本設(shè)計為智能溫控風(fēng)扇系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)風(fēng)扇隨實時環(huán)境溫度而智能變速功能。

　　系統(tǒng)主要選用STC89C52單片機作為控制中心，DS18B20數(shù)字溫度傳感器采集實時溫度，再經(jīng)單片機處理后通過三極管放大信號后驅(qū)動直流風(fēng)扇的電機。用戶可以預(yù)設(shè)上限、下限溫度值，當(dāng)測得環(huán)境溫度值在預(yù)設(shè)上下限值區(qū)間中時，此時風(fēng)扇以半速轉(zhuǎn)動；當(dāng)溫度升高并大于預(yù)設(shè)上限溫度值時，風(fēng)扇會自動調(diào)速，以全速轉(zhuǎn)動；當(dāng)溫度降低并低于預(yù)設(shè)的下限溫度值時，這時風(fēng)扇電機自動停止轉(zhuǎn)動。全程實現(xiàn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速隨外界溫度而智能自變。

　　1、系統(tǒng)整體設(shè)計框圖

　　溫度傳感器的選用

　　溫度傳感器主要有以下兩種方案可供選用：方案一：選用熱敏電阻作為溫度傳感器的核心元件。由于熱敏電阻的電阻會跟著溫度的變化而變化，如此就會產(chǎn)生模擬信號，隨后再將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，最終發(fā)送給單片機IN-0口進(jìn)行處理。具體熱敏溫度采集電路如圖2-2所示：

　　熱敏溫度采集電路

　　方案二：選用溫度傳感器DS18B20作為溫度傳感器的核心元件。通過其傳感溫度，然后直接輸出數(shù)字溫度信號并傳給單片機處理。具體DS18B20采集電路如圖2-3所示：

　　圖2-3DS18B20溫度采集電路

　　對于方案一，熱敏電阻的最大特點就是它的價廉而且很多市場上都有這種元件，但熱敏電阻對溫度并不敏感，在溫度采集時很容易產(chǎn)生誤差。雖然這種誤差可以通過減小，但并不會避免。故本方案不適合本系統(tǒng)。

　　對于方案二，因為DS18B20是單總線，且其集成度極高，所以該傳感器可以大幅度降低外部誤差。其次由于其感測溫度與熱敏電阻的方法并不一樣，使其具有較強的溫度識別能力。所測到的溫度直接就可以轉(zhuǎn)換成具體數(shù)字值并發(fā)送給單片機。因此，本方案比較適合該系統(tǒng)。

　　2、主控機的選用

　　方案一：選用凌陽系列單片機來控制系統(tǒng)，這類單片機可以實現(xiàn)不同的復(fù)雜邏輯功能，它將所有元器件都集成在一塊芯片上，集成度十分高，提高了穩(wěn)定性。凌陽單片機的系統(tǒng)處理速度很快，適合用于大規(guī)模實時系統(tǒng)的控制。

　　方案二：采用ST89C52單片機控制整個系統(tǒng)的運行。主要通過編程的方式對測得的溫度進(jìn)行判斷，然后輸出對應(yīng)的控制信號。進(jìn)而實現(xiàn)對系統(tǒng)實時控制。

　　由于ST89C52單片機要比凌陽系列單片機的價格低得多，且本設(shè)計不需要很高的處理速度，從經(jīng)濟(jì)和方便使用角度考慮，本設(shè)計更傾向于選擇了方案二。其次，通過單片機可以直接將測得溫度在顯示器上顯示出來。綜合來看，本系統(tǒng)更適合采用方案二。

　　2.2.3 顯示電路的選用

　　方案一：采用數(shù)碼管作為系統(tǒng)的顯示器。盡管數(shù)碼管顯示的內(nèi)容有限，但是對于本設(shè)計，只要顯示一些基本的數(shù)字和字母就已經(jīng)足夠了。并且價格低廉。

　　方案二：采用液晶字符式顯示屏作為系統(tǒng)的顯示器。能夠用軟件達(dá)到很好的控制，元件器簡單。

　　對于方案一，該方案具有成本低，功耗低的特點，顯示驅(qū)動程序編寫是比較簡單的，唯一不足之處是其采用的是動態(tài)掃描顯示方式，因此在這過程中會有短暫的閃爍，但我們可以通過增加掃描頻率來避免閃爍。

　　對于方案二，液晶顯示屏不僅可以顯示字符，甚至還能夠顯示圖形，這是LED數(shù)碼管遠(yuǎn)遠(yuǎn)做不到的。但也正是因為它強大的顯示功能，使得液晶顯示屏的驅(qū)動程序復(fù)雜，價格相對而言比較昂貴。從實用以及價格多角度來看，方案一更適合該系統(tǒng)。

　　2.2.4 調(diào)速方式的選用

　　方案一：采用變壓器調(diào)節(jié)方式，運用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行變壓，當(dāng)風(fēng)扇電機接到不同電壓值的線圈上，電機的轉(zhuǎn)速也會轉(zhuǎn)變，如此就可控制風(fēng)扇風(fēng)力大小。

　　方案二：采用三極管驅(qū)動PWM控制。

　　對于方案一，變壓器主要是調(diào)節(jié)電壓，那么在變壓過程中就會不可避免的存在損耗，效率不高。還有可能會發(fā)熱過度起火，帶來一些不必要的麻煩。

　　對于方案二，三極管PWM的最大長處便是無需數(shù)模轉(zhuǎn)換，從處理器到被控系統(tǒng)信號一概都是數(shù)字形式的。而數(shù)字信號正可以在極大程度上降低噪聲影響。PWM的第二大特點是它相對于模擬控制有更高的抗干擾能力，正因為如此，在特定情況下亦可以將其用于通信。當(dāng)模擬信號轉(zhuǎn)向PWM時會延長通訊的距離。故本系統(tǒng)采用方案二。

　3、系統(tǒng)硬件原理圖

　　本系統(tǒng)主要由溫度傳感器DS18B20、STC89C52單片機、LED共陰數(shù)碼管、三極管驅(qū)動電路及一些其他外圍器件電阻、電容、晶振、電源、按鍵、開關(guān)和風(fēng)扇組成。系統(tǒng)硬件原理圖如下圖3-1所示：

　　主控芯片介紹

　　3.2.1 STC89C52簡介

　　STC89C52單片機是美國STC公司生產(chǎn)的高性能COMOS 8位單片機。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核片，但做了大量的改進(jìn)，加入了51系列不具備的諸多功能。正因為如此，兩種單片機的指令集和輸出管腳都相兼容。STC89C52單片機引腳圖如下圖3-2所示

　　STC89C52主要性能參數(shù)：參考下表

　　STC89C52單片機引腳說明：如下表所示

　　STC89C52單片機結(jié)構(gòu)主要包含4個組成部分，即晶振電路、復(fù)位電路、電源電路和/EA腳電路。

　　DS18B20溫度采集電路

　　DS18B20是美國DALLAS公司生產(chǎn)的一線式高精度數(shù)字式溫度傳感器。其采用單根信號線，可以傳輸時鐘也能夠傳輸數(shù)據(jù)，并且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、廉價、便于總線的擴展和維護(hù)等。

　　DS18B20引腳功能介紹

　　DS18B20主要性能參數(shù)：如下表所示

　　DS18B20的工作原理及時序

　　64位ROM的結(jié)構(gòu)如圖3-7所示，開始一部分的8位是工廠代碼；中間一部分的是每個器件唯一的48位序列號；最后一部分的是8位CRC檢驗碼，這也是多個DS18B20為什么可采用單線進(jìn)行通信的原故。

　　在64位ROM的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗碼（CRC）。主機根據(jù)ROM的前56位來計算CRC值，并與存入DS18B20的CRC值作比較，以判斷主機收到的ROM數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確。

　　DS18B20的工作電路

　　數(shù)碼管顯示電路

　　本系統(tǒng)的顯示模塊主要由一個4位一體的7段LED數(shù)碼管構(gòu)成。可以顯示感測到的溫度和當(dāng)前風(fēng)扇的檔位。它是一個共陰極的數(shù)碼管，每一位數(shù)碼管的a，b，c，d，e，f，g和dp端都各自連接在一起，用于接收單片機的P0口產(chǎn)生的顯示段碼。S1，S2，S3，S4引腳端為其位選端，用于接收單片機的P2口產(chǎn)生的位選碼。具體原理圖如圖3-9所示

　　風(fēng)扇驅(qū)動電路

　　風(fēng)扇的驅(qū)動采用的是兩個三極管直接與風(fēng)扇連接，因為三極管具有放大性，所以可以通過三級管來放大信號，然后直接傳輸?shù)斤L(fēng)扇，下圖3-10就是該模塊電路：

　　三極管是一個電流放大器，具有三個電極，如圖3-11所示，分別叫做集電極C，基極B，發(fā)射極E。

　　4、主程序流程圖

　　對于本設(shè)計溫控風(fēng)扇，如果要實現(xiàn)它的理想功能：根據(jù)實時環(huán)境溫度來控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，就必須在運作時進(jìn)行不斷地進(jìn)行程序判斷，當(dāng)超過設(shè)定溫度值的上下限時，相應(yīng)的子程序會及時控制風(fēng)扇，實時的切換關(guān)閉、弱風(fēng)、大風(fēng)三個狀態(tài)。

　　顯示驅(qū)動程序以查七段碼取得各數(shù)碼管應(yīng)顯數(shù)字，逐位掃描顯示。主程序流程圖如圖4-1所示：

　　DS18B20子程序流程圖

　　DS18B20的每一步操作都要按照它的工作時序執(zhí)行。即首先要對元件復(fù)位，再進(jìn)行ROM命令，最后才能對存儲器和數(shù)據(jù)操作。如主機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換這一過程就必須遵循這一規(guī)則，具體流程圖如下圖4-2所示：