加，减键起作用，每次加1或减1 。系统处于倒计时状态。6分别按下，低速至高速按键，相应的指示灯亮。7当系统处于自动状态时，如果温度大于30，低速灯自动点亮。如果温度大于32，中速灯自动点亮。如果温度大于34，高速灯自动点亮。Equation Chapter (Next) Section 12 整体方案设计2.1 系统整体设计系统总体设计方框图如图2-1所示，主控制器采用单片机AT89C52，温度传感器采用DS18B20，用2位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。状态显示温度传感器

14、系统复位时钟振荡主 控 制器LED显示键盘控制继电器控制图 2-1 系统总体设计框图在本设计中，电源部分由外接电源直接提供，故在作品版面上没有设计电源模块；系统复位电路是由1个按键，1个电容和2个电阻组成；时钟振荡电路是由1个晶震和2个电容组成；键盘控制电路是由6个按键、5个发光二级管和5个电阻组成独立键盘连接到单片机上完成按键功能；状态显示以及LED显示电路是由3个发光二极管和3个共阳极7段数码管以及电阻组成，用以完成设计中的状态显示功能和LED显示功能；继电器控制电路是由3个继电器、3个驱动三极管、3个二极管和3个电阻组成；主控制器采用AT89C52单片机。所以本设计中用到的器件很少也很简

15、单。2.2 方案论证本系统实现风扇的温度控制，需要有较高的温度变化分辨率和稳定可靠的换档停机控制部件1。2.2.1 温度传感器的选用方案一：选用热敏电阻作为感测温度的核心元件，通过运算放大器放大由于温度变化引起的热敏电阻电阻的变化、进而导致的输出电压变化的微弱电压变化信号，再用AD转换芯片ADC0809将模拟信号转化数字信号输入单片机处理。方案二： 采用数字式集成温度传感器DS18B20作为感测温度的核心元件，直接输出数字温度信号供单片机处理。对于方案一，采用热敏电阻有价格便宜、元件易购的特点，但热敏电阻对温度的细微变化不敏感，在信号采集、放大、转换过程中还会产生失真和误差，并且由于热敏电阻的

16、R-T关系的非线性，其本身电阻对温度的变化存在较大误差，虽然可以通过一定的电路予以纠正，但不仅将使电路复杂稳定性降低，而且在人体所处环境温度变化时难以检测小的温度变化。故该方案不适合本系统。对于方案二，由于数字式集成温度传感器DS18B20的高度集成化，大大的降低了外接放大转化等电路的误差因数，温度误差变得很小，并且由于其检测温度的原理与热敏电阻检测的原理有着本质的不同，使得其温度分辨率极高。温度值在器件内部转化成数字量直接输出，简化了系统程序设计，又由于该温度传感器采用先进的单总线技术，与单片机接口变得非常简洁，抗干扰能力强，因此该方案适用于本系统。由上述分析、可行性和实用性等因素考虑，本课

17、题选用方案二，即采用温度传感器DS18B20作为感测温度的核心元件。2.2.2 控制核心的选择在本设计中采用AT89C52单片机作为控制核心，通过软件编程的方法进行温度检测和判断，并在其I/O口输出控制信号。AT89C52单片机工作电压低，性能高，片内含8K字节的只读程序存储器ROM和256字节的随机数据存储器RAM，它兼容标准的MCS-51指令系统，单片机价格也不贵，适合本设计系统。2.2.3 温度显示器件的选择方案一：应用动态扫描的方式，采用七段LED共阳极数码管显示温度。方案二：采用LCD液晶显示屏显示温度。对于方案一，该方案成本很低，显示温度明确醒目，即使在黑暗空间也能清楚看见，功耗极

18、低，同时温度显示程序的编写也相对简单，因而这种显示方式得到广泛的应用。但不足的地方是它采用动态扫描的显示方式，各个LED数码管是逐个点亮的，因此会产生闪烁，但由于人眼的视觉暂留时间为20MS，故当数码管扫描周期小于这个时间时人眼不会感觉到闪烁，因此只要频率设置得当即可采用该方案。对于方案二，液晶显示屏具有显示字符优美，其不仅能显示数字还能显示字符甚至图形，这是LED数码管无法比拟的。但是液晶显示模块的元件价格昂贵，显示驱动程序编写也比较复杂。从简单实用的原则考虑，本系统采用方案一。Equation Chapter (Next) Section 13 各单元模块的硬件设计系统主要器件包括DS18

19、B20温度传感器、AT89C52单片机、一位LED共阳数码管、继电器。辅助元件包括电阻电容、晶振、电源、按键、拨码开关等。3.1 系统器件简介3.1.1 DS18B20温度传感器简介DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，它能够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。可以分别在93.75 ms和750 ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18

20、B20供电，而无需额外电源，因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。DS18B20内部结构主要有四部分：64位ROM温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。其管脚有三个，其中DQ为数字信号端，GND为电源地，VDD为电源输入端2。DS18B20的引脚介绍 TO92封装的DS18B20的引脚排列见图3-1，其引脚功能描述见表3-1。图3-1 DS18B20底视图表3-1DS18B20详细引脚功能描述序号名称引脚功能描述1GND地信号2DQ数据输入

21、/输出引脚。开漏单总线接口引脚。当被用着在寄生电源下，也可以向器件提供电源。3VDD可选择的VDD引脚。当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。DS18B20性能特点如下：（1）独特的单线接口方式：DS18B20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）在使用中不需要任何外围元件。（3）可用数据线供电，电压范围：+3.0 +5.5 V。（4）测温范围：-55+125 。固有测温分辨率为0.5 。（5）通过编程可实现912位的数字读数方式。（6）用户可自设定非易失性的报警上下限值。（7）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。（

22、8）负压特性，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。单线（1wire)技术：该技术采用单根信号线，既可传输时钟，也能传输数据，而且是双向传输。适用于单主机系统，主机能够控制一个或多个从机设备，通过一个漏极开路或三态端口连至该数据线，以允许设备在不发送数据时能释放该线，而让其他设备使用。单线通常要求外接一个5K的上拉电阻，这样当该线空闲时，其状态为高电平。主机和从机之间的通讯分成三个步骤：初始化单线器件、识别单线器件和单线数据传输。单线1wire协议由复位脉冲、应答脉冲、写0、写1、读0、读1，这几种信号类型实现，这些信号中除了应答脉冲其他都由主机发起，并且所有指令和数据字节都

23、是低位在前3。DS18B20直接将测量温度值转化为数字量提交给单片机，工作时必须严格遵守单总线器件的工作时序。表3-2 部分温度值与DS18B20输出的数字量对照表温度值/数字输出（二进制）数字输出（十六进制）+12500000111+8500000101+25.62500000001+10.12500000000+0.500000000000000000-0.511111111-10.12511111111-25.62511111111-55111111003.1.2 AT89C52单片机简介AT89C52是51系列单片机的一个型号，它是由ATMEL公司生产的一个低电压、高性能的8位单片机，

24、片内期间采用ATMEL公司的非易失性、高密度存储技术生产，与标准的MCS-51指令系统兼容，同时片内置有通用8位中央处理器和8K字节的可反复擦写的只读程序存储器ROM以及256字节的数据存储器RAM，在许多较复杂的控制系统中AT89C52单片机得到了广泛的应用。AT89C52有40个引脚，各引脚介绍如下：VCC：+5V电源线；GND：接地线。P0口：P0.7P0.0，这组引脚共8条，其中P0.7为最高位，P0.0为最低位。这8条引脚共有两种不同的功能，分别使用于两种不同的情况。第一种情况是单片机不带片外存储器，P0口可以作为通用I/O口使用，P0.7P0.0用于传送CPU的输入、输出数据，此时

25、它需接一上拉电阻才能正常工作。第二种情况是单片机带片外存储器，其各引脚在CPU访问片外存储器时先是用于传送片外存储器的低8位地址，然后传送CPU对片外存储器的读写数据4。P1口：P1口是一个内部含上拉电阻的8位双向I/O口。它也可以作为通用的I/O口使用，与P0口一样用于传送用户的输入输出数据，所不同的是它片内含上拉电阻而P0没有，故P0口在做该用途时需要外接上拉电阻而P1口则无需。在FLASH编程和校检时，P1口用于输入片内EPROM的低8位地址。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，它可以作为通用I/O口使用，传送用户的输入/输出数据，同时可与P0口的第二功能配合，用于输出片

26、外存储器的高8位地址，共同选中片外存储单元，但此时不能传送存储器的读写数据。在一些型号的单片机中，P2口还可以配合P1口传送片内EPROM的12位地址的高4位地址。P3口：P3口引脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，当P3口写入1后，它们被内部上拉为高电平。它也可以作为通用的I/O口使用，传送用户的输入/输出数据,P3口也作为一些特殊功能端口使用，如图3-2所示：P3.0: RXD(串行数据接收口) P3.1：TXD(串行数据发送口) P3.2：(外部中断0输入) P3.3：(外部中断1输入) P3.4：T0(记时器0计数输入) P3.5：T1(记时器1外部输入) P3.6：WR(外部RAM

27、写选通信号)P3.7：(外部RAM读选通信号) 图3-2 单片机AT89C52引脚RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平状态。ALE/：地址锁存允许/编程线，当访问片外存储器时，在P0.7P0.0引脚线上输出片外存储器低8位地址的同时还在ALE/线上输出一个高电位的脉冲，其下降沿用于把片外存储器8位地址锁存到外部专业地址锁存器，以便空出P0.7P0.0引脚线去传送随后而来的片外存储器读写数据。在不访问片外存储器时，单片机自动在ALE/线上输出频率为1/6晶振频率的脉冲序列。：外部程序存储器ROM的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次有效。但在

28、访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。/VPP:允许访问片外存储器/编程电源线，当保持低电平时，则在此期间允许使用片外程序存储器，不管是否有内部程序存储器。当端保持高电平时，则允许使用片内程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1和XTAL2：片内振荡电路输入线，这个端子用来外接石英晶体和微调电容，即用来连接单片机片内OSC的定时反馈回路。3.1.3 LED数码管简介本系统选用三个LED数码管来进行温度显示和定时显示。LED又称为数码管，它主要是由8段发光二级管组成的不同组合，其中ag为数字和字符显示段，dp为小数点的显示，通过ag这7个发

29、光二级管点亮的不同组合，可以显示09和AF共16个数字和字母。LED数码管可以分为共阴极和共阳极两种结构，如下图3-3(a)和图3-3(b)所示。共阴极结构把8个发光二级管阴极连接在一起，共阳极结构把8个发光二级管阳极连在一起。通过单片机引脚输出高低电平，可使数码管显示相应的数字和字母，这种使数码管显示字形的数据称字形码，又称段选码5。图3-3 七段LED数码管一个共阴极数码管接至单片机的电路，要想显示数字“7”须a、b、c这3个显示段发光（即这3个字段为高电平）只要P0口输入00000111（07H）即可。这里07H即为数字7的段选码。字形与段选码的关系见表3-3 所示。表3-3 七段数码管

30、段选码表显示字符共阴极段码共阳极段码显示字符共阴极段码共阳极段码03fHC0H87Fh80H106HF9H96Fh90H25bHA4HA77H88H34fHB0HB7fH83H466H99HC39HC6H56dH92HD3fHA1H67dH82HE79H86H707HF8HF71H8EH3.2 各单元模块电路设计由第二章中图2-1可知，本系统的硬件设计部分可分为控制器模块、电源模块、复位模块、晶振模块、按键模块和LED显示模块。电源模块由外接电源直接提供，为单片机提供工作电压，使电路各部分能正常工作；复位电路是由1个按键，1个电容和2个电阻组成，功能是在系统出现故障时使程序在地址为零的地方重新

31、运行；键盘电路是由6个按键、5个发光二极管和5个电阻组成独立键盘连接到单片机上，用来设定风扇档位及设定时间；指示电路是由发光二极管和LED显示以及电阻组成，用以完成设计中的指示功能和显示功能；核心控制器采用AT89C52单片机。本章节主要介绍这几个模块的设计原理和原理图。3.2.1 开关复位与晶振电路在单片机应用系统中，除单片机本身需要复位以外，外部扩展I/O接口电路也需要复位，因此需要一个包括上电和按钮复位在内的系统同步复位电路。单片机上的XTAL1和XTAL2用来外接石英晶体和微调电容，即用来连接单片机内OSC的定时反馈回路。本设计中开关复位与晶振电路如下所示，当按下按键开关S1时，系统复

32、位一次。其中电容C1和C2为30pF，C3为22uF，电阻R10、R11为10K，晶振为11.0592MHz。其开关复位与晶振电路图设计如图3-4所示： 图3-4 系统复位与晶振电路复位电路的设计是由1个按键、1个电容和2个电阻组成，其工作原理是：按下按键后：电容器被短路放电、REST直接和+5V相连，就是高电平，此时进入“复位状态”；松手后,电源开始对电容器充电，此时，充电电流在电阻上，形成高电平送到REST，仍然是“复位状态”；稍后，充电结束，电流降为0，电阻上的电压也将为0，REST降为低电平，开始正常工作。3.2.2 独立键盘连接电路键盘包括6个独立按键S2、S3、S4、S5、S6和S

33、1-1，一端分别与单片机的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4和P1.7口相连，另一端接地，当按下任一键时，P2或P1读取低电平有效。系统上电后，进入键盘扫描子程序，以查询方式确定各键。当S1-1弹起时，为手动状态，温度显示为当前温度，时间显示为零，S2加，S3减键不起作用。分别按下S3、S4、S5，低速至高速按键，相应的指示灯亮。当S1-1手动/自动按键按下时，为自动状态，温度显示为当前温度，时间显示为零，加，减键起作用。每次加1或减1 ，系统处于倒计时状态。分别按下S3、S4、S5，低速至高速按键，相应指示不反应，即按键S3、S4、S5失效。当系统处于自动状态时，如果温度大于3

34、0，低速灯自动点亮。如果温度大于32，中速灯自动点亮。如果温度大于34，高速灯自动点亮。其接线图如下： 图 3-5 独立按键连接电路3.2.3 数码管显示电路本设计制作中选用3个一位7段共阳极数码管作为显示模块，其中前2个数码管DS1、DS2用于显示温度传感器实时检测采集到的环境温度，可精确到1，显示范围为099。后1个一位数码管用于显示设置的倒计时状态的时间。3个数码管的段选a、b、c、d、e、f、g线分别与单片机的P0.0P0.6口连接，由于不用显示小数点，故将数码管段选dp线空置。P0口需接100欧的上拉电阻，以使单片机的P0口能够输出高低电平。3个数码管的位选COM1、COM2、COM

35、3分别与单片机的P2.5P2.7口相连接，其中P2.5P2.7口需接4.7K的上拉电阻，并连接PNP三极管，只要P2.5P2.7中任一位输出低电平，则选中与该位相连的数码管。其原理图如3-6所示： 图3-6 数码管显示电路3.2.4 温度采集电路DS18B20数字温度传感器在使用时，一般都采用单片机来实现数据采集。只需将DS18B20信号线与单片机1位I/O线相连，且单片机的1位I/O线可挂接多个DS18B20，就可实现单点或多点温度检测6。在本设计中将DS18B20接在P3.1口实现温度的采集。其与单片机的连接如图3-7所示：图 3-7 温度采集电路3.2.5 继电器控制电路继电器有线圈。常

36、开触点，常闭触点。常开触点在线圈不通电的情况下是断开的，当线圈中有电流经过时常开触点闭合；常闭触点在线圈不通电的情况下是闭合的，当线圈中有电流经过时断开。本文用到的是继电器的常开触点，即在继电器线圈没有电流经过时是断开的状态，当继电器线圈中有电流经过时闭合导通。 本设计实现弱电控制强电，单片机是弱电器件，一般情况下它的工作电压为5 V。电风扇工作所需电压为220 V，属于强电，强电不能和弱电有任何电器接触，防止强电进入到单片机内，继电器起到隔离作用。由于单片机是一个弱电器件，它的工作电压是5 V，驱动电流在mA级以下，而现在要把它用于一些大功率场合，控制电风扇，显然是不行的。所以，就要有一个环

37、节来衔接，这个环节就是所谓的“功率驱动”，继电器驱动就是一个典型的、简单的功率驱动环节。继电器驱动就是单片机与其他大功率负载接口，起到控制作用，三极管起到放大作用。这里继电器由相应的三极管来驱动，自动状态下当温度高于30时，给单片机一个命令，单片机P1.0引脚输出高电平，三极管导通，继电器线圈得电有电流经过，常开触点闭合，电风扇电路接通，电风扇开始转动。温度低于30时，单片机P1.0引脚输出低电平，三极管截至，继电器线圈中没有电流经过，常开触点保持原断开状态，电风扇电路断路，电风扇不能转动。继电器线圈两端反相并联的二极管起到吸收反向电动势的功能，保护相应的驱动三极管。继电器自动控制电路图如图3

38、-8所示。实现自动控制时先把按键S1-1闭合。图 3-8 继电器自动控制电路以上是硬件电路几个模块的原理图及原理简单介绍，整体电路图见附录A。Equation Chapter (Next) Section 14 软件设计4.1 程序设计程序设计部分主要包括主程序、DS18B20初始化函数、DS18B20温度转换函数、温度读取函数、键盘扫描函数、数码管显示函数以及温度处理函数。DS18B20初始化函数完成对DS18B20的初始化；DS18B20温度转换函数完成对环境温度的实时采集；温度读取函数完成主机对温度传感器数据的读取及数据换算，键盘扫描函数则根据需要完成初值的设定；温度处理函数对采集到的温

39、度进行分析处理，为风扇档位的变化提供条件；风扇电机控制根据温度的数值完成对风扇档位及启停的控制。主程序流程图如图 4-1所示： 图 4-1 主程序流程图4.2 Keil C51编写程序Keil C51是美国Keil Software公司开发的51系列兼容单片机C语言的软件开发系统，与单片机汇编语言相比，C语言不仅语句简单灵活，而且编写的函数模块可移植性强7，因而易学易用，效率高。随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前使用较多的MCS-51系列单片机开发的软件。Keil C51软件不仅提供了丰富的库函数，而且它强大

40、的集成开发调试工具为程序编辑调试带来便利，在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。在使用时要先建立一个工程，然后添加文件并编写程序，编写好后再编辑调试。Keil C51的使用界面如图4-2所示：图 4-2 Keil C51的使用界面4.3 Proteus仿真4.3.1 Proteus简介Proteus软件是来自英国Labcenter electronics公司的EDA工具软件。Proteus软件有十多年的历史，在全球广泛应用，它不仅和其它EDA工具一样有原理布图、PCB自动或人工布线及电路仿真的功能，而且更重要的功能是，它的电路仿真是互动的，可以根据仿真实时观察得到现象验证设计的正确性及准确性

41、并及时改变程序代码，原理图连接以及元件属性等。它还能配合系统配置的虚拟仪器来显示和输出，如示波器、逻辑分析仪等8，效果很好。Proteus有4个功能模块：智能原理图设计、完善的电路仿真功能、独特的单片机协同仿真功能以及实用的PCB设计平台。其内部元件库含有丰富的元件，支持总线结构以及智能化的连线功能；支持主流CPU（ARM、8051/52、AVR）及其通用外设模块的实时仿真，为单片机的开发应用等带来极大的便利。软件使用的主界面如图4-3所示： 图 5-3 Proteus使用界面4.3.2 本设计基于Proteus的仿真首先启动Proteus软件并建立一工程，然后根据原理图调出相应的元件，再根据

42、要求改变各元件的属性并把各个元件按原理图连接起来。在原理图绘好后再把编译好的程序加载到其中9。最后根据系统要实现的功能分步进行仿真10。把温度传感器DS18B20温度设置为28，点击开始按钮，系统开始仿真，按键S1-1弹起时，为手动状态，晶体管显示温度，定时部分不起作用，按下按键S4，观察到低速只是二极管D7点亮。如图4-4所示：图 4-4 基于Proteus仿真Equation Chapter (Next) Section 15 调 试本设计的调试部分可分为两部分，一部分是软件调试，另一部分是硬件调试。软件调试的目的是检测软件编程是否正确并且是否能实现智能风扇调速的各项功能，硬件调试是检测硬

43、件电路各部分模块是否焊接正确，能否操作等。5.1 软件调试5.1.1 按键显示部分的程序调试起初根据设计编写的系统程序：程序的键盘接口采用P2口，数码管显示采用P0口控制LED的段码，P2.5P2.7口控制LED的位码，从而实现键盘功能及数码管的显示。经过编译没有出错，但在仿真调试时，数码管虽然能准确显示温度，但是3个数码管是间隔显示，而且顺序混乱。经过查找分析，发现键盘扫描程序没有按键消抖部分，按键再按下和松手时，都会有一定的抖动，从而可能使单片机做出错误的判断。因此必须在按键扫描程序中加入消抖部分，记载按键按下与松手时加入延时判断，以检测键盘是否真的按下或已经完全松手。数码管不能正确显示，

44、主要是因为数码管的位码是由P2.5P2.7口传送，而数码管显示是采用了动态扫描的方式，但在程序中却没有设置位码的暂存器，导致传送位码时发生混乱，不能正确识别位码。应在系统中加入锁存器，或者在程序中设定存储位码的空间。在键盘加入了消抖程序，数码管显示程序中加入了位码的寻出空间后，数码管能够正常的显示，按键也能够工作，达到了较好的效果。5.1.2 传感器DS18B20温度采集部分程序调试由于数字式集成温度传感器DS18B20的高度集成化，为软件的设计和调试带来了极大的简便，小体积、低功耗、高精度为控制风扇的精度和稳定提供了可能。软件设计采用P3.1口为数字温度输入口，但是需要对输入的数字信号进行处

45、理后才能显示，从而多了温度转换程序。通过软件设计，实现了对环境温度的连续检测，由于考虑到实际需要，只显示了温度的整数部分。5.2 硬件调试5.2.1 按键显示部分的硬件调试系统按键部分实现了以下功能：在手动状态，分别按下S4、S5、S6，对应的风扇档位指示的二极管亮，按下定时按键S2或S3，LED数码管的最后一位显示定时时间增一或减一。调试过程中出现了当按键时间过长时，设置的时间不是增一或者减一，而是增加后减少几个值，出现这种情况的主要原因可能是按键的去抖动延时时间过长造成的，改进方法是将对应的按键去抖动延时时间适量的增加，但也不应过长，否则将出现按键无效的情形。系统显示部分实现了一下功能：LED显示的前两位实现了温度的显示，LED后一位能根据按键的调整显示所需要的设定时间。且LED显示效果很好，很稳定。5.2.2 传感器DS18B20温度采集部分硬件调试将DS18B20芯片接在系统板对应的P3.1口，通过插针在对应系统板的右下角侧三口即为对应的VCC、P3.1和GND，可将芯片