96基于AT89C51电风扇智能调速器的设计-第2页
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96基于AT89C51电风扇智能调速器的设计-2
宿州学院2010届本科生毕业设计系统主要硬件电路；3．1温度检测和显示电路；可以选用LM324A运算放大器作为温度传感器，将；3.1.1DS18B20的温度处理方法；DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS；DS18B20简介：；（1）独特的单线接口方式：DS18B20与微处理；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；（
宿州学院2010届本科生毕业设计
系统主要硬件电路 3
系统主要硬件电路3．1
温度检测和显示电路可以选用LM324A运算放大器作为温度传感器，将其设计成比例控制调节器，输出电压与热敏电阻的阻值成正比，但这种方案需要多次检测后方可使采样精确，过于烦琐。所以我采用更为优秀的DS18B20数字温度传感器，它可以直接将模拟温度信号转化为数字信号，降低了电路的复杂程度，提高了电路的运行质量。3.1.1
DS18B20的温度处理方法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9～12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DS18B20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简介：（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9~12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。（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（1―wire)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。宿州学院2010届本科生毕业设计
系统主要硬件电路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1―wire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是低位在前。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。温度值/℃
数字输出（二进制）
数字输出（十六进制）
0550H+25.625
0191H+10.125
FFF8H-10.125
FF5EH-25.625
FC90H表1 部分温度值与DS18B20输出的数字量对照表 3.1.2
温度传感器和显示电路组成本模块用更为优秀的DS18B20作为温度传感器，AT89C51单片机作为处理器，配以温度显示作为温度控制输出单元。整个系统力求结构简单，功能完善。电路图如图2所示。系统工作原理如下：DS18B20数字温度传感器采集现场温度，将测量到的数据送入AT89C51单片机的P3.3口，经过单片机处理后显示当前温度值，并与设定温度值的上下限值作比较，若高于设定上限值或低于设定下限值则控制电机转速进行自动调整。宿州学院2010届本科生毕业设计
系统主要硬件电路 图2 DS18B20温度计原理图 3.2
电机调速电路电机调速是整个控制装置中的一个相当重要的方面。通过控制改变双向可控硅的导通角，使输出端电压发生改变，从而使施加在电风扇的输入电压发生改变，以调节风扇的转速，实现各档位风速的无级调速。3.2.1
电机调速原理双向可控硅的导通条件如下：(1)阳-阴极间加正向电压；(2)控制极-阴极间加正向触发电压；(3)阳极电流IA 大于可控硅的最小维持电流IH。电风扇的风速从高到低设为5、4、3、2、1档，每档风速都有一个限定值。在额定电压、额定功率下，以最高转速运转时，要求风叶最大圆周上的线速度不大于2150m/min。且线速度可由下列公式求得V=πDn×103
（1）式（1）中，V为扇叶最大圆周上的线速度(m/min),D为扇中的最大顶端扫出圆的直径(mm)，n为电风扇的最高转速(r/min)。代入数据求得n5≤1555r/min,取n5=1250 r/min。又因为：调速比?最低调速档的转速?100%?70% 最高调速档的转速取n1=875r/min。则可得出五个档位的转速值：n1=875r/min，n2=980r/min，n3=1063r/min，n4=1150 r/min，n5=1250r/min。宿州学院2010届本科生毕业设计
系统主要硬件电路又由于负载上电压的有效值???sin2??u0=u1???
（2） 2????式（2）中，u1为输入交流电压的有效值，α为控制角。解得：（1）当α5=0°时，t=0ms；（2）当α4=23.5°时，t=1.70ms；（3）当α3=46.5°时，t=2.58ms；（4）当α2=61.5°时，t=3.43ms；（5）当α1=76.5°时，t=4.30ms。上述计算出的是控制角和触发时间，当检测到过零点时，按照所求得的触发时间延时发脉冲，便可实现预期转速。 3.2.2
电机控制模块设计本模块电路中采用了过零双向可控硅型光耦MOC3041M ,集光电隔离、过零检测、过零触发等功能于一身,避免了输入输出通道同时控制双向可控硅触发的缺陷, 简化了输出通道隔离2驱动电路的结构。所设计的可控硅触发电路原理图见图3。其中RL即为电机负载，其工作原理是:单片机响应用户的参数设置, 在I/ O 口输出一个高电平, 经反向器反向后, 送出一个低电平,使光电耦合器导通, 同时触发双向可控硅, 使工作电路导通工作。给定时间内,负载得到的功率为:nUI
(3) N式中: P 为负载得到的功率（ kW）; n 为给定时间内可控硅导通的正弦波个数; N 为P?给定时间内交流正弦波的总个数; U为可控硅在一个电源周期全导通时所对应的电压有效值（V）; I 为可控硅在一个电源周期全导通时所对应的电流有效值（A）。由式(3) 可知,当U , I , N 为定值时, 只要改变n 值的大小即可控制功率的输出,从而达到调节电机转速的目的。3.3.1
发射电路 3.3
遥控电路 图3 电机控制原理图输出经Q1和Q2放大后驱动D1发出经编码后的红外遥控信号。 宿州学院2010届本科生毕业设计
系统主要硬件电路红外发射电路原理图见图4， K1～K8是遥控键输入键，它是一个由编码器“ 摇头”、“ 照明”、“开/ 关”控制按钮。经对应开关发出的遥控指令，由脚D0（BA5104）和红外发射电路组成的。Al～A6键分别为“定时”、“风速”、“风类”、图4 遥控发射电路 包含各类专业文献、生活休闲娱乐、行业资料、中学教育、外语学习资料、应用写作文书、幼儿教育、小学教育、96基于AT89C51电风扇智能调速器的设计等内容。　
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基于AT89C51的无线温控电风扇调速器的设计75-3
温度传感器DS18B20电路；DS18B20与微处理器的连接图温度值/℃数字输；+；+H；+25.；+10.；+0.；000
温度传感器DS18B20 电路 DS18B20与微处理器的连接图 温度值/℃
数字输出（二进制）
数字输出（十六进制）+125
0550H+25.625
0191H+10.125
FFF8H-10.125
FF5EH-25.625
FC90H 部分温度值与DS18B20输出的数字量对照表 3.3
电机调速电路电机调速是整个控制装置中的一个相当重要的方面。通过控制改变双向可控硅的导通角，使输出端电压发生改变，从而使施加在电风扇的输入电压发生改变，以调节风扇的转速，实现各档位风速的无级调速。3.3.1
电机调速原理双向可控硅的导通条件如下：(1）阳-阴极间加正向电压；(2）控制极-阴极间加正向触发电压；(3）阳极电流IA 大于可控硅的最小维持电流IH。电风扇的风速从高到低设为5、4、3、2、1档，每档风速都有一个限定值。在额定电压、额定功率下，以最高转速运转时，要求风叶最大圆周上的线速度不大于2150m/min。且线速度可由下列公式求得V=πDn×103
（1）式（1）中，V为扇叶最大圆周上的线速度(m/min),D为扇中的最大顶端扫出圆的直径(mm)，n为电风扇的最高转速(r/min)。代入数据求得n5≤1555r/min,取n5=1250 r/min.又因为：调速比?最低调速档的转速?100%?70% 最高调速档的转速取n1=875r/min。则可得出五个档位的转速值：n1=875r/min，n2=980r/min，n3=1063r/min，n4=1150 r/min，n5=1250r/min又由于负载上电压的有效值???sin2??u0=u1????2???
（2）式（2）中，u1为输入交流电压的有效值，α为控制角。解得：(1)当α5=0°时，t=0ms；(2)当α4=23.5°时，t=1.70ms；(3)当α3=46.5°时，t=2.58ms；(4)当α2=61.5°时，t=3.43ms；(5)当α1=76.5°时，t=4.30ms。上述计算出的是控制角和触发时间，当检测到过零点时，按照所求得的触发时间延时发脉冲，便可实现预期转速 3.3.2
电机控制模块设计本模块电路中采用了过零双向可控硅型光耦MOC3041M ,集光电隔离、过零检测、过零触发等功能于一身,避免了输入输出通道同时控制双向可控硅触发的缺陷, 简化了输出通道隔离2驱动电路的结构。所设计的可控硅触发电路原理图见图3。其中RL即为电机负载，其工作原理是:单片机响应用户的参数设置, 在I/ O 口输出一个高电平, 经反向器反向后, 送出一个低电平,使光电耦合器导通, 同时触发双向可控硅, 使工作电路导通工作。给定时间内,负载得到的功率为:nUI
(3) N式中: P 为负载得到的功率（ kW）; n 为给定时间内可控硅导通的正弦波个数; N 为给P?定时间内交流正弦波的总个数; U为可控硅在一个电源周期全导通时所对应的电压有效值（V）; I 为可控硅在一个电源周期全导通时所对应的电流有效值（A）。由式(3) 可知,当U , I , N 为定值时, 只要改变n 值的大小即可控制功率的输出,从而达到调节电机转速的目的 电机控制原理图 3.4 遥控电路设计3.4.1发射电路遥控发射器专用芯片很多，根据编码格式可以分成两大类，这里我们以运用比较广泛，解码比较容易的一类来加以说明，现以日本的NEC的uPD121G组成发射电路为例说明编码原理。当发射前按下按键后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同。这种遥控码具有以下特征：（1）、采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”。“0”、“1”组成的32位二进制码经过38KHz的载频进行二次调制以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的。然后再通过红外线发射二极管发射。（2）、遥控编码是连续发32位二进制码组，其中前16为为用户识别码，能区别不同的电气设备，防止不同机种遥控码互相干扰。该芯片的用户识别码固定为十六进制0FFH，后16位为8位操作码（功能码）及其反码。遥控器在按键按下后，周期性地发出同一种32位二进制码，周期约为108ms，一组码本身的持续时间随它包含的二进制的“0”和“1”的个数不同而不同，大约在45～63ms之间。（3）、其相关波形图如下： 遥控发射电路 3.4.2接收电路HS0038接收原理：红外线接收是把遥控器发送的数据（已调信号）转换成一定格式的控制指令脉冲（调制信号。基带信号），是完成红外线的接收、放大、解调，还原成发射格式（高、低电位刚好相反）的脉冲信号。这些工作通常有一体化的接收头来完成，输出TTL兼容电平。最后通过解码脉冲信号转换成数据，从而实现数据的传输。如果相邻的两个中断间隔的数据长度0. 56ms，说明接收到的是“0”；时间长度是1.12ms则为“1”。因此，脉冲电平的每一次挑拨都会形成一次中断，在中断服务子程序中即可实现一次性兑一连串连续波形的测量，在测量后对0和1的歌数据统计从而测出控制指令的功能。接收解码方式：解码的关键是如何识别“0”，和“1”，从位 的定义我们可以发现“0”，“1”均以0.56的低电平开始，不同的是高电平的宽度不同区别“0”和“1”，如果从0.56ms低电平过后，开始延时,0.56ms以后，若读到的电平为低，说明该位位“0”，反之则为“1”，未来可靠其间，压缩必须比0.56ms长些，但又不能超过0.12ms，否则如果该位位“0”，读到的意思下一位的高电平，因此取（1.12ms+0.56ms）/2=0.84ms最为可靠，一般取0.84左右均可。根据码的格式，应该等待9ms的起始码和4.5ms的结果码完成后才能读码。中断接收时子程序首先读取T0定时器的长度，如果是0.56ms就认为是“0”，将其存入缓冲区并且计数器加一，如果是1.68ms就认为是“1”，将其存入缓冲区并且计时器加一。如果计时器值为32时，就接收结束标志位并且计数器清0，如果计时器值不为32时，就认为接收误码，计时器也将清0，传输重新等待读取红外信号。红外遥控接收电路如图下图所示。红外信号由通用红外接收器BA5302完成前置放大、载波选频、脉冲解调。当有红外脉冲信号到来时，BA5302输出低电平，经Q1反相后，作用于解码电路SM5302C的DI端（HP/CP端）输出相应的控制信号。SM5032C的HP1～HP6端输出持续电平信号。当按下发射器K1～K5任一键时，SM5032C相应HP端输出持续高电平。松开发射键，则输出低电平。CP1、CP2端为反相电平输出端（自锁）。当松下发射器K7键时，SM5032C相应CP端输出电平翻转，即“1”变为“0”或“0”变为“1”。每按一次，输出电平即翻转一次。 包含各类专业文献、行业资料、幼儿教育、小学教育、高等教育、应用写作文书、专业论文、基于AT89C51的无线温控电风扇调速器的设计75等内容。　
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