哈爾濱劍橋?qū)W院畢 業(yè) 設(shè) 計 論文題目： 智能紅外遙控電風(fēng)扇設(shè)計 學(xué) 生： 董書豪 指導(dǎo)教師： 崔莉 講師 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 12級電氣2班 2016年5月哈爾濱劍橋?qū)W院畢 業(yè) 設(shè) 計 審 閱 評 語指導(dǎo)教師評語 指導(dǎo)教師成績： 是否同意參加答辯：同意 不同意 指導(dǎo)教師簽字 職 稱 年 月 日 評閱人評語 評閱成績： 是否同意參加答辯： 同意 不同意 評閱教師簽字 職 稱 年 月 日 哈爾濱劍橋?qū)W院畢 業(yè) 設(shè) 計 答 辯 評 語 及 成 績答辯評語 答 辯 成 績: 答辯小組組長簽字： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計（論文）成績指導(dǎo)教師成績： 評閱成績： 答辯成績： 綜合指導(dǎo)教師成績、評閱成績、答辯成績，經(jīng)答辯委員會評定，該學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）總成績： 答辯委員會主任單位： 答辯委員會主任簽字： 職稱： 年 月 日智能紅外遙控電風(fēng)扇設(shè)計摘 要本論文是基于STC12系列單片機為核心，設(shè)計了一種新型智能紅外遙控電風(fēng)扇控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)由紅外發(fā)射接收模塊、液晶顯示模塊、按鍵控制模塊、語音播報模塊、溫度檢測模塊以及電機控制模塊組成。該系統(tǒng)能夠利用遙控或者按鍵形式實現(xiàn)對電風(fēng)扇不同檔位的設(shè)置。電風(fēng)扇的控制是通過遙控實現(xiàn)的，它是基于紅外通信的原理，并且風(fēng)速高低是利用PWM信號進行調(diào)節(jié)的。在按鍵控制下，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)語音提示，液晶顯示單元能夠顯示系統(tǒng)運行的狀態(tài)數(shù)據(jù)，充分展示了良好的人機交互界面。本系統(tǒng)實現(xiàn)了電風(fēng)扇的搖頭、定時以及自動調(diào)速等智能化功能，讓使用者能夠依據(jù)實際使用情況對電風(fēng)扇的運行時間進行設(shè)置，同時能夠依據(jù)溫度變化進行風(fēng)速的自動調(diào)整。本系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試過程是在KEIL、PROTEL、PROTEUS等軟件下完成的，整個系統(tǒng)的設(shè)計符合實際用戶需求，充分展示了遙控電風(fēng)扇的智能化和自動化，并且實現(xiàn)了智能家電的人性化發(fā)展。關(guān)鍵詞：STC12系列單片機； 紅外通信；PWM；人機交互界面；智能功能目 錄摘要I1 緒論11.1 課題背景和發(fā)展趨勢11.2 課題研究意義和目的11.3 課題研究內(nèi)容22 系統(tǒng)整體方案設(shè)計32.1 方案選擇32.1.1 MCU的選擇32.1.2 顯示模塊的選擇32.1.3 紅外模塊的選擇32.1.4 語音模塊的選擇42.1.5 電機驅(qū)動的選擇42.1.6 溫度傳感器的選擇42.2 整體方案設(shè)計42.2.1 系統(tǒng)的整體設(shè)計思路42.2.2 系統(tǒng)的總體設(shè)計框圖52.3 主要元器件的介紹52.3.1 STC12LE5A60S2單片機52.3.2 ISD4004語音芯片62.3.3 TFT彩屏82.3.4 紅外通信92.3.5 DS18B20102.3.6 BTN7970驅(qū)動芯片113 系統(tǒng)的硬件設(shè)計133.1 系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計思路133.2 系統(tǒng)的總體硬件電路圖133.3 系統(tǒng)各個模塊硬件電路設(shè)計143.3.1 單片機最小系統(tǒng)電路143.3.2 紅外收發(fā)電路153.3.3 顯示電路153.3.4 語音播報電路163.3.5 按鍵控制電路173.3.6 驅(qū)動電路173.3.7 溫度模塊電路184 系統(tǒng)的軟件設(shè)計194.1 系統(tǒng)總體流程圖194.2 部分模塊程序設(shè)計204.2.1 語音播放程序設(shè)計204.2.2 紅外接收程序設(shè)計215 系統(tǒng)調(diào)試225.1 系統(tǒng)硬件調(diào)試225.2 系統(tǒng)軟件調(diào)試225.3 調(diào)試中出現(xiàn)的問題225.4 調(diào)試結(jié)果分析23結(jié)論24致謝25參考文獻26附錄27哈爾濱劍橋?qū)W院畢業(yè)設(shè)計智能紅外遙控電風(fēng)扇設(shè)計1 緒論1.1 課題背景和發(fā)展趨勢隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，帶動了電子產(chǎn)業(yè)和制造業(yè)突飛猛進的發(fā)展。社會生產(chǎn)率水平不斷提高，同時也帶動了智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。智能家居的要求很高，對智能化程度和自動化程度都具有較高的要求。通常意義上的智能家居，都需要做工優(yōu)良和可靠性較高的設(shè)備作為基礎(chǔ)。電風(fēng)扇也是智能家居產(chǎn)業(yè)中的一種。雖然空調(diào)的出現(xiàn)，對傳統(tǒng)形式的、機械形式的電風(fēng)扇造成了很大的沖擊，但是因為電風(fēng)扇的功耗低，并且產(chǎn)生的風(fēng)更自然，讓人們感覺更舒服。所以，從空氣流通的出發(fā)點來考慮的話，電風(fēng)扇的優(yōu)點還是很明顯的。電風(fēng)扇具有價格上的優(yōu)勢，其性價比高，并且使用方便，體積小，便于擺放?，F(xiàn)在的電風(fēng)扇在中小城市中都具有很大比例的份額，而傳統(tǒng)的電風(fēng)扇雖然優(yōu)點很多，但是功能十分簡單、并且還伴有較大的噪音，并不符合現(xiàn)在智能家居對設(shè)備提出的高要求。要想提升電風(fēng)扇在現(xiàn)在市場上的競爭力，就有必要在電風(fēng)扇的技術(shù)層次上加以提高，使它更穩(wěn)定、安全性更高以及具有較高的性價比。智能家居的智能化和自動化發(fā)展，必然帶動電風(fēng)扇行業(yè)的快速發(fā)展，電風(fēng)扇也必然朝著智能化、自動化、安全性以及人性化的方向發(fā)展。綜上所述，正是智能電風(fēng)扇出現(xiàn)的原因。1.2 課題研究意義和目的智能電風(fēng)扇的集成化程度很高，并且具有很多優(yōu)點。本文研究的是一種智能紅外遙控電風(fēng)扇，本系統(tǒng)具有功耗低的特點，所以具有環(huán)保性的理念。這種智能電風(fēng)扇在用戶使用時，會讓人感到更加舒適。它可以實現(xiàn)模擬自然風(fēng)、睡眠風(fēng)，并且讓風(fēng)速更加貼近實際風(fēng)的感覺，更符合使用者的要求，更加具有人性化。本文研究的智能電風(fēng)扇具有無線傳輸功能以及語音播報功能，能夠讓老年人和殘疾人進行無障礙操作。這種智能型的電風(fēng)扇必然會促進智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，智能家居的發(fā)展也必然會促進智能電風(fēng)扇的智能化和自動化程度的提高，以及使用領(lǐng)域的擴展。智能紅外遙控風(fēng)扇包含了很多學(xué)科的知識，涉及到機械、電子、傳感、通信以及自動化控制等多個方面。1.3 課題研究內(nèi)容本課題設(shè)計的是一款基于STC12LE5A60S2單片機的智能化紅外遙控電風(fēng)扇。該設(shè)計最突出的特點就是更加人性化。具體功能如下：智能風(fēng)扇的檔位控制可通過兩種方式實現(xiàn)，一是通過功能鍵來實現(xiàn)檔位的設(shè)置，通過設(shè)置風(fēng)扇座上的三個鍵，來調(diào)節(jié)不同的風(fēng)速。其次就是通過無線的方式來實現(xiàn)對檔位的設(shè)置，本設(shè)計中采用的是紅外通信的方式實現(xiàn)16檔位風(fēng)速的設(shè)置，使用者可以用遙控來控制風(fēng)扇的風(fēng)速。以往的電風(fēng)扇仍然以機械旋鈕或者簡單紅外遙控方式為主，無較好的人機界面。本次設(shè)計增加了顯示功能和播報功能，液晶可以將風(fēng)扇的各種運行狀態(tài)顯示出來，在風(fēng)扇的控制過程有語音的提示，使用戶可以更加舒適、方便地使用。當(dāng)然，考慮到不同環(huán)境下的各種情況，本設(shè)計增加了自動調(diào)速系統(tǒng)，風(fēng)扇可以根據(jù)室內(nèi)的溫度變速運行，當(dāng)溫度低于一定溫度時，就自動關(guān)閉，高于該溫度值就會繼續(xù)工作。最后，就是可以手動設(shè)置風(fēng)扇的運行時間和控制風(fēng)扇的搖頭功能。2 系統(tǒng)整體方案設(shè)計2.1 方案選擇2.1.1 MCU的選擇51單片機有增強型和基本型。STC89C52單片機是最為常見的基本型單片機，它的ROM是8K，RAM是256字節(jié)，工作電壓是5V1。STC12LE5A60S2單片機是低功耗的增強型單片機。它的ROM是60K ，RAM是1280字節(jié)，并且它的內(nèi)部集成了CCP/PWM模塊，能夠完全兼容基本型51單片機。其工作電壓是3.3V2。因為本系統(tǒng)中要顯示部分圖片和大量的漢字，需要占用大量的內(nèi)存，而且部分芯片的工作電壓是3.3V，電機的驅(qū)動需要不同占空比的PWM信號。所以，本系統(tǒng)最終選用STC12LE5A60S2單片機，使得電路的設(shè)計簡單，性價比高，并且編程實現(xiàn)容易。 2.1.2 顯示模塊的選擇顯示方式有很多種方法，例如：數(shù)碼管顯示，1602液晶顯示，12864液晶顯示，TFT彩屏顯示等3。數(shù)碼管顯示方法簡單，僅可以顯示數(shù)字以及簡單的字符，線路連接比較復(fù)雜。但是，它的優(yōu)點是控制較為簡單，性價比較高4。1602液晶屬于一種字符型液晶，能夠顯示字母、數(shù)字、符號等，能顯示兩行字符，是單色的，其電路建立較為簡單，程序控制也容易實現(xiàn)，價格低廉5。12864液晶能投顯示字母、數(shù)字、符合、圖形、圖片等。它的顯示分辨率是12864 點，圖片和圖形的顯示是單色形式6。電路設(shè)計較為簡單，程序控制容易實現(xiàn)，價格低廉。TFT彩屏能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能，圖像分辨率很高，能夠清晰的顯示彩色圖片，具有很好的視覺效果，電路實現(xiàn)簡單。綜上考慮各個顯示模塊，為了實現(xiàn)智能紅外遙控電風(fēng)扇的良好人機界面，本文選TFT彩屏進行設(shè)計。2.1.3 紅外模塊的選擇紅外通信的實現(xiàn)能夠通過自身設(shè)置的協(xié)議，通過構(gòu)建電路進行實現(xiàn)，也能夠應(yīng)用特定的協(xié)議來操作。本文選用紅外遙控來操作，主要是因為這種形式具有電路簡單和使用簡便的特點。2.1.4 語音模塊的選擇語言實現(xiàn)的方式有許多種方法，在實際中，最為常用的是蜂鳴器以及語音芯片。如果只是單純的發(fā)出聲音，并不會較好的實現(xiàn)語音功能。所以，為了得到更好的語音效果，本文選用ISD4004芯片，通過它實現(xiàn)語音的存儲，而且獲取更好的的聲音效果。2.1.5 電機驅(qū)動的選擇電機的驅(qū)動方式有多種形式，例如：H橋和BTN7970。H橋的建立比較簡單，并且具有較高的性價比，然而它的驅(qū)動電流較小，易出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象7。BTN7970驅(qū)動電流較大，電路的構(gòu)建較容易，可以驅(qū)動大功率的電機8。本論文的電機驅(qū)動電流一般要求比較大，因此，本文選自后者驅(qū)動方式。2.1.6 溫度傳感器的選擇溫度的采集的數(shù)據(jù)有的為數(shù)字型，也有的為模擬型。常用的溫度傳感器類型有DS18B20和PT100。DS18B20屬于單線數(shù)字型的溫度傳感器。它的電路設(shè)計十分簡單，并且具有較高的測量準確度。它的溫度測量范圍較大，范圍是-55度至125度，性價比較高，使用簡便9。PT100屬于模擬型的溫度傳感器。它可以把檢測得到的值進行放大和濾波等操作，再通過AD進行轉(zhuǎn)換，輸入到單片機中。因此，它的使用電路十分復(fù)雜。它的優(yōu)點是檢測精度較好，溫度范圍大，能達到-200到600度，但是性價比較低10。因為家庭的溫度不要很大的檢測范圍，并且對精度的要求也不高。所以，DS18B20就可以實現(xiàn)用戶的要求，并且其電路設(shè)計容易、使用方便、性價比高、能夠?qū)崿F(xiàn)更有效的控制。2.2 整體方案設(shè)計2.2.1 系統(tǒng)的整體設(shè)計思路依據(jù)技術(shù)條件和要求，智能紅外遙控電風(fēng)扇系統(tǒng)要完成的功能如下：首先用按鍵或者遙控實現(xiàn)16種檔位的設(shè)置。然后，要具有語音播報和液晶顯示的功能。最后，在基本功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，附加溫度采集和顯示功能，而且系統(tǒng)可以根據(jù)溫度值來控制風(fēng)扇的風(fēng)速，且能夠?qū)崿F(xiàn)定時控制。所以，本系統(tǒng)能夠包括以下7個模塊，分別是：單片機控制模塊、溫度檢測模塊、液晶顯示模塊、語音播報模塊、功能鍵控制模塊、紅外通信模塊和電機控制模塊。2.2.2 系統(tǒng)的總體設(shè)計框圖系統(tǒng)的總體設(shè)計框圖如下圖2-1所示：圖2-1 系統(tǒng)的總體設(shè)計框圖2.3 主要元器件的介紹2.3.1 STC12LE5A60S2單片機STC12LE5A60S2單片機由宏晶科技公司研發(fā)的，這是一款單時鐘/機器周期的單片機。這款芯片能夠?qū)崿F(xiàn)高速處理，并且具有低功耗和超強抗干擾的優(yōu)點，屬于最新的一種8051單片機11。STC12LE5A60S2單片機的指令代碼可以完全兼容傳統(tǒng)的8051，并且它的速度將比傳統(tǒng)的速度快8至12倍。它的內(nèi)部集成了MAX810專用復(fù)位電路以及2路PWM，同時，它的內(nèi)部還含有8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換12。STC12LE5A60S2 系列芯片的工作電壓為3.6V-2.2V，通常使用的是3V單片機。提供給開發(fā)者的應(yīng)用程序空間是60K，片內(nèi)集成了1280字節(jié)的RAM13。當(dāng)通用I/O口復(fù)位進行復(fù)位操作以后，芯片將呈現(xiàn)準雙向口/弱上拉。它具有4個16位定時器，2個和傳統(tǒng)8051兼容的定時器/計數(shù)器。它具有16位定時器T0和T1，但是不擁有定時器2，通過獨立波特率發(fā)生器當(dāng)成是串行通訊的波特率發(fā)生器，附帶2路PCA模塊，就可以實現(xiàn)2個16位定時器PWM/ PCA、A/D轉(zhuǎn)換14。它具有10位精度的ADC，也就是8路。STC12LE5A60S2系列單片機集成了兩路可編程計數(shù)器陣列模塊，也就是PCA模塊。它能夠軟件定時器、外部脈沖的捕捉、高速輸出以及脈寬調(diào)制（PWM）進行輸出15。單片機引腳圖如圖2-2所示：圖2-2 單片機引腳圖2.3.2 ISD4004語音芯片（1）ISD4004介紹ISD4004的系列工作電壓是3V。ISD4004系列單片的錄放時間為816分鐘。它的優(yōu)點是音質(zhì)較好，非常適合在移動電話領(lǐng)域電子產(chǎn)品中使用。芯片使用的是CMOS技術(shù)方法，它的內(nèi)部包括：振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動靜噪和高密度多電平閃爍存貯器件。芯片在使用時，要基于微控制器的有效控制，它的操作指令是利用串行通信接口，也就是SPI或者Microwire進行送入的。芯片使用的多電平可以用來模擬量存儲技術(shù)手段。每個采樣值都可以直接存貯在片內(nèi)的閃爍存貯器內(nèi)，所以，它具有一定的真實性，能夠自然的重現(xiàn)語音、音樂、音調(diào)以及效果聲音等內(nèi)容。ISD4004有效預(yù)防了通常情況下的固體錄音電路中，由于量化以及壓縮造成的量化噪聲和”金屬聲”狀況的出現(xiàn)。芯片的采樣頻率是 4.0 kHz，5.3 kHz，6.4 kHz或者8.0kHz，頻率越小，芯片的錄放時間將會更多，并且音質(zhì)也會變得不好，芯片內(nèi)的信息將存放在閃爍存貯器內(nèi)，而且能夠在斷電時實現(xiàn)保存功能，保存的時間可以達到100年，能夠重復(fù)錄音10萬次。 元件的實物圖如圖2-3所示：圖2-3 ISD4004圖片（2）SPI(串行外設(shè)接口)ISD4004工作形式是在SPI串行接口下，SPI協(xié)議為一種同步串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。協(xié)議假設(shè)微控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿實施操作。對ISD4004MP語音芯片來說，當(dāng)時鐘處于上升沿的狀態(tài)，將鎖存MOSI引腳的數(shù)據(jù)；當(dāng)處于下降沿的狀態(tài)，將會把數(shù)據(jù)送入MISO引腳中。（3）上電順序元件延時TPUD以后才會正式才啟動操作。所以，在使用者發(fā)出上電指令以后，需要等待TPUD的信號，在信號后會發(fā)出一條操作指令。假定，由00處進行發(fā)音，那么可以遵循以下時序：1) 發(fā)送POWERUP命令；2) 等待TPUD(上電延時)；3) 發(fā)送地址值為00的SETPLAY命令；4) 發(fā)送PLAY命令。該元件能夠從00地址就進行放音的啟動，如果有EOM顯示時，就會立刻停止中斷，也就是在此時停止了聲音的播放。倘若從00處開始進行錄音，那么就能夠按照下列時序進行： 1) 發(fā)送POWER UP命令；2) 等待TPUD(上電延時)；3) 發(fā)送POWER UP命令；4) 等待2倍TPUD；5) 發(fā)送地址值為00的SETREC命令；6) 發(fā)送REC命令。元件能夠從00地址進行錄音的啟動，直到OVF出現(xiàn)時才停止，也就是說存貯器末尾階段出現(xiàn)時，錄音才停止。（4）指令表指令表如表2-1 所示。表2-1 ISD4004指令表指令8位控制碼操作摘要POWERUP00100XXX上電:等待TPUD后器件可以工作SET PLAY11100XXX從指定地址開始放音。必須后跟PLAY指令使放音繼續(xù)PLAY11110XXX從當(dāng)前地址開始放音SET REC10100XXX從指定地址開始錄音。必須后跟REC指令錄音繼續(xù)REC10110XXX從當(dāng)前地址開始錄音SET MC11101XXX從指定地址開始快進。必須后跟MC指令快進繼續(xù)MC11111XXX執(zhí)行快進,直到EOM.若再無信息,則進入OVF狀態(tài)STOP0X110XXX停止當(dāng)前操作STOP WRDN0X01XXXX停止當(dāng)前操作并掉電RINT0X110XXX讀狀態(tài):OVF和EOM2.3.3 TFT彩屏（1）主要功能它屬于一塊高畫質(zhì)的TFT 真彩LCD 模塊。它的優(yōu)點很多，擁有很多種類的接口、編程簡單實用、便于進行外圍擴展等功能。內(nèi)部含有專用驅(qū)動和控制IC（SPFD5408），而且驅(qū)動IC能夠自行集成并且顯示緩存信息。該器件不需要外部的顯示緩存。TFT彩屏普遍使用的3.3V工作電壓以及IO口電平。對單片機的供電電壓的要求是必須要與I/O電平具有一致性。因為，一旦兩者大小不同，將會對系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成嚴重影響。5V的單片機不可以和彩色屏幕直接進行連接，中間要有電平轉(zhuǎn)換電路。（2）主要引腳介紹TFT彩屏引腳功能如下表所示：表2-2 TFT引腳表接口引腳說 明Vcc顯示板電源（推薦3伏）LED_A背光燈電源D8D 15位數(shù)據(jù)總線CS片選（低電平有效）REST復(fù)位（低電平復(fù)位）RS控制寄存器/數(shù)據(jù)寄存器選擇（低電平選擇控制寄存器）RW寫信號（低電平有效）RD讀信號（低電平有效）GND接地2.3.4 紅外通信（1）紅外通信原理 紅外遙控有兩個部分組成，分別是：發(fā)送部分和接收部分。發(fā)送端使用單片機，將準備發(fā)送的二進制信號編碼進行轉(zhuǎn)變，調(diào)制成一系列的脈沖串信號。利用紅外發(fā)射管實現(xiàn)紅外信號的發(fā)射。紅外接收操作完成以后，就可以實現(xiàn)紅外信號的接收、放大、檢波、整形以及解調(diào)得到的遙控編碼脈沖。為了大幅度的降低干擾，使用性價比高，并且性能穩(wěn)定的性集成形式的紅外接收頭，用它來接收外部的紅外信號。芯片的型號是HS0038，其能夠接收得到的紅外信號頻率是38kHz，周期通常是26s，其可以實現(xiàn)信號的放大、檢波以及整形，最終獲取TTL電平的編碼信號。最后將這個信號輸入給單片機，通過單片機進行解碼操作，最終控制相對應(yīng)的目標。紅外通信原理圖如圖2-4所示：圖2-4 紅外通信原理圖（2）編碼、解碼 二進制信號的調(diào)制是通過單片機實現(xiàn)的，它可以將編碼以后的二進制信號調(diào)制為頻率38kHz 的間斷脈沖串。這就等同于將二進制信號的編碼乘以頻率38kHz 的脈沖信號，最終獲取間斷脈沖串。這就是我們通常所說的，調(diào)制完成以后，利用紅外發(fā)射二極管發(fā)送的信號。紅外接收首先要通過解調(diào)處理，解調(diào)操作是基于紅外接收管實現(xiàn)接收的。如果脈寬是0. 56ms 、周期是1. 12ms，則表示為二進制的“0”；如果脈寬是1. 68ms、周期是2. 24ms，則表示二進制的“1”，如圖2-5所示： 圖2-5 數(shù)據(jù)碼原理圖單片機使用外部中斷 INT0 管腳和紅外接收頭的信號線相連，中斷方式是邊沿觸發(fā)形式。運算時的中斷間隔時間可以用來區(qū)分前導(dǎo)碼、二進制的“1”、“0”碼。2.3.5 DS18B20DS18B20 的主要特性如下：（1）適合使用的電壓范圍較大，電壓范圍為3.0V5.5V。當(dāng)其在寄生電源形式種工作，它能夠利用數(shù)據(jù)線進行供電；（2）具有特點的單線接口形式，DS18B20在和微處理器進行連接的情況下，能夠利用一條口線實現(xiàn)微處理器和DS18B20 的雙向通訊；（3）DS18B20能夠支撐很多個組網(wǎng)，也就是說多個DS18B20能夠?qū)⑿盘柌⒙?lián)，在三線上達到組網(wǎng)多點，實現(xiàn)最終的測溫操作；（4）DS18B20在使用時，不依靠外圍器件，全部傳感器件和轉(zhuǎn)換電路都安放在三極管的集成電路中，具有較高的集成化程度；（5）溫范圍是-55125，當(dāng)處于10+85的情況下，它的精度可以達到0.5；（6）可編程的分辨率將是912 位，相對應(yīng)的可分辨溫度分別是0.5、0.25、0.125以及0.0625。它能夠進行高精度的測溫工作，其實物圖如圖2-6所示：圖2-6 DS18B20引腳圖DS18B20溫度值格式表如圖2-7所示： 圖2-7 DS18B20溫度值格式表DS18B20溫度傳感器的存儲器及分辨率及指令如下表2-3和表2-4所示。表2-3 分辨率設(shè)置表R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時間009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750msDS18B20工作的情況下有必要對指令實施控制，指令參照下表： 表2-4 DS18B20指令表指令功能0XCC忽慮ROM指令0X44開始溫度轉(zhuǎn)換0XBE讀取暫存器和CRC字節(jié)0X33讀取ROM指令2.3.6 BTN7970驅(qū)動芯片（1）BTN7970簡介BTN7970為Infineon公司研發(fā)的一種智能功率驅(qū)動芯片。該芯片的內(nèi)部含有電流檢測電路、控制驅(qū)動電路、1個P型以及1個N型MOSFET管。它能夠便于在2相或3相、直流有刷或者無刷電機的控制驅(qū)動電路中進行使用，既能將電路的復(fù)雜程度進行化簡，也能夠控制效果變得更好。當(dāng)電路中出現(xiàn)過溫、過壓、欠壓、過流以及短路的情形時，芯片將自動進入關(guān)閉狀態(tài)，此時不在允許輸入；在電流越過設(shè)定的最大電流的情況下，利用MCU端的I/0可以使引腳關(guān)閉驅(qū)動芯片。要想預(yù)防系統(tǒng)在使用過程中因，由于芯片受到保護進而停止工作的現(xiàn)象發(fā)生，就需要在系統(tǒng)設(shè)計時，多注意散熱、穩(wěn)壓以及過流保護等安全措施。（2）引腳功能定義BTN7970的引腳的簡要介紹如表2-5所示。表2-5 BTN7970引腳介紹表引腳號名稱I/O功能描述1GND-接地2INIPWM輸入3INHI模式切換4和8OUTO半H橋電源輸出腳5SR-開關(guān)頻率調(diào)節(jié)電阻6ISO反饋電流輸出端7VS-電源輸入引腳（3）工作原理在INH引腳輸入是高電平的情況時，OUT端將輸出電壓，并且經(jīng)過IN端輸入PWM，具體情況由占空比得以決定。在占空比大于某個值的情況出現(xiàn)時，輸入芯片內(nèi)部經(jīng)過非門驅(qū)動電路時，將會輸出低電平，然后讓P型MOSFET管實現(xiàn)導(dǎo)通，同時利用調(diào)節(jié)輸入占空比實現(xiàn)調(diào)節(jié)OUT端的輸出電壓大小。在輸入的占空比是0的情況，輸入的低電平將通過非門驅(qū)動電路進行處理，使得輸出高電平，讓N型MOSFET管導(dǎo)通，IS端檢測的電流是通過MOSFET管的電流。一般情況下，可以把2片或者3片BTN7970進行組合，構(gòu)建電機控制驅(qū)動電路。3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1 系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計思路智能紅外遙控電風(fēng)扇系統(tǒng)最主要功能是實現(xiàn)風(fēng)速的有效控制，并且讓系統(tǒng)在運行的情況下能夠具有很好的人機交互界面。在系統(tǒng)運行時，單片機首先需要通過接收按鍵的輸入值或接收紅外信號傳遞的信息，然后單片機再依據(jù)采集的信息，生成不一樣占空比的PWM信號，利用這個信號實現(xiàn)電機驅(qū)動電路的有效控制，包括對電機不同轉(zhuǎn)速的控制。DS18B20溫度傳感器能夠把室內(nèi)溫度進行采集，單片機只需要根據(jù)溫度傳感器采集得到的的溫度值就能實現(xiàn)電機運行狀態(tài)的控制，包括不同的轉(zhuǎn)速的控制。當(dāng)有按鍵按下的情況出現(xiàn)，語音播放模塊能夠把已經(jīng)事先錄制好的語音，利用播放器進行播放操作，然后實現(xiàn)語音的自動播報功能。系統(tǒng)在運行的情況下，液晶模塊能夠把整個系統(tǒng)的狀態(tài)信息以及功能全部顯示出來，讓用戶在使用過程中更加方便和快捷。本系統(tǒng)的整個電路主要包括以下幾部分：電源電路、單片機最小系統(tǒng)電路、按鍵電路、錄音電路、放音電路、溫度采集電路、液晶顯示電路、紅外接收和放送電路以及電機驅(qū)動電路。3.2 系統(tǒng)的總體硬件電路圖系統(tǒng)總體硬件電路圖如下圖所示：圖3-1 智能紅外遙控電風(fēng)扇系統(tǒng)總體硬件電路圖3.3 系統(tǒng)各個模塊硬件電路設(shè)計3.3.1 單片機最小系統(tǒng)電路 （1）時鐘電路時鐘是芯片工作的最基本元素，單片機的時鐘信號能夠通過兩種方法產(chǎn)生。第一種是內(nèi)部產(chǎn)生方式，通過芯片中含有的振蕩電路實現(xiàn)；另一種產(chǎn)生方法是外部產(chǎn)生。內(nèi)部方法的電路需要在外圍電路中接入晶振和電容，共同組建成并聯(lián)諧振電路。外部方法是通過外部振蕩器信號源直接連接XTAL1或者XTAL2。一般情況下，XTAL1需要接地，XTAL2需要接外部時鐘。時鐘電路如下圖所示：圖3-2 時鐘電路（2）電源電路因為系統(tǒng)使用是低功耗型的單片機，所以電路內(nèi)部芯片的工作電壓是3.3V。所以，電路的主電源為3.3V。電路內(nèi)的其它芯片都是工作在5V狀態(tài)下的，電機的驅(qū)動需要使用8V左右的電壓。因此，本系統(tǒng)在設(shè)計時，電源一般要使用一塊8V的電池，再利用分壓芯片分別取得3.3V和5V的電源，這就是為不一樣的芯片輸入電壓。電路電路的連接電路如下圖所示：圖3-3 電源電路（3）復(fù)位電路復(fù)位電路屬于單片機的最小系統(tǒng)的組成電路，主要用于完成初始化操作。復(fù)位電路的目的為，讓CPU以及其寄存器間處在一個確定的初始化狀態(tài)。系統(tǒng)在正常上電的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)位。而且，在系統(tǒng)程序運行遇到問題時，或者操作出現(xiàn)錯誤時，都會讓系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)。這就需要參照復(fù)位開關(guān)恢復(fù)系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)。操作型式有上電自動復(fù)位操作以及手動復(fù)位操作。其中，上電自動復(fù)位操作為把單片機連接電源，并對復(fù)位電路的電容實現(xiàn)充電；按鍵電平復(fù)位是基于RST端，并利用電阻和VCC電源進行連接實現(xiàn)的。本文的復(fù)位電路使用的是手動復(fù)位形式，電路圖連接如下圖所示：圖3-4 復(fù)位電路3.3.2 紅外收發(fā)電路因為紅外收發(fā)模塊使用遙控器控制形式，所以，發(fā)送端電路不需要進行設(shè)計，在實際中是一個遙控。在這部分，主要工作時進行軟件調(diào)試，接收端應(yīng)用的是紅外一體化接收頭。電路圖如下圖所示：圖3-5 紅外接收電路3.3.3 顯示電路因為使用的為TFT彩屏模塊，該模塊中在出廠時有集成了驅(qū)動電路。因此，僅需對器件IO口進行相對應(yīng)的控制即可。本文將該器件和單片機IO口進行連接，電路圖如下圖所示：圖3-6 TFT彩屏電路圖3.3.4 語音播報電路語音播報電路是通過錄音電路和放音電路構(gòu)成的，錄音電路使用的是駐極體話筒，把模擬量采集并存儲。通過單片機進行處理，然后存儲到語音芯片中的存儲單元內(nèi)。放音電路利用喇叭和運放進行組合而成，單片機利用對語音芯片的控制，實現(xiàn)存儲信號的輸出，并且信號再經(jīng)放大和濾波操作處理后，就可以通過喇叭進行播放了。語音播報電路如下圖所示：圖3-7 錄音電路圖圖3-8 放音電路圖圖3-9 ISD4004芯片工作電路3.3.5 按鍵控制電路本系統(tǒng)的按鍵電路由三個按鍵共同組成，因為采用的為機械按鍵，所以必然存在按鍵的抖動現(xiàn)象。這種現(xiàn)象能夠利用軟硬件進行消除處理，則為了節(jié)約成本，便于設(shè)計電路，本文使用了軟件消抖方法。按鍵控制電路圖如下：圖3-10 按鍵控制電路3.3.6 驅(qū)動電路本文的驅(qū)動電路主要有直流電機驅(qū)動電路以及步進電機驅(qū)動電路兩種。其中，直流電機驅(qū)動電路使用的是BTN7970，它可以實現(xiàn)兩路PWM輸入，而且可以控制電機正反轉(zhuǎn)。步進電機驅(qū)動電路則是利用ULN2004取反驅(qū)動芯片組成的。驅(qū)動電路的硬件連接電路如圖所示： 圖3-11 直流電機驅(qū)動電路圖3-12 步進電機驅(qū)動電路3.3.7 溫度模塊電路本系統(tǒng)的溫度傳感器使用的為數(shù)字型溫度傳感器DS18B20，這種傳感器不需要進行模擬量的轉(zhuǎn)換。該傳感器連接電路簡單，使用方便。DS18B20電路圖連接如下：圖3-13 DS18B20電路圖4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1 系統(tǒng)總體流程圖圖4-1 系統(tǒng)流程圖4.2 部分模塊程序設(shè)計4.2.1 語音播放程序設(shè)計圖4-2 語音播放系統(tǒng)流程圖4.2.2 紅外接收程序設(shè)計圖4-3 紅外接收模塊系統(tǒng)流程圖5 系統(tǒng)調(diào)試5.1 系統(tǒng)硬件調(diào)試當(dāng)繪制完成原理圖以后，參照原理圖進行焊接電路板操作。在焊接操作全部完成以后，首先需要進行目測，看各個焊點是否存在虛焊或者漏焊現(xiàn)象。通過萬用表檢測各個芯片間的連接電路，以及電源與地之間是否正確連接。因為本系統(tǒng)在設(shè)計時，需要用排線把主板和副版相連接，所以需要檢查引腳連接是否有問題。檢查的方法可以使，通過把主板芯片引腳和副版芯片引腳直接通過萬用表進行檢測，觀察是否能夠接通，再上電進行檢測，同時還要注意是否有發(fā)熱的芯片出現(xiàn)。系統(tǒng)硬件調(diào)試方法為：（1）對選擇的器件質(zhì)量進行檢查，如果沒有問題，則可以進行下一項調(diào)試。（2）依據(jù)電路原理圖檢查電路是否有虛焊和漏焊的現(xiàn)象。（3）通過萬用表和示波器等調(diào)試工具和設(shè)備，或者PROTEUS等軟件，針對硬件電路實現(xiàn)電氣性能的測試，觀察其是否能正常工作。5.2 系統(tǒng)軟件調(diào)試軟件調(diào)試使用的是模塊化調(diào)試技術(shù)，每個模塊都要進行調(diào)試。通過把全部模塊組合到一起實現(xiàn)整個系統(tǒng)模塊的調(diào)試。軟件的調(diào)試一般情況都會出現(xiàn)語法錯誤和邏輯錯誤兩種。語法錯誤能夠進行直接修改操作，而邏輯錯誤要進行單步調(diào)試，然后觀察程序能否按邏輯順序執(zhí)行，再寫入芯片中。通過觀察程序的運行結(jié)果，進行重復(fù)性調(diào)試。系統(tǒng)軟件調(diào)試方法為：（1）軟件在各個子程序模塊調(diào)試完成以后，如果沒有出現(xiàn)問題，就把相互有關(guān)聯(lián)的模塊進行組合，實現(xiàn)聯(lián)調(diào)。通過這種方法解決程序模塊連接時，有可能發(fā)生的邏輯錯誤。（2）對全部程序模塊的整體組合進行調(diào)試，并與系統(tǒng)進行聯(lián)機。5.3 調(diào)試中出現(xiàn)的問題（1）溫度傳感器采集數(shù)值出現(xiàn)誤差，主要原因為液晶的返回值是定值，溫度數(shù)據(jù)不能更具環(huán)境溫度的改變而變化。 （2）單片機中附帶有PWM模塊，它配置完寄存器后不會輸出PWM信號。它的電路使用的是三極管驅(qū)動電機，導(dǎo)致三極管出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象。（3）定時功能不容易實現(xiàn)。 （4）錄音過程中雜音較大。5.4 調(diào)試結(jié)果分析通過硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，如果沒有錯誤，就可以將兩者實施結(jié)合，完成最終聯(lián)調(diào)。通過多次修改后，成功顯示溫度值。對于溫度不能顯示的問題，主要是程序的問題，由于DS18B20對時序的要求比較高，而程序中對時序的時間間隔是通過延時的方法實現(xiàn)的，存在誤差，導(dǎo)致時序不準。因此，溫度傳感器不能正常工作。對于PWM信號的產(chǎn)生，是由于寄存器配置錯誤，沒有打開相應(yīng)的定時器。三極管發(fā)熱，是由于驅(qū)動電流過大，導(dǎo)致三極管發(fā)熱，當(dāng)并聯(lián)一個三極管時，問題就解決了，但驅(qū)動能力比較弱，最后選擇了BTN7970。錄音存在雜音主要是硬件電路的濾波電路設(shè)計不當(dāng)。結(jié)論本文研究了一種智能紅外遙控電風(fēng)扇，系統(tǒng)由紅外發(fā)射接收模塊、液晶顯示模塊、按鍵控制模塊、語音播報模塊、溫度檢測模塊以及電機控制模塊組成。本系統(tǒng)基于STC12系列單片機實現(xiàn)了用三個按鍵控制十六種檔位的切換，三個按鍵分別為功能鍵，增加鍵和減小鍵，可以任意的設(shè)置電風(fēng)扇的檔位。此外，在按鍵設(shè)置的同時，本文在電風(fēng)扇基本功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，還增加了語音提示。本文實現(xiàn)了用紅外遙控控制檔位，這樣就可以輕松的拿著遙控來控制風(fēng)扇的啟停了，使用起來很方便。電風(fēng)扇的控制是通過遙控實現(xiàn)的，它是基于紅外通信的原理，并且風(fēng)速高低是利用PWM信號進行調(diào)節(jié)的。本系統(tǒng)具有很好的顯示界面，人機交互性能較好。本文對智能電風(fēng)扇進行了簡單的功能擴展，如搖頭，自動定時等，使得其功能更加的齊全。致 謝本論文的寫作的過程中，碰到了很多未曾想到的困難，但是在崔莉老師的耐心和認真的指導(dǎo)下，通過我自己的努力，完成了本次畢業(yè)設(shè)計。本論文的完成并不是我一個人的成果，我要感謝很多人。如果沒有指導(dǎo)教師的正確引領(lǐng)和指導(dǎo)，沒有家人和朋友的支持和幫助，這篇畢業(yè)論文是不能夠完成的。在這里我向指導(dǎo)教師致以崇高的敬意，感謝您的辛勤指導(dǎo)！通過本次畢業(yè)設(shè)計，我運用了很多所學(xué)的專業(yè)知識，并且通過查詢相關(guān)的文獻資料，也學(xué)習(xí)了一些書本上未曾講到的專業(yè)知識，從中獲得了很大收獲。我還要感謝我的母校，正是有了母校這片沃土，我才會有發(fā)揮我的光和熱的機會；我還要感謝在畢業(yè)論文寫作期間給予我關(guān)心和幫助的同學(xué)們，正是你們的關(guān)心和督促才讓我一直充滿激情從未停止前進的腳步。參考文獻1 佚名. 單片微機原理與接口技術(shù)M. 電子工業(yè)出版社, 2015.2 陳靜, 史雪飛. “模擬電子技術(shù)”課程中若干關(guān)鍵問題的探討J. 電氣電子教學(xué)學(xué)報, 2014, 36(1):59-60.3 張毅剛 王少軍 付寧. 單片機原理及接口技術(shù)M. 人民郵電出版社, 2015.4 波形發(fā)生器.歷屆全國大學(xué)生電子競賽SPCE061A實現(xiàn)方案.北京北陽電子技術(shù)有限公司，20145 吳凌鸝. 微機備用電源自動投入裝置現(xiàn)場運行分析J. 中國電子商務(wù), 2014(22):269-270.6 Vajpayee P. 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