基于51單片機(jī)的智能風(fēng)扇控制系統(tǒng)[共51頁(yè)]

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1、 基于51單片機(jī)智能風(fēng)扇控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 摘要：隨著氣溫的逐漸上升，風(fēng)扇的需求量也逐漸擴(kuò)大。傳統(tǒng)風(fēng)扇不能根據(jù)外界溫度的變化對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速快慢進(jìn)行調(diào)整，也不能對(duì)風(fēng)扇的開(kāi)關(guān)與否進(jìn)行自動(dòng)控制，這將會(huì)損耗大量的電力資源。針對(duì)這些問(wèn)題，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了智能風(fēng)扇控制系統(tǒng)。 該系統(tǒng)以STC89C51RC單片機(jī)最小系統(tǒng)為核心，利用DS18B20溫度采集模塊，LCD 1602顯示屏、L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、HC-SR501人體感應(yīng)模塊、舵機(jī)控制模塊、ESP8266 WIFI控制模塊組成智能風(fēng)扇控制系統(tǒng)。當(dāng)有人進(jìn)入室內(nèi), HC-SR501人體感應(yīng)模塊會(huì)監(jiān)測(cè)到有人出現(xiàn),同時(shí)DS18B20溫度采集模塊將采集到

2、的溫度與系統(tǒng)開(kāi)始設(shè)置的閾值做比較,并將采集到的溫度數(shù)據(jù)顯示在LCD 16 -02顯示屏上。當(dāng)室溫高于所設(shè)置的溫度且有人存在的情況下,風(fēng)扇將會(huì)自動(dòng)吹風(fēng)；當(dāng)溫度低于所設(shè)置的溫度時(shí)風(fēng)扇仍保持關(guān)閉狀態(tài)。該系統(tǒng)采取了三種工作方式，第一種工作方式為按鍵控制，從左至右按鍵功能依次為搖擺、紅外、定溫、定時(shí)。第二種工作方式為紅外遙控器控制，在遙控器上按下相應(yīng)的功能按鍵，即可控制風(fēng)扇。第三種工作方式為手機(jī)終端APP控制，通過(guò)手機(jī)客戶(hù)端實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的自動(dòng)啟動(dòng)和停止，旋轉(zhuǎn)方向，改變風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速等。 關(guān)鍵詞：STC89C51RC單片機(jī)；智能風(fēng)扇；人體感應(yīng)；keil Uvision；

3、 Intelligent Fan Control System Based on51SingleChipDesignandImplementation Abstract: With the gradual rise in temperature, the demand for fans has gradually expanded. However, the traditional fan can not adjust the speed of the fan according to the change of the outside temperature, and can not co

4、ntrol the fan switch automatically. In response to this problem, we will develop intelligent control system of the fan. The system is based on the minimum system of the STC89C51RC MCU.The intelligent fan control system is composed of DS18B20 temperature acquisition module, LCD 1602 display, L298N m

5、otor drive module, HC-SR501 human body induction module, steering control module and ESP8266 WIFI control module. When the person enters the room, the human body infrared sensor module will detect people, while the DS18B20 temperature acquisition module will collect the temperature and the system be

6、gins to set the threshold to compare, and the collected temperature data is displayed on the LCD 1602 display. When the room temperature is higher than the set temperature and someone exists, the fan will automatically blow; when the temperature is lower than the set temperature ,the fan will still

7、turn off . The system takes three kinds of work, the first work for the key control, from left to right button function in order of swing, infrared, fixed temperature and timing. The second mode of operation for the infrared remote control, press the corresponding function button on the remote contr

8、ol, you can control the fan. The third type of work for the mobile terminal APP control, through the mobile client to achieve automatic fan start and stop, rotation direction, change the fan speed and so on. Key words: STC89C51RC Single-Chip; Intelligent Fan; Human Infrared Sensor Module; Keil Uvis

9、ion ; I 目 錄 一、論文(設(shè)計(jì))正文..............................................................................................1 1緒論 1 1.1系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的背景 1 1.2系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的目的和意義 1 1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 1.3.1國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 2 1.3.2國(guó)外研究現(xiàn)狀 2 1.4主要研究?jī)?nèi)容 3 2系統(tǒng)分析 4 2.1可行性分析 4 2.2系統(tǒng)需求分析 5 2.2.1功能需求分析 5 2.2.2性能需求分析 6 2.2.3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式

10、 7 3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 9 3.1系統(tǒng)概述 9 3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 9 3.2.1 STC89C51RC單片機(jī)簡(jiǎn)介 9 3.2.2 STC89C51RC單片機(jī)常用寄存器 10 3.3 LCD 1602顯示屏模塊 11 3.4 DS18B20溫度傳感器模塊 12 3.4.1 DS18B20溫度傳感器的特性 12 3.4.2 DS18B20溫度傳感器的電路實(shí)現(xiàn) 13 3.5紅外遙控模塊 13 3.6 HC-SR501人體感應(yīng)模塊 14 3.6.1 HC-SR501人體感應(yīng)模塊工作原理 14 3.6.2 HC-SR501人體感應(yīng)模塊特性 14 3.6.3 HC-SR5

11、01人體感應(yīng)模塊的電路實(shí)現(xiàn) 15 3.7舵機(jī)控制模塊 15 3.7.1舵機(jī)的特性 16 3.7.2舵機(jī)控制模塊工作原理 16 3.8 ESP8266 WIFI控制模塊 17 3.8.1 ESP8266 WIFI控制模塊特性 18 3.8.2 ESP8266 WIFI控制模塊AT指令 18 3.9系統(tǒng)其它電路 21 3.9.1復(fù)位電路 21 3.9.2晶振電路 22 3.9.3開(kāi)關(guān)電路 22 3.9.4按鍵電路 22 3.9.5 DS1302時(shí)鐘芯片電路 23 3.9.6 L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 24 4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 25 4.1程序語(yǔ)言及開(kāi)發(fā)環(huán)境 25 4.2主

12、程序 25 4.3 LCD 1602顯示屏控制程序 26 4.4 DS18B20溫度監(jiān)測(cè)控制程序 27 4.5紅外遙控控制程序 29 4.6 HC-SR501人體感應(yīng)控制程序 30 4.7 舵機(jī)控制程序 31 4.8 ESP8266 WIFI控制程序 32 5系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)與測(cè)試 34 5.1系統(tǒng)顯示界面與實(shí)物圖 34 5.2 LCD 1602顯示屏的測(cè)試 34 5.3 DS18B20溫度傳感器的測(cè)試 35 5.4紅外遙控器的測(cè)試 35 5.5 HC-SR501人體感應(yīng)的測(cè)試 36 5.6舵機(jī)控制測(cè)試 37 5.7 ESP8266 WIFI測(cè)試 38 6總結(jié) 39

13、 參考文獻(xiàn) 40 謝 辭 41 二、附錄……..................................................................................................... 42 寶雞文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 42 寶雞文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)題報(bào)告 43 寶雞文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯評(píng)分表 44 寶雞文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯過(guò)程記錄 45 1緒論 1.1系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的背景 在我國(guó)，電風(fēng)扇是80年代開(kāi)始興起的一

14、種小型的家用電器，開(kāi)始時(shí)功能單一，而且耗電量大。隨著技術(shù)的不斷更新，功能更加強(qiáng)大，更加趨于人性化。作為一種老式的家電，電風(fēng)扇具有價(jià)格便宜，擺放方便，體積輕巧等特點(diǎn)。由于大部分家庭消費(fèi)水平的限制，電風(fēng)扇作為一個(gè)成熟的家電行業(yè)的一員，尤其在中小城市以及鄉(xiāng)村將來(lái)一段時(shí)間內(nèi)仍然會(huì)占有市場(chǎng)大部分份額。面臨龐大的市場(chǎng)需求，提高電風(fēng)扇的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，使之在技術(shù)含量上有所提高，是現(xiàn)在面臨的主要問(wèn)題。 目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)雖然上出現(xiàn)了一些機(jī)械定時(shí)風(fēng)扇，能夠控制風(fēng)扇在工作一定時(shí)間后關(guān)閉，但定時(shí)范圍有限，且無(wú)法對(duì)溫度變化靈活處理。其次，傳統(tǒng)風(fēng)扇不能根據(jù)外界溫度的變化對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速快慢進(jìn)行調(diào)整，也不能對(duì)風(fēng)扇的開(kāi)關(guān)與否進(jìn)行自動(dòng)控

15、制。尤其對(duì)于晝夜溫差相對(duì)較大的地區(qū)，在使用風(fēng)扇時(shí)常常會(huì)遇到這樣的問(wèn)題：當(dāng)凌晨氣溫已經(jīng)下降，不再需要風(fēng)扇進(jìn)行降溫?？墒?，當(dāng)人們已經(jīng)熟睡而無(wú)法察覺(jué)此時(shí)需要關(guān)閉風(fēng)扇。這時(shí)候，對(duì)于一些體質(zhì)較弱的人就會(huì)面臨感冒的分險(xiǎn)。這樣一來(lái)，不僅對(duì)身體造成一定的影響，同時(shí)也浪費(fèi)了一些不必要的電力資源。 針對(duì)傳統(tǒng)風(fēng)扇存在的缺陷，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了智能風(fēng)扇控制系統(tǒng)以解決這些問(wèn)題。 1.2系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的目的和意義 該系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的目的在于解決傳統(tǒng)風(fēng)扇耗電量大以及使用當(dāng)中存在安全隱患，從而提高人們的生活質(zhì)量，節(jié)約電力資源。該系統(tǒng)在傳統(tǒng)風(fēng)扇的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出了一些創(chuàng)新功能。例如，采用溫度傳感器實(shí)現(xiàn)了風(fēng)扇自動(dòng)監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫度，當(dāng)監(jiān)測(cè)到的溫度

16、大于系統(tǒng)設(shè)置閾值時(shí)，風(fēng)扇將開(kāi)啟；當(dāng)監(jiān)測(cè)到的溫度小于系統(tǒng)設(shè)置閾值時(shí)，風(fēng)扇將保持關(guān)閉狀態(tài)。采用人體感應(yīng)模塊實(shí)現(xiàn)了無(wú)人時(shí)風(fēng)扇自動(dòng)關(guān)閉，有人時(shí)風(fēng)扇自動(dòng)開(kāi)啟。該系統(tǒng)采用按鍵、紅外遙控、手機(jī)終端控制三種操作方式，用戶(hù)可任意選擇一種方式進(jìn)行相應(yīng)的操作，從而為用戶(hù)提供了方便、快捷。 該智能風(fēng)扇克服了傳統(tǒng)風(fēng)扇的缺點(diǎn)，具有很好的穩(wěn)定性，精確的溫度控制， 0 低功耗，低成本等優(yōu)點(diǎn)。隨著我國(guó)電子技術(shù)的發(fā)展，該智能風(fēng)扇將會(huì)走進(jìn)千千萬(wàn)萬(wàn)普通人的家里，為廣大人民帶來(lái)生活上的便捷。 1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.3.1國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 隨著我國(guó)電子行業(yè)的不斷發(fā)展，家用電器已經(jīng)走進(jìn)了千千萬(wàn)萬(wàn)普通人的家中。在改革初

17、期，平均100個(gè)家庭當(dāng)中或許才有1個(gè)家庭擁有一兩件家用電器。這對(duì)于當(dāng)時(shí)的中國(guó)家庭來(lái)說(shuō)已經(jīng)是非常奢侈的消費(fèi)品。與現(xiàn)在相比，無(wú)論是從風(fēng)扇的體積規(guī)模還是功耗性能方面與現(xiàn)在相比都有著天壤之別。如果將風(fēng)扇整晚開(kāi)啟，耗費(fèi)的電量是現(xiàn)在的十幾倍。所以，在風(fēng)扇行業(yè)發(fā)展的初期，市場(chǎng)還面臨著很大的技術(shù)缺陷。隨著改革的深入，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)也逐漸發(fā)展起來(lái)，風(fēng)扇行業(yè)也開(kāi)始了技術(shù)方面的更新。比如，將以前體積龐大的風(fēng)扇改裝為體積輕巧，外形美觀的風(fēng)扇，在功耗方面也做了很大的技術(shù)改良。 如今，隨著生活水平的上升，人們對(duì)風(fēng)扇的需求不止停留在技術(shù)方面，風(fēng)扇的創(chuàng)新性、節(jié)能性、便捷性等也都是人們?cè)谶x購(gòu)風(fēng)扇時(shí)考慮的重要因素。同時(shí)，輕巧靚麗的外

18、觀也是人們追求的一大目標(biāo)。目前，風(fēng)扇行業(yè)的工業(yè)技術(shù)也趨于成熟。今后，智能風(fēng)扇將會(huì)完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的風(fēng)扇，給人們帶來(lái)方便、快捷、舒適的生活。 1.3.2國(guó)外研究現(xiàn)狀 國(guó)外在風(fēng)扇行業(yè)的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如我國(guó)積極，但是不得不說(shuō)在智能電器方面的研究早已走在我國(guó)前列。智能化電器采用微處理器及可編程器件，具有良好的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)功能。智能化電器包含三個(gè)方面，智能化的電器元件如智能化斷電路、智能化接觸器和智能化供配電系統(tǒng)。智能化電器在智能家居領(lǐng)域占據(jù)著十分重要的作用。 在國(guó)外，風(fēng)扇的自動(dòng)無(wú)極調(diào)速已經(jīng)有了一定的成效，可以使風(fēng)扇根據(jù)環(huán)境溫度的變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)速。當(dāng)溫度低于正常溫度時(shí)，風(fēng)扇將不會(huì)工作。當(dāng)溫度高于正常

19、溫度時(shí)，風(fēng)扇將自動(dòng)開(kāi)始工作。除此之外，國(guó)外一些家庭采用家庭智能化系統(tǒng)，已經(jīng)步入了智能家居時(shí)代。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)家居的遠(yuǎn)程遙控等便捷操作。 美的公司推出的安全無(wú)葉風(fēng)扇采用智能遙控的方式，可在8m的范圍內(nèi)隨意控制。這款風(fēng)扇最重要的是采用超靜音隔離效果，克服了傳統(tǒng)風(fēng)扇噪音大的缺點(diǎn)。同時(shí)，采用無(wú)葉技術(shù)也便于清洗，更加安全。 智能風(fēng)扇現(xiàn)也逐漸開(kāi)始普及，但是在風(fēng)扇的功能以及性?xún)r(jià)比方面仍然有著很大的發(fā)展空間。相信隨著電子技術(shù)的發(fā)展，智能風(fēng)扇將會(huì)為人們帶來(lái)意想不到的便利。 1.4主要研究?jī)?nèi)容 該系統(tǒng)以STC89C51RC單片機(jī)為核心，由溫度采集模塊，LCD 1602顯示屏、L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、HC-

20、SR501人體感應(yīng)模塊、舵機(jī)控制模塊以及ESP8266 WIFI控制模塊構(gòu)成。通過(guò)DS18B20溫度傳感器對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，若采集到的溫度值大于系統(tǒng)設(shè)置閾值，風(fēng)扇將開(kāi)啟；若采集到的溫度小于系統(tǒng)設(shè)置閾值，風(fēng)扇將關(guān)閉。LCD 1602顯示屏主要顯示日期，溫度等數(shù)據(jù)。L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊主要為風(fēng)扇的轉(zhuǎn)向提供動(dòng)力能源。HC-SR501人體感應(yīng)模塊監(jiān)測(cè)是否有人，若有人并且采集到的溫度大于初始溫度值，則風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)；反之，風(fēng)扇關(guān)閉。舵機(jī)控制模塊主要功能為控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)向。ESP8266 WIFI控制模塊用來(lái)發(fā)出WIFI信號(hào)，通過(guò)手機(jī)終端連接相應(yīng)的WIFI信號(hào)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的系統(tǒng)功能。 該系統(tǒng)包括如下功能：

21、 (a)旋鈕調(diào)節(jié)風(fēng)速，可控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)向； (b)具有電子表功能，時(shí)間可以自行調(diào)整，利用電容充電放電，時(shí)間可以斷電不停，能保持一到兩天的時(shí)間記錄； (c)人體紅外感應(yīng)功能，無(wú)人時(shí)風(fēng)扇將保持關(guān)閉狀態(tài)； (d)定時(shí)開(kāi)關(guān)功能； (e)具有溫控功能，可通過(guò)按鍵等設(shè)定最低溫度，低于最低溫度風(fēng)扇將保持關(guān)閉狀態(tài)； (f)可通過(guò)紅外遙控器和手機(jī)APP無(wú)線遙控； (g)USB線直插使用； 2系統(tǒng)分析 2.1可行性分析 傳統(tǒng)風(fēng)扇最大的缺點(diǎn)是不能實(shí)時(shí)根據(jù)外界的溫度變化自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，開(kāi)關(guān)與否等。該智能風(fēng)扇的開(kāi)發(fā)將有效解決傳統(tǒng)風(fēng)扇的不足，真正地實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的運(yùn)行情況受外界環(huán)境的控制

22、。從而實(shí)現(xiàn)了低功耗，高性能的智能風(fēng)扇，既節(jié)省了大量的電力資源，又減少了不必要的人力消耗。該智能風(fēng)扇適用于所有家庭，尤其針對(duì)老人小孩設(shè)計(jì)的當(dāng)室內(nèi)溫度低于系統(tǒng)設(shè)置的閾值時(shí)自動(dòng)關(guān)閉這一功能，保護(hù)了老人和小孩的身體健康。 該智能風(fēng)扇控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本低，開(kāi)發(fā)時(shí)間短。既可彌補(bǔ)傳統(tǒng)風(fēng)扇的不足，又在此基礎(chǔ)上增加了新的創(chuàng)意。如果大量投入生產(chǎn)，將會(huì)對(duì)人們的生活質(zhì)量有著較大的提高。所以，該智能風(fēng)扇將會(huì)有很好的發(fā)展空間和前景。 該系統(tǒng)主要從技術(shù)可行性，經(jīng)濟(jì)可行性，法律可行性這三個(gè)方面來(lái)分析本次設(shè)計(jì)確實(shí)是切實(shí)可行的。 技術(shù)可行性。該系統(tǒng)以STC89C51RC單片機(jī)為核心，由溫度采集模塊，LCD 1602顯示屏、

23、L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、HC-SR501人體感應(yīng)模塊、舵機(jī)控制模塊以及ESP8266 WIFI控制模塊構(gòu)成。該系統(tǒng)的編程工具采用keil Uvision4和Eclipse，這兩款編程工具在本科期間都有著深入的學(xué)習(xí)，可靈活掌握。該系統(tǒng)在keil Uvision4環(huán)境下采用C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)STC89C51RC單片機(jī)的有關(guān)功能，在Eclipse環(huán)境下采用Java語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)手機(jī)終端APP的有關(guān)功能。這兩種高級(jí)語(yǔ)言在編程方面都便于維護(hù)，方便對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作且生成目標(biāo)代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高。 經(jīng)濟(jì)可行性。從經(jīng)濟(jì)方面來(lái)看，該系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)方面的投入適當(dāng)。該系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本符合一個(gè)小型風(fēng)扇的成本。具體而言，硬件

24、只需提供一塊STC89C51RC芯片以及溫度傳感器，HC-SR501人體感應(yīng)模塊以及舵機(jī)控制模塊。軟件只需設(shè)計(jì)出相應(yīng)的APP程序即可。綜上，所需材料成本和人工費(fèi)總計(jì)不超過(guò)100元。所以，該智能風(fēng)扇的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)可大量投入工業(yè)生產(chǎn)。 從法律方面來(lái)說(shuō)，該系統(tǒng)的硬件部分和軟件部分的設(shè)計(jì)都是由本人單獨(dú)完成，本人對(duì)該系統(tǒng)所涉及的技術(shù)、文檔內(nèi)容、源程序代碼都具有自主權(quán)，因此不用承擔(dān)任何法律責(zé)任，也不觸犯任何國(guó)家法律，并且沒(méi)有侵犯任何公司的專(zhuān)利。所以基于51單片機(jī)的智能風(fēng)扇系統(tǒng)在法律方面也是可行的。 通過(guò)以上分析可知，該系統(tǒng)開(kāi)發(fā)從上都是技術(shù)可行性，經(jīng)濟(jì)可行性，法律可行性可行的。 2.2系統(tǒng)需求分析 智能

25、家電一直是控制領(lǐng)域研究的方向，其目的是為了讓人們的生活更加便捷化，電子化，自動(dòng)化，具有廣闊的應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 風(fēng)扇曾一度被認(rèn)為是空調(diào)產(chǎn)品沖擊下的淘汰品，其實(shí)并非如此，市場(chǎng)人士稱(chēng)，家用風(fēng)扇并沒(méi)有隨著空調(diào)的普及而淡出市場(chǎng)，最近幾年反而出現(xiàn)了市場(chǎng)銷(xiāo)售復(fù)蘇的態(tài)勢(shì)。其主要原因有以下兩個(gè)：一是風(fēng)扇和空調(diào)的降溫效果不同，空調(diào)有強(qiáng)大的制冷功能，可以快速有效地降低環(huán)境溫度，但是風(fēng)扇更加溫和，更加適合老人婦女兒童等體弱人群。二是風(fēng)扇有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，價(jià)格低廉且相對(duì)省電，安裝和使用都簡(jiǎn)單易懂。 風(fēng)扇作為夏天生活中的必需品，就現(xiàn)有功能而言，傳統(tǒng)風(fēng)扇是220V交流電供電，電機(jī)轉(zhuǎn)速分為幾個(gè)檔位，通過(guò)人為調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到

26、改變風(fēng)力大小的目的，即每次風(fēng)力改變，必然有人參與操作。其次，傳統(tǒng)的風(fēng)扇無(wú)法對(duì)溫度的變化靈活處理，這樣必定會(huì)帶來(lái)諸多不便，不足以滿(mǎn)足人們的需求，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)一種真正為人們生活考慮的智能風(fēng)扇十分必要。 智能風(fēng)扇控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)避免了空調(diào)對(duì)人們身體造成的傷害，同時(shí)減少了不必要的電力消耗，具有廣闊的應(yīng)用前景。 該系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)在延用傳統(tǒng)風(fēng)扇功能的基礎(chǔ)上將從以下幾個(gè)方面進(jìn)行創(chuàng)新： a)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控 b)時(shí)間的實(shí)時(shí)記錄 c)人體感應(yīng)，無(wú)人時(shí)風(fēng)扇不工作 d)手機(jī)終端遠(yuǎn)程控制 2.2.1功能需求分析 該系統(tǒng)按照功能需求可分為溫度采集模塊，LCD 1602顯示屏模塊、L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、HC

27、-SR501人體感應(yīng)模塊、舵機(jī)控制模塊以及ESP8266 WIFI控制模塊。 a)溫度采集功能模塊：選用DS18B20溫度傳感器，該傳感器可以實(shí)現(xiàn)從-55℃到+125℃的測(cè)量范圍，并且測(cè)量精度高。通過(guò)DS18B20溫度傳感器測(cè)量所處環(huán)境的溫度，采用LCD 1602顯示屏作為輸出端，將測(cè)量數(shù)據(jù)顯示在LCD 1602顯示屏端。 b)L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：使用三極管8050構(gòu)成H橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，該電路對(duì)于小功率風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)足夠安全可靠。 c)HC-SR501人體感應(yīng)模塊：人體感應(yīng)模塊具有體積小，使用方便，工作可靠，監(jiān)測(cè)靈敏，感應(yīng)距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，從而在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。該系統(tǒng)通過(guò)人體紅外感

28、應(yīng)來(lái)監(jiān)測(cè)是否有人進(jìn)入房間，若監(jiān)測(cè)有人進(jìn)入并且室內(nèi)溫度高于初始設(shè)置值，則風(fēng)扇葉片將會(huì)旋轉(zhuǎn)。否則，風(fēng)扇將仍然保持關(guān)閉狀態(tài)。 d)舵機(jī)控制模塊:控制電路板接受來(lái)自信號(hào)線的控制信號(hào)，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)帶動(dòng)一系列齒輪組，減速后傳動(dòng)至輸出舵盤(pán)。舵機(jī)的輸出軸和位置反饋電位計(jì)是相連的，舵盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，帶動(dòng)位置反饋電位計(jì)，電位計(jì)將輸出一個(gè)電壓信號(hào)到控制電路板，進(jìn)行反饋，然后控制電路板根據(jù)所在位置決定電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向和速度，從而達(dá)到目標(biāo)停止。 e)ESP8266 WIFI控制模塊:手機(jī)APP智能一鍵遠(yuǎn)程操控，風(fēng)扇風(fēng)量大小、預(yù)約定時(shí)、開(kāi)關(guān)機(jī)等多種功能同步顯示，可有手機(jī)終端操作者全方位自由掌控。 2.2.2性能需

29、求分析 根據(jù)該系統(tǒng)的性能需求，通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)的適用條件，系統(tǒng)誤差，實(shí)現(xiàn)功能等方面進(jìn)行具體分析： (1)測(cè)量范圍-55℃一+125℃； (2)延時(shí)誤差0.14ms； (3)實(shí)現(xiàn)電子表功能，時(shí)間可以自行調(diào)整，并利用電容充放電，時(shí)間可以斷電不停，可保持一到兩天的時(shí)間記錄； (4)定時(shí)開(kāi)關(guān)功能； (5)人體感應(yīng)功能，無(wú)人時(shí)風(fēng)扇將保持關(guān)閉狀態(tài)； (6)可通過(guò)紅外遙控器和手機(jī)APP無(wú)線遙控； (7)USB線直插使用； 2.2.3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式 該系統(tǒng)采用軟硬件相結(jié)合的實(shí)現(xiàn)方式，硬件以STC89C51RC單片機(jī)為核心，由溫度采集模塊，LCD 1602顯示屏模塊、L298N電機(jī)

30、驅(qū)動(dòng)模塊、HC-SR501人體感應(yīng)模塊、舵機(jī)控制模塊以及ESP8266 WIFI控制模塊構(gòu)成。通過(guò)DS18B20溫度傳感器對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，若采集到的溫度值大于系統(tǒng)設(shè)置閾值，風(fēng)扇將開(kāi)啟；若采集到的溫度小于系統(tǒng)設(shè)置閾值，風(fēng)扇將關(guān)閉。LCD 1602顯示屏主要顯示日期，溫度等數(shù)據(jù)。L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊主要為風(fēng)扇的轉(zhuǎn)向提供動(dòng)力能源。HC -SR501人體感應(yīng)模塊監(jiān)測(cè)是否有人，若有人并且采集到的溫度大于初始溫度值，則風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)；反之，風(fēng)扇關(guān)閉。舵機(jī)控制模塊主要功能為控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)向。ESP8266 WIFI控制模塊用來(lái)發(fā)出WIFI信號(hào)，通過(guò)手機(jī)終端連接相應(yīng)的WIFI信號(hào)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的系統(tǒng)功能。 該

31、系統(tǒng)采用keil Uvision4和Eclipse等編程工具。這兩款編程工具生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，容易理解。在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)。 Keil Uvision4引入靈活的窗口管理系統(tǒng)，使開(kāi)發(fā)人員能夠使用多臺(tái)監(jiān)視器，并提供了視覺(jué)上的表面對(duì)窗口位置的完全控制的任何地方。新的用戶(hù)界面可以更好地利用屏幕空間和更有效地組織多個(gè)窗口，提供一個(gè)整潔，高效的環(huán)境來(lái)開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序。新版本支持更多最新的ARM芯片，還添加了一些其他新功能。ARM公司發(fā)布最新集成開(kāi)發(fā)環(huán)境Real View MDK開(kāi)發(fā)工具中集成了最新版本的Keil Uvision4，其編譯器、調(diào)試工具實(shí)現(xiàn)與ARM器件的

32、最完美匹配。 Eclipse是一個(gè)開(kāi)放源代碼的、基于Java的可擴(kuò)展開(kāi)發(fā)平臺(tái)。就其本身而言，它只是一個(gè)框架和一組服務(wù)，用于通過(guò)插件組件構(gòu)建開(kāi)發(fā)環(huán)境。幸運(yùn)的是，Eclipse 附帶了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的插件集。 Eclipse是著名的跨平臺(tái)的自由集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。最初主要用來(lái)Java語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，但是目前亦有人通過(guò)插件使其作為其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言比如C++和Python的開(kāi)發(fā)工具。Eclipse的本身只是一個(gè)框架平臺(tái)，但是眾多插件的支持使得Eclipse擁有其他功能相對(duì)固定的IDE軟件很難具有的靈活性。許多軟件開(kāi)發(fā)商以Eclipse為框架開(kāi)發(fā)自己的IDE。 盡管Eclipse是使用Java語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的，但它的用途并

33、不限于Java語(yǔ)言；例如，支持諸如C/C++、COBOL和Eiffel等編程語(yǔ)言的插件已經(jīng)可用，或預(yù)計(jì)會(huì)推出。Eclipse框架還可用來(lái)作為與軟件開(kāi)發(fā)無(wú)關(guān)的其他應(yīng)用程序類(lèi)型的基礎(chǔ)，比如一些管理系統(tǒng)。 3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1系統(tǒng)概述 該系統(tǒng)以STC89C51RC單片機(jī)為核心，通過(guò)溫度采集模塊，LCD 1602顯示屏、L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、HC-SR501人體感應(yīng)模塊、舵機(jī)控制模塊以及ESP8266 WIFI控制模塊構(gòu)成。溫度采集模塊主要將采集到的溫度值與系統(tǒng)設(shè)置的初始溫度值進(jìn)行比較。若采集到的

34、溫度值大于初始溫度值，則風(fēng)扇將會(huì)開(kāi)啟；若采集到的溫度值小于初始溫度值，風(fēng)扇將一直保持關(guān)閉狀態(tài)。LCD 1602顯示屏主要顯示日期，溫度等數(shù)據(jù)。L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊主要為風(fēng)扇的轉(zhuǎn)向提供動(dòng)力能源。HC-SR501人體感應(yīng)模塊監(jiān)測(cè)是否有人，若有人并且采集到的溫度大于初始溫度值，則風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)；反之，風(fēng)扇關(guān)閉。舵機(jī)控制模塊主要功能為控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)向。ESP8266 WIFI控制模塊用來(lái)發(fā)出ESP8266 WIFI信號(hào)，通過(guò)手機(jī)終端連接相應(yīng)的WIFI信號(hào)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的系統(tǒng)功能。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖如圖1所示： 圖1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖 3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 3.2.1 STC89C51RC單片機(jī)簡(jiǎn)介

35、STC89C51RC單片機(jī)中包含中央處理器(CPU)、程序存儲(chǔ)器（Flash）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（SRAM），定時(shí)/計(jì)數(shù)器、UART串口、I/O接口、EEPROM、看門(mén)狗等模塊。STC89C51RC單片機(jī)幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱(chēng)得上一個(gè)片上系統(tǒng)。 STC89C51RC單片機(jī)有1280字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其在物理和邏輯上部分為兩個(gè)地址空間：內(nèi)部RAM（256字節(jié)）和內(nèi)部擴(kuò)展RAM（1024字節(jié)）。而STC89C51RC單片機(jī)內(nèi)部有512字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 STC89C51RC單片機(jī)的特殊功能寄存器（SFR）是用來(lái)對(duì)片內(nèi)各功能模塊進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，

36、是一個(gè)特殊功能的RAM區(qū)， STC89C51RC單片機(jī)內(nèi)的特殊功能寄存器（SFR）與內(nèi)部高128字節(jié)RAM模擬共用相同的地址范圍，都使用80H-FFH，但特殊功能寄存器（SFR）必須直接尋址指令訪問(wèn)。 STC89C51RC單片機(jī)引腳如圖2所示： 圖2 STC89C51RC單片機(jī)引腳圖 3.2.2 STC89C51RC單片機(jī)常用寄存器 (a)程序計(jì)數(shù)器(PC) 程序計(jì)數(shù)器PC在物理上是獨(dú)立的，不屬于SFR之列。PC字長(zhǎng)16位，是專(zhuān)門(mén)用來(lái)控制指令執(zhí)行順序的寄存器。單片機(jī)上電或復(fù)位后，PC=0000H，強(qiáng)制單片機(jī)從程序的零單元開(kāi)始執(zhí)行程序。 (b)累加器(ACC) 累加器A

37、CC是8051單片機(jī)內(nèi)部最常用的寄存器，也可寫(xiě)作A。常用于存放參加算數(shù)或邏輯運(yùn)算的操作數(shù)及運(yùn)算結(jié)果。 (c) B寄存器 B寄存器在乘法和除法運(yùn)算中須與累加器A配合使用。MUL AB指令把累加器A和寄存器B中的8位無(wú)符號(hào)整數(shù)相乘，所得16位乘積的低字節(jié)存放在A中，高字節(jié)存放在B中。DIV AB指令用B除以A，整數(shù)商存放在A中，余數(shù)存放在B中。寄存器B還可以用作通用暫存寄存器。 (d)程序狀態(tài)字(PSW)寄存器 CY：志位。進(jìn)行加法運(yùn)算時(shí)，當(dāng)最高位即B7位有進(jìn)位，即執(zhí)行減法運(yùn)算最高位有借位時(shí)，CY為1；反之為0。 AC：進(jìn)位輔助位。進(jìn)行加法運(yùn)算時(shí)，當(dāng)B3位有進(jìn)位，或執(zhí)行減法運(yùn)算B3有借位

38、時(shí)，AC為1；反之為0。設(shè)置輔助進(jìn)位標(biāo)志AC的目的是為了便于BCD碼加法，減法運(yùn)算的調(diào)整。 F0：用戶(hù)標(biāo)志位0。 RS1、RS0：工作寄存器組的選擇位。 OV：溢出標(biāo)志位. F0：用戶(hù)標(biāo)志位1。 B1：保留位。 P ：奇偶標(biāo)志位。該標(biāo)志始終體現(xiàn)累加器ACC中1的個(gè)數(shù)的奇偶性。如果累加器ACC中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則P置1；當(dāng)累加器ACC中的個(gè)數(shù)為偶數(shù)（包括0個(gè)）時(shí)，P位為0。 3.3 LCD 1602顯示屏模塊 LCD 1602顯示屏模塊是提供字母、數(shù)字、符號(hào)等顯示的點(diǎn)陣式LCD，現(xiàn)在常用的模塊為161，162，202和402行。LCD 1602顯示屏可以清楚給用戶(hù)和開(kāi)發(fā)者顯示各種

39、字母和數(shù)字，LCD 1602顯示屏占整個(gè)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)面積小、顯示內(nèi)容豐富、對(duì)系統(tǒng)能源消耗低。LCD 1602顯示屏能夠進(jìn)行2行16個(gè)字符的顯示，有 D0- D7，8位數(shù)據(jù)總線及三個(gè)控制端口RS，R/ W，EN，工作電壓為5 V，對(duì)比度和背光調(diào)節(jié)兩個(gè)功能字符。它還由很多個(gè)點(diǎn)陣字符位組成，例如5X7或5X11等，每個(gè)點(diǎn)陣字符位進(jìn)行一個(gè)字符的顯示。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔起到了字符間距的作用，每行之間也有間隔起到了行間距的作用，所以不能進(jìn)行圖形的顯示?？梢詫?duì)顯式屏的亮暗程度進(jìn)行調(diào)節(jié)，用戶(hù)可以清楚的看到上面的16個(gè)字符。 LCD 1602顯示屏電路是并行通信的，8跳線，R2為一個(gè)電位器，可以調(diào)節(jié)屏幕的亮

40、度。C1和C2為兩個(gè)濾波電容，起到濾波的作用，同時(shí)也可以起到穩(wěn)定信號(hào)的作用。LCD 1602顯示屏電路如圖3所示： 圖3 LCD 1602顯示屏電路圖 3.4 DS18B20溫度傳感器模塊 DS18B20數(shù)字溫度傳感器提供9位溫度讀數(shù)，指示器件的溫度。數(shù)據(jù)信息經(jīng)過(guò)單線接入口送入DS18B20或從DS18B20送出，因此從中央處理器到DS1 -8B20僅需連接一條線。讀、寫(xiě)和完成溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供，而不需要外部電源。因?yàn)槊恳粋€(gè)DS18B20有唯一的序列號(hào)，因此多個(gè)DS1 -8B20可以存在于同一條單線總線上。 3.4.1 DS18B20溫度傳感器的特性 DS18

41、B20 溫度傳感器，即“一線器件”，其具有如下幾個(gè)獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)： (a)DS18B20溫度傳感器測(cè)量溫度范圍寬、測(cè)量精度高，測(cè)量范圍為-55 ℃至+ 125 ℃ 。 (b)持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20溫度傳感器可以并聯(lián)在唯一的單線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。 (c)供電方式靈活DS18B20溫度傳感器可以通過(guò)內(nèi)部寄生電路從數(shù)據(jù)線上獲取電源。因此，當(dāng)數(shù)據(jù)線上的時(shí)序滿(mǎn)足一定的要求時(shí)，可以不接外部電源，從而使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單，可靠性更高。 (d)測(cè)量參數(shù)可配置DS18B20溫度傳感器的測(cè)量分辨率可通過(guò)程序設(shè)定9至12位。 (e)單總線具有經(jīng)濟(jì)性好，抗干擾能

42、力強(qiáng)，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，使用戶(hù)可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)。 3.4.2 DS18B20溫度傳感器的電路實(shí)現(xiàn) 該模塊主要用來(lái)測(cè)量溫度，中間管腳為輸出管腳。兩端管腳分別用來(lái)接地和電源。DS18B20溫度傳感器電路如圖4所示： 圖4 DS18B20溫度傳感器電路圖 3.5紅外遙控模塊 在光譜中波長(zhǎng)自760nm至400m的電磁波稱(chēng)為紅外線，它是一種不可見(jiàn)光。目前幾乎所有的視頻和音頻設(shè)備都可以通過(guò)紅外遙控的方式進(jìn)行遙控，比如電視機(jī)、空調(diào)、影碟機(jī)等，都可以見(jiàn)到紅外遙控的影子。這種技術(shù)應(yīng)用廣泛，相應(yīng)的應(yīng)用器件都十分廉價(jià)，因此該系統(tǒng)選用紅外遙控作為智能風(fēng)扇控

43、制的方式之一。 該系統(tǒng)中紅外遙控模塊的電路連接方式為紅外遙控管腳與P32管腳相連，P32具有外部中斷功能，若按鍵遙控器相對(duì)應(yīng)的按鍵就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)低電平。紅外遙控電路如圖5所示： 圖5 紅外遙控電路圖 3.6 HC-SR501人體感應(yīng)模塊 HC-SR501 是基于紅外線技術(shù)的自動(dòng)控制模塊，采用德國(guó)原裝進(jìn)口LHI778 探頭設(shè)計(jì)，靈敏度高，可靠性強(qiáng)，超低電壓工作模式，廣泛應(yīng)用于各類(lèi)自動(dòng)感應(yīng)電器設(shè)備，尤其是干電池供電的自動(dòng)控制產(chǎn)品。本身不發(fā)任何類(lèi)型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好且價(jià)格低廉。 3.6.1 HC-SR501人體感應(yīng)模塊工作原理 人體都有恒定的體溫，一般在3

44、7度，所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)10μM左右的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測(cè)人體發(fā)射的10μM左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的10μM左右的紅外線通過(guò)菲泥爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)監(jiān)測(cè)處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。 3.6.2 HC-SR501人體感應(yīng)模塊特性 HC-SR501人體感應(yīng)模塊有三個(gè)引腳，即電源、地和輸出引腳。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，在一個(gè)辦公室中如果有人，但 200 秒之內(nèi)都沒(méi)有人有動(dòng)作，導(dǎo)致感應(yīng)模塊輸出低電平的情況基本不會(huì)發(fā)生，所以將延時(shí)時(shí)間調(diào)到最大就可以滿(mǎn)足監(jiān)測(cè)要求。

45、同時(shí)，將感應(yīng)距離調(diào)節(jié)也到最大。在通電后有一分鐘左右的初始化時(shí)間，一分鐘后進(jìn)入監(jiān)測(cè)狀態(tài)。HC-SR501人體感應(yīng)模塊具有如下特性： (a)全自動(dòng)感應(yīng):人進(jìn)入其感應(yīng)范圍則輸出高電平，人離開(kāi)感應(yīng)范圍則自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉高電平，輸出低電平。 (b)光敏控制:可設(shè)置光敏控制，白天或光線強(qiáng)時(shí)不感應(yīng)。光溫度補(bǔ)償(可選擇，出廠時(shí)未設(shè))：在夏天當(dāng)環(huán)境溫度升高至30~32℃，探測(cè)距離稍變短，溫度補(bǔ)償可作一定的性能補(bǔ)償。 (c)兩種觸發(fā)方式：L不可重復(fù)，即感應(yīng)輸出高電平后，延時(shí)時(shí)間段一結(jié)束，輸出將自動(dòng)從高電平變成低電平；H可重復(fù)，默認(rèn)值為H(跳帽選擇)，即感應(yīng)輸出高電平后，在延時(shí)時(shí)間段內(nèi)，如

46、果有人體在其感應(yīng)范圍活動(dòng)，其輸出將一直保持高電平，直到人離開(kāi)后才延時(shí)將高電平變?yōu)榈碗娖健? (d)具有感應(yīng)封鎖時(shí)間(默認(rèn)封鎖時(shí)間為2.5S)感應(yīng)模塊在每一次感應(yīng)輸出后（高電平變成低電平），可以緊跟著設(shè)置一個(gè)封鎖時(shí)間段，在此時(shí)間段內(nèi)感應(yīng)器不接受任何感應(yīng)信號(hào)。此功能可以實(shí)現(xiàn)“感應(yīng)輸出時(shí)間”和“封鎖時(shí)間”兩者的間隔工作，可應(yīng)用于間隔探測(cè)產(chǎn)品；同時(shí)此功能可有效抑制負(fù)載切換過(guò)程中產(chǎn)生的各種干擾。(此時(shí)間可設(shè)置在零點(diǎn)幾秒到幾十秒鐘)。具體HC-SR501人體感應(yīng)參數(shù)見(jiàn)表3.1： 表3.1 HC-SR501人體感應(yīng)參數(shù)表 HC-SR501人體感應(yīng)模塊 工作電壓范圍 直流電壓4.5-20v

47、靜態(tài)電流 <50微安 電平輸出 高3.3v 低0v 觸發(fā)方式 L不可重復(fù)觸發(fā)/H可重復(fù)觸發(fā) 延時(shí)時(shí)間 5-200s 封鎖時(shí)間 2.5s 3.6.3 HC-SR501人體感應(yīng)模塊的電路實(shí)現(xiàn) 若為正常工作只需接通地線和電源線，若監(jiān)測(cè)到有人，輸出信號(hào)RIR0輸出為1，否則為0。由于人體紅外一般用于控制燈光或報(bào)警，所以具有延時(shí)功能。只要監(jiān)測(cè)到有人，即使人已經(jīng)離開(kāi)但是仍然會(huì)延時(shí)3秒。HC-SR501人體感應(yīng)模塊硬件電路如圖6所示： 圖6 HC-SR501人體感應(yīng)模塊電路圖 3.7舵機(jī)控制模塊 舵機(jī)也叫伺服電機(jī)，最早用于船舶上實(shí)現(xiàn)其

48、轉(zhuǎn)向功能，由于可以通過(guò)程序連控制其轉(zhuǎn)角，因而被廣泛應(yīng)用智能風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向以及機(jī)器人各類(lèi)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)中。舵機(jī)由一般是由直流電機(jī)、減速齒輪組、傳感器和控制電路組成的一套自動(dòng)控制系統(tǒng)。通過(guò)發(fā)送信號(hào)，指定輸出軸旋轉(zhuǎn)角度。舵機(jī)一般而言都有最大旋轉(zhuǎn)角度（比如180度）。 舵機(jī)與普通直流電機(jī)的區(qū)別主要是直流電機(jī)是一圈圈轉(zhuǎn)動(dòng)的，舵機(jī)只能在一定角度內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，不能一圈圈轉(zhuǎn)（數(shù)字舵機(jī)可以在舵機(jī)模式和電機(jī)模式中切換）。普通直流電機(jī)無(wú)法反饋轉(zhuǎn)動(dòng)的角度信息，而舵機(jī)可以。 舵機(jī)與普通直流電機(jī)的用途也不同，普通直流電機(jī)一般是整圈轉(zhuǎn)動(dòng)做動(dòng)力用，舵機(jī)是控制某物體轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度用（比如風(fēng)扇的轉(zhuǎn)向）。 舵機(jī)的控制一般需要一個(gè)20ms左右

49、的時(shí)基脈沖，該脈沖的高電平部分一般為0.5ms-2.5ms范圍內(nèi)的角度控制脈沖部分，總間隔為2ms。 以180度角度伺服為例，那么對(duì)應(yīng)的舵機(jī)時(shí)間與角度的控制關(guān)系見(jiàn)表3.2： 表3.2 舵機(jī)時(shí)間與角度的控制關(guān)系表 時(shí)間(ms) 角度 0.5 0 1.0 45 1.5 90 2.0 135 2.5 180 3.7.1舵機(jī)的特性 假設(shè)現(xiàn)在舵機(jī)穩(wěn)定在A點(diǎn)，這時(shí)候CPU發(fā)出一個(gè)PWM信號(hào)，舵機(jī)全速由A點(diǎn)轉(zhuǎn)向B點(diǎn)，在這個(gè)過(guò)程中需要一段時(shí)間，舵機(jī)才能運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)。 假設(shè)舵機(jī)的保持時(shí)間為T(mén)w， 當(dāng)Tw≧△T時(shí)，舵機(jī)能夠到達(dá)目標(biāo)，并有剩余時(shí)間； 當(dāng)Tw≤△T時(shí)，舵

50、機(jī)不能到達(dá)目標(biāo)； 理論上：當(dāng)Tw=△T時(shí)，系統(tǒng)最連貫，而且舵機(jī)運(yùn)動(dòng)的最快。 實(shí)際過(guò)程中w不盡相同，連貫運(yùn)動(dòng)時(shí)的極限△T比較難以計(jì)算出來(lái)。假如我們的舵機(jī)1DIV =8us，當(dāng)PWM信號(hào)以最小變化量即（1DIV=8μs）依次變化時(shí)，舵機(jī)的分辨率最高，但是速度會(huì)減慢。 3.7.2舵機(jī)控制模塊工作原理 采用單片機(jī)的兩個(gè)定時(shí)器用來(lái)控制舵機(jī)，單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)舵機(jī)輸出轉(zhuǎn)角的控制，必須首先完成兩個(gè)任務(wù)：首先是產(chǎn)生基本的PWM周期信號(hào)，本設(shè)計(jì)是產(chǎn)生20ms的周期信號(hào)；其次是脈寬的調(diào)整，即單片機(jī)模擬PWM信號(hào)的輸出，并且調(diào)整占空比。舵機(jī)控制模塊電路如圖7所示： 圖7 舵機(jī)控制模塊電路圖 3.8

51、ESP8266 WIFI控制模塊 ESP8266 WIFI控制模塊是一款超低功耗的UART-WIFI透?jìng)髂K，擁有業(yè)內(nèi)極富競(jìng)爭(zhēng)力的封裝尺寸和超低能耗技術(shù)，專(zhuān)為移動(dòng)設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用設(shè)計(jì)，可將用戶(hù)的物理設(shè)備連接到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上，進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)通信，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。 ESP8266 WIFI控制模塊封裝方式多樣，天線可支持板載PCB天線，IPEX接口和郵票孔接口三種形式。ESP8266 WIFI控制模塊可以實(shí)現(xiàn)的主要功能包括：串口透明傳輸，PWM 調(diào)控，GPIO控制。其中，串口透?jìng)髦饕?fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸，最大的傳輸速率為可達(dá)到460800bps。PWM 調(diào)控主要負(fù)責(zé)燈光調(diào)節(jié)，三色LED 調(diào)節(jié)，電機(jī)調(diào)速等

52、。GPIO控制用來(lái)控制開(kāi)關(guān)，繼電器等。 ESP8266 WIFI控制模塊支持三種天線接口形式：板載PCB天線、IPEX接口和郵票孔接口，板載PCB天線和IPEX接口天線客戶(hù)可直接使用，無(wú)需添加任何匹配電路。如果客戶(hù)需要在大板上設(shè)計(jì)天線部分，可使用ESP8266郵票孔天線接口，這種設(shè)計(jì)時(shí)大板需要預(yù)留匹配電路。 ESP8266 WIFI控制模塊可廣泛應(yīng)用于串口CH340轉(zhuǎn)WI-FI；工業(yè)透明傳輸DTU；WI-FI遠(yuǎn)程監(jiān)控、控制；玩具領(lǐng)域；LED控制；消防、安防智能一體化管理；智能卡終端，無(wú)線POS機(jī)，WI-FI攝像頭，手持設(shè)備等眾多領(lǐng)域。ESP8266 WIFI控制模塊電路如圖8所示：

53、圖8 ESP8266 WIFI控制模塊電路圖 3.8.1 ESP8266 WIFI控制模塊特性 ESP8266 WIFI硬件接口豐富，可支持UART，IIC，PWM，GPIO，ADC等，適用于各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)合。ESP8266 WIFI控制模塊具有如下特性： (a)支持無(wú)線802.11 b/g/n標(biāo)準(zhǔn) (b)支持STA/AP/STA+AP三種工作模式 (c)內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，支持多路TCP Client連接 (d)支持豐富的Socket AT指令 (e)支持UART/GPIO數(shù)據(jù)通信接口 (f)支持Smart Link智能聯(lián)網(wǎng)功能 (g)支持遠(yuǎn)程固件升級(jí)(OTA)

54、 (h)內(nèi)置32位MCU，可兼作應(yīng)用處理器 (i)超低能耗，適合電池供電應(yīng)用 (j)3.3V單電源供電 3.8.2 ESP8266 WIFI控制模塊AT指令 若ESP8266 WIFI控制模塊正常使用，服務(wù)器和客戶(hù)端需搭載在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上，則需要以下常用指令： 當(dāng)前可用接入點(diǎn)指令：AT+CWLAP，如表3.3、表3.4、表3.5所示： 加入接入點(diǎn):AT+CWJAP，如表3.6、表3.7所示： 退出接入點(diǎn):AT+CWQAP，如表3.8所示： 設(shè)置AP模式下的指令，如表3.9、表3.10所示： 表3.3 ESP8266 WIFI控制模塊AT指令表 命令類(lèi)型

55、 語(yǔ)法 返回和說(shuō)明 設(shè)置命令 AT+CWMODE= OK 此指令需重啟后生效(AT+RST) 查詢(xún)命令 AT+CWMODE? +CWMODE: OK 當(dāng)前處于哪種模式？ 測(cè)試命令 AT+CWMODE? +CWMODE:(取值列表) OK 當(dāng)前可支持哪些模式？ 表3.4 當(dāng)前可用接入點(diǎn)指令表 命令類(lèi)型 語(yǔ)法 返回和說(shuō)明 執(zhí)行命令 AT+CWLAP +CWLAP: ,,[,] OK 此指令返回AP列表 表3.5 當(dāng)前可用接入點(diǎn)參數(shù)定義表 參數(shù) 定義

56、 取值 對(duì)取值的說(shuō)明 加密方式 0 OPEN 1 WEP 2 WPA_PSK 3 WPA2_PSK 4 WPA_WPA2_PSK 接入點(diǎn)名稱(chēng) 字符串參數(shù) 連接模式 0 手動(dòng)連接 1 自動(dòng)連接 表3.6 加入接入點(diǎn)指令表 命令類(lèi)型 語(yǔ)法 返回和說(shuō)明 設(shè)置命令 AT+CWJAP=, OK 或 ERROR 加入該AP成功則返回OK，失敗則返回ERROR 查詢(xún)命令 AT+CWJAP? +CWJAP:OK 返回當(dāng)前選擇的AP 表3.

57、7 加入接入點(diǎn)參數(shù)表 參數(shù) 定義 取值 對(duì)取值的說(shuō)明 接入點(diǎn)名稱(chēng) 字符串型 密碼 字符串型，最長(zhǎng)64字節(jié)，ASCII編碼 表3.8 退出接入點(diǎn)指令表 命令類(lèi)型 語(yǔ)法 返回和說(shuō)明 執(zhí)行命令 AT+CWQAP OK 表示成功退出該AP 測(cè)試命令 AT+CWQAP=? OK 查詢(xún)?cè)撁钍欠裰С? 表3.9 設(shè)置AP模式下的指令表 命令類(lèi)型 語(yǔ)法 返回和說(shuō)明 設(shè)置命令 AT+CWSAP=,,, OK 設(shè)置參數(shù)成功 查詢(xún)命令 AT+CWSA

58、P=? OK 查詢(xún)當(dāng)前AP參數(shù) 表3.10 設(shè)置AP模式下的參數(shù)表 參數(shù) 定義 取值 對(duì)取值的說(shuō)明 加密方式 0 OPEN 1 WEP 2 WPA_PSK 3 WPA2_PSK 4 WPA_WPA2_PSK 接入點(diǎn)名稱(chēng) 字符串參數(shù) 密碼 字符串型，最長(zhǎng)64字節(jié)，ASCII編碼 通道號(hào) 3.9系統(tǒng)其它電路 3.9.1復(fù)位電路 復(fù)位電路和晶振電路是單片機(jī)中最重要的兩個(gè)電路，復(fù)位電路中的EA管腳與單片機(jī)第29管腳的EA相互連

59、接。該電路中串聯(lián)一個(gè)4.7k的電阻，然后直接連接VCC，EA的功能是給該管腳置高電平，則與該電路相連的芯片就可以選擇片內(nèi)的內(nèi)存地址開(kāi)始執(zhí)行這些代碼，如果EA是低電平的話，STC89C51RC單片機(jī)就選擇外部的內(nèi)存地址執(zhí)行代碼。如果選用該芯片的話，必須置為高電平。電路中C4和R5，C4為10微法的電容，R5為10k的電阻。REST為連接到該芯片內(nèi)的復(fù)位管腳。該芯片如果為低電平的話，則正常工作。若該芯片為高電平，將自動(dòng)復(fù)位。若將開(kāi)關(guān)按下，則該芯片置高電平，電容將會(huì)充電。若放開(kāi)，電容將會(huì)放電。R4和D2一端連接VCC一端接地，若電源可以接通的話，指示燈將會(huì)亮，D2為電源指示燈。復(fù)位電路如圖9所示：

60、 圖9 復(fù)位電路圖 3.9.2晶振電路 STC89C51RC單片機(jī)若正常工作，則必須有脈沖信號(hào)，所以需要用到12M的晶振電路。STC89C51RC單片機(jī)為12分頻的，即就是晶振震動(dòng)12次，STC89- C51RC單片機(jī)執(zhí)行一條指令。所以說(shuō)，此晶振為12M的，即震動(dòng)12次STC89C51RC單片機(jī)才會(huì)工作一次，該STC89C51RC單片機(jī)的指令周期為1微秒。22皮法的電容起到調(diào)節(jié)晶振的作用，一般選擇34到100左右的。晶振電路如圖10所示： 圖10 晶振電路圖 3.9.3開(kāi)關(guān)電路 VDD0連接的是USB接口，若將VDD0按下，VDD0和VCC將會(huì)導(dǎo)通。即將電源接通了，指示燈將亮

61、，就可以將電源打開(kāi)。C7和C8為濾波電容，470微法電容為濾高頻波長(zhǎng)，0.1微法的電容為濾低頻波長(zhǎng)。開(kāi)關(guān)電路如圖11所示: 圖11 開(kāi)關(guān)電路圖 3.9.4按鍵電路 一個(gè)按鍵通常有4個(gè)管腳，上端的兩個(gè)管腳相互導(dǎo)通，下端的兩個(gè)管腳相互導(dǎo)通。但是上端和下端管腳相互之間未導(dǎo)通。若將按鍵按下，上端和下端管腳也相互導(dǎo)通。相當(dāng)于4個(gè)管腳處于短路狀態(tài)。若將key0，key1，key2全部置于高電平，key3，key4，key5置于低電平，按下S1，將會(huì)監(jiān)測(cè)到管腳的狀態(tài)，key0導(dǎo)通，key0此時(shí)置于低電平0，從而可以得知第一行被按下，key3，key4，key5變?yōu)楦唠娖?，key0，ke

62、y1，key2變?yōu)榈碗娖?，從而可以得知第一列被按下。按鍵電路如圖12所示： 圖12 按鍵電路圖 3.9.5 DS1302時(shí)鐘芯片電路 該電路采用SPR通信電路，主要有DRST復(fù)位線，DSCLK時(shí)鐘，DIO數(shù)據(jù)線以及地線GND四根線。該電路采用32.78K晶振，若用其它頻率晶振將會(huì)產(chǎn)生較大誤差。DS1302時(shí)鐘芯片電路如圖13所示： 圖13 DS1302時(shí)鐘芯片電路圖 3.9.6 L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 IN1連接的是STC89C51RC單片機(jī)，OUT1為輸出管腳控制電機(jī)。若將OUT1置1，則OUT1將會(huì)導(dǎo)通。L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖14所示： 圖14 L298N電機(jī)

63、驅(qū)動(dòng)電路圖 4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.1程序語(yǔ)言及開(kāi)發(fā)環(huán)境 該系統(tǒng)采用keil Uvision4和Eclipse兩種開(kāi)發(fā)環(huán)境。在keil Uvision4開(kāi)發(fā)環(huán)境下，采用的編程語(yǔ)言是C語(yǔ)言。C語(yǔ)言是一種計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它既具有高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，又具有匯編語(yǔ)言的特點(diǎn)。它由美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的Dennis M. Ritchie于1972年推出，1978年后，C語(yǔ)言已先后被移植到大、中、小及微型機(jī)上，它可以作為工作系統(tǒng)設(shè)計(jì)語(yǔ)言，編寫(xiě)系統(tǒng)應(yīng)用程序，也可以作為應(yīng)用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，編寫(xiě)不依賴(lài)計(jì)算機(jī)硬件的應(yīng)用程序。它的應(yīng)用范圍廣泛，具備很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，不僅僅是在軟件開(kāi)發(fā)上，而且各類(lèi)科研都

64、需要用到 C語(yǔ)言，適于編寫(xiě)系統(tǒng)軟件、二維、三維圖形和動(dòng)畫(huà)，具體應(yīng)用例如單片機(jī)以及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。C語(yǔ)言比匯編語(yǔ)言更容易學(xué)習(xí)，使用方便，傳統(tǒng)的C語(yǔ)言在UNIX系統(tǒng)中廣泛的使用，C語(yǔ)言比匯編語(yǔ)言更接近底層，更接近數(shù)據(jù)，更容易描述。 在Eclipse開(kāi)發(fā)環(huán)境下，采用的編程語(yǔ)言是Java語(yǔ)言。Java是一個(gè)面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言。對(duì)程序員來(lái)說(shuō)，這意味著要注意應(yīng)中的數(shù)據(jù)和操縱數(shù)據(jù)的方法，而不是嚴(yán)格地用過(guò)程來(lái)思考。在一個(gè)面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)中，類(lèi)是數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)的方法的集合。數(shù)據(jù)和方法一起描述對(duì)象的狀態(tài)和行為。每一對(duì)象是其狀態(tài)和行為的封裝。類(lèi)是按一定體系和層次安排的，使得子類(lèi)可以從超類(lèi)繼承行為。在這個(gè)類(lèi)層次體系中有一

65、個(gè)根類(lèi)，它是具有一般行為的類(lèi)。Java還包括一個(gè)類(lèi)的擴(kuò)展集合，分別組成各種程序包，用戶(hù)可以在自己的程序中使用。 4.2主程序 首先在主函數(shù)中分別調(diào)用系統(tǒng)初始化函數(shù)， LCD 1602顯示屏初始化函數(shù)LcdInit ( )，紅外線接收初始化函數(shù)IrInit( )，時(shí)鐘芯片初始化函數(shù)Ds1302Init( ),舵機(jī)初始化函數(shù)DuojiInit( )等。其次利用while循環(huán)監(jiān)測(cè)溫度是否大于設(shè)定值，如果條件為真，則電機(jī)運(yùn)行，即風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)。反之，風(fēng)扇不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。主程序流程圖如圖15所示： 圖15 主程序流程圖 4.3 LCD 1602顯示屏控制程序 首先初始化LCD 1602顯示屏，執(zhí)行L

66、cdInit( )函數(shù)。其次，在12MHZ晶振下，12分頻單片機(jī)的硬件條件下執(zhí)行延時(shí)函數(shù)Lcd1602_Delay1ms( )，延時(shí)1ms。接著向LCD 1602顯示屏寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)的命令，調(diào)用LcdWriteCom( )函數(shù)。LCD 1602顯示屏控制程序流程圖如圖16所示： 圖16 LCD 1602顯示屏控制程序流程圖 4.4 DS18B20溫度監(jiān)測(cè)控制程序 該程序主要由DS1820Init( )初始化函數(shù)，DS18B20WriteByte( )寫(xiě)入字節(jié)函數(shù)，讀取一個(gè)字節(jié)DS18B20ReadByte( ),DS18B20ChangTemp( )溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)以及DS18B20ReadTemp( )讀取溫度函數(shù)組成。首先執(zhí)行DS18B20Init( )初始化函數(shù)，若初始化成功則返回1，否則返回0。接下來(lái)執(zhí)行DS18B20WriteByte( )函數(shù)，每寫(xiě)入一位數(shù)據(jù)之前先把總線拉低1μs，然后寫(xiě)入一個(gè)數(shù)據(jù)，從最低位開(kāi)始。接著延時(shí)68μs，持續(xù)時(shí)間最少60μs，然后釋放總線，至少1μs給總線恢復(fù)時(shí)間才能接著寫(xiě)入第二個(gè)數(shù)值，依此類(lèi)推直到寫(xiě)入最后一個(gè)數(shù)值