基于單片機(jī)的智能風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)

****屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）****屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）摘要隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，智能家電產(chǎn)品逐漸普及。智能風(fēng)機(jī)作為一種性價(jià)比高、節(jié)能環(huán)保的夏季家電產(chǎn)品，受到消費(fèi)者的青睞。然而，傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)智能化程度低，給特殊人群使用帶來(lái)不便，因此提高風(fēng)機(jī)智能化水平至關(guān)重要。本研究采用51單片機(jī)作為核心控制器，結(jié)合溫度傳感模塊、人體感應(yīng)模塊、液晶顯示屏、藍(lán)牙模塊等，設(shè)計(jì)了一款能夠?qū)崟r(shí)顯示環(huán)境參數(shù)、自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)速、支持遠(yuǎn)程控制的智能風(fēng)機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)具有溫度自動(dòng)檢測(cè)與調(diào)節(jié)、實(shí)時(shí)參數(shù)顯示、手動(dòng)控制及參數(shù)設(shè)定等功能，旨在提供舒適便捷的使用體驗(yàn)。硬件部分包括單片機(jī)模塊、溫度傳感模塊、電機(jī)風(fēng)機(jī)模塊等關(guān)鍵部件的選型與設(shè)計(jì)；軟件部分基于Keil4開(kāi)發(fā)環(huán)境，采用C語(yǔ)言編程，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的主控制程序及各功能子程序。通過(guò)軟件調(diào)試和硬件調(diào)試，解決了數(shù)碼管顯示混亂、溫度采集不準(zhǔn)確等問(wèn)題，并通過(guò)Proteus仿真軟件驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性和正確性?？偨Y(jié)而言，本研究設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的智能風(fēng)機(jī)系統(tǒng)不僅提高了風(fēng)機(jī)的智能化水平，而且具有成本低廉、功能豐富、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的市場(chǎng)前景和消費(fèi)者應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：51單片機(jī)；智能風(fēng)機(jī)；軟件設(shè)計(jì)；硬件設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 引言當(dāng)炎炎夏日來(lái)臨時(shí)，無(wú)論是家庭還是學(xué)校宿舍，智能風(fēng)機(jī)都是必備的家電設(shè)備之一。然而，以往的普通智能風(fēng)機(jī)功能較為局限，僅僅能夠?qū)崿F(xiàn)人工設(shè)定智能風(fēng)機(jī)的擺頭角度和調(diào)整風(fēng)速的高低，此外每個(gè)檔位之間的風(fēng)速差異較大。這給老年人或者病人等行動(dòng)不便者帶來(lái)諸多不便。為了解決這個(gè)問(wèn)題，本次論文提出了一款基于51單片機(jī)構(gòu)成的智能溫度控制智能風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方案。51系列單片機(jī)具備較高的性能和低功耗表現(xiàn)，且提供多樣的芯片型號(hào)供我們選擇，性價(jià)比優(yōu)越，適用于大規(guī)模產(chǎn)品開(kāi)發(fā)需求。這款智能風(fēng)機(jī)引入了DS18B20溫度傳感器模塊，實(shí)時(shí)采集周?chē)h(huán)境溫度并傳送至51單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行處理，進(jìn)而依照溫度狀況調(diào)節(jié)智能風(fēng)機(jī)的檔位及風(fēng)速。此外，還利用紅外人體探測(cè)模塊監(jiān)測(cè)周?chē)袩o(wú)人員存在，以此實(shí)現(xiàn)智能風(fēng)機(jī)智能開(kāi)關(guān)。用戶可以通過(guò)按鍵設(shè)定自動(dòng)或手動(dòng)模式、風(fēng)速檔級(jí)、溫度臨界點(diǎn)以及在自動(dòng)模式下手動(dòng)微調(diào)風(fēng)速等多種參數(shù)，而這些信息都可以通過(guò)七段數(shù)碼管顯示出來(lái)。此外，還可以通過(guò)藍(lán)牙調(diào)試助手進(jìn)行遠(yuǎn)距離無(wú)線控制智能風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)、檔位、溫度臨界點(diǎn)等等各方面的參數(shù)。在國(guó)內(nèi)外，智能家居設(shè)備的發(fā)展迅速，特別是與溫度控制相關(guān)的設(shè)備。傳統(tǒng)的智能風(fēng)機(jī)設(shè)備已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代人對(duì)舒適度和便捷性的需求，因此，智能溫度控制智能風(fēng)機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的家電企業(yè)開(kāi)始涉足智能家居領(lǐng)域，推出了各種具有智能化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化等特點(diǎn)的家電產(chǎn)品[1]。智能溫度控制智能風(fēng)機(jī)作為一種常見(jiàn)的智能家居設(shè)備，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。各大企業(yè)都在不斷推出更加智能、更加人性化的智能風(fēng)機(jī)產(chǎn)品，以滿足消費(fèi)者的需求[2，3]。在國(guó)際上，智能家居設(shè)備的發(fā)展同樣迅速。許多國(guó)際知名家電企業(yè)都在積極研發(fā)和推廣智能家居設(shè)備，其中包括智能溫度控制智能風(fēng)機(jī)[4]。這些產(chǎn)品不僅具有高度的智能化和自動(dòng)化特點(diǎn)，還注重用戶體驗(yàn)和節(jié)能環(huán)保等方面，深受消費(fèi)者的喜愛(ài)。盡管智能溫度控制智能風(fēng)機(jī)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但仍然存在一些問(wèn)題和挑戰(zhàn)[5]。如何進(jìn)一步提高設(shè)備的智能化程度、如何保證設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性、如何降低設(shè)備的成本等等[6]。因此，未來(lái)的研究和發(fā)展方向應(yīng)該注重解決這些問(wèn)題，推動(dòng)智能溫度控制智能風(fēng)機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用。 1緒論 1.1研究背景及意義炎熱的夏季,電風(fēng)扇無(wú)疑是家居生活中必不可少的一員。然而傳統(tǒng)電風(fēng)扇存在一些明顯的缺陷:其一,控制方式單一,大多只能手動(dòng)開(kāi)關(guān)和調(diào)節(jié)風(fēng)速,無(wú)法根據(jù)室內(nèi)溫度變化自行調(diào)節(jié),給用戶帶來(lái)很大不便;其二,能耗較高,長(zhǎng)期高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)消耗大量電力,加重用戶的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān);其三,噪音較大,特別是在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),會(huì)產(chǎn)生明顯的噪音污染,影響居住環(huán)境的舒適性。針對(duì)上述問(wèn)題,開(kāi)發(fā)一種基于智能控制的新型電風(fēng)扇就顯得尤為必要。本文設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的智能風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng),借助溫度檢測(cè)傳感器和單片機(jī)等電子元器件,實(shí)現(xiàn)了根據(jù)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)速的智能化控制,從而極大地提高了風(fēng)機(jī)的節(jié)能環(huán)保性和人性化體驗(yàn)。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路是:在風(fēng)機(jī)上安裝溫度傳感器,檢測(cè)當(dāng)前室內(nèi)溫度;預(yù)先設(shè)定一個(gè)溫度閾值區(qū)間,例如20-28℃;當(dāng)溫度低于20℃時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉風(fēng)機(jī);當(dāng)溫度介于20-28℃之間時(shí),風(fēng)機(jī)以一檔低速運(yùn)轉(zhuǎn);當(dāng)溫度超過(guò)28℃時(shí),風(fēng)機(jī)自動(dòng)切換到二檔高速運(yùn)轉(zhuǎn),從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)根據(jù)溫度變化調(diào)節(jié)風(fēng)速的目的。同時(shí),系統(tǒng)還預(yù)留了手動(dòng)控制接口,允許用戶根據(jù)個(gè)人需求隨時(shí)開(kāi)關(guān)或切換風(fēng)機(jī)狀態(tài),兼顧自動(dòng)化和人性化的需求。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀近年來(lái),國(guó)內(nèi)對(duì)于智能家電控制系統(tǒng)的研究熱度不斷升溫。在智能風(fēng)機(jī)控制領(lǐng)域,主要的研究思路是利用單片機(jī)作為控制核心,結(jié)合溫度、濕度等傳感器以及WiFi模塊等無(wú)線通訊模塊,實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的智能化控制。在硬件方面,溫度傳感器DS18B20因其精度高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)成為研究者的最?lèi)?ài),也是本文選用的溫度檢測(cè)模塊。在單片機(jī)控制器的選擇上,大多數(shù)方案采用了STC89C51、STC12C5A60S2等51系列單片機(jī),或者是Arduino系列的開(kāi)源硬件平臺(tái)。51單片機(jī)被廣泛運(yùn)用的主要原因有三:一是價(jià)格低廉,二是資源豐富,三是功能相對(duì)簡(jiǎn)單的控制場(chǎng)景可完全勝任。在軟件方面,許多研究聚焦于設(shè)計(jì)高效的溫度采集算法、數(shù)據(jù)處理算法以及人機(jī)交互界面等,以提升系統(tǒng)的響應(yīng)速度和用戶體驗(yàn)。同時(shí),還有不少文獻(xiàn)探討了風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)和PCB布局?？偟膩?lái)說(shuō),國(guó)內(nèi)在單片機(jī)控制技術(shù)和相關(guān)硬件電路設(shè)計(jì)方面已有較為成熟的研究基礎(chǔ),但大多局限于實(shí)驗(yàn)室研究階段,真正的商業(yè)化產(chǎn)品還較為缺乏。1.2.2國(guó)外研究現(xiàn)狀相比之下,國(guó)外在智能家電領(lǐng)域的研究更為領(lǐng)先。像日本的松下電器、荷蘭的飛利浦等知名家電企業(yè),都推出了自己的智能風(fēng)扇產(chǎn)品,并已在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。這些智能風(fēng)扇產(chǎn)品在硬件配置上相對(duì)高端,不僅具備基本的溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)功能,還支持APP遠(yuǎn)程控制、語(yǔ)音操作、聯(lián)網(wǎng)控制等智能化功能。其中,美國(guó)亞馬遜公司的Alexa語(yǔ)音助手成為國(guó)外多家廠商的合作伙伴。用戶只需語(yǔ)音下達(dá)指令,就可以控制風(fēng)扇的開(kāi)關(guān)、風(fēng)速、oscill等功能,操作體驗(yàn)之便捷可想而知。除了功能智能化,國(guó)外產(chǎn)品在節(jié)能環(huán)保方面也有長(zhǎng)足進(jìn)步。有些產(chǎn)品采用直流無(wú)刷電機(jī),功耗更低;有些則選用生物材料制造葉片,使用壽命更長(zhǎng)等?？梢哉f(shuō),國(guó)外智能風(fēng)扇產(chǎn)品在人性化、智能化和環(huán)保節(jié)能等方面已走在了前列。1.3章節(jié)安排本文共分為5章,具體安排如下:第1章為緒論,闡述了設(shè)計(jì)智能風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的背景意義,并對(duì)國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究現(xiàn)狀進(jìn)行了概述。第2章介紹了本系統(tǒng)的功能要求和總體設(shè)計(jì)方案,并對(duì)硬件部件的選型進(jìn)行了論證和對(duì)比。第3章重點(diǎn)闡述了系統(tǒng)各硬件模塊的具體設(shè)計(jì),包括單片機(jī)、溫度傳感器、數(shù)碼管顯示、按鍵輸入和風(fēng)機(jī)執(zhí)行模塊等。第4章是系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)部分,首先簡(jiǎn)單介紹了使用的軟件工具Keil,然后以程序流程圖的形式詳細(xì)說(shuō)明了主程序和子程序的設(shè)計(jì)思路。第5章通過(guò)Proteus等仿真軟件,展現(xiàn)了系統(tǒng)真實(shí)運(yùn)行時(shí)的界面顯示和功能操作。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)功能要求本智能風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的主要功能需求如下:自動(dòng)根據(jù)溫度調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)環(huán)境溫度低于預(yù)設(shè)下限時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉風(fēng)機(jī);當(dāng)溫度介于上下限之間時(shí),風(fēng)機(jī)以一檔低速運(yùn)轉(zhuǎn);當(dāng)溫度超過(guò)預(yù)設(shè)上限時(shí),風(fēng)機(jī)自動(dòng)切換至二檔高速運(yùn)轉(zhuǎn)。手動(dòng)控制風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)和調(diào)速。除了自動(dòng)調(diào)節(jié)外,系統(tǒng)還需提供手動(dòng)控制接口,允許用戶根據(jù)個(gè)人習(xí)慣或特殊需求,隨時(shí)開(kāi)關(guān)風(fēng)機(jī)或切換風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速檔位。實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度值。系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)通過(guò)數(shù)碼管等顯示裝置,將所檢測(cè)的室內(nèi)溫度值實(shí)時(shí)顯示出來(lái),方便用戶查看。指示風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)指示燈等方式,直觀顯示出風(fēng)機(jī)當(dāng)前處于停止、一檔或二檔運(yùn)轉(zhuǎn)的具體狀態(tài)?？稍O(shè)置溫度上下限閾值。系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)允許用戶通過(guò)按鍵或其他輸入方式,設(shè)定溫度的上下限閾值,作為自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的判斷依據(jù)。2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案為實(shí)現(xiàn)上述功能需求,本系統(tǒng)主要由單片機(jī)控制器、溫度傳感器、按鍵輸入模塊、七段數(shù)碼管顯示模塊、指示燈模塊和電機(jī)風(fēng)機(jī)執(zhí)行模塊等硬件部分組成。其中,STC89C51單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心,負(fù)責(zé)獲取溫度數(shù)據(jù)、掃描按鍵狀態(tài),并根據(jù)編寫(xiě)的控制邏輯程序控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài),同時(shí)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管模塊顯示溫度值,驅(qū)動(dòng)指示燈模塊顯示風(fēng)機(jī)狀態(tài)。溫度傳感器DS18B20用于檢測(cè)當(dāng)前環(huán)境溫度,并將數(shù)據(jù)傳輸至單片機(jī)。按鍵輸入模塊允許用戶設(shè)置溫度上下限閾值及手動(dòng)開(kāi)關(guān)調(diào)速。七段數(shù)碼管模塊驅(qū)動(dòng)四位數(shù)碼管,實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度讀數(shù)。指示燈模塊包含兩個(gè)發(fā)光二極管,分別指示風(fēng)機(jī)一檔和二檔狀態(tài)。最后,電機(jī)風(fēng)機(jī)執(zhí)行模塊根據(jù)單片機(jī)的控制信號(hào),實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的開(kāi)停和轉(zhuǎn)速切換。下面展示的便是整個(gè)系統(tǒng)的詳細(xì)框架示意圖：圖2-1系統(tǒng)總設(shè)計(jì)圖功能設(shè)計(jì)的目標(biāo)設(shè)定如下：（1）手動(dòng)操控方式：通過(guò)可操作的鍵盤(pán)或開(kāi)關(guān)，對(duì)智能風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控；（2）自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制：依據(jù)環(huán)境的溫度變化，智能調(diào)控智能風(fēng)機(jī)的運(yùn)行速度以達(dá)到最佳能效。2.3硬件模塊選型2.3.1單片機(jī)模塊的選型方案一:STC89C51單片機(jī)STC89C51是一款基于經(jīng)典8051內(nèi)核的8位單片機(jī),具有4KB程序存儲(chǔ)空間。它工作穩(wěn)定可靠、編程方便、資源豐富且價(jià)格低廉,非常適合應(yīng)用于中小型的嵌入式控制系統(tǒng)。方案二:STM32F103單片機(jī)STM32F103屬于32位ARMCortex-M3內(nèi)核的單片機(jī)系列,相比8051內(nèi)核具有更強(qiáng)大的運(yùn)算能力和更豐富的外設(shè)資源。但其價(jià)格昂貴,開(kāi)發(fā)資源相對(duì)較少,存在一定學(xué)習(xí)門(mén)檻。根據(jù)本系統(tǒng)對(duì)單片機(jī)計(jì)算能力和存儲(chǔ)空間的實(shí)際需求,以及考慮成本等因素,最終選擇了性價(jià)比較高、資源豐富的STC89C51單片機(jī)。2.3.2溫度檢測(cè)模塊的選型方案一:DS18B20數(shù)字溫度傳感器DS18B20是一款精度高、防干擾能力強(qiáng)的數(shù)字溫度傳感器,采用單總線通信方式接口簡(jiǎn)單,與單片機(jī)的連接相對(duì)容易。方案二:AD590模擬溫度傳感器AD590是模擬溫度傳感器,輸出電壓模擬量信號(hào)。雖然精度較高,但需要外接A/D轉(zhuǎn)換芯片才能與單片機(jī)通信,電路設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜。本系統(tǒng)對(duì)溫度檢測(cè)要求精度較高、抗干擾能力強(qiáng),但功耗等其他指標(biāo)要求不高。因此,綜合各方面因素,最終選擇了DS18B20數(shù)字溫度傳感器。3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1STC89C51單片機(jī)STC89C51單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制核心,需要與各個(gè)外圍硬件模塊連接緊密協(xié)作。它內(nèi)部的8051內(nèi)核通過(guò)執(zhí)行程序指令,控制I/O端口的電平狀態(tài),進(jìn)而控制外接模塊的工作。單片機(jī)內(nèi)部由存儲(chǔ)器、中央處理器、I/O接口電路等部分組成。存儲(chǔ)器主要包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。程序存儲(chǔ)器用于存放程序代碼,STC89C51的程序存儲(chǔ)空間為4KB,足以滿足本系統(tǒng)需求。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器則分為內(nèi)部RAM和特殊功能寄存器兩部分,內(nèi)部RAM為256Bytes,用于存放程序運(yùn)行過(guò)程中的臨時(shí)數(shù)據(jù);而特殊功能寄存器則用于控制I/O端口、中斷、定時(shí)器等功能模塊。中央處理器是執(zhí)行程序代碼的運(yùn)算核心,實(shí)現(xiàn)了從存儲(chǔ)器取指、譯碼、執(zhí)行指令的全過(guò)程。它主要由算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU和控制單元等部分組成?？刂茊卧?fù)責(zé)指令譯碼和控制信號(hào)的發(fā)出,ALU則執(zhí)行算術(shù)邏輯運(yùn)算。8051內(nèi)核采用哈佛架構(gòu),程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)設(shè)置,提高了并行工作能力。I/O接口電路則負(fù)責(zé)單片機(jī)與外部設(shè)備的連接通信。STC89C51采用的是標(biāo)準(zhǔn)8051結(jié)構(gòu),共有4個(gè)并行I/O口(P0P3),每個(gè)I/O口包含8個(gè)I/O線,可編程為輸入或輸出方向。這些I/O口為單片機(jī)與各外圍硬件模塊的連接提供了通路。在本系統(tǒng)中,P3.7用于溫度傳感器的數(shù)據(jù)通信,P3.2P3.5和P2.2~P2.7共同控制數(shù)碼管顯示,P1用于檢測(cè)按鍵輸入,P0.0和P0.1控制指示燈的點(diǎn)亮狀態(tài)。圖3-1STC89C51單片機(jī)電路圖3.2七段數(shù)碼管模塊七段數(shù)碼管是一種常見(jiàn)的數(shù)字顯示裝置,廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品、儀器儀表等領(lǐng)域。數(shù)碼管模塊是由多個(gè)獨(dú)立的七段數(shù)碼管組成的顯示單元。本系統(tǒng)采用四位共陰極數(shù)碼管模塊,意味著其中四個(gè)數(shù)碼管的陰極引腳是共享的,每個(gè)數(shù)碼管都需要引出8個(gè)引腳,包括7個(gè)段選引腳和1個(gè)位選引腳。七段數(shù)碼管的工作原理是:通過(guò)對(duì)8個(gè)引腳施加不同的電位組合,控制其中的7個(gè)發(fā)光二極管段的點(diǎn)亮狀態(tài),就可以顯示出不同的數(shù)字或字符。比如要顯示數(shù)字"8",就需要點(diǎn)亮數(shù)碼管的上中下三個(gè)水平段和四個(gè)斜邊發(fā)光二極管。要顯示字母"A",則需要點(diǎn)亮上中左右斜三個(gè)發(fā)光段。因此通過(guò)精心設(shè)計(jì)電位組合,理論上一個(gè)七段數(shù)碼管可顯示0-9的數(shù)字以及部分字母。在本系統(tǒng)中,單片機(jī)通過(guò)動(dòng)態(tài)掃描技術(shù)控制數(shù)碼管顯示。具體做法是:首先使用P3.2P3.5四個(gè)I/O口控制4位數(shù)碼管的位選,確定要點(diǎn)亮哪一位數(shù)碼管;然后使用P2.2P2.7六個(gè)I/O口控制七個(gè)發(fā)光二極管段的點(diǎn)亮組合,確定該位要顯示什么數(shù)字;最后通過(guò)高頻循環(huán)掃描,使人眼產(chǎn)生視覺(jué)持續(xù)的錯(cuò)覺(jué),從而看到連續(xù)的數(shù)字顯示。圖3-2七段數(shù)碼管模塊電路圖3.3DS18B20溫度檢測(cè)模塊DS18B20是一款數(shù)字溫度傳感器,工作原理是利用半導(dǎo)體的阻值隨溫度變化的特性。當(dāng)溫度變化時(shí),傳感器內(nèi)部的熱敏電阻會(huì)發(fā)生阻值變化,而檢測(cè)電路對(duì)這一阻值變化十分敏感,可以精確測(cè)量出當(dāng)前溫度值。DS18B20內(nèi)部由溫度傳感器本體、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器和單總線控制器等部分組成。溫度傳感器本體感受環(huán)境溫度變化并轉(zhuǎn)換為模擬量,A/D轉(zhuǎn)換器則將這一模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào);數(shù)字信號(hào)經(jīng)存儲(chǔ)器儲(chǔ)存后,再被單總線控制器轉(zhuǎn)碼為單總線格式,最終通過(guò)單總線接口輸出。該傳感器的一大優(yōu)點(diǎn)是采用單總線通信方式,只需一根數(shù)據(jù)線即可與單片機(jī)交換數(shù)據(jù)。單總線通信的基本時(shí)序是:首先由主機(jī)(單片機(jī))發(fā)出復(fù)位脈沖,然后DS18B20返回存在脈沖,主機(jī)再發(fā)出功能指令碼,指令DS18B20執(zhí)行相應(yīng)功能(如溫度轉(zhuǎn)換),最后由DS18B20返回結(jié)果數(shù)據(jù)。通信格式遵循嚴(yán)格的定義,以免沖突。在本系統(tǒng)中,DS18B20的單總線接口與單片機(jī)的P3.7引腳相連。單片機(jī)可以向傳感器發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換指令,并讀取轉(zhuǎn)換后的溫度數(shù)值。得到數(shù)值后再通過(guò)編程處理,最終將處理好的溫度數(shù)據(jù)顯示到數(shù)碼管上。圖3-3DS18B20溫度檢測(cè)模塊電路圖3.4指示燈模塊指示燈模塊是對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的直觀反映,用于告知用戶風(fēng)機(jī)當(dāng)前所處的轉(zhuǎn)速檔位。該模塊由兩個(gè)發(fā)光二極管組成,分別指示一檔和二檔狀態(tài)。發(fā)光二極管是一種固態(tài)發(fā)光器件,利用正向?qū)〞r(shí)的發(fā)光原理工作。它內(nèi)部由n型和p型半導(dǎo)體組成p-n結(jié),當(dāng)注入少量電流時(shí),電子和空穴復(fù)合會(huì)釋放出能量,能量以光的形式射出而發(fā)光。不同的半導(dǎo)體材料,所發(fā)出的光的顏色也不同,紅色、綠色、黃色等都可以實(shí)現(xiàn)。在本系統(tǒng)中,指示燈模塊連接到單片機(jī)的P1.0和P1.2兩個(gè)I/O口。當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行在一檔低速時(shí),單片機(jī)控制P1.2輸出高電平(+5V),使第一個(gè)LED點(diǎn)亮,提示用戶風(fēng)機(jī)當(dāng)前運(yùn)行在低速檔;當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行在二檔高速時(shí),P1.0輸出高電平,驅(qū)使第二個(gè)LED點(diǎn)亮,提示高速運(yùn)轉(zhuǎn)中。通過(guò)兩個(gè)LED的交替點(diǎn)亮,用戶可清楚地了解到風(fēng)機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速狀態(tài)。圖3-4指示燈模塊電路圖3.5電機(jī)風(fēng)機(jī)模塊電機(jī)風(fēng)機(jī)是本系統(tǒng)的最終執(zhí)行終端,根據(jù)單片機(jī)發(fā)出的高低電平控制信號(hào),實(shí)現(xiàn)開(kāi)停和調(diào)速等動(dòng)作。電機(jī)是通過(guò)電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能的互相轉(zhuǎn)換。它主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子為靜止不動(dòng)的部分,內(nèi)包繞有絕緣線圈;轉(zhuǎn)子則為可旋轉(zhuǎn)的部分,通常由永磁體或另一組繞線組成。當(dāng)通電后,定子線圈將產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),這一旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)將引起轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)產(chǎn)生力矩,從而使轉(zhuǎn)子在定子磁場(chǎng)的作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)機(jī)械傳動(dòng)裝置就可以帶動(dòng)風(fēng)扇葉片旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換并產(chǎn)生氣流。風(fēng)機(jī)電機(jī)的控制方式可分為有刷直流電機(jī)和無(wú)刷直流電機(jī)兩種。有刷電機(jī)通過(guò)在轉(zhuǎn)子上裝配整流環(huán)和碳刷,從而實(shí)現(xiàn)電流的整流和反轉(zhuǎn),是一種相對(duì)簡(jiǎn)單廉價(jià)的做法。無(wú)刷電機(jī)則利用電子開(kāi)關(guān)和位置傳感器,通過(guò)控制電路實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸電流反轉(zhuǎn),結(jié)構(gòu)更加緊湊,噪音更小,能耗更低。在本系統(tǒng)中,單片機(jī)通過(guò)一根電線控制風(fēng)機(jī)電機(jī)的啟動(dòng)和停止。具體原理是:當(dāng)單片機(jī)輸出高電平電壓時(shí),電機(jī)兩端就會(huì)通電導(dǎo)通,電機(jī)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)風(fēng)扇葉片;當(dāng)單片機(jī)輸出低電平時(shí),電路斷開(kāi),電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí),根據(jù)不同的高低電平組合,還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制調(diào)節(jié)。圖3-5電機(jī)風(fēng)機(jī)模塊電路圖3.6按鍵模塊按鍵是本系統(tǒng)重要的人機(jī)交互接口,允許用戶通過(guò)按鍵輸入來(lái)設(shè)定溫度上下限閾值,或者手動(dòng)控制風(fēng)機(jī)的開(kāi)關(guān)和調(diào)速。按鍵模塊由3個(gè)獨(dú)立按鍵組成,分別對(duì)應(yīng)設(shè)置上限溫度、設(shè)置下限溫度、手動(dòng)開(kāi)關(guān)風(fēng)機(jī)和手動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)速四個(gè)功能。每個(gè)按鍵的一端與單片機(jī)的P3口相連,另一端則與地線相連。當(dāng)按鍵沒(méi)有被按下時(shí),兩端為斷開(kāi)狀態(tài);當(dāng)按鍵被按下時(shí),兩端就會(huì)短路接通,產(chǎn)生高電平信號(hào)輸入到P3口。單片機(jī)檢測(cè)到高電平,即可判斷出用戶的按鍵輸入指令。為了防止按鍵抖動(dòng)導(dǎo)致多次響應(yīng),軟件中需要設(shè)計(jì)消抖動(dòng)子程序。消抖動(dòng)的基本思路是延時(shí)采樣,即當(dāng)檢測(cè)到高電平信號(hào)后,先等待一段時(shí)間后再次檢測(cè);如果此時(shí)仍為高電平,則判定為有效按鍵按下,否則就是抖動(dòng)無(wú)效。除了消抖動(dòng)外,軟件還需設(shè)計(jì)狀態(tài)機(jī)判斷按鍵按下的先后次序,進(jìn)而執(zhí)行不同的功能操作。比如先后檢測(cè)到按鍵2和按鍵3被按下,就代表用戶想要手動(dòng)控制風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān);而按鍵1和按鍵2分別對(duì)應(yīng)設(shè)置溫度上下限。通過(guò)狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì),可以準(zhǔn)確地解析和響應(yīng)用戶的各種按鍵輸入指令。圖3-6按鍵模塊電路圖

4系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1Keil4軟件介紹Keil4是一款由德國(guó)Keil公司開(kāi)發(fā)的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)軟件,主要用于編寫(xiě)和調(diào)試基于51單片機(jī)和ARM單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)程序。它提供了全面的編輯、編譯、鏈接、仿真調(diào)試等功能,支持多種開(kāi)發(fā)語(yǔ)言如C、C++、匯編語(yǔ)言等,使用十分方便。Keil4軟件的主要界面包括:工程管理窗口、代碼編輯窗口、構(gòu)建輸出窗口、調(diào)試窗口等。其中,工程管理窗口用于管理軟件工程項(xiàng)目,包括創(chuàng)建新項(xiàng)目、添加文件、配置編譯選項(xiàng)等。代碼編輯窗口則提供了代碼編寫(xiě)環(huán)境,支持代碼高亮、自動(dòng)補(bǔ)全等多種編輯功能。構(gòu)建輸出窗口顯示軟件編譯過(guò)程中的提示信息和編譯錯(cuò)誤信息。調(diào)試窗口則用于程序的仿真調(diào)試,可以設(shè)置斷點(diǎn)、查看寄存器和內(nèi)存數(shù)據(jù)等。除了基本的編碼編譯功能,Keil4還集成了先進(jìn)的μVision調(diào)試器,支持在目標(biāo)板或仿真器上進(jìn)行源代碼級(jí)的仿真調(diào)試。通過(guò)JTAG或模擬接口,調(diào)試器可在單片機(jī)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中跟蹤程序執(zhí)行狀態(tài),實(shí)時(shí)監(jiān)視變量和內(nèi)存單元的變化情況,大大提高了軟硬件聯(lián)調(diào)的效率。本系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)就是在Keil4的集成環(huán)境下完成的,利用其強(qiáng)大的編譯和調(diào)試功能,編寫(xiě)和優(yōu)化了系統(tǒng)的主控制程序和各功能子程序,最終生成了控制單片機(jī)的目標(biāo)代碼。4.2軟件流程圖介紹4.2.1主程序流程圖系統(tǒng)軟件的主程序控制整個(gè)系統(tǒng)的工作流程,首先初始化所有用到的硬件資源,包括單片機(jī)各I/O口、定時(shí)器、中斷等。然后進(jìn)入主循環(huán)體,先讀取DS18B20傳感器采集到的溫度數(shù)據(jù),接著根據(jù)溫度值和預(yù)設(shè)的溫度閾值范圍,判斷風(fēng)機(jī)是否需要開(kāi)啟或調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。當(dāng)溫度低于下限閾值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)關(guān)閉風(fēng)機(jī)，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。下限閾值可設(shè)置為15°C。當(dāng)溫度介于下限閾值和上限閾值之間時(shí)，風(fēng)機(jī)會(huì)啟動(dòng)一檔低速運(yùn)轉(zhuǎn)。下限為15°C，上限為25°C，則溫度在這個(gè)范圍內(nèi)時(shí)，風(fēng)機(jī)會(huì)以一檔低速運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)溫度高于上限閾值25°C時(shí)，風(fēng)機(jī)會(huì)切換至二檔高速運(yùn)轉(zhuǎn)。無(wú)論哪種情況,程序都會(huì)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度值,并通過(guò)指示燈指示風(fēng)機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速狀態(tài)。在自動(dòng)溫控的同時(shí),主程序還會(huì)不斷檢測(cè)按鍵狀態(tài)。一旦發(fā)現(xiàn)有按鍵被按下,就進(jìn)入按鍵掃描程序,判斷具體是哪個(gè)按鍵被按下,并執(zhí)行相應(yīng)的操作。比如按下設(shè)置溫度上限鍵,就進(jìn)入溫度設(shè)置子程序修改上限值;按下開(kāi)關(guān)風(fēng)機(jī)鍵,就直接控制風(fēng)機(jī)開(kāi)停狀態(tài)。按鍵處理需要插入到溫度檢測(cè)和風(fēng)機(jī)控制的環(huán)節(jié)之中,以保證按鍵響應(yīng)的實(shí)時(shí)性和系統(tǒng)的高效運(yùn)行。因此,主程序的執(zhí)行順序是:溫度檢測(cè)->風(fēng)機(jī)控制->按鍵檢測(cè)->按鍵處理->顯示更新,循環(huán)執(zhí)行這一流程。圖4-1主程序流程圖4.2.2按鍵消抖子程序流程圖由于按鍵手工按下會(huì)存在抖動(dòng)的問(wèn)題,因此需要設(shè)計(jì)消抖動(dòng)子程序?yàn)V除抖動(dòng),避免多次響應(yīng)。首先檢測(cè)按鍵輸入口的電平狀態(tài),如果為高電平,則說(shuō)明有按鍵被按下,需要進(jìn)行消抖動(dòng)處理。進(jìn)入10ms的延時(shí),延時(shí)后再次檢測(cè)按鍵狀態(tài)。如果還是高電平,說(shuō)明這是有效按鍵,則響應(yīng)執(zhí)行相應(yīng)操作;如果是低電平,說(shuō)明之前的高電平是抖動(dòng)無(wú)效,則直接退出,視為無(wú)按鍵按下。這種延時(shí)采樣的方法,可以有效過(guò)濾掉按鍵抖動(dòng)前后的高低電平抖動(dòng),只響應(yīng)高電平的穩(wěn)定狀態(tài)。10ms的延時(shí)時(shí)間是一個(gè)合理的選擇,足夠消除絕大部分的抖動(dòng)情況。在實(shí)際代碼中,延時(shí)函數(shù)可以通過(guò)軟件延時(shí)或硬件延時(shí)的方式實(shí)現(xiàn)。軟件延時(shí)使用空循環(huán)的方式,循環(huán)若干次相當(dāng)于延時(shí)若干時(shí)間;硬件延時(shí)則借助單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器硬件資源實(shí)現(xiàn)。兩種方式各有利弊,需要根據(jù)實(shí)際情況權(quán)衡選擇。圖4-2按鍵程序流程圖4.2.3溫度檢測(cè)子程序流程圖溫度檢測(cè)是系統(tǒng)的核心功能之一,直接關(guān)系到風(fēng)機(jī)控制的準(zhǔn)確性。溫度檢測(cè)子程序首先對(duì)DS18B20溫度傳感器發(fā)出轉(zhuǎn)換溫度的指令,命令其開(kāi)始溫度測(cè)量。DS18B20內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換后將數(shù)字溫度值緩存在內(nèi)部存儲(chǔ)器中。之后單片機(jī)發(fā)出讀溫度值的指令,DS18B20就將溫度數(shù)據(jù)通過(guò)單總線接口讀出。讀取到的原始溫度數(shù)據(jù)需要進(jìn)行軟件處理,去掉無(wú)關(guān)的位,再進(jìn)行換算,最終得到實(shí)際的溫度值。處理后的溫度值既可以存儲(chǔ)在變量中,也可以直接輸出到數(shù)碼管顯示。該子程序的精度高低直接取決于DS18B20傳感器的精度。DS18B20可提供9~12位分辨率可選,分辨率越高,測(cè)量精度就越高,但轉(zhuǎn)換時(shí)間也就越長(zhǎng)。一般選擇12位分辨率,精度可達(dá)±0.0625°C。此外,軟件還需要設(shè)置一個(gè)溫度檢測(cè)的時(shí)間間隔,控制溫度檢測(cè)的頻率。檢測(cè)間隔過(guò)長(zhǎng)影響響應(yīng)速度,過(guò)短則浪費(fèi)CPU資源。一般設(shè)置為2~3秒較為合理。該時(shí)間間隔也可以作為定時(shí)中斷的周期,使用硬件定時(shí)器實(shí)現(xiàn)。圖4-3溫度檢測(cè)程序流程圖4.3程序編寫(xiě)在51單片機(jī)系統(tǒng)中，程序的編寫(xiě)主要依賴于C語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言。由于C語(yǔ)言具有代碼清晰、可讀性強(qiáng)、易于調(diào)試和維護(hù)等特點(diǎn)，因此在51單片機(jī)系統(tǒng)的程序編寫(xiě)中，C語(yǔ)言成為了主要的選擇。在編寫(xiě)程序時(shí)，需要遵循一定的編程規(guī)范，如模塊化編程、注釋清晰、代碼簡(jiǎn)潔等。同時(shí)，還需要熟悉51單片機(jī)的硬件特性和指令系統(tǒng)，以便能夠正確地操作硬件，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。在本論文所描述的溫度調(diào)控智能風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中，程序編寫(xiě)的主要任務(wù)包括：1.初始化系統(tǒng)硬件：在程序開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，首先需要對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行初始化，包括I/O端口、定時(shí)器、中斷等。這是為了確保系統(tǒng)硬件在正常工作狀態(tài)下，為后續(xù)的數(shù)據(jù)采集、處理和控制操作提供穩(wěn)定的基礎(chǔ)。2.數(shù)據(jù)采集：通過(guò)51單片機(jī)的I/O端口，讀取DS18B20溫度轉(zhuǎn)換器的溫度數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換為適合后續(xù)處理的格式。同時(shí)，還可以通過(guò)獨(dú)立鍵盤(pán)連接電路，獲取用戶輸入的控制指令。3.數(shù)據(jù)處理：根據(jù)采集到的溫度數(shù)據(jù)和用戶輸入的控制指令，進(jìn)行邏輯運(yùn)算和判斷，確定風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和調(diào)節(jié)策略。4.控制輸出：根據(jù)處理后的數(shù)據(jù)，控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，包括啟動(dòng)、停止、調(diào)速等。同時(shí)，還可以通過(guò)顯示屏等輸出設(shè)備，將當(dāng)前溫度、風(fēng)速等信息展示給用戶。在程序編寫(xiě)過(guò)程中，還需要考慮到程序的健壯性、可移植性和可擴(kuò)展性等方面的問(wèn)題。例如，可以通過(guò)增加錯(cuò)誤處理機(jī)制，提高程序的健壯性；通過(guò)采用模塊化編程，提高程序的可移植性和可擴(kuò)展性。總的來(lái)說(shuō)，程序編寫(xiě)是51單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，需要充分理解硬件特性和指令系統(tǒng)，掌握編程規(guī)范和技巧，才能編寫(xiě)出高效、穩(wěn)定、易維護(hù)的程序。圖4-4程序編寫(xiě)軟件5系統(tǒng)調(diào)試5.1軟件調(diào)試5.1.1按鍵顯示部分的調(diào)試初始階段，根據(jù)既定的設(shè)計(jì)理念，我們精心地編寫(xiě)了相關(guān)的系統(tǒng)軟件程序。其中，P0端口負(fù)責(zé)與數(shù)碼管緊密連接，P1端口則直接連通到了鍵盤(pán)接口，而P2端口則專門(mén)用于控制LED位碼，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤(pán)應(yīng)用功能以及數(shù)碼管顯示狀態(tài)的精細(xì)調(diào)控。盡管在這種情況下，糾結(jié)的代碼仍然沒(méi)有出現(xiàn)明顯的編譯語(yǔ)法錯(cuò)誤。但是，在仿真調(diào)試環(huán)節(jié)中，我們卻驚訝地發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管的顯示結(jié)果出現(xiàn)了混亂現(xiàn)象，而原本預(yù)設(shè)的設(shè)定溫度居然并不準(zhǔn)確。更為嚴(yán)重的是，每當(dāng)嘗試借助按鍵來(lái)調(diào)整設(shè)定溫度時(shí)，顯示器上的溫度數(shù)值竟然沒(méi)有絲毫的變化趨勢(shì)。為了徹底解決這類(lèi)問(wèn)題，我們需要對(duì)各個(gè)組件逐一進(jìn)行詳細(xì)的檢查并分析產(chǎn)生失調(diào)現(xiàn)象的根本原因。經(jīng)過(guò)對(duì)鍵盤(pán)程序的深入剖析和分析，我們發(fā)現(xiàn)在其中隱藏著潛在的問(wèn)題。原來(lái)，編碼體系存在缺陷，缺少了一套能夠有效抑制鍵盤(pán)震動(dòng)現(xiàn)象的裝置。當(dāng)用戶按下并松開(kāi)某個(gè)特定鍵位時(shí)，由于物理慣性因素的作用，按鍵必然會(huì)出現(xiàn)一定程度的晃動(dòng)，這就給51單片機(jī)產(chǎn)生了錯(cuò)誤的信號(hào)反饋，最終導(dǎo)致設(shè)定溫度調(diào)節(jié)出現(xiàn)障礙，甚至?xí)l(fā)設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)的嚴(yán)重后果。為了避免類(lèi)似問(wèn)題的再次發(fā)生或者降低此類(lèi)問(wèn)題可能帶來(lái)的危害，我們必須設(shè)法在鍵盤(pán)掃描程序中添加消除抖動(dòng)的功能，從而延長(zhǎng)按鍵釋放后的判斷時(shí)間，以期精準(zhǔn)區(qū)分按鍵的完成按下還是完全釋放的動(dòng)作。至于數(shù)碼管無(wú)法正常顯示的問(wèn)題，其實(shí)關(guān)鍵在于我們現(xiàn)在所使用的系統(tǒng)程序強(qiáng)制要求所有的數(shù)碼管段碼都要經(jīng)由P0端口進(jìn)行輸送，以滿足動(dòng)態(tài)掃描的畫(huà)面顯示需求。然而遺憾的是，現(xiàn)有程序的寄存器空間無(wú)法滿足這樣的需求，所以當(dāng)P0端口嘗試傳輸段碼時(shí)，就難免出現(xiàn)亂碼的現(xiàn)象，使得顯示屏無(wú)法識(shí)別并解讀出正確的段代碼。因此，我們迫切需要為這個(gè)系統(tǒng)增添一套連接或者配置段代碼空間的流程。通過(guò)在鍵盤(pán)掃描程序中添加專門(mén)的抗振程序，顯著增長(zhǎng)按鍵釋放后的延遲判斷時(shí)間；同時(shí)，在屏幕顯示程序中引入用于妥善保存段代碼的寄存器之后，數(shù)碼管的顯示狀況逐漸恢復(fù)正常，不再出現(xiàn)亂碼，而且按鍵操作也能夠順利執(zhí)行，不會(huì)另外產(chǎn)生延誤現(xiàn)象。在此次研究過(guò)程中，我們成功在模擬調(diào)試環(huán)境下得到了滿意的成果。5.1.2傳感器DS18B20溫度采集部分調(diào)試鑒于數(shù)字溫度積分傳感器DS18B20具備極高的集成程度，為軟件技術(shù)的設(shè)計(jì)與調(diào)試帶來(lái)極大便利。它采用微型化設(shè)計(jì)，具備極低功耗及較高精確度，為檢測(cè)儀器的精度及穩(wěn)定性提供堅(jiān)實(shí)支撐以及無(wú)限可能性。軟件方面，我們首選采用P3.7端口作為數(shù)字溫度輸入渠道。然而值得注意的是，在輸入數(shù)字信號(hào)之前必須先行對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，因此我們?cè)谶@里設(shè)立了溫度轉(zhuǎn)換程序。經(jīng)過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木幊毯途?xì)的軟件設(shè)計(jì)，該程序能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)外界環(huán)境連續(xù)測(cè)溫。然而我們也發(fā)現(xiàn)了一些不足之處，那就是受到硬件LED數(shù)量的限制，此處僅能顯示部分默認(rèn)溫度的整數(shù)部分。當(dāng)前市場(chǎng)上所銷(xiāo)售的溫度轉(zhuǎn)換應(yīng)用程序都會(huì)將檢測(cè)到的外界環(huán)境溫度以十倍的方式呈現(xiàn)在顯示屏上，以此解決溫度傳感器只能顯示測(cè)得的整數(shù)部分而非小數(shù)點(diǎn)后數(shù)字的難題。然后再將其轉(zhuǎn)化成以三位數(shù)表示的數(shù)值，例如將28.5調(diào)整為285，使得編碼過(guò)程更為簡(jiǎn)便快捷，進(jìn)而提升編程效率。5.2硬件調(diào)試5.2.1按鍵顯示部分的調(diào)試本系統(tǒng)按鍵功能具體介紹如下：（1）若按下P1.3鍵，此時(shí)顯示屏示數(shù)中的最后兩位數(shù)字將會(huì)以每攝氏度為單位進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，亦即實(shí)現(xiàn)其設(shè)定溫度的增加;（2）如按下位于中間位置的P1.4鍵，則顯示屏示數(shù)中的最后兩位數(shù)字將出現(xiàn)降溫現(xiàn)象，每按動(dòng)此鍵一次，相應(yīng)的溫度便會(huì)下降1°C。然而，在實(shí)際操作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，有時(shí)系統(tǒng)設(shè)定溫度并非嚴(yán)格按照上述設(shè)定方式增加或減少，反而常呈波動(dòng)不穩(wěn)定狀態(tài)。經(jīng)過(guò)深入調(diào)研與剖析，我們認(rèn)為引發(fā)這一現(xiàn)象的主要因素可能源于系統(tǒng)內(nèi)部抗震程序設(shè)定存在某些瑕疵，導(dǎo)致了按鍵釋放時(shí)的延遲判斷持續(xù)時(shí)間過(guò)久。因而，為了改善并提高系統(tǒng)運(yùn)行效能，有必要對(duì)現(xiàn)有奇偶設(shè)定進(jìn)行適度調(diào)整，主要措施是適當(dāng)延長(zhǎng)按鍵釋放時(shí)的相應(yīng)延遲時(shí)間，但也需注意控制時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)，否則可能導(dǎo)致密鑰失效等嚴(yán)重后果。5.2.2溫度采集部分調(diào)試首先必須要將DS18B20新型傳感器芯片成功與微處理器系統(tǒng)的P3.1端口進(jìn)行可靠對(duì)接。為確保芯片能夠順利接入并保持穩(wěn)定工作狀態(tài)，請(qǐng)您細(xì)心留意位于系統(tǒng)版面右下方三大專業(yè)接口，即VCC(電源)、P3.7以及GND（接地）。在插接時(shí)務(wù)必保持謹(jǐn)慎小心，嘗試將芯片緊密貼合于這些特定的插針之上。此步驟至關(guān)重要，它將有效簡(jiǎn)化后續(xù)許多繁瑣復(fù)雜的程序操作流程。當(dāng)我們?cè)趯?duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面調(diào)試檢驗(yàn)過(guò)程中，為了確定DS18B20新式產(chǎn)品是否能夠在整體系統(tǒng)板上正常運(yùn)行工作，您可嘗試輕輕合攏雙手或者牢牢抓住芯片，通過(guò)肉眼觀察以及實(shí)驗(yàn)室設(shè)備檢測(cè)來(lái)獲取準(zhǔn)確的反饋信息。如果當(dāng)結(jié)果呈現(xiàn)出現(xiàn)，LED顯示屏上前兩行溫度數(shù)據(jù)瞬間驟升，這意味著我們所選取的DS18B20新模型已經(jīng)成功在該系統(tǒng)板上產(chǎn)生了良好的工作效果；然而，若是沒(méi)有出現(xiàn)這種理想狀況，那么便可能無(wú)法讓DS18B20發(fā)揮出其最佳性能，導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。因?yàn)镈S18B20具有三排數(shù)量眾多的傳感器，所以在我們進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作時(shí)，必須要格外注意每一排中傳感器所在的精準(zhǔn)位置，以防止由于錯(cuò)誤安裝而造成的芯片功能失效或核心部件損壞現(xiàn)象的發(fā)生。5.3仿真分析5.3.1Proteus簡(jiǎn)介Proteus軟件乃是英國(guó)知名實(shí)驗(yàn)室半導(dǎo)體科技有限公司獨(dú)立研制并推出的一款卓越的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）輔助工具。這款深具創(chuàng)新意識(shí)的產(chǎn)品已經(jīng)成功走過(guò)十多個(gè)年頭的歲月，其廣泛的用戶群體幾乎遍及全球五大洲，并且深得廣大用戶群體的喜愛(ài)與推崇。在眾多的EDA工具軟件之中，Proteus無(wú)疑展現(xiàn)出難以匹敵的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。除了擁有原型設(shè)計(jì)、藝術(shù)布線以及電路模擬等基礎(chǔ)功能以外，Proteus軟件獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷之處在于其出色的互動(dòng)式電路模擬能力，這使得用戶能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控電路運(yùn)行狀況，從而進(jìn)一步驗(yàn)證程序設(shè)定是否正確無(wú)誤。此外，此版本軟件更具備與多種系統(tǒng)配置工具無(wú)縫對(duì)接的支持能力，包括源代碼、原理圖鏈接以及元件功能在內(nèi)的諸多內(nèi)容均能輕松適應(yīng)不同的系統(tǒng)配置需求。而且，此款軟件甚至還能夠驅(qū)動(dòng)諸如示波器、邏輯分析儀等各類(lèi)儀器儀表進(jìn)行圖像展示和數(shù)值輸出，顯示效果極為出眾。Proteus軟件的核心架構(gòu)主要包括智能化原理圖設(shè)計(jì)、深度完備的電路仿真功能、獨(dú)特的51單片機(jī)協(xié)同仿真功能以及極富實(shí)效性的PCB設(shè)計(jì)平臺(tái)等四大部分相互協(xié)作構(gòu)成。至于Proteus軟件的優(yōu)勢(shì)所在，主要體現(xiàn)在以下兩大方面:首先，該軟件內(nèi)置的元件庫(kù)包含了豐富多樣的元器件資源，以支持各類(lèi)已安裝的總線和智能互聯(lián)功能的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；其次，該軟件亦具備對(duì)CPU(例如：ARM、8051/52、AVR)及其常用外部設(shè)備模型的實(shí)時(shí)仿真能力支持。正是由于上述兩大特性，Proteus軟件對(duì)于51單片機(jī)的開(kāi)發(fā)和實(shí)際應(yīng)用提供了極大的便利與幫助。5.3.2仿真系統(tǒng)的展示為了驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性和正確性,我們使用Proteus等仿真軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真測(cè)試,各模塊能夠協(xié)同工作,實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的各項(xiàng)功能,系統(tǒng)運(yùn)行情況如下:圖5-1待機(jī)狀態(tài)初始狀態(tài)下,系統(tǒng)處于待機(jī)模式,風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn),數(shù)碼管和兩個(gè)指示燈均熄滅。圖5-2溫度上限設(shè)置圖5-3溫度下限設(shè)置通過(guò)按鍵模塊,可以設(shè)置溫度的上下限閾值。比如按下按鍵1和2,將上限設(shè)為35℃,下限設(shè)為8℃。此時(shí)數(shù)碼管會(huì)先后顯示"H35"、"L8"提示設(shè)置成功。圖5-4一檔轉(zhuǎn)動(dòng)當(dāng)溫度在9~35℃之間時(shí),比如當(dāng)前溫度為16℃,系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)一檔低速運(yùn)轉(zhuǎn),數(shù)碼管顯示"16",低檔指示燈點(diǎn)亮。圖5-5二檔轉(zhuǎn)動(dòng)當(dāng)溫度超過(guò)35℃時(shí),比如數(shù)碼管顯示36℃,系統(tǒng)將風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速切換至二檔高速模式,高檔指示燈點(diǎn)亮。當(dāng)溫度降至35℃以下時(shí),風(fēng)機(jī)將恢復(fù)一檔低速運(yùn)行。通過(guò)上述仿真結(jié)果可見(jiàn),本智能風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)根據(jù)溫度調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的功能,同時(shí)也具備手動(dòng)控制和顯示監(jiān)視等人性化輔助功能,可以很好地滿足用戶需求。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是可行的。結(jié)論本文設(shè)計(jì)了一種基于STC89C51單片機(jī)的智能風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)融合了溫度自動(dòng)檢測(cè)、風(fēng)機(jī)智能控制、人機(jī)交互等多種功能,實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)根據(jù)室內(nèi)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目標(biāo),同時(shí)也保留了手動(dòng)控制的接口,兼顧了自動(dòng)化和人性化需求。在硬件方面,系統(tǒng)由單片機(jī)控制器、溫度傳感器、按鍵輸入、數(shù)碼管顯示、指示燈和電機(jī)風(fēng)機(jī)等模塊組成。其中STC89C51作為控制核心,DS18B20負(fù)責(zé)精準(zhǔn)溫度檢測(cè),按鍵和數(shù)碼管分別實(shí)現(xiàn)人機(jī)輸入輸出,指示燈直觀反映風(fēng)機(jī)狀態(tài),最終由電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)按設(shè)定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。在軟件方面,基于Keil集成開(kāi)發(fā)環(huán)境,設(shè)計(jì)了主控制程序、溫度檢測(cè)子程序、按鍵掃描和消抖動(dòng)子程序等,編寫(xiě)了高效的控制算法。主程序根據(jù)溫度值與預(yù)設(shè)閾值的對(duì)比,自動(dòng)控制風(fēng)機(jī)的開(kāi)停和調(diào)速;按鍵子程序則解析用戶輸入,實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制和溫度閾值設(shè)置。最后,通過(guò)Proteus等仿真軟件,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了全面測(cè)試,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的可行性。仿真結(jié)果顯示,該智能風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)完全實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的自動(dòng)溫控和人機(jī)交互功能,設(shè)計(jì)方案獲得了成功。該系統(tǒng)的研究不僅可以應(yīng)用于風(fēng)機(jī)控制領(lǐng)域,其設(shè)計(jì)思路和方法也可推廣到其他嵌入式控制系統(tǒng)中,為今后的智能家居產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了有益借鑒。相信隨著科技的進(jìn)步,這種智能化、人性化的控制理念必將愈發(fā)普及,為人類(lèi)創(chuàng)造更加舒適便利的生活環(huán)境。參考文獻(xiàn)[1]谷泓杰,朱斌,黃麗麗.智能風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)[J].價(jià)值工程,2023,42(24):117-119.[2]彭文莉.基于單片機(jī)的智能控溫智能風(fēng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].無(wú)線互聯(lián)科技,2023,20(05):31-33+42.[3]沈鈺,孟櫻,王睿晗,等.基于模糊控制的智能風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)[J].湘南學(xué)院學(xué)報(bào),2022,43(02):104-111.[4]Anthony,ChaoYan,LiPeijun,andsoon.DesignofintelligentfansystembasedonSU[J].JournalofSuihuaCollege,2020,40(09):158-160.[5]Liu.Designofmulti-functionautomatictemperatureregulatingfansystembasedonSU[J].HenanBuildingMaterials,2020,(05):145-146.[6]Maimati,WangPengyun,HuangHengyi,andsoon.Designofintelligenttemperature-controlledelectricfan[J].InternetofThingsTechnology,2020,10(03):101-104.[7]姜楚華,樓應(yīng)侯,方慶朕,等.智能風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程師,2022,(03):59-62.[8]張楠.基于單片機(jī)的多功能智能風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)解決方案研究[J].長(zhǎng)江信息通信,2021,34(09):182-184.[9]孫景偉,丁學(xué)用.智能紅外遙控智能風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新,2020,(28):127-129.[10]李盛林.基于單片機(jī)的學(xué)生用智能風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)與軟件工程,2020,(18):103-106.致謝時(shí)光荏苒，大學(xué)的時(shí)光轉(zhuǎn)眼就要結(jié)束了，馬上離開(kāi)安逸舒適的校園生活，步入社會(huì)，邁入新的人生旅程。我用一篇畢業(yè)論文為學(xué)業(yè)生涯送上一份答卷。與此同時(shí)，我衷心的感謝老師們、同學(xué)們以及家人對(duì)我的幫助和支持。落其實(shí)者思其樹(shù)，學(xué)其成時(shí)念吾師。首先要特別感謝我的導(dǎo)師蔡老師和李學(xué)長(zhǎng)，從論文的選題到多次修改以及最終成文，一直耐心引導(dǎo)我，以淵博的知識(shí)給予我細(xì)心引導(dǎo)，一次又一次不辭辛勞陪我字斟句酌，傾盡所能的點(diǎn)播和指導(dǎo)我，讓我不斷發(fā)現(xiàn)不足并努力提升自己，感謝您的包容與關(guān)愛(ài)?；厥滓粭l條語(yǔ)音，這些點(diǎn)點(diǎn)滴滴記錄著您的心血，讓我養(yǎng)成了一絲不茍的習(xí)慣，讓我面對(duì)未來(lái)的考驗(yàn)，愈發(fā)嚴(yán)謹(jǐn)、穩(wěn)重、堅(jiān)韌。十月胎恩重，三生報(bào)答輕。感謝父母二十余載的養(yǎng)育之恩，從咿呀學(xué)語(yǔ)到蹣跚學(xué)步，從懵懂無(wú)知、不諳世事到慢慢懂事、長(zhǎng)大成人，都離不開(kāi)他們的默默付出。是他們教會(huì)了我人情世故，正是他們的悉心教育，讓我擁有了樂(lè)觀積極的生活態(tài)度，擁有了直面恐懼和未來(lái)的勇氣。一路走來(lái)，雙親相伴，是我莫大的福氣，倘若遇到困難，他們也是我唯一堅(jiān)強(qiáng)的后盾。感謝你們的包容與照顧，我無(wú)以為報(bào)，唯有萬(wàn)般努力才能成為你們的驕做，希望時(shí)間在你們身上過(guò)得慢一點(diǎn)，值此學(xué)成之際，謝謝我的父母一直以來(lái)的鼓勵(lì)和陪伴。行文至此，唯愿各位平安喜樂(lè)，萬(wàn)事順意！附錄源程序：#include<reg52.h> //頭文件#include<intrins.h> //包含頭文件#include"DS18b20.H" //包含DS18B20頭文件#include"eeprom52.h" //包含存儲(chǔ)函數(shù)頭文件#include"Nixietube.h" //包含數(shù)碼管顯示頭文件#defineucharunsignedchar //宏定義#defineuintunsignedint/*顯示函數(shù)數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)，其實(shí)數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)很好理解，單說(shuō)一位數(shù)碼管，是由八段發(fā)光二極管組成，其中7段是組成數(shù)字，第八段是小數(shù)點(diǎn)，數(shù)碼管的段選碼就是這樣來(lái)的，想讓數(shù)碼管那一段進(jìn)行點(diǎn)亮，哪一段數(shù)碼管不亮，這樣就組成了一個(gè)又一個(gè)的段碼，而位選是對(duì)于多位數(shù)碼管，因?yàn)槎芜xIO都是接在一起的，送給其中一位數(shù)碼管段碼的時(shí)候，實(shí)際另外幾個(gè)數(shù)碼管一樣可以顯示這個(gè)數(shù)據(jù)，所以我們要選擇哪一個(gè)，哪一些數(shù)碼管不可以點(diǎn)亮，這就是位選，選擇這么多數(shù)碼管哪一位進(jìn)行點(diǎn)亮。數(shù)碼管顯示一般的流程位選選擇要顯示數(shù)據(jù)的數(shù)碼管送段選碼短延時(shí)一下讓其顯示一會(huì)送全部熄滅段碼消影用短延時(shí)一下位選選擇要顯示數(shù)據(jù)的數(shù)碼管下面一直重復(fù)之前的步驟數(shù)碼管顯示方式多種多樣，總的大方向是不會(huì)變的，所以備注的方法和實(shí)際有點(diǎn)出處很正常*/ucharcodess[]= //段碼{0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//數(shù)碼管ucharcodess1[]={0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10, 0xc7,0x89,0xbf//0xc7=L0x89=H0xbf=-負(fù)號(hào)};//0-9為帶小數(shù)點(diǎn)的ucharms;sbitkey1=P3^4;sbitkey2=P3^5;sbitkey3=P3^3;//按鍵控制P3^4設(shè)置切換3.5上下限加3.6上下限減sbitled_0=P1^0;//上限溫度報(bào)警燈sbitled_2=P1^2;//下限溫度報(bào)警燈charH,L,T_ms;//用于設(shè)置上下限度上下限度與要比較的數(shù)據(jù)類(lèi)型最好相同ucharflag,PWM_ON;//PWM_ON是風(fēng)扇開(kāi)關(guān)標(biāo)志位sbitFan=P1^6;//風(fēng)扇端口定義bitvoled=0;//voled用來(lái)判斷風(fēng)扇軟啟動(dòng)inttemp;//存儲(chǔ)讀出來(lái)的溫度，與H，L上下限度數(shù)據(jù)類(lèi)型相同bitON=1;voiddelay(uintT) //短延時(shí){ while(T--);}//Nixietube是封裝好的數(shù)碼管顯示函數(shù)，四個(gè)括號(hào)里面直接填寫(xiě)段碼即可voiddisplay() //顯示函數(shù){ if(flag==0&&temp>=0)//溫度為正數(shù)時(shí)執(zhí)行 {if(temp>999)Nixietube(ss[temp/1000%10],ss[temp/100%10],ss1[temp/10%10],ss[temp%10]); if(temp>99)Nixietube(0xff,ss[temp/100%10],ss1[temp/10%10],ss[temp%10]); if(temp<99&&temp/100%10<=0)Nixietube(0xff,0xff,ss1[temp/10%10],ss[temp%10]); } if(flag==0&&temp<0)//溫度為負(fù)數(shù)時(shí) {if(temp*-1/100%10<=0)Nixietube(0xff,ss1[12],ss1[temp*-1/10%10],ss[temp*-1%10]); if(temp*-1/100%10>0)Nixietube(ss1[12],ss[temp*-1/100%10],ss1[temp*-1/10%10],ss[temp*-1%10]); }if(flag==1)//flag==0顯示溫度=1顯示上限=2顯示下限 {if(H>99)Nixietube(ss1[11],ss[H/100],ss[H%100/10],ss[H%10]);//溫度范圍是125~-55，當(dāng)上限值大于99時(shí)執(zhí)行 if(H>=10&&H<=99)Nixietube(ss1[11],0xff,ss[H/10],ss[H%10]);//當(dāng)上限值大于12小于99時(shí)執(zhí)行不顯示最高位 if(H<10&&H>=0)Nixietube(ss1[11],0xff,0xff,ss[H%10]);//不顯示百位十位 if(H<0&&H>=-9)Nixietube(ss1[11],0xff,ss1[12],ss[H*-1%10]);//設(shè)置的為負(fù)數(shù)且介于0~-9之間時(shí)執(zhí)行不顯示十位if(H<0&&H<-9)Nixietube(ss1[11],ss1[12],ss[H*-1%100/10],ss[H*-1%10]); //最低可以到55 } if(flag==2)//同上 {if(L>99)Nixietube(ss1[10],ss[L/100],ss[L%100/10],ss[L%10]); if(L>=10&&L<=99)Nixietube(ss1[10],0xff,ss[L/10],ss[L%10]); if(L<10&&L>=0)Nixietube(ss1[10],0xff,0xff,ss[L%10]);if(L<0&&L>=-9)Nixietube(ss1[10],0xff,ss1[12],ss[L*-1%10]);if(L<0&&L<-9)Nixietube(ss1[10],ss1[12],ss[L*-1%100/10],ss[L*-1%10]); } }voidkey()//按鍵處理{ if(!key1)//設(shè)置上限按鍵按下{delay(500); //延時(shí)消抖 if(!key1) //再次判斷 {while(!key1);//松手檢測(cè)if(flag==1) //如果flag=1，表示是設(shè)置上限狀態(tài) { if(H<125)H++; //如果上限小于125，上限自加 SectorErase(0x2000);//每修改一次上下限數(shù)據(jù)就寫(xiě)進(jìn)EEROM byte_write(0x2000,H);} elseif(flag==2) {if(L<H-1)L++;//原則是下限不超過(guò)上限 SectorErase(0x2200); byte_write(0x2200,L);} }}if(!key2)//設(shè)置下限{delay(500); if(!key2) {while(!key2);//松手檢測(cè) if(flag==1) { if(H>L+1)H--;//原則上限不低于下限 SectorErase(0x2000);//每修改一次上下限數(shù)據(jù)就寫(xiě)進(jìn)EEROM byte_write(0x2000,H);} elseif (flag==2) { if(L>-55)L--; SectorErase(0x2200); byte_write(0x2200,L);} }}if(!key3)//設(shè)置上限下限切換按鍵{ delay(1000); if(!key3) { while(!key3);flag=(flag+1)%3; }}}voidalarm()//報(bào)警{