紅外遙控電風(fēng)扇

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1、1畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計（論計（論 文）文）論論文文題目題目： 紅外遙控電風(fēng)扇 所所屬系部：屬系部：電子工程系指指導(dǎo)教師導(dǎo)教師： 職職稱稱： 學(xué)生姓名學(xué)生姓名： 學(xué)學(xué)號號: : 專專業(yè)業(yè)：畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書2題目：題目：紅外遙控電風(fēng)扇任務(wù)與要求：任務(wù)與要求：任務(wù)： 收集相關(guān)資料完成本課題的開題報告。根據(jù)課題的內(nèi)容設(shè)計電路，并完成電路的安裝與調(diào)試。完成本課題中的中英文摘要和本課題的相關(guān)內(nèi)容。完成論文，并總結(jié)課題的不足并改進。思考本課題的不足并加以改進。要求： 以 51 系列單片機為核心設(shè)計一種新型遙控電風(fēng)扇控制系統(tǒng)。此新型風(fēng)扇可以利用遙控進行遠距離的操作。接收和發(fā)射部分應(yīng)

2、利用紅外技術(shù)。完成對此操作系統(tǒng)的硬件設(shè)計已經(jīng)軟件部分的流程設(shè)計。時間：時間： 2010 年 8 月31日 至2010 年 10 月 23 日 共8周所屬系部所屬系部學(xué)生姓名學(xué)生姓名 學(xué)學(xué) 號：號：08201115專業(yè)：專業(yè)： 指導(dǎo)單位或教研室：指導(dǎo)單位或教研室：電子信息教研室指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 職職 稱：稱：3摘要摘要本系統(tǒng)以 51 系列單片機為核心，目的在于開發(fā)一種新型遙控電風(fēng)扇控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要有遙控發(fā)射模塊，風(fēng)扇接收控制模塊組成，使系統(tǒng)可以采用手動或遙控的方式進行控制。遙控的發(fā)射模塊主要以 AT89C51 單片機為核心，外加鍵盤，和紅外信號整形與發(fā)射電路一切組成遙控器。單片機主要完成

3、信號的編碼以及信號與載波的調(diào)制，調(diào)制信號經(jīng)發(fā)射末端整形放大發(fā)射出。接收部分主要以 AT89C51 為主控中心，配以紅外接收模塊，電機驅(qū)動模塊，液晶顯示模塊，以及相應(yīng)的指示燈；紅外接收模塊，鍵盤，液晶驅(qū)動模塊，指示燈共同完成人機交互功能；單片機主控中心接收各種輸入，驅(qū)動液晶，指示燈，控制電機驅(qū)動模塊來調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。電機主要采用 PWM 無級調(diào)速。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 遙控電風(fēng)扇控制系統(tǒng)；紅外發(fā)射機；紅外接收；單片機；PWM 無級調(diào)速4AbstractThe system is of 51 series single-chip microcomputer as the core, to develop

4、a new type of remote control system, the system fired by remote control module, the fan control module receiving the composition, the system can be remote or manually controlled. Remote Control Transmitter Module AT89C2051 mainly single-chip core, plus a keyboard and infrared signals with the launch

5、 of plastic components with a remote control circuit. The main achieve single-chip signal encoding and signal modulation and carrier modulation signal launch the end of the plastic surgery to enlarge the launch.AT89C51 a receiver module for the main control center, with infrared receiver modules, mo

6、tor drive modules, liquid crystal display module, a common indicator. Achieve human-computer interaction function; single chip main control center to receive a variety of input, drive liquid crystal,led,motor drive control module to adjust the motor speed. Direct PWM motor speed control.Key words: E

7、mote Fan Control System; Infrared Emission; Infrared Receiver; Single-chip; PWM Speed Control5目目 錄錄1 1 緒論緒論.1 12.2. 單片機單片機.2 22.12.1 單片機簡介單片機簡介.2 22.22.2 AT89C51AT89C51 簡介簡介 .2 22.2.12.2.1 AT89C51AT89C51.2 22.2.22.2.2 AT89C51AT89C51 芯片引腳芯片引腳 .3 32.2.32.2.3 AT89C51AT89C51 中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng) .5 52.2.42.2.4 直接直接

8、 PWMPWM 技術(shù)的簡介技術(shù)的簡介.5 53.3.遙控電風(fēng)扇控制系統(tǒng)設(shè)計遙控電風(fēng)扇控制系統(tǒng)設(shè)計.7 73.13.1 遙控發(fā)射部分遙控發(fā)射部分 .7 73.23.2 電風(fēng)扇接收控制板電風(fēng)扇接收控制板 .8 83.33.3 發(fā)射部分軟硬件設(shè)計發(fā)射部分軟硬件設(shè)計.9 93.3.13.3.1 發(fā)射部分硬件設(shè)計發(fā)射部分硬件設(shè)計.9 93.3.23.3.2 遙控發(fā)射部分軟件設(shè)計遙控發(fā)射部分軟件設(shè)計.12123.4.3.4.接收部分軟硬件設(shè)計接收部分軟硬件設(shè)計.13133.4.13.4.1 接收控制部分硬件設(shè)計接收控制部分硬件設(shè)計 .13133.4.23.4.2 接收控制部分軟件設(shè)計接收控制部分軟件設(shè)計.

9、17174.4.仿真與調(diào)試仿真與調(diào)試.2020結(jié)束語結(jié)束語.2323參考文獻參考文獻.2424紅外遙控電風(fēng)扇 11 1 緒論緒論 在現(xiàn)實生活中風(fēng)扇已經(jīng)是日常生活中常用的電器，電風(fēng)扇是通過通風(fēng)換氣來去熱的。通風(fēng)是電風(fēng)扇的主要功能，也是消費者看重它的本質(zhì)原因。電風(fēng)扇具有價格低和耗電量小的優(yōu)點，擁有龐大的目標消費群?，F(xiàn)行市場上的風(fēng)扇大多是手工操作，模擬調(diào)控為主要控制手段，價格低廉，功能簡單，其智能化及自動化程度遠遠跟不上現(xiàn)代人的生活需求和應(yīng)用要求；而且再功耗方面，一般風(fēng)扇的電機調(diào)速方式單一，消費者選擇空間不大，而且在效率方面，節(jié)能方面的表現(xiàn)的令人不滿意。面對著市場壓力和消費者的需求，放眼市場。各種特

10、設(shè)功能的電風(fēng)扇可謂是五花八門，各種附加的新功能，彰顯了個性，也在無形中提高提高了電風(fēng)扇的檔次。而遙控電風(fēng)扇也必將作為消費市場的新寵兒，為風(fēng)扇行業(yè)增加新的亮點。而將微控制器嵌入到工業(yè)控制中，將會成為一種不可阻擋的趨勢，微控制器強大的控制功能力將會使工業(yè)產(chǎn)品的功能和性能能有很大的提升。也對應(yīng)了以下幾個趨勢，自動化和智能化，無線化，低功耗話等趨勢。 單片機和一般的數(shù)字和模擬芯片相比有著強大的功能，而且編程簡單，因此利用單片機來實現(xiàn)對控制電機轉(zhuǎn)速與類型十分理想。 風(fēng)扇的控制方法有很多種，比如有簡單的利用機械方式進行定時控制，有用模擬和數(shù)字電子技術(shù)進行轉(zhuǎn)速控制的。隨著人們生活水平的提高，人們對風(fēng)扇的要求

11、也越來越高，不但要求風(fēng)速能夠控制，而且要求風(fēng)種模式能夠多種選擇，隨著單片機技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機已經(jīng)廣泛的用于各種家用電器中，它不僅大大提高了產(chǎn)品原有的產(chǎn)品的性能質(zhì)量，而且產(chǎn)品成本有所降低，生產(chǎn)也更簡便。同時通過單片機可以利用其本身的定與中斷功能實現(xiàn)風(fēng)扇的風(fēng)種控制，而且風(fēng)速的控制也有多種方法，但這里采用了通過單片機定時器輸出脈寬調(diào)制 PWM 波控制占空比并外加一個由光耦合可控硅組成的驅(qū)動電路來控制電機的轉(zhuǎn)速，通過鍵盤輸入設(shè)置有不同占空比對應(yīng)著電風(fēng)扇的強、中、弱的風(fēng)速。各功能狀態(tài)使用液晶和發(fā)光二極管來顯示。其次在電機調(diào)速方式上，隨著加用電器產(chǎn)品變頻技術(shù)的發(fā)展，單相電機的變頻調(diào)速已經(jīng)成為一種可行的

12、方法，在這種調(diào)速系統(tǒng)中，脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)仍然是提高調(diào)速性能的主要手段，本文針對電風(fēng)扇電機的調(diào)速要求，提出了采用直接 PWM 軟件計算方法，并在 51 系列單片機 AT89C51 上實現(xiàn)，此方法很容易實現(xiàn)電機的調(diào)速，其 PWM 算法簡單，易于實現(xiàn)，是一種較為實用的方法。紅外遙控電風(fēng)扇 22.2. 單片機單片機2.12.1 單片機簡介單片機簡介單片機是一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。盡管它的大部分功能集成在一個小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存 、內(nèi)部和外部總線，同時集成諸如通信接口、定時器、實時時鐘等外圍設(shè)備。 單片機也被稱為微控制器(Microcon

13、troller),是因為它最早被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。其次單片機比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用，現(xiàn)代人類生活中幾乎每件電子和機械產(chǎn)品中都匯集成有單片機。其次單片機最大的優(yōu)點是，它是靠序的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的一些功能，這是別的器件需要費很大的力氣才能做到的。 現(xiàn)如今單片機的適用領(lǐng)域更為廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。2.22.2 AT89C51AT89C51 簡介簡介2.2.12.2.1 AT89C51AT89C51 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM-Flash

14、ProgramMabel and Erasable Read Only Memory)的低電壓，高性能 CMOS8 微處理器，俗稱單片機。其部件包括中央處理器、數(shù)據(jù)存儲器 RAM、程序存儲器 ROM、定時器/計數(shù)器和多種I/O 接口電路。圖 2-1 所示是 89C51 單片機的基本結(jié)構(gòu)圖 圖 2-1 89C51 單片機的結(jié)構(gòu)1.89C51 單片機的結(jié)構(gòu)特點有以下幾點:時鐘電路CPU中斷系統(tǒng)串行接口并行接口ROMRAM定時/計數(shù)器P0P1P2P31XD2XDINT1INT2紅外遙控電風(fēng)扇 3 8 位 CPU 片內(nèi)振蕩器及時鐘電路 32 根 I/O 線 外部存儲器 ROM 和 RAM,尋址范圍個

15、64KB 兩個 16 位的定時/計數(shù)器 全雙工串行口 布爾處理器2.定時器/計數(shù)器89C51 內(nèi)部有兩個 16 位的可編程定時/計數(shù)器，記為 T0 和 T1。16 為是指他們都是16 位的觸發(fā)器構(gòu)成，可編程是指它們的工作方式由指令來設(shè)定，或者但計數(shù)器來使用，或者當(dāng)定時器來用，并且計時的范圍也可以有指令來設(shè)置。這種控制功能通過定時器的方式控制寄存器 TMOD 來完成的，如果需要，定時器在計到規(guī)定的定時值時可以向 CPU 發(fā)出中斷申請，從而完成某種定時功能。在計數(shù)狀態(tài)下同樣也可以申請中斷。定時器控制寄存器 TCON 用來負責(zé)啟動定時的啟動，停止以及中斷管理。在定工作中，時鐘由單片機內(nèi)部提供，及系統(tǒng)

16、時鐘經(jīng)過 12 分頻后作為定時器的時鐘。計數(shù)工作時，時鐘脈沖有 T0 和 T1 輸入。3.中斷系統(tǒng)89C51 的中斷系統(tǒng)允許五個獨立的中斷源，即兩個外部中斷申請，兩個定時/計數(shù)器中斷以及一個串行口中斷。外部中斷申請通過 INT0 和 INT1(即 P3.2 和 P3.3)口輸入，輸入方式可以是電平觸發(fā)（低電平有效） ，也可以是邊沿觸發(fā)（下降沿有效） 。兩個定時器中斷請求是當(dāng)定時器溢出時向 COU 提出的，即當(dāng)定時器有狀態(tài) 1 轉(zhuǎn)為全是 0 時提出的。第二個中斷請求是由串口發(fā)出的，串口每發(fā)送完一個數(shù)據(jù)或者接受完一個數(shù)據(jù)，就可以提出一次中斷請求。2.2.22.2.2 AT89C51AT89C51

17、芯片引芯片引腳腳 如圖 2-2 所示 VCC: 提供電壓GND: 接地P0 口：P0 口為一個 8 位漏極開路雙向 I/O口。每角可以吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P0 口的管腳第一次寫以時，被定為高阻輸入。P0 能夠用于外部程序存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 FIASH 編程時，P0 口作為為源碼輸入口，當(dāng) FLASH 進行校驗時，PO 口輸出原碼，此時 P0 必須被拉高。圖 2-2 引腳圖圖 2-2 引腳圖紅外遙控電風(fēng)扇 4P1 口：P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 為雙向 I/O 口，P1 口能緩沖能接收輸出 4TTL 門電流。P1 口管腳寫入一后，被內(nèi)部上拉為高，可作為

18、輸入，被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的原因。在 FLASH 編程和校驗時，P1 口作為第八位有效地址接收。P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL門電流，當(dāng) P2 口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。因此作為輸入時，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2 口輸出地址為高八位。當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在FLASH 編程和校驗時接收高八位地

19、址信號和控制信號。P3 口： P3 口管腳是 8 個內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。當(dāng) P3口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并作為輸入。P3 口也可以作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如表 2-1 所示:表表 2-12-1 特殊功能口特殊功能口P3.0RXD （串行輸入口）P3.1TXD （并行輸出口）P3.2/INTO (外部中斷 0)P3.3/INT1 (外部中斷 1)P3.4T0 (計時器 0 外部輸入)P3.5T1 (計時器 1 外部數(shù)入)P3.6/WR (外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)P3.7/RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）RST: 復(fù)位輸

20、入。當(dāng)振蕩器復(fù)位期間時，要保證 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG: 當(dāng)訪問外部存儲器時，地址所存允許的輸出電平用于所存地址的地位字節(jié)。在FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。/PSEN: 當(dāng)/EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH）,不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式為 1 時，/EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET，當(dāng)/EA 保持高電平時，此間為內(nèi)部程序存儲器。在 LIASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源。XTAL1: 反相振蕩放大器的輸入以及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2: 來自反相振蕩器的輸出.紅外遙控電風(fēng)扇 5

21、2.2.32.2.3 AT89C51AT89C51 中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)所謂中斷，是指當(dāng)計算機執(zhí)行正常程序時，系統(tǒng)中出現(xiàn)某些緊急需要處理的異常情況和特殊請求時，CPU 暫時執(zhí)行現(xiàn)行程序，轉(zhuǎn)去對隨即發(fā)生的更緊迫的事件進行處理，處理完畢后，CPU 自動返回原來的程序繼續(xù)執(zhí)行。中斷允許軟件設(shè)計不需要關(guān)心系統(tǒng)其他部分定時要求，算術(shù)程序不需要考慮隔幾個指令檢查 I/O 設(shè)備是否需要服務(wù)。相反，算術(shù)程序編寫時好像有無限時間作算術(shù)運算而無其它工作在進行。若其它事件需要服務(wù)時，則通過中斷告訴系統(tǒng)。89C51 單片機有五個中斷源，有兩個中斷優(yōu)優(yōu)先級，每個中斷源的優(yōu)先級可以編程控制。中斷允許受到 CPU 開中斷和中斷

22、源開中斷的兩級控制。2.2.42.2.4 直接直接 PWMPWM 技術(shù)的簡介技術(shù)的簡介在電機調(diào)速方式上，隨著家用電器產(chǎn)品變頻技術(shù)的發(fā)展，單相電機的變頻調(diào)速已成為一種可行的方法，在這種調(diào)速系統(tǒng)中，脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)仍然是提高調(diào)速性能的主要手段。雖然 PWM 技術(shù)實現(xiàn)方法很多，然而，為了降低產(chǎn)品的制造成本，采用微機控制軟件實現(xiàn) PWM 控制具有成本低，調(diào)速方式靈活等特點，比較適合家用電器產(chǎn)品要求。本設(shè)計針對電風(fēng)扇的電機調(diào)速要求，提出了采用直接（PWM）軟件計算方法，并在 51 系列單片機 AT89C51 上實驗，該方法很容易實現(xiàn)電機的調(diào)速，其算法簡單，易于實現(xiàn)，是一種較為實用的方法。脈沖寬度調(diào)

23、制 脈沖寬度調(diào)制（PWM）是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制。它是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于測量，通信，功率控制與變換等許多領(lǐng)域。一種模擬控制方式，根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶 體管或晶體管導(dǎo)通時間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定。常用 PWM 技術(shù)的基本原理是利用高頻載波與控制波進行比較，從而產(chǎn)生經(jīng)過調(diào)制的PWM 波。為滿足逆變電源的需要，減小輸出電壓的諧波含量，載波信號采用對稱的三角波實現(xiàn) PWM 輸出波形的對稱雙邊調(diào)制，使得輸出電壓

24、不含偶次諧波。用軟件產(chǎn)生 PWM 波形的算法有很多種，如：采樣 SPWM 法、均值 PWM 法、直接 PWM 法等，其中 SPWM 法有三種不同形式：對稱規(guī)則采樣 SP2WM、非對稱規(guī)則采樣 SPWM、平均對稱規(guī)則采樣 SPWM，以平均對稱規(guī)則采樣 SPWM 德算法簡單，應(yīng)用較為廣泛。SPWM 的主要缺點就是電源電壓利用率不夠高，即輸出電壓不高。均值 PWM 法的基本思想是根據(jù)等面積 PWM 控制方法的原理，選擇最佳脈沖中心線位置，使得其 PWM 波形的諧波成分量小，均值 PWM 法具有微機實現(xiàn)簡單法變得優(yōu)點，且對各次諧波的抑制均有很好的效果。直接PWM 法與均值 PWM 法類似，也是使相同時

25、間間隔內(nèi)的 PWM 波的面積與調(diào)制波的面積相等，其主要的優(yōu)點是在調(diào)制比固定時，控制規(guī)定正比于調(diào)制深度而反比于輸出頻率，特別適用于電機的控制，因此本文選擇直接 PWM 法。紅外遙控電風(fēng)扇 6直接 PWM 法的調(diào)制原理如圖 2-3 所示：假定一個周期內(nèi) PWM 波的脈沖數(shù)（即載波比）為 2N 圖 2-3 直接 PWM 的調(diào)制原理 將參考波 Um sinxt 的整個周期 T 分為 2N 份，則每個區(qū)間長度即載波周期為TS=T/2N，在第 i 個區(qū)間的波形面積為： Sri=(i-1)Ts Umsinwdt=Um/wcos（i-1）/N-cos(i/N) （2.1）設(shè)輸出 PWM 波的幅值為 E,若采用

26、單極性調(diào)制，則第 i 個區(qū)間內(nèi)的 PWM 波所圍成的面積為：Spi=ETpi （2.2）若采用雙極性調(diào)制，則第 i 個區(qū)間的 PWM 波圍成的面積為：Spi=Etpi+(-E)2gi （2.3）式中，Tpi 為脈沖寬度，考慮到有 Ts=Tpi+2T gi，則令 S ri=Spi由（1）和（2）整理得：Tpi=Um/wEcos（i-1）/N-cosi/N (2.4)由式（1）和式（3）整理得：Tpi=Ts/2+Um/2wecos（i-1）/N-cosi/N (2.5)若令i= cos（i-1）/N-cosi/N (2.6)K= Um/we=M/w (2.7)式中 M=Um/E,為調(diào)制深度，由式（

27、4）或（5）可以分別計算出 PWM 的脈沖換相點的公式為：Tpi=ki i=1,2,N （2.8）iTS紅外遙控電風(fēng)扇 7Tgi=1/2(Ts-Tpi) i=1,2,NTpi=1/2(Ts+ ki) i=1,2,N （2.9）Tgi=1/2(Ts-Tpi) i=1,2,N由圖一可知道，等面積 PWM 法生成的 PWM 波形式點對稱的，因而可以推導(dǎo)出：Tpi= Tp (i-N） i=N=1,N=2, ,2N Tgi=Tg(i-N） i=N=1,N=2, ,2N在上述計算公式中，式（2.8）為單極性調(diào)制，式（2.9）為雙極性調(diào)制。在計算過程中，雖然 Di 的表達式包含三角函數(shù)的計算，但它僅與 N

28、有關(guān)，一旦 N 確定后，可事先將計算好的 Di 存入內(nèi)存中，需要時通過查表即可或取。從 K 的表達式可以看出，K 正比于調(diào)制深度而反比于基波頻率 X。這對電機的變頻調(diào)速系統(tǒng)，通常使用 U/f 比為常數(shù)來表達恒轉(zhuǎn)矩控制，即只需要使 K 值為一個常數(shù)即可。此外 PWM 控制技術(shù)以其控制簡單,靈活和動態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式,也是人們研究的熱點.由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒有了學(xué)科之間的界限,結(jié)合現(xiàn)代控制理論思想或?qū)崿F(xiàn)無諧振軟開關(guān)技術(shù)將會成為 PWM 控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一.相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域:PWM 控制結(jié)束主要應(yīng)用在電力電子技術(shù)行業(yè),具體講,包括風(fēng)力發(fā)電、電機調(diào)速、直流

29、供電等領(lǐng)域。3.3.遙控電風(fēng)扇控制系統(tǒng)設(shè)計遙控電風(fēng)扇控制系統(tǒng)設(shè)計 3.13.1 遙控發(fā)射部分遙控發(fā)射部分 為了能夠遠距離控制電風(fēng)扇，采用了紅外遙控器。通常紅外遙控器由發(fā)射和接受兩部分組成，發(fā)射部分由單片機 80C2051 等構(gòu)成。接受部分由單片機 89C51 等構(gòu)成。1.工作原理及組成部分（1）CPU 采用 AT89C2051 單片機，AT89C2051 的功能；和 MCS-8051 產(chǎn)品兼容、2KB可以重編輯閃速存儲器、耐久性：1000 寫/擦除周期、2.7V6V 的操作范圍、全靜態(tài)操作：0HZ24HZ、兩級加密程序存儲器、128*8 位內(nèi)部 RAM、15 根可編程 I/0 引線、6 個中斷

30、源、可編程串行 UART 通道、直接 LED 驅(qū)動輸出、片內(nèi)模擬比較器、低耗空載和掉電方式。（2）電源采用 5V 電源來提供電源（3）發(fā)射部分原理如圖 3-1 所示：紅外遙控電風(fēng)扇 8圖 3-1 遙控發(fā)射原理框圖2遙控發(fā)射器部分具體功能發(fā)射部分包括鍵盤、編碼調(diào)制、紅外發(fā)射器。使用 89C2051 芯片將按鍵信號調(diào)制在38KHZ 的載波信號上通過三極管放大或發(fā)射出去。紅外編碼為：全碼=引導(dǎo)碼+系統(tǒng)嗎+數(shù)據(jù)碼。89C2051 的 P1 口構(gòu)成鍵盤用 T1 產(chǎn)生定時中斷，產(chǎn)生一個 38K 的方波，作為紅外線的調(diào)制基波。將發(fā)送的數(shù)據(jù)和載波進行邏輯以后，經(jīng)過 40106 整形，用三極管驅(qū)動紅外發(fā)射器發(fā)射

31、。3.23.2 電風(fēng)扇接收電風(fēng)扇接收控制板控制板1工作原理及組成部分：紅外接受部分包括光電轉(zhuǎn)換放大器，解調(diào)，解碼電路。（1）CPU 板將單片機，控制和鍵盤組合在一起完成了人機對話。用 AT89C51 單片機來作主芯片控制，采用紅外 HS0038B 作為接受頭，用雙向可控硅 MOC3025 控制電機調(diào)速，具有紅外遙控功能。（2） 電源部分：交流 220V 經(jīng)變壓器降為 16V，經(jīng)整流橋整流后在由三端穩(wěn)壓器LM7805 穩(wěn)壓，供給接受控制板。（3）電風(fēng)扇控制板框圖如圖 3-2 所示：紅外遙控電風(fēng)扇 9圖 3-2 電風(fēng)扇控制板圖2設(shè)計方案（1）工作方式：分為手動和遙控兩種方式。由四種自然風(fēng)模式。（2

32、）紅外遙控輸入在 P3.2（INT0）,面板按鍵在 P3.3（INT1）.液晶和 LED 指示燈顯示狀態(tài)信息。3.33.3 發(fā)射部分軟硬件設(shè)計發(fā)射部分軟硬件設(shè)計3.3.13.3.1 發(fā)射部分硬件設(shè)發(fā)射部分硬件設(shè)計計1鍵盤設(shè)計（1）如圖 3-3 所示，5 個按鍵通過二極管接到 P32 外中斷 0 的引腳，當(dāng)任何一個按鍵按下，將會產(chǎn)生外部中斷，在外部中斷服務(wù)子程序里可以讀取鍵值，這樣的設(shè)計簡化程序設(shè)計，且實現(xiàn)睡眠狀態(tài)下喚醒 CPU，實現(xiàn)節(jié)能的目的。紅外遙控電風(fēng)扇 10圖 3-3 鍵盤原理圖（2）按鍵功能K1:開/關(guān)機；鍵值為 01HK2:手動模式的加速鍵，鍵值為 02HK3:手動模式的減速鍵，鍵值

33、為 03HK4：自然風(fēng)、睡眠風(fēng)、正常風(fēng)，手動模式切換鍵，鍵值為 04HK5：定時，鍵值為 05H（3）當(dāng)無按鍵按下時，延時 10 秒后進入空閑轉(zhuǎn)態(tài)，系統(tǒng)處于低功耗模式。當(dāng)有按鍵按下時，INT0 中斷產(chǎn)生中斷，同時喚醒 CPU 進行工作狀態(tài)。2.紅外發(fā)射電路的設(shè)計（1） 要發(fā)射的碼經(jīng)單片機編碼并與載波調(diào)制后由 P3.3 口輸出到 CD40106 整形后到三極管放大器由發(fā)射頭 TSAL6200 發(fā)射出去。下方的 LED 在信號發(fā)射時會閃爍，指示信號正在發(fā)送。如圖 3-4 所示：紅外遙控電風(fēng)扇 11圖 3-4 電路紅外發(fā)射（2）紅外發(fā)射的編碼方式遙控發(fā)射器專用的芯片很多，根據(jù)編碼格式可以分成兩大類，

34、這里我們以運用比較廣泛，解碼比較容易的一類來加以說明，這里采用 Philips 公司出品的遙控芯片SAA3010T 的編碼解碼協(xié)議，此種芯片所采用的協(xié)議時雙相位編碼協(xié)議，當(dāng)發(fā)射器按鍵按下以后，即有遙控碼發(fā)出，所按的按鍵不一樣遙控的編碼也不一樣，這種遙控具有以下特征：A.位一和位零的相位正好是相反的，遙控器發(fā)射的位一用低電平到高電平來表示，位 0 用高電平到低電平表示，每個電平占 0.8255ms，這樣，一個完整的位就占有0.8255*2=1.651ms， “0”和“1”組成的 32 位二進制碼經(jīng) 38MHZ 的載頻進行二次調(diào)制病提高發(fā)射效率，達到降低電源功耗的目的，然后再通過紅外發(fā)射二極管發(fā)射

35、。B.當(dāng)點按按鈕時，遙控器會發(fā)射完整的一幀，一幀包括 2 位的起始位，1 位控制位，5 位的系統(tǒng)碼和 6 位的指令。C.其相關(guān)圖形如圖 3-5 和圖 3-6 所示：紅外遙控電風(fēng)扇 12圖 3-5 邏輯 0 和 1 的編碼圖 3-6 幀數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)（3）AT89C2051 最小系統(tǒng)電路，如圖 3-7 所示，包括復(fù)位電路，振蕩電路等。系統(tǒng)在高電平時復(fù)位。圖 3-7 最小系統(tǒng)電路3.3.23.3.2 遙控發(fā)射部分軟件設(shè)計遙控發(fā)射部分軟件設(shè)計遙控發(fā)射部分的主要功能是有按鍵按下時，將按鍵值發(fā)送到接收方，這當(dāng)中要完成紅外遙控電風(fēng)扇 13鍵盤的讀取，載波的產(chǎn)生，編碼調(diào)制，最終輸出調(diào)制波。采用中斷的處理程序完成

36、整個系統(tǒng)的操作，當(dāng)有按鍵按下時，產(chǎn)生外部中斷 0，外部中斷 0 處理完成鍵盤的讀取，接著定時器 0 中斷服務(wù)子程序負責(zé)編碼，定時器 1 中斷服務(wù)子程序負責(zé)產(chǎn)生載波并將載波于信號調(diào)制，調(diào)制波經(jīng)引腳輸出。主程序之負責(zé)延時10S，若無按鍵按下，則進入休眠狀態(tài)，以節(jié)省電能。1主程序和外中斷 0 服務(wù)子程序流程，如圖 3-8 所示：圖 3-8 主程序和外中斷 0 服務(wù)子程序流程2定時器 0 和定時器 1 中斷服務(wù)子程序流程，如圖 3-9 所示：紅外遙控電風(fēng)扇 14圖 3-9 定時器 0 和定時器 1 中斷服務(wù)子程序流程3.4.3.4.接收部分軟硬件設(shè)計接收部分軟硬件設(shè)計3.4.13.4.1 接收控制部分

37、接收控制部分硬件設(shè)計硬件設(shè)計1鍵盤的設(shè)計如圖 3-10 所示：發(fā)射部分的鍵盤大體相同，使用外中斷 0；同時可以在睡眠狀態(tài)下喚醒 CPU，可以使用節(jié)能模式。紅外遙控電風(fēng)扇 15圖 3-10 鍵盤設(shè)計（1）各按鍵作用K1:開/關(guān)機；相應(yīng)的指示燈亮K2:手動模式的加速鍵，相應(yīng)的指示燈亮K3:手動模式的減速鍵，相應(yīng)的指示燈亮K4：自然風(fēng)、睡眠風(fēng)、正常風(fēng)，手動模式切換鍵，相應(yīng)的指示燈亮，參見（圖 3-12,3-13,3-14）K5：定時 30 分鐘，1 小時，1.5 小時,2 小時,2.5 小時,3 小時,3.5 小時,4 小時，如圖 3-11 所示：圖 3-11 定時流程圖 （2）吹風(fēng)模式選擇自然風(fēng)的

38、處理流程如圖 3-12 所示：睡眠風(fēng)的處理流程如圖 3-13 所示：圖 3-12 自然風(fēng)處理流程圖紅外遙控電風(fēng)扇 16圖 3-13 睡眠風(fēng)處理流程圖正常風(fēng)的處理流程如圖 3-14 所示：圖 3-14 正常風(fēng)處理流程圖（3）遙控的解碼過程為編碼的逆過程單片機接受到一個中斷后，開始計數(shù)，然后按照一定間隔讀取接受到的碼循環(huán) 14次完成 14 個碼的接收和存儲。接著解碼，接著根據(jù)接收道到的碼作出相應(yīng)的動作。2.晶顯示模塊電路如圖 3-15 所示，這里采用的是 LCD1602 液晶，調(diào)節(jié) R2 的滑動端可調(diào)節(jié)液晶屏亮度。紅外遙控電風(fēng)扇 17圖 3-15 LCD1602 示意圖3紅外接收電路的設(shè)計（1）如

39、圖 3-16 所示，信號接收到 P3.3，使用外中斷 1，可在外中斷 1 中獲取接收的碼值。下方的 LED 同樣在接收信號的時候會閃爍，指示正在接收信號圖 3-16 紅外接收電路（2）遙控的解碼過程為編碼的逆過程單片機接收到一個中斷后，開始計數(shù)，然后按一定時間間隔讀取接收到的碼循環(huán) 14 次完成 14 個碼的接收和存儲。接著解碼，接著根據(jù)接收到的碼作出相應(yīng)的動作。4.如圖 3-17 所示為電機驅(qū)動模塊紅外遙控電風(fēng)扇 18圖 3-17 電機驅(qū)動電路5.如圖 3-18 所示，用來指示吹風(fēng)的模式（手動模式，自然風(fēng)，睡眠風(fēng)，正常風(fēng)模式）圖 3-18 吹風(fēng)指示電路3.4.23.4.2 接收控制部分軟件設(shè)

40、計接收控制部分軟件設(shè)計這部分的程序設(shè)計主要有液晶的顯示驅(qū)動，電機調(diào)速算法的實現(xiàn)，紅外接收，及鍵盤的讀取。紅外接受和鍵盤讀取都需要采用外部中斷來響應(yīng)輸入，這樣可以簡化程序的設(shè)計。當(dāng)有紅外輸出或鍵盤輸入時，外部中斷 0 和外部中斷 1 響應(yīng)輸入，當(dāng)有紅外輸入時，配合定時器 0 完成接受工作，當(dāng)鍵盤有輸入時，在外部 中斷 0 中完成鍵盤的讀取。液晶驅(qū)動程序設(shè)計：1程序流程圖的設(shè)計，如圖 3-19 所示：圖 3-19 程序流程圖2調(diào)速程序?qū)崿F(xiàn)電機調(diào)速采用直接 PWM 算法，在程序中的實現(xiàn)大致方法就是，產(chǎn)生一個基本頻率的方波，配合定時器控制方波的占空比來控制可控硅的導(dǎo)通角，從而達到調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的目的。紅

41、外遙控電風(fēng)扇 19實現(xiàn)流程框圖，如圖 3-20 所示：圖 3-20 實現(xiàn)流程圖采用直接 PWM 算法控制電機轉(zhuǎn)速，在配合定時器，可以產(chǎn)生多種多樣的吹風(fēng)模式，比如上文提到的自然風(fēng)，睡眠風(fēng)等模式，可以自己設(shè)計什么時候吹風(fēng)就什么時候吹什么樣的風(fēng)，同時也實現(xiàn)了電機的無級調(diào)速。3.主程序流程圖,如圖 3-21 所示：圖 3-21 主程序流程圖4.如圖 3-22 所示,外部中斷 0（鍵盤輸入）和外部中斷 1（紅外接收）服務(wù)子程序流程，其主要功能是根據(jù)（紅外鍵盤或鍵盤輸入） ，控制系統(tǒng)的一些參量比如風(fēng)量，吹風(fēng)模式，開關(guān)機，定時時間等。紅外遙控電風(fēng)扇 20圖 3-22 中斷程序流程圖5.定時器 0 主要用于紅

42、外接收時的計時，定時器 1 主要來產(chǎn)生 PWM 波控制電進的轉(zhuǎn)速，以及定時關(guān)機計時。其程序流程圖如圖 3-23 所示：圖 3-23 定時程序流程圖紅外遙控電風(fēng)扇 214.4.仿真與調(diào)試仿真與調(diào)試仿真主要有軟件仿真以及系統(tǒng)仿真。軟件仿真調(diào)試是利用開發(fā)工具 KEIL 自帶的仿真器來仿真調(diào)試，在編譯完成之后，單擊“DEBUG”或者按 CTRAL5 即可進入 KEIL 的仿真調(diào)試環(huán)境，如圖 4-1 所示：圖 4-1 KEIL 仿真界面在這個仿真環(huán)境中，它提供了很多的觀察工具以及窗口的形式呈現(xiàn)給用戶，比如左邊的寄存器觀察窗口可以觀察寄存器的值，下左方的窗口可以輸入命令行，可以觀察變量的值，也可以中途改變

43、變量的數(shù)值，這相當(dāng)于仿真過程中的輸入變化。右下的窗口可以觀察內(nèi)存的變化，正中的窗口是程序運行的主窗口，可以運用軟件調(diào)試常用的手段，比如單步調(diào)試，設(shè)置斷點等控制方法控制運行程序。總之，在 KEIL 仿真環(huán)境中，具備了軟件調(diào)試的各種手段，同時又融合了窗口形式的硬件仿真平臺，兩者的結(jié)合為我們提供了一個虛擬的軟硬件協(xié)同的仿真平臺。其次，本系統(tǒng)的仿真采用 Proteus 來進行系統(tǒng)的仿真的，Proteus 的 ISIS 是一款Lab center 出品的電路分析實物仿真系統(tǒng)，可以進行仿真各種電路和 IC，支持單片機，而且元件庫齊全，使用方便，是不可多得的專業(yè)的單片機軟件仿真系統(tǒng)。該軟件的特點是：a) 全

44、部滿足我們提出的單片機軟件方針系統(tǒng)的標準，并在同類產(chǎn)品中具有明顯的優(yōu)勢。b) 具有模擬電路仿真，數(shù)字電路的仿真，單片機計其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真等多種仿真功能，并且具有各種示波器，邏輯分析儀，信號發(fā)生器等。紅外遙控電風(fēng)扇 22c) 目前支持大量的存儲器和外圍芯片，總之該軟件是一款單片機和 SPICE 分析于一身的方針軟件，功能及其強大。軟件界面如圖 4-2 所示：圖 4-2 Proteus 仿真界面Proteus 還提供了一些系統(tǒng)的單片機，元件庫等素材，此外還有一些系統(tǒng)的模擬器，可以在仿真用到，比如示波器，邏輯分析儀，各種信號源等，如圖 4-3 所示：圖 4-3 Proteus 仿真界面紅外

45、遙控電風(fēng)扇 23通過 KEIL 仿真軟件以及 PROTEUS 軟件兩者的互相結(jié)合，在 KEIL 的軟件調(diào)試可以在PROTEUS 的硬件系統(tǒng)中體現(xiàn)出其效果來，這兩者共同虛擬出一個軟硬件仿真調(diào)試的平臺，在這個虛擬的平臺上現(xiàn)對對整個硬件做一次仿真，既可以找出軟件的不足，又可以使用這種交互功能，測試硬件的合理性，方便了對于整個系統(tǒng)的功能的驗證，可謂一舉兩得。紅外遙控電風(fēng)扇 24結(jié)束語結(jié)束語 經(jīng)過一段時間的努力，畢業(yè)設(shè)計也已經(jīng)結(jié)束了，在本次設(shè)計過程中我通過查閱資料以及老師的精心指導(dǎo)，使得設(shè)計過程進展順利，同時在此次設(shè)計中我也獲益匪淺，學(xué)到了許多的東西。 本設(shè)計是針對市場上流行的電風(fēng)扇系統(tǒng)進行詳細的分析，

46、對現(xiàn)行的電風(fēng)扇系統(tǒng)提出了相應(yīng)的改進方案，并將付諸實踐。其次，本系統(tǒng)相對于其他市面上的風(fēng)扇的亮點主要有：紅外遙控發(fā)射與接收功能，PWM 無級調(diào)速，并且包含多種吹風(fēng)模式。通過這次的設(shè)計，我掌握了單片機的控制技術(shù)，無線紅外遙控技術(shù)，以及相關(guān)的開發(fā)工具的應(yīng)用。但是，此時畢業(yè)設(shè)計完成之時，我并沒有預(yù)想中的那么激動，只有一種塵埃落定的感覺。在回想此次設(shè)計的全過程，每一個細節(jié)，每一次修改，原本以為輕松的我，隨著設(shè)計的越發(fā)深入，才覺得自己懂得只是一些皮毛而已，在以后的日子里還需要不斷地學(xué)習(xí)來充實自己。此次設(shè)計中也得到了許多人的幫助，才使得設(shè)計完成的如此順利，在此衷心的感謝在本次設(shè)計過程中幫助過我的老師以及同學(xué)

47、。紅外遙控電風(fēng)扇 25參考文參考文獻獻【1】胡宴如.電子技術(shù)M， 第二版 北京； 高等出版社 【2】王延才.電子線路 CADM，機械工業(yè)出版社 【3】蔡元宇.單片機原理，高等出版社 【4】薛英杰.單相電機調(diào)速的 PWM 控制技術(shù)， 華南理工大學(xué)出版社【5】方承遠.電氣控制技術(shù)M，第二版 北京：機械工業(yè)出版社，【6】馬鏡澄.低壓電器M，北京 兵器工業(yè)出版社【7】付植桐.電子技術(shù)M，第二版 高等教育出版社【8】姚為正 浣喜明.電力電子技術(shù) M， 第二版，高等教育出版社【9】蘇海賓.電力電子技術(shù)M，第一版高等教育出版社西安航空西安航空職業(yè)職業(yè)技技術(shù)術(shù)學(xué)院學(xué)院畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計（ （論論文）文）審

48、審 查查 意意 見見 書書指指導(dǎo)導(dǎo)教教師對師對學(xué)生學(xué)生 朱朱麗麗娜娜 所完成的所完成的題題目目為為 紅紅外遙控外遙控電風(fēng)電風(fēng)扇扇 的的畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計（ （論論文）文）進進行情況、完成行情況、完成質(zhì)質(zhì)量的量的審查審查意意見見： ： 成成績績： ： 指指導(dǎo)導(dǎo)教教師師： ： 年年 月月 日日西安航空西安航空職業(yè)職業(yè)技技術(shù)術(shù)學(xué)院學(xué)院畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計（ （論論文）文）評評 閱閱 意意 見見 書書評閱評閱人人對對學(xué)生學(xué)生 朱朱麗麗娜娜 所完成的所完成的題題目目為為 紅紅外遙控外遙控電風(fēng)電風(fēng)扇扇 的的畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計（ （論論文）文）評閱評閱意意見為見為： ： 成成績績： ： 評閱評閱人：人： 年年

49、 月月 日日西安航空西安航空職業(yè)職業(yè)技技術(shù)術(shù)學(xué)院學(xué)院畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計（ （論論文）答文）答 辯辯 結(jié)結(jié) 果果畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計（ （論論文）答文）答辯辯委委員員會會對對學(xué)生學(xué)生 朱朱麗麗娜娜 所所完成的完成的題題目目為為 紅紅外遙控外遙控電風(fēng)電風(fēng)扇扇 的的畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計（ （論論文）及答文）及答辯評語為辯評語為： ： 經(jīng)經(jīng)答答辯辯委委員員會研究，確定成會研究，確定成績?yōu)榭優(yōu)椋?： 畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計（ （論論文）答文）答辯辯委委員員會主任：會主任： 答答辯辯委委員員會委會委員員： ： 年年 月月 日日 該該生生畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計（ （論論文）最文）最終終成成績評績評定：定：審閱成績（權(quán)重 0.4）評閱成績（權(quán)重0.4）答辯成績（權(quán)重0.2）最終成績答答 辯辯 記記 錄錄答辯人姓名朱麗娜答辯人學(xué)號08201115答辯時間： 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院頂崗實習(xí)工作記錄表西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院頂崗實習(xí)工作記錄表實習(xí)單位：部門：地址：郵編：電話：課題題目：學(xué)生姓名：班級學(xué)號：專業(yè)：實踐日期：年月至年月時間段內(nèi)容體會注：本表為校外完成畢業(yè)論文者使用，由實習(xí)學(xué)生本人填寫，真實記錄本人在所在單位的實踐課題完成過程及體會，本表為周總結(jié)。本表可復(fù)制