电子电路]基于at89s52的智能电风扇控制系统设计

电子电路]基于at89s52的智能电风扇控制系统设计内容摘要：

冲信号输出，此频率为时钟振荡器频率 fosc的 1/6，可用于初步判断单片机芯片的好坏。 ALE端可以驱动 8 个 LS 型 TTL 负载。 应当 注意的是 ， 当 访问 外部数据存储器时， 在 1 个机器周期中 ALE 只出现 1次，即丢失 1个 ALE 脉冲。 因此，严格来说，不宜 用 ALE作精确的时钟源或定时信号。 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR 8EH 地址上置 0。 此时，只有在执行 MOVX，MOVC 指令 时 ALE才起作用。 P__R__O__G__为此引脚第二功能，在对片内 EPROM 型单片机编程时，作为编程输入端。 P__S__E__N__：外部程序存储器 选通端，接外部程序存储器的 O__E__（输出允许）端。 在单片机访问外部程序存储器时，此引脚输出脉冲负跳沿作为读外部程序存储器的选通信号。 E__A__/VPP： E__A__为外部程序存储器选择控制端。 当 E__A__保持低电平时， 单片机 在此期间 只访问外部程序存储器（ 0000HFFFFH），不管是否有内部程序存储器。 当 E__A__ 端保持高电平时，单片机在 此间 访问 内部程序存储器 ，但在 PC（程序计数器）值超过 1FFFH 时，即超出片内程序存储器的 8KB 地址范围时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。 在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（ VPP）。 单片机 最小系统设计 单片机最小系统是单片机能正常工作的所必须的最基本电路，包括复位和晶体振荡电8 路，为方便今后本系统扩展功能，所以最小系统采用双排针单独引出 I/O 口的方式，其电路设计如图 22所示。 图 22 最小系统设计电路 温度检测反馈模块 DS18B20 基础知识 DS18B20单线数字温度传感器是 DALLAS半 导体公司开发的世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。 它具有 3引脚 TO－ 92小体积封装形式。 温度测量范围为 55℃ ～+125℃，可编程为 9～ 12位 A/D 转换精度，测温分辨率可达 ℃。 被测温度用符号扩展的 16 位数字量方式串行输出。 工作电压支持 3V～ ，既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生。 DS18B20还支持“一线总线”接口，多个 DS18B20可以并联到3根或 2根线上， CPU只需一根端口线就能与诸多 DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。 它还有存储用户定义报警温度等功能。 DS18B20 内部结构及管脚 ： DS18B20内部结构如图 23所示，主要由 4部分组成： 64位 ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器。 其管脚排列如图 24所示， DQ为数字信号输入 /输出端， GND为电源地， VDD为外接供电电源输入端，采用寄生电源方式时，该引脚接地。 9 DQ VDD GND 图 23 DS18B20 内部结构 图 24 DS18B20外形及管脚 由于 DS18B20 只有一根数据线 ， 因此它和主机（单片机）通信是需要串行通信，而AT89S52 有两个串行端口，所以可以不用软件来模拟实现。 经过单线接口访问 DS18B20 必须遵循如下协议：初始化、 ROM 操作命令、存储器操作命令和控制操作。 要使传感器工作，一切处理均从序列开始。 主机发送（ Tx） 复位脉冲（最短为 480μs 的低电平信号）。 接着主机便释放此线并进入接收方式（ Rx）。 总线经过 的上拉电阻被拉至高电平状态。 在检测到 I/O引脚上的上升沿之后， DS18B20 等待 1560μs, 并且 接着发送脉冲（ 60240μs 的低电平信号）。 然后以存在复位脉冲表示 DS18B20 已经准备好发送或接收，然后给出正确的 ROM 命令和存储操作命令的数据。 DS18B20 通过使用时间片来读出和写入数据，时间片用于处理数据位和进行何种指定操作的命令。 它有写时间片和读时间片两种。 写时间片：当主机把数据线从逻辑高电平拉至逻辑低电平时，产生写时间片。 有两种电源检测 64位 ROM 和 单线 接口 存储器和控制器 高速缓存 存储器 8位 CRC生成器 温度灵敏元件 低温触发器 TL 高温触发器 TH 配置寄存器 10 类型的写时间片：写 1 时间片和写 0 时间片。 所有时间片必须有 60 微秒的持续期，在各写周期之间必须有最短为 1 微秒的恢复时间。 读时间片：从 DS18B20 读数据时，使用读时间 片。 当主机把数据线从逻辑高电平拉至逻辑低电平时产生读时间片。 数据线在逻辑低电平必须保持至少 1微秒；来自 DS18B20 的输出数据在时间下降沿之后的 15 微秒内有效。 为了读出从读时间片开始算起 15 微秒的状态，主机必须停止把引脚驱动拉至低电平。 在时间片结束时， I/O 引脚经过外部的上拉电阻拉回高电平，所有读时间片的最短持续期为 60微秒，包括两个读周期间至少 1μs 的恢复时间。 一旦主机检测到 DS18B20 的存在，它便可以发送一个器件 ROM 操作命令。 所有 ROM 操作命令均为 8 位长。 DS18B20 芯片功能命令表如下： 表 21 DS18B20功能命令表 DS18B20 是用 12位存储温度，最高位为符号位，下 表 为它的温度存储方式： 命令 功能描述 命令代码 CONVERT 开始温度转换 44H READ SCRATCHPAD 读温度寄存器（共 9 字节） BEH READ ROM 读 DS18B20 序列号 33H WRITE SCRATCHPAD 将警报温度值写如暂存器第 3字节 4EH MATCH ROM 匹配 ROM 55H SEARCH ROM 搜索 ROM F0H ALARM SEARCH 警报搜索 ECH SKIP ROM 跳过读序列号的操作 CCH READ POWER SUPPLY 读电源供电方式： 0 为寄生电源， 1为外电源 B4H 11 表 21 DS18B20温度存储地址分配 2^3 2^2 2^1 2^0 2^1 2^2 2^3 2^4 LSBYTE Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 S S S S S 2^6 2^5 2^4 MSBYTE Bit15 Bit14 Bit13 Bit12 Bit11 Bit10 Bit9 Bit8 这是 12 位转化后得到的 12 位数据，存储在 DS18B20 的两个 8比特的 RAM中，二进制中的前面 5位是符号位，如果测得的温度大于 0，这 5位为 0，只要将测到的数值乘于 即可得到实际温度；如果温度小于 0，这 5 位为 1，测到的数值需要取反加 1再乘于 即可得到实际温度。 温度检测电路的设计 DS18B20 为单总线数字温度传 感器，其与单片机的连接很简单，电路如图 25所示。 图 25 DS18B20温度检测电路 人体检测模块 热释电红外传感器原理 人体热释电红外检测模块是一种能够感应人体靠近或远离的传感器，模块将对人体的人体红外热辐射的信号转化成电信号，人体都有恒定的体温，一般在 37℃ 左右，会 辐射 出中心波长为 9～ 10um 的 特定 红外线， 而探测元件的波长灵敏度在 ～ 20um 范围内几乎稳定不变。 在传感器顶端开设了一个装有 菲涅尔透镜 的窗口，可通过光的波长范围为 7～10um，正好适合于人体红外辐射的探测， 这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。 人体热释电红外检测模块的菲涅尔透镜将热释 电 红外信号折射在 PIR(热释电红外传感器 )上，探测 区域 内红外线能量的变化 ，由 PIR 将 其 转换成电信号，即热电转换。 实质上热释电 红外 传感器是对温度敏感的传感器。 它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，在元件两个表面做成电极。 在环境温度有 ΔT 的变化时，由于有热释电效应，在两个电极上会12 产生电荷 ΔQ ，即在两电极之间产生微弱的电压 ΔV。 因此在被动红外探测器的 可测范围 内，当无人体移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，当人体进 入探测区时 ，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异，信号被采集到伺服系统以后，由软件对新采集的数据与系统内存中已经存在的前期探测数据进行延时比较，以判断是否真的有人等红外线源进入 探测区。 本系统采用 的市售 人体热释电红外采集模块，外形如图 26 所示。 内部集成了热释电红外传感器和红外传感信号处理器 BISS0001。 有 VCC(+5V)、 OUT 和 GND 三个引脚。 模块上电后， 当有人进入 探测 区域时， 其 信号端口便产生一个电平跳变，并维持数秒钟，我们就是利用这个跳变来判断是否有人在 可测区内。 人体检测电路的设计 本系统采用 的市售 人体热释电红外采集模块， 有 VCC(+5V)、 OUT 和 GND 三个引脚，接入电路如图 27所示。 模块上电后， 当有人进入 探测 区域时， 其 信号端口便产生一个电平跳变，并维持数秒钟，我们就是利用这个跳变来判断是否有人在 可测区内。 图 26 人体热释电红外采集模块外形图 图 27 人体热释电红外检测电路 13 电风扇测速模块 霍尔传感器简述 根据霍尔效应，人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。 它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出 电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。 霍尔传感器 A3144 是 Allegro MicroSystems 公司生产的宽温、开关型霍尔效应传感器，其工作温度范围可达 40℃～ 150℃。 它由电压调整电路、反相电源保护电路、霍尔元件、温度补偿电路、微信号放大器、施密特触发器和 OC门输出极构成，通过使用上拉电阻可以将其输出接入 CMOS 逻辑电路。 其输入为磁感应强度，输出是一个数字电压讯号。 该芯片具有尺寸小、稳定性好、灵敏度高等特点，有两种封装形式，一种是 3脚贴片微小型封 装，后缀为“ LH”；另一种是 3脚直插式封装，后缀为“ UA”。 霍尔传感器的外形 图和管脚 图如图 28所示。 磁场由磁钢提供，所以霍尔传感器和磁钢需要配对使用。 霍尔元件和磁钢 管脚图 图 28 霍尔传感器的外形图 电风扇测速电路的设计 转速的测量方法很多 ，根据脉冲计数来 实现转速测量的方法主要有 M 法 (测频法 )、 T法 (测周期法 )和 MPT 法 (频率周期法 )，该系统采用了 M 法 (测频法 )。 由于转速是以单位时间内转数来衡量，在变换过程中多数是有规律的重复运动 实际测 量时，要把霍尔传感器固定在 电风扇 后 的隔离架上 ，与霍尔探头相对的 电风扇的扇叶边沿固定一块磁钢 ， 电风扇 每转一周， 受磁钢所产生的磁场的影响， 霍尔传感器便发出一个脉冲信号， 其频率和转速成14 正比。 将此脉冲信号接到 AT89S52 单片机 的 [ 0INT ]上，设定 T0 定时 ， 每分钟所计的进入 的脉冲个数即为电机的转速。 霍尔传感器为输出端开路元件，所以需外接上拉电阻，其电路如图 29所示。 图 29 霍尔测速电路 电风扇调速模块 电风扇调速原理 电 风扇 调速是整个控制系统中的一个重要的方面。 电风扇的调速方法有很多种， 如抽头法、电抗器法、电容法、电子调速法等。 本系统采用电子调速 法。 通过控制双向可控硅的导通 时间 ，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。 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。 本系统 采用了过零双向可控硅型光耦 MOC3041,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驱。