基于單片機的電腦機箱風扇溫控系統(tǒng)的設(shè)計

1、 20152015 屆畢業(yè)設(shè)計說明書屆畢業(yè)設(shè)計說明書 基于單片機的電腦機箱風扇溫控系統(tǒng) 院 、 部： 電氣與信息工程學(xué)院 學(xué)生姓名： 朱杭亮 指導(dǎo)教師： 龍卓珉 職稱 講師 專 業(yè)： 自動化 班 級： 自本 1103 完成時間： 2015 年 6 月 摘摘 要要當今市面上所使用的電腦機箱散熱方式基本是使用散熱風扇，但是存在的不足也是可見的，剛開始一般不會看出什么問題，但是用久了明顯會感覺到風扇發(fā)出的噪音特別影響用戶的體驗，還有高耗電量也有違綠色環(huán)保概念，這成為了一個令人費解的問題。很多有創(chuàng)新頭腦的人們經(jīng)過研究比較，發(fā)明了液冷散熱和液氮散熱，它們都是利用元素的特性來降低機箱內(nèi)部空氣的溫度，這個方

2、法雖然看似可行，但畢竟不適用于全部人，因為資源的不足以及高成本是個大問題。如何解決散熱問題已經(jīng)成為當務(wù)之急。該設(shè)計擬使用 AT89S52 芯片作為主控芯片設(shè)計一個智能控制的電腦機箱風扇溫控系統(tǒng)，能夠根據(jù)機箱內(nèi)溫度的改變控制風扇以不同速度運轉(zhuǎn)，并通過LCD 液晶顯示屏顯示溫度、轉(zhuǎn)速和時間，系統(tǒng)優(yōu)化方面用到了復(fù)位電路，看門狗電路以及報警電路，系統(tǒng)還預(yù)留了很多可擴展口。通過 Proteus 仿真該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)各項功能。 關(guān)鍵詞：單片機；風扇；看門狗ABSTRACTOn the market today,the computer case cooling way we used is basicall

3、y using cooling fan, but the deficiencies are also visible, generally do not see any problems at first, but as time goes we can feel the noise from fan particularly affect the user experience,and there are high power consumption also works against the green environmental protection concept, it has b

4、ecome a puzzling problem. A lot of people who have innovative mind compered after study, invented the liquid-cooled heat and liquid nitrogen cooling, they are all useing the characteristics of the element to reduce the case of internal air temperature, this method looks plausible, but after all is n

5、ot applicable to all people, because of the lack of resources and high cost. How to solve the cooling problem has become a top priority.The design intends to use AT89S52 chip as the main control chip to design a computer case fan temperature control system of intelligent control, according to the ch

6、ange of temperature inside the case to control fan running at different speed, and shows the temperature, speed, and time through the LCD display, in the aspect of system optimization,it used reset circuit, watchdog circuit and alarm circuit, system also set aside a lot of extensible mouthes. The sy

7、stem can realize the function through the Proteus simulation. Key words single chip microcomputer; Fan; watchdog目目 錄錄1 緒論.1 1.1 設(shè)計背景.1 1.2 設(shè)計目的.1 1.3 設(shè)計要求.12 硬件電路設(shè)計.2 2.1 工作框圖.2 2.2 硬件總原理圖.2 2.3 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能.3 2.4 系統(tǒng)電源.3 2.5 芯片介紹.3 2.5.1 主控芯片.3 2.5.2 MAX706“看門狗”芯片.6 2.6 時鐘頻率電路設(shè)計.7 2.7 復(fù)位電路設(shè)計.8 2.8 1602 顯

8、示電路設(shè)計 .9 2.9 PWM 調(diào)速電路設(shè)計 .10 2.10 報警電路設(shè)計.12 2.11 看門狗電路設(shè)計.13 2.12 測溫電路設(shè)計.143 軟件設(shè)計.17 3.1 系統(tǒng)工作總流程.17 3.2 PWM 調(diào)速程序 .18 3.3 DS18B20 測溫程序 .18 3.4 計時程序.19 3.5 看門狗程序.20 3.6 LCD1602 顯示程序 .21 3.7 報警程序.22 3.8 風扇測速程序.234 系統(tǒng)仿真.24 4.1 仿真軟件介紹.24 4.2 仿真結(jié)果.24 4.3 仿真分析.26結(jié)束語.27參考文獻.28致 謝.31附 錄.3201 緒論1.1 設(shè)計背景科學(xué)的發(fā)展如此迅

9、速，人們對更高品質(zhì)生活的追求已經(jīng)日益強烈，PC 的出現(xiàn)無疑開辟了一個新領(lǐng)域，集如此多功能于一身，使得人們已經(jīng)離不開 PC 這個功能強大的伙伴。以前的 PC 并沒有像現(xiàn)在一樣需要運行如此多的程序，因而發(fā)熱量和頻率都很低，不用擔心散熱的問題，最多也只是采用普通的散熱片進行散熱。但是隨著時代的發(fā)展，人們對于 PC 的要求越來越高。PC 所承擔的任務(wù)也越來越繁多，芯片的散熱問題已經(jīng)影響了 PC 的生存發(fā)展。散熱問題的產(chǎn)生，使得人們想出了各種各樣的方法去解決它。大多數(shù)人使用的一般都是散熱片加散熱電扇的方法，當然還有高手使用的是液冷散熱和液氮散熱等等。據(jù)我們所知，電腦機箱是近似于封閉狀態(tài)，把機箱里面的熱量

10、排出去是根本的解決辦法，那是不是多加幾臺散熱電扇就可以解決這個問題呢，但隨之而來的問題也是一大堆，比如噪音大，更費電，既影響了自己也影響著他人，而且現(xiàn)在提倡綠色低碳環(huán)保，這無疑不能成為一個有效的方法，為了解決這一難題，所以便有了今天這個課題的出現(xiàn)。1.2 設(shè)計目的能夠隨時讓用戶知道現(xiàn)在機箱內(nèi)到底多少度，并且能在不用用戶動手的情況下輕松調(diào)節(jié)散熱風扇的運轉(zhuǎn)速率，更好的散熱能讓用戶放心，同時噪音問題和污染問題也得到了更好的解決。1.3 設(shè)計要求 （1）機箱內(nèi)的溫度的改變會造成風扇運轉(zhuǎn)速率的改變，當測到溫度如果小 于二十五度，風扇不會轉(zhuǎn)動，如果里面溫度比五十度還高，為了散熱， 風扇就會以最快的速率轉(zhuǎn)動

11、，可想而知，如果溫度處于二十五度和五 十度之間，風扇速率就會依據(jù)溫度變化做出調(diào)整。（2）整個系統(tǒng)運行的時間可以讓用戶清楚看到。（3）風扇的運轉(zhuǎn)速率用戶可以清楚看到。（4）測到的溫度情況用戶能夠清楚看到。 （5）當沒有測到機箱內(nèi)部溫度時，蜂鳴器會發(fā)出聲音提醒用戶，液晶屏也 會一閃一閃說明出故障了。相反的還有一種情況就是里面溫度過高了，1 超過了五十度，用戶也能通過聲音和顯示屏了解到。2 硬件電路設(shè)計2.1 工作框圖控制核心當然是由單片機來做，其他各模塊都需要通過控制核心來實現(xiàn)各自的功能，并相互促進。具體的運行流程如下：通過溫度測試電路測到的溫度，經(jīng)過單片機響應(yīng)，把命令信號送至各個模塊，風扇控制電

12、路會根據(jù)接收到的信號采取相應(yīng)的動作：停轉(zhuǎn)或變速，看門狗電路作為監(jiān)視電路，它和報警電路擔任著系統(tǒng)的穩(wěn)定性保護的作用，整個系統(tǒng)就能夠安全地完成它的任務(wù)了。工作框圖如圖 1 所示。 時鐘晶振 復(fù)位電路 溫度測試 看門狗 電路 電路 電路 AT89S52 單片機 LCD1602 顯示 PWM 風扇控制電路 報警電路 電路 圖 1 系統(tǒng)工作流程2.2 硬件總電路圖AT89S52 作為硬件電路的核心，再加上晶振和復(fù)位電路，共同構(gòu)成了單片機最小控制系統(tǒng)。顯示電路上，采用的是 LCD1602 顯示器，在 1602 顯示電路上采用的是可控背光設(shè)計，今后如有所需可關(guān)閉背光。把兩個 8050 的三極管并聯(lián)構(gòu)成風扇的

13、控制電路，這樣做是能夠把最大電流限度拉高，以適應(yīng)多電扇同時運作。使用單排插是為今后需求所保留的擴展口1。22.3 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能基于單片機的電腦機箱風扇溫控系統(tǒng)在控制核心上面選擇了單片機，在另外的模塊中比如顯示電路、調(diào)速方式等也做了測試比較，最終完成的一個性能優(yōu)秀的溫控系統(tǒng)。其主要性能中較為突出的幾個包括了 LCD 顯示溫度、時間，風扇速率的實時監(jiān)視和測量，還有就是對于故障情況下的報警功能等，這些都給了用戶一個方便可靠的依托，替用戶分擔了很多意料之外的故障情況。每一個事物都是需要追求完美的，在完成這些功能的同時，其還保存了相當多有用的可擴展口，可依據(jù)以后的發(fā)展前景再另外設(shè)置其他一些實用的功能2

14、。 2.4 芯片介紹2.4.1 主控芯片微控制器的核心地位體現(xiàn)在各類裝置設(shè)備上，此次也不例外。眾所周知，AT89S52 作為市面上大多數(shù)人的不二選擇，其性價比毋庸置疑，而且不用擔心貨源不足，其兼容性和耐用性也是人們選擇它的原因之一。其由 ATMAL 公司制造，已經(jīng)是一個在單片機發(fā)展中比較成熟的型號了3。微控制器中的硬件與軟件并沒有嚴格的界限之分。硬件是指組成微機系統(tǒng)的全部物理裝置的總稱，軟件系統(tǒng)是微控制器使用的全部程序的統(tǒng)稱，硬件相當于物質(zhì)基礎(chǔ)，而要控制微機必須靠軟件系統(tǒng)，除了和微機交換訊息以外，還能命令微機做其他各種工作。兩者在一起才構(gòu)成一個完整的單片機系統(tǒng)。AT89S52 單片機是 ATM

15、AL 公司 89 系列單片機中的一種具有 8 位 Flash 存儲器的單片機，在單片機的進化過程中，其最具代表性的地方是片內(nèi)含有Flash 存儲器，使它的應(yīng)用范圍變得更寬廣，用于解決各種復(fù)雜的控制問題，特別是在生產(chǎn)手提式儀器，便攜式商品等方面，且成本較低。如圖 2 是它的引腳圖。3 圖 2 引腳圖AT89S52 是一個 8 位的耗功比較低，性能優(yōu)秀的 CMOS 微控制器，里面含有8k Bytes 只讀程序存儲器，它可以重新擦寫 1000 多次，由 ATMEL 公司制造，使用的是性價比高且不容易丟失的存儲技術(shù)，更重要的是它可以與工業(yè)中的80C51 相互兼容，里面還擁有 8 位中央處理器和 ISP

16、 Flash 存儲單元，因此它成為了很多應(yīng)用上以及許多工業(yè)中廣泛采用的控制芯片4。它的特點比較多，具體見下：它能夠與 MCS-51 系列單片機相互兼容，有四十個引腳，8kbFlash 片內(nèi)程序存儲器,至少可以重復(fù)擦寫一千多次，工作電壓范圍寬，為 4 到 5.5V，擁有 256B 隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），三個十六位的可以進行程序編寫的定時計數(shù)器，三十二個外部雙向輸入/輸出口，五個中斷優(yōu)先級，兩層中斷嵌套中斷，還有兩個全雙工串行通行口，看門狗電路5。此外，AT89S52 的振蕩頻率可以為 0HZ，而且可以人為進行改寫程序使他進入省電模式，一般在空閑的時候，CPU 會停止沒用的活動，而一些有用

17、的程序還是會繼續(xù)運行，比如說定時器，計數(shù)器，串行口，中斷服務(wù)程序等，一般為了保護數(shù)據(jù)，系統(tǒng)在掉電的時候回保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止其他的作用，直到中斷開啟或者說有人為的開啟。外觀上，它又有三種不同的封裝模式，如LCC、PDIP 和 TQFP，可以根據(jù)客戶的需要變換形式6。4圖 3 AT89S52 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖現(xiàn)在大多寄存器都具有了其特殊的功能，功能的不同也成為不同寄存器的區(qū)分標準。AT89S52 單片機就是其中之一。我們也叫它們專用寄存器（Special Function Register）。共含有二十二個不同寄存器。其地址單元是在 RAM 地址中的，也就是我們常用到的 80HFFH 中7。詳細

18、名稱及地址見表 1。表 1 AT89S51 特殊功能寄存器列表符號地址注視*ACC0E0H累加器*B0F0H乘法寄存器*PSW0D0H程序狀態(tài)字SP81H堆棧指針DPL82H數(shù)據(jù)存儲器指針低 8 位DPH83H數(shù)據(jù)存儲器指針高 8 位*IE0A8H中斷允許控制器*IP0D8H中斷優(yōu)先控制器*P080H端口 0*P190H端口 1*P20A0H端口 2*P30B0H端口 3PCON87H電源控制及波特率選擇*SCON98H串行口控制器SBUF99H串行數(shù)據(jù)緩沖器*TCON88H定時器控制5TMOD89H定時器方式選擇TL08AH定時器 0 低 8 位TL18BH定時器 0 高 8 位TH08CH

19、定時器 1 低 8 位TH18DH定時器 1 高 8 位在 80HFFH 地址中包含了所有的特殊功能寄存器，但除去這些寄存器，還有很多未被用到的地址，里面的內(nèi)容我們是不知道的，一般來說不會去操作這些單元，如果去操作的話，會得到一些隨機的數(shù)值，寫入進去也是沒用的。所以，我們不能把數(shù)據(jù)寫入這里，當然這些單元的存在肯定是有意義的，公司將來挖掘新的功能時就會使用到它們。2.4.2 MAX706“看門狗”芯片MAX706 在監(jiān)控整個電路方面表現(xiàn)十分出色，我們也叫它 “看門狗”芯片，由于其表現(xiàn)出的優(yōu)良性能也使它越來越受歡迎。其內(nèi)部本身就設(shè)有一個1.6s 的看門狗定時器，還有一個電源電壓監(jiān)視器和電源故障報警

20、器?？上攵?，其就是用來檢測電池、電源電壓及 MPU 和 MCU 的工作狀態(tài)8。引腳圖如圖 4 所示。 圖 4 引腳圖引腳說明：MR：人工復(fù)位 PFI：電源掉落電壓監(jiān)測輸入 WDI：看門狗輸入 WDO：看門狗輸出 RESET：復(fù)位信號輸出基本參數(shù)： 工作電壓范圍：1.05.5V 電源電流：150350V 復(fù)位閔值：4.254.5V 6復(fù)位脈沖寬度：140280(mm) 輸出電壓：0.4V 看門狗超時周期：1.6s上拉電流：100600V MR 脈沖寬度：150（mm） MR 輸入閔值：0.82.0V PFO 輸出電壓：-1.50.4V 存儲溫度范圍：-65160工作溫度范圍：-4085焊接溫度

21、范圍：+3002.5 系統(tǒng)電源由于本系統(tǒng)是基于單片機的風扇控制，所以單片機和風扇都要電源供應(yīng)，供應(yīng)電扇的電壓要控制在 12V，單片機系統(tǒng)的供給電源沒有特別的要求，總共兩路電源，都可直接用電腦本身的電源，畢竟本系統(tǒng)是在電腦機箱的內(nèi)部運作的。PC 所使用的電源大多是是多路輸出的 AC-DC 開關(guān)電源。按標準要求來制定，則其他各組輸出需分別采用顏色不同的導(dǎo)線。具體如下：3.3V 的使用的導(dǎo)線呈橘黃色，而 5V 的使用的則是紅色導(dǎo)線，接地的導(dǎo)線為黑色，其他各路 12V 的看上去區(qū)別都不大，都是黃色或偏黃色（黃色與其他顏色搭配在一起）。另外還有一些接口的導(dǎo)線具體如下：4pin(2*2)的一邊接了 12V

22、 導(dǎo)線，另一邊是地線，同樣的是 6pin 和 8pin 也是一邊接地，一邊接了 12V 的導(dǎo)線；另外，在4pin(2*2)中，D 型接口總共四根，一根 12V，一根 5V 還有兩根接地，軟驅(qū)供電同上；SATA 供電接口有一根 3.3V，一根 12V，一根 5V，還有 2 根接地。在電壓符合的情況下，此次設(shè)計最終決定借用 D 型接口。表 2 PC 電源不同顏色線定義編號顏色定義1綠色開機信號2藍色-12V3黃色+12V4紫色5VBS5灰色PWR OK6橘黃色+3.3V7黑色GND8紅色+5V72.6 復(fù)位電路設(shè)計不論什么情況下，計算器啟動或運行都要先進行復(fù)位，復(fù)位有很多種，對于 8051 系列都

23、是用的上電復(fù)位。不論何種復(fù)位，其作用都是讓系統(tǒng)和裝置回到最開始的時候，再接著運行下去。如果在 RET 復(fù)位引腳端上再接一個適當大小的電容，使其變?yōu)?5V，在接地端再加一個電阻，上電復(fù)位就能順利完成了。如圖 5 所示。圖 5 復(fù)位電路要使電路能夠安全持續(xù)的運行下去，復(fù)位電路在其中的作用不容小覷，復(fù)位電路也分好多種類，這里使用了兩種復(fù)位電路，按鍵復(fù)位以及上電復(fù)位。上電復(fù)位的工作過程：剛通電情況下，電流在電路里達到最大值，此時電容是正在充電的狀態(tài)，RET 端屬于高電平狀態(tài)，因為電容端類似于短路，在很短暫的時間過后，電流穩(wěn)定下來了，流經(jīng)電容的電流變 0 了，RST 是低電平，所以程序就繼續(xù)運轉(zhuǎn)下去了。

24、按鍵復(fù)位的工作過程：當用戶摁下按鍵，RST 與 VCC 可視為直接相連，此時電容類似于短路，不摁按鍵，VCC 類似于對把電流由導(dǎo)線灌輸?shù)诫娙葜校驗榻佑幸粋€電阻，RST 還是高電平狀態(tài)，直至充電完，電容斷開，RST 才變?yōu)榈碗娖?。從按下到松開這段時間已經(jīng)足夠滿足復(fù)位對時間的要求了。程序繼續(xù)安全地工作。表 3 MCS-51 系列單片機復(fù)位后內(nèi)部各單元的初始狀態(tài)寄存器初始狀態(tài)值寄存器初始狀態(tài)值PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100H8DPTR0000HTL100HP1、P2、P3、P40FFHSCON00HIPxxx0

25、0000BPCON0 xxx0000BIE0 xx00000BSBUF不定2.7 時鐘頻率電路設(shè)計單片機只靠自己是無法運行的，必須通過時鐘的引導(dǎo)。而其本身在內(nèi)部就存放著一個時鐘振蕩電路，所以當存在一個振蕩源時，其發(fā)出的信號可以使片內(nèi)其他單元做出響應(yīng)，從而可以決定其工作速率的大小。原理圖如圖 6 所示。圖 6 晶振電路經(jīng)過比較選擇的石英晶體振蕩器，是一種比較新穎的脈沖發(fā)生器。運行原理如下：先接通電源加電，差不多延遲 10ms 之后，此電路的振蕩器起振，XTAL2 引腳處會出現(xiàn)一個正弦波信號，大小約為 3V，石英晶振的頻率決定了其振蕩頻率。電路中的兩個電容 C3，C4，對振蕩器起到了幫助起振和微調(diào)

26、頻率的作用。C3，C4 的值一般為 33PF。單片機在工作的時候，其時鐘周期不限于是內(nèi)部產(chǎn)生的還是外部直接輸入的,用一除以時鐘信號頻率就會得到該值，兩者屬于倒數(shù)關(guān)系。2.8 1602 顯示電路設(shè)計液晶顯示屏消耗的功率很低，本身也很輕巧方便，但其卻能顯示很多內(nèi)容，已經(jīng)越來越多的被使用，并得到了廣泛好評，尤其是在一些袖珍電子儀器和系統(tǒng)中。本系統(tǒng)用到的是 LCD1602 液晶是一種點陣型液晶模塊，鑒于其可以顯示數(shù)字、字母和符號等，我們也稱它為字符型液晶，它不能顯示圖像是因為它的結(jié)構(gòu)的特殊性，是由若干個五乘以十一或者五乘以七等點陣字符位構(gòu)成的，每個單元都能顯示一個字符，且每一位每一行之間都存在空隙，大

27、小相當于一個點距，所以有了字間距和行間距的概念9。其外觀圖如圖 7 所示。9 圖 7 LCD1602 外觀圖管腳功能： 1602 采用標準的 16 腳接口，其中： 第 1 腳：VSS 為電源地 第 2 腳：VDD 接 5V 電源正極 第 3 腳：V0 為對比度調(diào)整端， 其對比度在接電源正極時最弱，接地時 則相反（如果太高的話 會產(chǎn)生類似“鬼影”的東西）。 第 4 腳：RS 為寄存器選擇，高電平 (1)時選擇數(shù)據(jù)寄存器 ，低電平(0) 時選擇指令寄存器。 第 5 腳：RW 為讀寫信號線，高電平 (1)時進行讀操作，低電平 (0)時進 行寫操作。 第 6 腳：E(或 EN)端為使能(enable)

28、端。 第 714 腳：D0D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端。 第 1516 腳：空腳或背燈電源。 15 腳背光正極， 16 腳背光負極。 1602LCD 特性：(1)+5V 電壓，對比度可調(diào) (2)內(nèi)含復(fù)位電路 (3)提供各種控制命令,如清屏、顯示移位、光標閃爍、字符閃爍等多種功能。 根據(jù) 1602 引腳功能設(shè)計 的電路圖如下。其中單片機 P0 口用做數(shù)據(jù)口，P2 口高三位做控制口。 其 15 腳則連接單片機控制的三極管，用來控制背光的開與關(guān)。如圖 8 所示。10圖 8 LCD1602 電路2.9 PWM 調(diào)速電路設(shè)計脈寬調(diào)制(Pulse Width Modulation，簡稱 PWM)調(diào)速系統(tǒng)，簡

29、稱脈寬調(diào)制，最早是用于那些功率不大，不可逆的驅(qū)動，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用在測量、通信等眾多領(lǐng)域之中，受到了廣泛好評。脈寬調(diào)制是一種常用的簡易模擬控制方式，晶體管內(nèi)存在的柵極和基極會受到脈寬調(diào)制的控制，依據(jù)其所載的電荷的多少，從而控制晶體管的開關(guān)還有其導(dǎo)通時間長短，電源的輸出電壓在工作條件變化能夠保持恒定就是靠這種方法實現(xiàn)的，微處理器復(fù)雜多變的數(shù)據(jù)輸出同時也為了其控制模擬電路創(chuàng)造了顯著有效的途徑。 PWM 控制技術(shù)操作簡單，應(yīng)答性強，已經(jīng)成為電力電子技術(shù)中應(yīng)用最廣的控制方式，同時也是現(xiàn)代人們專研的熱門10。本系統(tǒng)中，采用就 NPN8050 三極管，三極管的導(dǎo)通和截止是靠單片機輸出占空比的方波的變化來控制的

30、，而其時間的長短控制著風扇轉(zhuǎn)速的大小。因為考慮到存在集電極電流不是很大的原因，于是在電路上并聯(lián)了兩只 8050。如圖9 所示。8050 三極管參數(shù)： 類型:開關(guān)型; 極性:NPN; 材料:硅; 最大集存器電流:0.5A; 直流電增益:10 到 60; 11 頻率:150MHz 功耗:625MW; 最大集存器發(fā)射電（VCEO）:25; 圖 9 PWM 電路本系統(tǒng)演示時所采用的風扇為一個 3pin 風扇如圖 10 所示。具體參數(shù)如下： 外觀尺寸：70mm70mm15mm 轉(zhuǎn)速參考：280010%RPM 軸承類型：雙滾珠軸承 使用壽命：60000 小時 噪音參考：14DB3DB 風量參考：23.38

31、CFM 額定電壓：12V 額定電壓：0.14A 接口類型：主板 3pin 口 轉(zhuǎn)速監(jiān)測：支持 包裝類型：原包裝 適用范圍：CPU 風扇替換，小機箱風扇12圖 10 被控風扇其 3pin 接口，紅線為+12V 輸入，藍線為轉(zhuǎn)速信號輸出，黑線接地。關(guān)于轉(zhuǎn)速的信號是每轉(zhuǎn)一圈會輸出 2 個脈沖信號11。2.10 報警電路設(shè)計 整個系統(tǒng)必然會有各種大大小小的瑕疵，如何解決這些瑕疵是一個關(guān)鍵性問題，我們在生活中常常會接觸的報警系統(tǒng)可以為這個難題做很好的解釋，簡而言之就是說加入一個報警電路可以為整個系統(tǒng)提供良好的運行環(huán)境。如下圖就是報警電路的線路圖。9012 三極管作了主導(dǎo)結(jié)構(gòu)，整個報警電路的運行都是圍繞其

32、來完成的，什么時候?qū)ê褪裁磿r候截止關(guān)系著內(nèi)部蜂鳴器的響聲。工作原理大致如下：外界的不定因素很容易影響蜂鳴器的發(fā)聲，因此在系統(tǒng)處于剛開始的狀態(tài)時，MCU 上的 P20 口一直保持著高電平，這樣做就不會在沒有必要的時候聽到蜂鳴器叫，讓用戶無法辨認是出故障或是真正需要報警了。正常情況下來說，系統(tǒng)認為符合了報警的需求了，就會在 P20 口輸出低電平信號，9012 三極管就接通了，蜂鳴器此時發(fā)聲來提醒用戶應(yīng)對故障情況12。圖 11 報警電路132.11 看門狗電路設(shè)計單片機構(gòu)成的微機系統(tǒng)中，單片機的正常運行狀態(tài)總會被外界所影響，程序運行不流暢，中斷，或進入死循環(huán)，進一步影響到由單片機控制的整個系統(tǒng)受到

33、或多或少的影響，對生產(chǎn)生活造成很嚴重的后果，為了解決這個關(guān)鍵問題，既然不能改變外界的電磁場，則需要時刻都知道單片機的運行狀態(tài)，由此出現(xiàn)了一種可以隨時了解對象單片機運行是否正常的芯片，我們叫“看門狗”13?？撮T狗，用專業(yè)術(shù)語來講就是 watchdog timer，它內(nèi)置的一個輸入口根據(jù)其有趣的名字有了一個形象的稱呼，我們叫喂狗端，在 MCU 正常運行的時候，每過一定時間便會發(fā)一個信號到喂狗端，使 MDT 清零，如果信號中斷了或是超過一定時間（一般在程序運轉(zhuǎn)出現(xiàn)故障時），就發(fā)出另一個復(fù)位信號回到MCU，MCU 接到信號就會自動復(fù)位，從而繼續(xù)運行，簡單來說，看門狗的設(shè)計主要就是用來防止 MCU 程序

34、中斷、發(fā)生死循環(huán)或者死機的14。單片機系統(tǒng)看門狗包括軟件看門狗和硬件看門狗兩種。軟件看門狗借用的是 MCU 內(nèi)置的計數(shù)器或定時器單元，只要在程序中合適的地方插入“喂狗”指令,當程序停轉(zhuǎn)或是進入死循環(huán),就可以利用軟件給程序計數(shù)器 PC 重新賦值,強行使程序能夠從頭開始安全地運行下去。 此次設(shè)計中并沒有使用 AT89S52 軟件看門狗，而是更看重硬件看門狗強大的功能。其電路圖如圖 12 所示。借由 MAX706 的引腳功能，在 1.6 秒內(nèi)，若 6 腳電平?jīng)]有任何改變，那么Max706 將在 7 腳發(fā)出一個 200ms 的低電平復(fù)位信號。真正實行時只需在規(guī)定的時間范圍（1.6s）內(nèi)實施喂狗這一指令

35、，就不會有信號發(fā)出去，從而讓系統(tǒng)又進行沒必要的復(fù)位動作。圖 12 看門狗電路142.12 測溫電路設(shè)計此次設(shè)計對溫度傳感器的要求可謂相當高，經(jīng)過比較，最終決定了由DALLAS 公司制造出來的“一總線”數(shù)字溫度傳感器（DS18B20），相比其他的傳感器，其性能優(yōu)秀，體型也小，可以同時使用多個，掛在同一根通信線上也方便，很適合做一個測溫系統(tǒng)。它的引腳圖如圖 13 所示。所有在測溫系統(tǒng)總會存在一個關(guān)鍵性問題，也就是外界的不定因素對測量結(jié)果的影響，比如引線過長、所需測量的點太多等，還有就是環(huán)境本身存在的各種能干擾測量數(shù)據(jù)的電場磁場，這些問題一直困擾這用戶和開發(fā)者。但DS18B20 的出現(xiàn)，其強大的特征

36、讓這些困擾問題有了更好的解決。首先，DS18B20 相比其他同類產(chǎn)品，測溫范圍擴大到了55和125之間，并且在一定范圍內(nèi)誤差可以精確到0.5。其次，它的分辨率范圍也更寬更準確，用戶可以從 912 位之中進行挑選。其可以直接連接單片機，就不用再通過其他一些復(fù)雜的硬件結(jié)構(gòu)，降低了成本和失誤率。其最突出的特點就是“一線總線”，顧名思義，就是說其他產(chǎn)品需要用到很多線的情況下，它只要用一根線就能完成相同的工作，這也是解決干擾性問題的最主要的原因。在設(shè)計制作上，準備一個阻值大一點的電阻是必須的，首先數(shù)據(jù)腳的上拉需要電阻，由于 DS18B20 是單總線溫感，在沒有接電源的情況下，需強上拉數(shù)據(jù)線供電，若接有電

37、源，則只一次上拉就可以使 DS18B20 持續(xù)運行。此外，如果在不存在溫度傳感器的情況下，此電阻也扮演關(guān)鍵角色，負責后面的電路的保衛(wèi)工作。也如圖 13 所示。 圖 13 DS18B20 引腳和設(shè)計圖DS18B20 有 4 個主要的數(shù)據(jù)部件：1）光刻 ROM 中的 64 位序列號可當成是該 DS18B20 的固定地址序列碼，是不能改變的。它的排列規(guī)律如下：開始 8 位（28H）是產(chǎn)品類型標號，接著的48 位是該 DS18B20 其本身的序列號，最后 8 位則是前面 56 位的循環(huán)冗余校驗15碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻 ROM 的作用就是使每個 DS18B20 都各不一樣，這樣就能夠

38、在一根總線上掛接多個 DS18B20 了。2）DS18B20 中的溫度傳感器的作用是測量溫度，以 12 位轉(zhuǎn)化作為例子：用 16 位符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供，以 0.0625/LSB 形式表達出來，其中 S 為符號位。如表 4 所示：表 4 溫度值格式表LS ByteBit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0322212021-22-23-24-2MS ByteBit15Bit14Bit13Bit12Bit11Bit10Bit9Bit8SSSSS625242以上是 12 位經(jīng)過轉(zhuǎn)化后得到的數(shù)據(jù)，分別儲存在 18B20 的兩個 8byte 的RAM 內(nèi)，二進制中的前

39、面 5 位是符號位，如果測得的溫度大于 0，那這 5 位就是0，所測的數(shù)值乘以 0.0625，便可計算出實際的溫度；如果溫度小于 0，那這 5位就是 1，測到的數(shù)值需要取反再加 1 再乘以 0.0625 才可得到實際的溫度。3）DS18B20 溫度傳感器的存儲器。DS18B20 溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括了一個非易失性可電擦除的 EEPRAM 和一個高速暫存 RAM,前者存放了高溫度和低溫度觸發(fā)器 TH、TL 和結(jié)構(gòu)寄存器。 4）配置寄存器。該字節(jié)各位的意義如下：表 5 DS18B20 配置寄存器 由表 3 看出，低 5 位一直為 1，TM 是測試模式位，其作用是控制 DS18B20在工作模式

40、和測試模式之間的轉(zhuǎn)換。在 DS18B20 出廠時 TM 被設(shè)置為 0，無需修改。分辨率的高低由 R1 和 R0 來控制，具體如表 6 所示：（出廠為 12 位）表 6 分辨率設(shè)置表R1R0分辨率最大轉(zhuǎn)換時間009 位93.78ms0110 位187.5ms1011 位375ms1112 位750ms從 DS18B20 通訊協(xié)議得知，要使主機控制下的 DS18B20 完成溫度轉(zhuǎn)換必須完成三個步驟：確保每一次讀寫前都對 DS18B20 進行了復(fù)位，復(fù)位成功后就會先發(fā)出一條 ROM 指令，最后再發(fā)出 RAM 指令并傳輸出去，這樣做DS18B20 預(yù)定的操作才能實現(xiàn)。復(fù)位的操作如下：讓主 CPU 先將

41、數(shù)據(jù)線下拉16500us，釋放，在確保 DS18B20 接受到信號的 1660us 之后，發(fā)出一個60240us 的低存在脈沖，若原 CPU 又重新接收到了信號，說明復(fù)位成功。表 7 ROM 指令表指令約定代碼功能讀 ROM33H讀 DS1820 中的編碼符合 ROM65H發(fā)出命令后，接下來發(fā)出 64 位 ROM 編碼，訪問單總線與該編碼相對應(yīng)的 1820 作出反應(yīng)搜索 ROM0F0H用于確定掛接在同一總線上的 1820 的個數(shù)和識別 64 位 ROM 地址。跳過 ROM0CCH忽略 64 位 ROM 地址，轉(zhuǎn)而向 1820 發(fā)轉(zhuǎn)換溫度命令。告警搜索命令0ECH執(zhí)行后只有溫度超過設(shè)定值上限或下

42、限時才會做反應(yīng)。溫度轉(zhuǎn)換44H啟動溫度轉(zhuǎn)換，時長為 500ms，存入內(nèi)部 RAM 當中讀暫存器0BH內(nèi)部 RAM 中內(nèi)容寫暫存器4EH先在內(nèi)部 RAM3、RAM4 字節(jié)上寫下溫度的數(shù)據(jù)命令，然后再向外傳輸 2 字節(jié)的數(shù)據(jù)復(fù)制暫存器48H將 RAM3、4 字節(jié)內(nèi)容復(fù)制到 EEPROM 中重調(diào)EEPROM0B8H將 EEPROM 中內(nèi)容恢復(fù)到 RAM 中讀供電方式0B4H寄生供電時發(fā)送“0”，外界電源供電時則發(fā)送“1”173 軟件設(shè)計3.1 系統(tǒng)工作總流程軟件的具體流程可以參看如圖 14。復(fù)位成功之后，即系統(tǒng)初始化，單片機會接收處理溫度傳感器所測的溫度，單片機計時器同時計時，計數(shù)器則記風扇轉(zhuǎn)速，這

43、些數(shù)據(jù)都會通過 LCD 液晶顯示屏顯示出來。根據(jù)測到的溫度，單片機發(fā)出控制信號控制電扇的正常運行、停轉(zhuǎn)或者全速運轉(zhuǎn)。全部過程都是由看門狗模塊監(jiān)視著的，出現(xiàn)故障或者系統(tǒng)不正常，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)便會馬上做出復(fù)位響應(yīng)，促使系統(tǒng)安全回到開始狀態(tài)并再次運行下去。 開始 系統(tǒng)初始化 N Y 單片機接收溫度 傳感器溫度 溫度50溫度處理控制信號 25溫度50 風扇停轉(zhuǎn) PWM 控制轉(zhuǎn)速 報警 PWM 控制風扇全速運轉(zhuǎn)圖 14 軟件總流程圖系統(tǒng)正常與否LCD 顯示數(shù)據(jù)單片機計時器開始計時計數(shù)器計數(shù)風扇183.2 PWM 調(diào)速程序本系統(tǒng)主控采用的是 AT89S52，其功能中并沒有 PWM，所以只能通過軟件編寫程序模擬來

44、產(chǎn)生 PWM。單片機 T0 計時器中斷便很好的解決了這個問題。首先計時器初始化，定時 5000usTMOD =0 x51; /0 x51; /T0 定時方式 1 t1 計數(shù) 方式 1TH0 = 0 x0EC;TL0 = 0 x78;中斷程序如下：void time0() interrupt 1 using 2 t+; i+; EA=0; if(t 19) t=0;TH0 = 0 x0EC; TL0 = 0 x78; 3.3 DS18B20 測溫程序 硬件設(shè)計的過程本身就是一個復(fù)雜的工程，再加上 DS18B20 屬于單總線器件，所以在操作時的順序問題不能有一點怠慢，而且 DS18B20 驅(qū)動在編

45、寫時也要注意好多地方，不能出錯。第一要做的就是把 DS18B20 進行復(fù)位。如圖 15所示為 DS18B20 的復(fù)位操作。圖 15 DS18B20 復(fù)位時序圖參看以上的復(fù)位時序圖所知：當 DS18B20 接到一個由單片機發(fā)出的信號，此低電平信號不低于 480S，再經(jīng)過 1560S 后，他就會回發(fā)出一個芯片的存在脈沖。這個低存在脈沖長短在 60240S 之間。這個過程結(jié)束后，也就是19電平得到復(fù)位，則控制器需要做出處理，即拉高數(shù)據(jù)單總線，這樣做是確保能在 1560S 后收到存在脈沖。到這一步為止，通信的雙方已經(jīng)完成了基本的協(xié)商，之后的問題都交給了單片機與 18B20 兩者之間數(shù)據(jù)的傳遞和交換15

46、。設(shè)計的復(fù)位程序如下：void ds1820rst()/*ds1820 復(fù)位*/ unsigned char time; unsigned char x=0; DQ = 1; /DQ 復(fù)位 delay_18B20(4); /延時 DQ = 0; /DQ 拉低 delay_18B20(100); /調(diào)用延遲，精確延時大于 480us DQ = 1; /拉高 for(time=0;time59) sec=0; min+; sec+; if (min59) min=0; hor+; min+; 3.5 看門狗程序前面已經(jīng)介紹了看門狗的的硬件設(shè)計，程序中要注意務(wù)必在 1.6 秒內(nèi)完成“喂狗”。所以可以

47、編寫如下程序。 主循環(huán)中加入 dog=1; main（） While（） dog=1;/sbit dog=P10 中斷中加入 dog=0;void time0() interrupt 1 using 2 dog=0;213.6 LCD1602 顯示程序由于本系統(tǒng)采用的背光是可控的，之后系統(tǒng)修改會有需要，所以在初始化系統(tǒng)時應(yīng)加入下面這些語句來點亮背光。LCDEN=0; /lcd 背光（已定義 sbit LCDEN=P24）LCD 驅(qū)動的程序也需按 LCD1602 工作時序來編寫。LCD1602 寫時序如圖 16所示。圖 16 寫時序圖表 8 時序參考時間時序參數(shù)符號最小值單位測試條件E 信號周期

48、Tc400nsE 脈沖寬度Tpw150nsE 上/下升沿時間Tr，Tf-ns引腳 E地址建立時間Tsp130ns地址保持時間Thd110ns引腳 E RS R/W數(shù)據(jù)建立時間（讀）Td-ns數(shù)據(jù)保持時間（讀）Thd220ns數(shù)據(jù)建立時間（寫）Tsp240ns數(shù)據(jù)保持時間（寫）Thd210ns引腳 DB0DB7 通過圖 16 的時序圖與表 8 時序參考時間可以得到如下信息： 寫指令：輸入 ：RS=L，RW=L，D07=指令碼，E=高脈沖 寫數(shù)據(jù)：輸入 ：RS=H，RW=L，D07=數(shù)據(jù)，E=高脈沖 在 LCD1602 程序編寫時，對其寫命令和寫數(shù)據(jù)時 LCD 的反映速度要尤為注意。22這里可直接

49、通過延遲或加入測忙程序來避免。 void wr_com(unsigned char com)/寫指令/ delay1ms(1); RS=0; RW=0; EN=0; P0=com; delay1ms(1); EN=1; delay1ms(1); EN=0; void wr_dat(unsigned char dat)/寫數(shù)據(jù)/ delay1ms(1); RS=1; RW=0; EN=0; P0=dat; delay1ms(1); EN=1; delay1ms(1); EN=0; 詳細程序見附錄 B。3.7 報警程序根據(jù)設(shè)計要求。系統(tǒng)未檢測到 DS18B20 時報警且 LCD 閃爍，當溫度超過5

50、0時，系統(tǒng)就會報警。檢測到 DS18B20 程序：DS18B20 復(fù)位時會檢測其是否存在。因此可編寫如下報警程序： bflag=DQ;/DQ 為返回信號， 0 存在,反之不存在 if (bflag=1) beep=0; else beep=1; /未檢測到 18b20 蜂鳴器響溫度報警程序： if (tvalue50) beep=0;/tvalue 為傳感器測試的溫度23 else beep=1;3.8 風扇測速程序測速系統(tǒng)不需要太多復(fù)雜的設(shè)計，所以為了方便就直接用單片機計數(shù)器測了風扇的轉(zhuǎn)動速度。由于加上 PWM 后的不準確，所以軟件采用了修正。具體原理如下：單片機記錄風扇轉(zhuǎn)動所傳出的信號，測

51、量一秒的數(shù)值，進行修正（反復(fù)測試得出每秒轉(zhuǎn)速乘以 15 更加接近沒分轉(zhuǎn)速）得到正確數(shù)值，并輸出16。根據(jù)原理編寫如下程序：初始化計數(shù)器：TMOD =0 x51; /0 x51; /T0 定時方式 1 t1 計數(shù) 方式 1TH1=0; TH1=0;void time0() interrupt 1 using 2 t+; i+; EA=0; if (i=200) num=(long)TH1*256+TL1; /取計數(shù)值 TL1=0; /計數(shù)清零 TH1=0; /計數(shù)清零 speed=num*15; i=0; /5000us EA=1; /重開 TH0 = 0 x0EC; TL0 = 0 x78;

52、244 系統(tǒng)仿真4.1 仿真軟件介紹該系統(tǒng)是利用 Protues 進行仿真的，Protues 是在世界范圍內(nèi)都很有名的仿真軟件，其功能十分強大，國內(nèi)才剛剛引進推廣就受到了興趣愛好者強大的反響17，它的器件庫可以多達 27000 余種，幾乎所有的器件都能從它里面找到，而且是智能搜索，除此之外，其自動連線功能可以節(jié)省用戶很大一部分時間，可謂是一重大突破18。其支持現(xiàn)在幾乎所有的單片機類型，還支持軟件調(diào)試功能，調(diào)試過程中能夠監(jiān)測各變量和寄存器的狀態(tài)，其最強大的原理圖繪制功能也深受人們青睞，可以自動準確地繪制用戶所需的圖像，總之，其融合了單片機和 SPICE 分析，成為了最常用，最方便的仿真軟件之一1

53、9。4.2 仿真結(jié)果將顯示電路，測溫電路，蜂鳴器報警電路，復(fù)位電路，晶振電路，測速電路畫好并連線20，仿真圖見附錄 A。輸入程序，啟動，得到的結(jié)果如下所示：當溫度低于 25時，風扇不轉(zhuǎn)，此時溫度為 17，轉(zhuǎn)速為 0圖 17 溫度轉(zhuǎn)速顯示 a當溫度處于 25到 50之間時，風扇速度根據(jù)溫度的改變轉(zhuǎn)速改變，這里測了 3 組，分別為：25（1）溫度為 30，風扇轉(zhuǎn)速為 115r/m圖 18 溫度轉(zhuǎn)速顯示 b（2）溫度為 37，風扇轉(zhuǎn)速為 131r/m圖 19 溫度轉(zhuǎn)速顯示 c（3）溫度為 45，風扇轉(zhuǎn)速為 157r/m圖 20 溫度轉(zhuǎn)速顯示 d當溫度高于 50時，風扇高速運轉(zhuǎn)，這里測了 2 組數(shù)據(jù)，

54、分別為：（1）溫度為 55時，風扇轉(zhuǎn)速為 179r/m圖 21 溫度轉(zhuǎn)速顯示 e（2）溫度為 60時，風扇轉(zhuǎn)速為 179r/m26圖 22 溫度轉(zhuǎn)速顯示 f4.3 仿真分析根據(jù)以上所測的數(shù)據(jù)說明，當溫度低于 25，風扇不轉(zhuǎn)，當溫度高于 50時，風扇以最高速運轉(zhuǎn)，且最高速為 179r/m，當溫度處于 20到 50之間時，溫度越高，風扇轉(zhuǎn)速越快，在仿真調(diào)試中，當溫度高于 50時，蜂鳴器電路會發(fā)出響聲報警。27結(jié)束語本系統(tǒng)的設(shè)計能夠有效解決電腦機箱的散熱問題，并且簡單易操作，適用于各個年齡層，當然還是存在一些不足之處，比如說時間不是特別精確，測速也不是很準確等。但系統(tǒng)的擴展性和可靠性無疑是一大亮點，

55、以后必定會對其他智能控制方面有極大的幫助。此次畢業(yè)設(shè)計使我受益良多，明白了有志者事竟成，難免遇到困難，需要懂得和老師同學(xué)交流，并充分利用網(wǎng)絡(luò)上的資源來提升自己。經(jīng)過這次畢業(yè)論文的撰寫和修改，我更加深刻地體會到學(xué)習本身就是是一個有痛苦有收獲的過程，不管是現(xiàn)在還是以后，都要有一個不斷上進的心，提高自己的知識修養(yǎng)及綜合素質(zhì)。總之，世上無難事，知識的積累必然會使道路更開闊，而善于運用知識則會讓道路更加平坦。28參考文獻1 當方.微型計算機控制技術(shù)M.北京：中國水利水電出版社.2001.4553 Dang Fang.Microcomputer control technologyM.Beijing：Ch

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