電子信息科學(xué)與技術(shù)論文論文

湖 南 科 技 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（ 論 文 ） 題目 具有自檢功能的電扇運(yùn)行狀態(tài)控制器 作者 金海暉 學(xué)院 物理與電子學(xué)院 專業(yè) 電子信息科學(xué)與技術(shù) 學(xué)號 0908020124 指導(dǎo)教師 吳伶西 二 13 年 05 月 01 日 湖 南 科 技 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 院 系（教研室） 系（教研室）主任 : （簽名） 年 月 日 學(xué)生姓名 : 學(xué)號 : 專業(yè) : 1 設(shè)計(jì)（論文）題目及專題： 2 學(xué)生設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間：自 年 月 日開始至 年 月 日止 3 設(shè)計(jì)（論文）所用資源和參考資料： 4 設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)完成的主要內(nèi)容： 5 提交設(shè)計(jì)（論文）形式（設(shè)計(jì)說明與圖 紙或論文等）及要求： 6 發(fā)題時(shí)間： 年 月 日 指導(dǎo)教師： （簽名） 學(xué) 生： （簽名） 湖 南 科 技 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)人評語 主要對學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的工作態(tài)度，研究內(nèi)容與方法，工作量，文獻(xiàn)應(yīng)用，創(chuàng)新性，實(shí)用性，科學(xué)性，文本（圖紙）規(guī)范程度，存在的不足等進(jìn)行綜合評價(jià) 指導(dǎo)人： （簽名） 年 月 日 指導(dǎo)人評定成績： 湖 南 科 技 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評閱人評語 主要對學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的文本格式、圖紙規(guī)范程度，工作量，研究內(nèi)容與方法，實(shí)用性與科學(xué)性，結(jié)論和存在的不足等進(jìn)行綜合評價(jià) 評閱人： （簽 名） 年 月 日 評閱人評定成績： 湖 南 科 技 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯記錄 日期： 學(xué)生： 學(xué)號： 班級： 題目： 提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 答辯委員會(huì)下列材料： 1 設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 頁 2 設(shè)計(jì)（論文）圖 紙 共 頁 3 指導(dǎo)人、評閱人評語 共 頁 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 答辯委員會(huì) 評語： 主要對學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 的研究思路，設(shè)計(jì)（論文）質(zhì)量，文本圖紙規(guī)范程度和對設(shè)計(jì)（論文）的介紹，回答問題情況等進(jìn)行綜合評價(jià) 答辯委員會(huì)主任： （簽名） 委員： （簽名） （簽名） （簽名） （簽名） 答辯成績： 總評成績： 摘要 實(shí)現(xiàn)自檢功能的電扇運(yùn)行狀態(tài)控制器，不僅能夠大大地節(jié)約能源，同時(shí)還能提高產(chǎn)品的質(zhì)量，減少器件本身的損耗。因此設(shè)計(jì)高精度、高穩(wěn)定性的自檢電扇運(yùn)行狀態(tài)控制器對人們生活有重大的積極意義，本文介紹的自檢功能電扇運(yùn)行 狀態(tài)控制器的設(shè)計(jì)方案，其采用AT89S51 單片機(jī)為控制核心，通過測量人體所散發(fā)出的紅外線改變風(fēng)扇的開關(guān)從而達(dá)到自檢功能的目的。經(jīng)試驗(yàn)表明，本設(shè)計(jì)不僅穩(wěn)定性好，而且紅外線控制精度高，反應(yīng)快。 關(guān)鍵詞 ：智能控制、紅外線、單片機(jī) 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 錄 第一章 引言 1 第二章 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計(jì) 4 2.1 系統(tǒng) 總硬件電路設(shè)計(jì) 4 2.2 熱釋電紅外傳感器模塊 5 2.2.1 熱釋電紅外傳感器原理簡介 6 2.2.2 熱釋電紅外傳感器應(yīng)用 7 2.3 鍵盤輸入電路 8 2.4 數(shù)碼管顯示電路 9 2.4.1 741s164 簡介 9 2.4.2 共陰極八段數(shù)碼管簡介 10 2.4.3 顯示電路設(shè)計(jì) 11 2.5 發(fā)光二極管電路 12 2.6 繼電器控制電路 13 2.6.1 繼電器簡介 13 2.6.2 繼電器控制電路的設(shè)計(jì)及工作原理 14 第三章 系統(tǒng)主要軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 15 3.1 整體設(shè)計(jì)思路介紹 15 3.2 主要部分流程圖 16 3.2.1 主程序流程圖 3.2.2 外部中斷流程圖 3.2.3 定時(shí)器 0 中斷流程圖 3.2.4 定時(shí)器 1 中斷流程圖 第一章 引言 在當(dāng)今 21 世紀(jì)，空調(diào)被廣泛應(yīng)用，在此背景下，電扇一度被認(rèn)為是空調(diào)產(chǎn)品沖擊下的淘汰品。 其實(shí)并非如此，市場人士稱，家用電扇并沒有隨著空調(diào)的普及而淡出市場、相反這兩年有所起色。現(xiàn)在電扇的款式、功能等方面日益求精，并朝著健康、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等方向發(fā)展。 盡管電扇發(fā)展前景不錯(cuò) ，但是傳統(tǒng)風(fēng)扇還是有很多的缺陷與不足有待改善。比如說：人們離開后忘記關(guān)風(fēng)扇，不僅浪費(fèi)電還容易引發(fā)火災(zāi)，長時(shí)間工作易損壞電器。造成這種現(xiàn)象的主要原因：電扇缺乏對環(huán)境的檢測。如果能對風(fēng)扇進(jìn)行改進(jìn)，增加對環(huán)境檢測這一項(xiàng)，在教室無人的時(shí)候就自動(dòng)關(guān)閉。這樣就避免了上述的不足，本次設(shè)計(jì)就是圍繞這一點(diǎn)來改進(jìn)電扇的。 第二章 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計(jì) 2.1 系統(tǒng) 總硬件電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)以 AT89C51 單片機(jī)為主體，通過提取熱釋電紅外傳感器檢測到的人體紅外線信息來控制電風(fēng)扇的開關(guān)狀態(tài)。電風(fēng)扇共有三種狀態(tài)：手動(dòng)狀態(tài)，定時(shí)狀態(tài)，停止?fàn)?態(tài)。手動(dòng)狀態(tài)可以人為地調(diào)節(jié)風(fēng)扇，定時(shí)狀態(tài)即調(diào)節(jié)定時(shí)時(shí)間，并設(shè)定是否啟動(dòng)定時(shí)，可以手動(dòng)退出該狀態(tài)。當(dāng)熱釋電紅外傳感器感應(yīng)不到人體的紅外線超過 3 分鐘系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)。數(shù)碼管顯示當(dāng)時(shí)的氣溫，當(dāng)定時(shí)啟動(dòng)時(shí)氣溫與定時(shí)時(shí)間以三秒的速度交替顯示。系統(tǒng)包括輸入、控制、輸出三大部分，如下： 2.2 熱釋電紅外傳感器模塊 2.2.1 熱釋電紅外傳感器原理簡介 熱釋電紅外傳感器通過目標(biāo)與背景的溫差來探測目標(biāo)，其工作原理是利用熱釋電效應(yīng)，即在鈦 酸鋇一類晶體的上、下表面設(shè)置電極，在上表面覆以黑色膜，若有紅外線間歇地照射，其表面溫度上升 T，其晶體內(nèi)部的原子排列將產(chǎn)生變化，引起自發(fā)極化電荷，在上下電極之間產(chǎn)生電壓 U。常用的熱釋電紅外線光敏元件的材料有陶瓷氧化物和壓電晶體，如鈦酸鋇、鉭酸鋰、硫酸三甘肽及鈦鉛酸鉛等。 實(shí)質(zhì)上熱釋電傳感器是對溫度敏感的傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，在元件兩個(gè)表面做成電極。在環(huán)境溫度有 T 的變化時(shí)，由于有熱釋電效應(yīng)，在兩個(gè)電極上會(huì)產(chǎn)生電荷 Q，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱的電壓 V。由于它的輸出阻抗極高，在傳感 器中有一個(gè)場效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換。熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷 Q會(huì)被 AT89C51 鍵盤輸入 熱釋電紅外傳感器 數(shù)碼管 發(fā)光二極管 蜂鳴器 繼電器 空氣中的離子所結(jié)合而消失，即當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時(shí)， T=0，則傳感器無輸出。當(dāng)人體進(jìn)入檢測區(qū)，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生 T，則有 T 輸出；若人體進(jìn)入檢測區(qū)后不動(dòng)，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出了。所以這種傳感器也稱為人體運(yùn)動(dòng)傳感器。由實(shí)驗(yàn)證明，傳感器不加光學(xué)透鏡 (也稱菲涅爾透鏡 )，其檢測距離小于 2m，而加上光學(xué)透鏡后，其檢測距離可增加到 10m左右。 原理圖如下： 2.2.2 熱釋電紅外傳感器應(yīng)用 熱釋電紅外線傳感器有三個(gè)端口，如圖 所示：一個(gè)接電源、一個(gè)接地、一個(gè)信號端口，當(dāng)有人進(jìn)入其檢測區(qū)域時(shí)，信號端口便產(chǎn)生一個(gè)電平跳變，并維持?jǐn)?shù)秒鐘，我們就是利用這個(gè)跳變來判斷是否有人在這個(gè)檢測區(qū)域 。 V C CV c c 1S IG 2GND 3紅外線傳感器 2.3 鍵盤輸入電路 本 設(shè)計(jì)中用到的按鍵數(shù)目不多，所以可以直接用 AT89C51 的通用 IO 端口且選用 AT89C51 的 P1 口作為鍵盤接口。對于按鍵只需一端接地另一端接 P1 口即可。見下圖： 2.4 數(shù)碼管顯示電路 2.4.1 741s164 簡介 移位 寄存器 中的數(shù)據(jù)可以在移位 脈沖 作用下一次逐位右移或左移，數(shù)據(jù)既可以并行輸入、并行輸出，也可以串行輸入、串行輸出，還可以并行輸入、串行輸出，串行輸入、并行輸出，十分靈活，用途也很廣。 74ls164 是八位串入并出移位寄存器，其工作電壓范圍4.755.25V，大于 2V 的高電平輸入、小于 0.8V 的低電平輸入， clock最高響應(yīng)頻率為 25MHZ，八位并行輸出可以直接驅(qū)動(dòng)八段數(shù)碼管。74ls164的引腳圖及功能圖如下所示： AN1 P 1 . x 2.4.2 共陰極八段數(shù)碼管簡介 數(shù)碼管 按段數(shù)可分為 七段數(shù)碼管 和八段數(shù)碼管， 按發(fā)光二極管單元連接方式可分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陰數(shù)碼 管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極 (COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 COM 接到地線 GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。 2.4.3 顯示電路設(shè)計(jì) 此顯示電路采用兩位靜態(tài)數(shù)碼管顯示，用八位串入并出移位寄存器 74LS164 作為驅(qū)動(dòng)電路，采用共陰極八段數(shù)碼管原理圖示意圖如C D E F G B A R O P 下： 從圖中可以看出 兩條 控制線： 1、數(shù)據(jù)線； 2、移位脈沖線。它只占用很少的 IO 口。 2.5 發(fā)光二極管電路 發(fā)光二極管 （ 英語： Light-Emitting Diode，簡稱 LED） 是一種能發(fā)光的 半導(dǎo)體 電子元件。 LED 只能往一個(gè)方向?qū)ǎㄍ姡?，叫?正向偏置 （正向偏壓），當(dāng)電流流過時(shí)，電子與空穴在其內(nèi)復(fù)合而發(fā)出單色光，這叫 電致發(fā)光 效應(yīng)，而光線的波長、顏色跟其所采用的半導(dǎo)體材料種類與摻入的元素雜質(zhì)有關(guān)。 發(fā)光二極管的 反向擊穿電壓 約 5 伏。它的正向 伏安特性曲線 很陡，使用時(shí) 必須串聯(lián)限流 電阻 以控制通過管子的 電流 。限流電阻 R 可用下式計(jì)算： R=（ E UF） /IF 由于 AT89C51 的 P0 口是開漏輸出，所以此電路可以設(shè)計(jì)位如下簡單形式： 2.6 繼電器控制電路 560 LED1VCC2.6.1 繼電器簡介 繼電器（英文名稱： relay）是一種電控制 器件 ，是當(dāng)輸入量（激勵(lì)量）的變化達(dá)到規(guī)定要求時(shí)，在電氣輸出電路中使被控量發(fā)生預(yù)定的階躍變化的一種電器。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動(dòng)關(guān)系。通常應(yīng)用于自動(dòng)化的控制 電路 中，它實(shí)際上是用小電流去控 制大電流運(yùn)作的一種 “ 自動(dòng)開關(guān) ” 。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。 2.6.2 繼電器控制電路的設(shè)計(jì)及工作原理 采用晶閘管也可以用于小電流控制大電流電路，但是其控制電路比較復(fù)雜，而采用繼電器其控制電路就比較簡單，且具有電氣隔離作用。雖然其響應(yīng)速度沒有晶閘管快但在低頻情況下采用繼電器控制電路較為方便。其電路圖如下所示： 電路工作原理簡介：當(dāng)控制端口為低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通繼電器吸合，常閉觸電斷開，常開觸點(diǎn)閉合。當(dāng)控制端口為高電平時(shí)三極管關(guān)斷，繼電器線圈通過二極管放電并斷開， 常閉、常開觸電復(fù)位。 第三章 系統(tǒng)主要軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 9 01 2112233665544繼電器 31122C O N 34 00 73.1 整體設(shè)計(jì)思路介紹 軟件設(shè)計(jì)整體思路：主程序部分進(jìn)行一些初始化；外部中斷 0 進(jìn)行紅外線感應(yīng)延時(shí)時(shí)間的重新加載；定時(shí)器 0 進(jìn)行鍵盤的掃描及相關(guān)操作；定時(shí)器 1進(jìn)行顯示、以及相關(guān)需要延時(shí)的操作。在顯示方面，進(jìn)行了一些改善 -要顯示的值有變化才進(jìn)行重新刷新，否則不刷新。這樣就大大提高了效率及最終的顯示效果。 3.2 主要部分流程圖 3.2.2 外部中斷流程圖 初始化內(nèi)部資源 啟動(dòng)時(shí)間和溫度顯示 拉高五個(gè)按鍵 啟動(dòng)定時(shí)器 讀取溫 主程序開始 外部中斷開始 紅外線感應(yīng)延 時(shí)重新初始化 3.2.3 定時(shí)器 0中斷 流程圖 3.2.4 定時(shí)器 1中斷流程圖 定時(shí)器 0開始 退出定時(shí)器 定時(shí)器重新 初始化 鍵盤消抖 定時(shí)狀態(tài) N 定時(shí)狀態(tài) 鍵盤操作 手動(dòng)狀態(tài) 鍵盤操作 停止?fàn)顟B(tài) 鍵盤操作 Y Y Y 手動(dòng)狀態(tài) N N 停止?fàn)顟B(tài) 定時(shí)器 1 開始 定時(shí)器 1 重新初始化 定時(shí)狀態(tài) 手動(dòng)狀態(tài) 停止?fàn)顟B(tài) N N 顯示時(shí)間 顯示時(shí)間 Y Y Y 如果有定時(shí)則定時(shí)倒計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)結(jié)束關(guān)閉電風(fēng)扇 結(jié)束語 附錄 程序清單 /* touwenjian.h */ typedef unsigned char byte； typedef unsigned int word； /以下管腳配置 /顯示部分 sbit DB=P20； sbit CP=P21； /發(fā)光顯示部分 sbit LED_dingshi=P00； sbit LED_shoudong =P01； /鍵盤定義部分 #define wujian 0x3f sbit KEY1=P10 ； /狀態(tài)轉(zhuǎn)換 /啟動(dòng) sbit KEY2=P11 ； /+10 / 1 sbit KEY3=P12 ； /-10 / 2 sbit KEY4=P13 ； / 3 sbit KEY5=P14 ； / 0 確定 /繼電器控制部分 sbit JDQ1=P24； /0 表示開通， 1表示關(guān)斷 sbit JDQ2=P25； sbit JDQ3=P26； /蜂鳴器部分 sbit call=P27； /低電平鳴叫 /* 從 1-wire 總線上讀取一個(gè)字節(jié)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 /數(shù)據(jù)區(qū) #define time_default 41 byte dingshi_time=time_default；/存放定時(shí)時(shí)間 bit flag_dingshi=0； /0 表示沒有定時(shí) word dingshi_jishu3=1000；/1000*60=1 分鐘 / bit flag_dingshi_delay=0；/1 表示有 byte dingshi_delay=100； / #define hwx_delay_const 3 /人體感應(yīng)延時(shí)時(shí)間 byte hwx_delay=hwx_delay_const；/用于保存紅外線觸發(fā)延長時(shí)間 word hwx_jishu1=0； / byte time_stor=100； /存儲(chǔ)主觀時(shí)間 /觸發(fā)顯示 / enum station0dingshi,shoudong,weakstate； /函數(shù)說明區(qū) 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() /定時(shí)器 0 用于鍵盤掃描 TMOD=0x01|TMOD；/定時(shí)器 0 的 1 方式 TH0=0xd8；TL0=0xf0； /定時(shí)器 0 初始化 10ms 掃描一次 /定時(shí)器 1 用于顯示 TMOD=0x10|TMOD；/定時(shí)器 1 的 1 方式 TH1=0x15；TL1=0xA0； /定時(shí)器 1 初始化 60ms 中斷一次 /外部中斷 TCON=TCON|0x01；/外部中斷 0 都下降沿觸發(fā) /以下為開啟部分 IP=0X01； /兩個(gè)定時(shí)器同等優(yōu)先級 IE=0x8b； /開啟定時(shí)器 0， 1，外部中斷 0 中斷 / while(Real_Tem()=85)； P1=P1|0X7C； /拉高五個(gè)鍵盤 time_stor=100； /兩個(gè)不可能值 /用于啟動(dòng)顯示 / TR0=1； /開啟定時(shí)器 0 TR1=1； while(1) time=Real_Tem()； /* 定時(shí)器 0中斷服務(wù)子程序 功能：進(jìn)行鍵盤處理 說明：鍵盤輸入為 P1.0 到 P1.4 */ void time0(void) interrupt 1 byte jianpan； TH0=0xd8；TL0=0xf0； jianpan = P1 & wujian； if(jianpan != wujian) /如果還有鍵盤值提取鍵盤值 delay(500)；/延時(shí)消抖 jianpan = P1 & wujian； if(jianpan=wujian)goto time_out； switch(state) case dingshi: if(KEY1=0)/狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)做些相應(yīng)的處理 state=shoudong； LED_shoudong=0； flag_dingshi_delay=0；dingshi_delay=100； time_stor=100；wendu_stor=100；/觸發(fā) 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)/定時(shí)與否 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) /狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)做些相應(yīng)的處理 time_out: ； /* 定時(shí)器 1中斷服務(wù)子程序 功能 : 用于定時(shí) 0.060s */ void timer1(void) interrupt 3 TH1=0x15；TL1=0xa0； / /紅外線到記時(shí) EX0=0； if(hwx_jishu10)dingshi_jishu3-； else dingshi_jishu3=1000； if(dingshi_time1)dingshi_time-； elseweak_default()； /5 秒延時(shí) 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()； /顯示 switch(state) case di