2-/NUMPAGES58第一章緒論1.1課題背景目前對(duì)于電器產(chǎn)品中冷卻風(fēng)扇的要求越來(lái)越高，電機(jī)作為冷卻風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)源既要高效節(jié)能，又要靜音。傳統(tǒng)上廣泛使用的是交流電機(jī)（如：罩極式電機(jī)、電容式啟動(dòng)電機(jī)等），雖然其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但其所固有的體積大，效率低等缺點(diǎn)，已越來(lái)越不適應(yīng)家電產(chǎn)品小型化和高效化的要求。因此，效率高、體積小的直流無(wú)刷電機(jī)在冷卻風(fēng)扇系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。但是，目前在使用無(wú)刷風(fēng)扇電機(jī)作為冷卻風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)源的系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是恒定的，而不是根據(jù)熱負(fù)荷的大小相應(yīng)的調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，因而造成了電能的無(wú)用消耗[1]。投影儀、大功率電源、數(shù)據(jù)通訊交換機(jī)和路由器等設(shè)備的散熱是一個(gè)值得考慮的問(wèn)題。這些應(yīng)用功耗極大，使設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)要用風(fēng)扇來(lái)冷卻電子元件。如果吹向元器件的氣流等于或小于每分鐘六到七立方英尺即可滿(mǎn)足冷卻要求。那么直流無(wú)刷風(fēng)扇是一個(gè)不錯(cuò)的選擇目前已有很多微處理機(jī)將控制電機(jī)必需的功能做在芯片中，而且體積越來(lái)越小，像模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）、脈沖寬度調(diào)制（PWM）等。單片機(jī)在檢測(cè)和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。溫度檢測(cè)、電機(jī)轉(zhuǎn)速控制等方面，都有單片機(jī)的應(yīng)用。溫度控制集成電路的迅速發(fā)展，也使溫度檢測(cè)技術(shù)越來(lái)越智能化了，這促使了冷卻散熱電子產(chǎn)品技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。1.2研究的目的和意義隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，當(dāng)今的電子設(shè)備如不考慮熱設(shè)計(jì)，通常會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱現(xiàn)象。強(qiáng)迫空氣冷卻作為比較經(jīng)濟(jì)方便的冷卻手段在電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)中得到了普遍應(yīng)用。而運(yùn)用強(qiáng)迫空氣冷卻電子設(shè)備的首要任務(wù)是選擇合適的風(fēng)扇來(lái)提供足夠的冷卻空氣。大多數(shù)風(fēng)扇的使用壽命都在幾千小時(shí)左右，多數(shù)功率設(shè)備都存在負(fù)荷變化的特點(diǎn)，在停止工作或負(fù)荷較輕時(shí)可能并不需要風(fēng)扇，而僅靠散熱片的被動(dòng)散熱就能滿(mǎn)足散熱需求；是否滿(mǎn)足散熱需求的標(biāo)準(zhǔn)就是溫度，在工作溫度高于一定程度時(shí)，風(fēng)機(jī)開(kāi)始工作，提供主動(dòng)散熱效果；而工作溫度低于一定程度時(shí)，風(fēng)扇停止工作或減速進(jìn)行，僅靠被動(dòng)散熱。這樣可以有效的延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)的使用壽命。1.3國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀近年來(lái)，國(guó)際上的新型電風(fēng)扇層出不窮，在向節(jié)能型、多功能、多品種發(fā)展的過(guò)程中，又采用了電子定時(shí)、遙控、微機(jī)控制和傳感技術(shù)等新技術(shù)。我國(guó)的電風(fēng)扇制造廠也在向前發(fā)展。節(jié)能技術(shù)在電風(fēng)扇制造和使用中的應(yīng)用，包括優(yōu)化風(fēng)葉設(shè)計(jì)。合理匹配高效的扇頭電動(dòng)機(jī)及優(yōu)化調(diào)速方案等。如日本三洋公司生產(chǎn)的EF-F31MZ型電風(fēng)扇，采用外轉(zhuǎn)子式無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，節(jié)電30％，體積減少1/3。日本土屋制造所的無(wú)刷直流電機(jī)風(fēng)扇，采用集成電路控制，節(jié)電50％，噪聲可降低20％至30％左右[2]。目前，溫度傳感器正向著單片集成化，智能化，網(wǎng)絡(luò)化和單片系統(tǒng)化的方向發(fā)展。值得重視的是目前配置有溫度傳感器的新型專(zhuān)用集成電路也已問(wèn)世了。例如美國(guó)MAXIM公司最新研制的MAX1299型5通道12位ADC芯片，片內(nèi)集成了精密溫度傳感器，在-40~+85度范圍內(nèi)的溫度精度可達(dá)正負(fù)一度[3]。集風(fēng)扇控制，溫度檢測(cè)于一體的傳感器集成電路MAX6650。能夠自動(dòng)檢測(cè)大功率芯片溫度，自動(dòng)控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，以降低冷卻風(fēng)扇的噪聲污染[4]。集成電路有很多種類(lèi)，廣泛應(yīng)用于無(wú)刷直流電機(jī)控制電路中。TC651是帶有溫度傳感器，用于無(wú)刷直流風(fēng)扇速度控制的集成電路[5]。主要應(yīng)用于個(gè)人計(jì)算機(jī)過(guò)熱保護(hù)機(jī)頂盒，筆記本電腦中電源系統(tǒng)的散熱風(fēng)扇控制系統(tǒng)特點(diǎn)是根據(jù)檢測(cè)的溫度來(lái)控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，達(dá)到合理的散熱功能即減小風(fēng)扇噪音，延長(zhǎng)風(fēng)扇壽命，又節(jié)約電能，具有非常重要的意義。1.4本課題的主要工作基于單片機(jī)的智能風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)，機(jī)箱溫度為測(cè)量對(duì)象，利用風(fēng)扇對(duì)其進(jìn)行降溫，而風(fēng)扇轉(zhuǎn)速為控制對(duì)象。課題目標(biāo)是設(shè)計(jì)出具有溫度傳感的智能風(fēng)機(jī)控制?？刂圃恚篘TC熱敏電阻和LM339比較器組成的溫度測(cè)量電路，把測(cè)得的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的處理，輸出一個(gè)控制信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)。本課題的主要工作：1）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)包括溫度采集和溫度比較電路，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇電路，測(cè)速電路，LED顯示電路。2）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)編寫(xiě)溫度采集、PWM輸出、定時(shí)等子程序、測(cè)速子程序。3）風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)仿真進(jìn)行控制系統(tǒng)的仿真試驗(yàn)，可對(duì)軟件的可行性進(jìn)行檢驗(yàn)，加快了實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試的過(guò)程。4）風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)硬件的調(diào)試經(jīng)過(guò)調(diào)試，使風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)正常工作，能夠達(dá)到課題要求。第二章智能風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的組成及器件選擇2.1智能風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的組成智能風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)包括溫度傳感器、電壓比較器、單片機(jī)、風(fēng)扇、霍爾傳感器及LED顯示驅(qū)動(dòng)芯片。2.2器件選擇2.2.1溫度傳感器的選型一個(gè)風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)，要達(dá)到智能控制，即風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由環(huán)境溫度因素控制，這時(shí)溫度傳感器的選取也十分關(guān)鍵。在眾多風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中，溫度傳感器的選擇可以有很多種。大致分為模擬傳感器和數(shù)字傳感器兩大類(lèi)。這里介紹幾種廣泛應(yīng)用的溫度傳感器。AD590的性能特點(diǎn)與工作原理AD590是由美國(guó)哈里斯（Harris）公司、模擬器件公司（ADI）等生產(chǎn)的恒流源式模擬集成溫度傳感器。它兼有集成恒流源和集成溫度傳感器的特點(diǎn)，具有測(cè)溫誤差小、動(dòng)態(tài)阻抗高、響應(yīng)速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、體積小、微功耗等優(yōu)點(diǎn)，適合遠(yuǎn)距離測(cè)溫、控溫，不需要進(jìn)行非線(xiàn)性校準(zhǔn)。（1）性能特點(diǎn)AD590屬于采用激光修正的精密集成溫度傳感器。該產(chǎn)品有三種封裝形式：TO-52封裝、陶瓷封裝（測(cè)溫范圍是-55~+150℃）、TO-92封裝（測(cè)溫范圍是0~70℃）。AD590系列產(chǎn)品的外形及符號(hào)如圖2-1所示，由Harris公司生產(chǎn)的AD590產(chǎn)品，其主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2-1。需要指出，不同公司的產(chǎn)品的分檔情及技術(shù)指標(biāo)可能會(huì)有差異。例如，由ADI公司生產(chǎn)的AD590，就有AD590J/K/L/M四檔。這類(lèi)器件的外形與小功率晶體管相仿，共有3個(gè)管腳：1腳為正極，2腳是負(fù)極，3腳接管殼。使用時(shí)將3腳接地，可起到屏蔽作用。該系列產(chǎn)品以AD590M的性能最佳，其測(cè)溫范圍是-55~+150℃,最大非線(xiàn)性誤差為±0.3℃+_+_AD590圖2-1AD590表2-1AD590系列產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)型號(hào)單位AD590IAD590JAD590KAD590LAD590M最大非線(xiàn)性誤差℃±3.0±1.5±0.8±0.4±0.3最大標(biāo)定溫度誤差（+25℃）℃±10.0±5.0±2.5±1.0±0.5額定電流溫度系數(shù)μA/K1.0額定輸出電流（+25℃）℃298.15長(zhǎng)期溫度漂移℃/月±0.1響應(yīng)時(shí)間μs20殼與管腳的絕緣電阻Ω1010等效并聯(lián)電容pF100工作電壓范圍V+4~+30（2）工作原理AD590的內(nèi)部電路如圖2-2所示。芯片中的R1和R2是采用激光修正的校準(zhǔn)電阻，它能使298.2K（+25℃）下的輸出電流恰好為298.2μA。首先由晶體管T8和T11產(chǎn)生與熱力學(xué)溫度（即絕對(duì)溫度）成正比的電壓信號(hào)，再通過(guò)R5、R6把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)。為保證良好的溫度特性，R5、R6的電阻溫度系數(shù)應(yīng)非常小，這里采用激光修正的SiCr薄膜電阻，其電阻溫度系數(shù)低至（-30~-50）×10-6/℃。T10的集電極電流能夠跟隨T9和T11的集電極電流的變化，使總電流達(dá)到額定值。R5和R6也需要在+25℃的標(biāo)準(zhǔn)溫度下校準(zhǔn)。圖2-2AD590內(nèi)部電路圖AD590等效于一個(gè)高阻抗的恒流源，其輸出阻抗﹥10MΩ，能大大減小因電源電壓波動(dòng)而產(chǎn)生的測(cè)溫誤差。例如，當(dāng)電源電壓從5V變化到10V時(shí)，所引起的電流最大變化量?jī)H為1μA，等價(jià)于1℃的測(cè)溫誤差。AD590的工作電壓為+4~+30V、測(cè)溫范圍是-55~150℃，對(duì)應(yīng)于熱力學(xué)溫度T每變化1K，輸出電流就變化1μA。在298.15K（對(duì)應(yīng)于25.15℃）時(shí)輸出電流恰好等于298.15μA。這表明，其輸出電流Io（μA）與熱力學(xué)溫度T（K）嚴(yán)格成正比。電流溫度系數(shù)Ki表達(dá)式為ln8(2-1)式中的k、q分別為波爾茲曼常數(shù)和電子電量，R是內(nèi)部集成化電阻。式中的㏑8表示內(nèi)部晶體管與的發(fā)射結(jié)等效面積之比倍，然后再取自然對(duì)數(shù)值。將k/q=0.0862mV/K，R=538Ω代入式(2-1)中得到（2-2）因此，輸出電流的微安數(shù)就代表著被測(cè)溫度的熱力學(xué)溫度值[3]。DS18B20的主要特性、外部結(jié)構(gòu)和工作原理隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，溫度傳感器的種類(lèi)日益繁多，數(shù)字溫度傳感器更因適用于各種微處理器接口組成的自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)具有可以克服模擬傳感器與微處理器接口時(shí)需要信號(hào)調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換器的弊端等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、電子測(cè)溫計(jì)、醫(yī)療儀器等各種溫度控制系統(tǒng)中。其中，比較有代表性的數(shù)字溫度傳感器有DS1820、MAX6575、DS1722、MAX6635等。DS18B20是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司繼DS1820之后最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測(cè)溫度并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在93.75ms和750ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量，并且從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線(xiàn)（單線(xiàn)接口）讀寫(xiě),溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線(xiàn)，總線(xiàn)本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無(wú)需額外電源。因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單，可靠性更高。他在測(cè)溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面較DS1820有了很大的改進(jìn)，給用戶(hù)帶來(lái)了更方便的使用和更令人滿(mǎn)意的效果。DS18B20的主要特性適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.0～5.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線(xiàn)供電；獨(dú)特的單線(xiàn)接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線(xiàn)即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊；DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線(xiàn)上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫；DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)；溫范圍－55℃～＋125℃，在-10～+85℃時(shí)精度為±0.5℃；可編程的分辨率為9～12位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫；在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快；測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以"一線(xiàn)總線(xiàn)"串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力；負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。（2）DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)

DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的外形及管腳排列如下圖2-3所示：圖2-3DS18B20外形及引腳排列圖DS18B20引腳定義:DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；GND為電源地；VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線(xiàn)方式時(shí)接地）。（3）DS18B20的工作原理DS18B20的讀寫(xiě)時(shí)序和測(cè)溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由2s減為750ms。DS18B20測(cè)溫原理如圖2-4所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在－55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開(kāi)始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。圖2-4斜率累加器斜率累加器預(yù)置可簡(jiǎn)化低溫度系數(shù)晶振計(jì)數(shù)器1比較預(yù)置=0高溫度系數(shù)晶振計(jì)數(shù)器2=0溫度寄存器停止LSB置位/清除加1圖2-4DS18B20測(cè)溫原理框圖DS18B20有4個(gè)主要的數(shù)據(jù)部件：1）光刻ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開(kāi)始8位（28H）是產(chǎn)品類(lèi)型標(biāo)號(hào)，接著的48位是該DS18B20自身的序列號(hào)，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線(xiàn)上掛接多個(gè)DS18B20的目的。2）DS18B20中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量，以12位轉(zhuǎn)化為例：用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，以0.0625℃表2-2DS18B20溫度值格式表bit7bit6bit5bit4bit3bit2bit1bit0LSByte232221202-12-22-32-4bit15bit14bit13bit12bit11bit10bit9bit8MSByteSSSSS262524這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在18B20的兩個(gè)8比特的RAM中，二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于0，這5位為0，只要將測(cè)到的數(shù)值乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實(shí)際溫度。表2-3DS18B20溫度數(shù)據(jù)表TEMPERATUREDIGITALOUTPUT（Binary）DIGITALOUTPUT(Hex)+125℃000001111101000007D0h+85℃00000101010100000550h+25.0625℃00000001100100010191h+10.125℃000000001010001000A2h+0.5℃00000000000000100008h0℃00000000000000000000h-0.5℃1111111111111000FFF8h-10.125℃1111111101011110FF5Eh-25.0625℃1111111001101111FE6Fh-55℃1111110010010000FC90h3）DS18B20溫度傳感器的存儲(chǔ)器DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EEPRAM,后者存放高溫度和低溫度觸發(fā)器TH、TL和結(jié)構(gòu)寄存器。4）配置寄存器該字節(jié)各位的意義如下：表2-4配置寄存器結(jié)構(gòu)TMR1R011111低五位一直都是"1"，TM是測(cè)試模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測(cè)試模式。在DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶(hù)不要去改動(dòng)。R1和R0用來(lái)設(shè)置分辨率，如下表所示：（DS18B20出廠時(shí)被設(shè)置為12位）表2-5溫度分辨率設(shè)置表R1R0分辨率溫度最大轉(zhuǎn)換時(shí)間009位93.75ms0110位187.5ms1111位375ms1112位750ms5）高速暫存存儲(chǔ)器高速暫存存儲(chǔ)器由9個(gè)字節(jié)組成，其分配如表2-6所示。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后，經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第0和第1個(gè)字節(jié)。單片機(jī)可通過(guò)單線(xiàn)接口讀到該數(shù)據(jù)，讀取時(shí)低位在前，高位在后，數(shù)據(jù)格式如表1所示。對(duì)應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位S=0時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)S=1時(shí)，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計(jì)算十進(jìn)制值。表?2是對(duì)應(yīng)的一部分溫度值。第九個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié)。表2-6DS18B20暫存寄存器分布寄存器內(nèi)容字節(jié)地址溫度值低位（LSByte）0溫度值高位（MSByte）1高溫限值（TH）2低溫限值（TL）3配置寄存器4保留5保留6保留7CRC校驗(yàn)值8根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)（單片機(jī)）控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：每一次讀寫(xiě)之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位操作，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線(xiàn)下拉500微秒，然后釋放，當(dāng)DS18B20收到信號(hào)后等待16～60微秒左右，后發(fā)出60～240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。表2-7ROM指令表指令約定代碼功能讀ROM33H讀DS1820溫度傳感器ROM中的編碼（即64位地址）符合ROM55H發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出64位ROM編碼，訪(fǎng)問(wèn)單總線(xiàn)上與該編碼相對(duì)應(yīng)的DS1820使之做出響應(yīng)，為下一步對(duì)該DS1820的讀寫(xiě)做準(zhǔn)備。搜索ROM0FOH用于確定掛接在同一總線(xiàn)上DS1820的個(gè)數(shù)和識(shí)別64位ROM地址。為操作各器件做好準(zhǔn)備。跳過(guò)ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS1820發(fā)溫度變換命令。適用于單片工作。告警搜索命令0ECH執(zhí)行后只有溫度超過(guò)設(shè)定值上限或下限的片子才做出響應(yīng)。表2-8RAM指令表指令約定代碼功能溫度變換44H啟動(dòng)DS1820進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，12位轉(zhuǎn)換時(shí)最長(zhǎng)為750ms（9位為93.75ms）。結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)RAM中。讀暫存器0BEH讀內(nèi)部RAM中9字節(jié)的內(nèi)容寫(xiě)暫存器4EH發(fā)出向內(nèi)部RAM的3、4字節(jié)寫(xiě)上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟該命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)。復(fù)制暫存器48H將RAM中第3、4字節(jié)的內(nèi)容復(fù)制到EEPROM中。重調(diào)EEPROM0B8H將EEPROM中內(nèi)容恢復(fù)到RAM中的第3、4字節(jié)。讀供電方式0B4H讀DS1820的供電模式。寄生供電時(shí)DS1820發(fā)送“0”，外接電源供電DS1820發(fā)送“1”。熱敏電阻熱敏電阻的基本電氣特性是它們隨溫度變化而改變電阻。用于溫度傳感的熱敏電阻由結(jié)合的金屬氧化物組成，這些金屬氧化物既不是十分優(yōu)良的絕緣體又不是十分優(yōu)良的導(dǎo)體。實(shí)際上熱敏電阻的電阻范圍由于易受到多種溫度的影響可從數(shù)歐直至兆歐，當(dāng)溫度升高時(shí)電阻則減小。這種電阻性能被認(rèn)為具有負(fù)斜率或負(fù)溫度系數(shù)，熱敏電阻常被成為“NTC”（負(fù)溫度系數(shù)）熱敏電阻。它們通常由2或3種金屬氧化物組成，混合在粘土中，并在高溫爐內(nèi)鍛燒成致密的燒結(jié)陶瓷，陶瓷通常是極好的絕緣體。但只有理論上，當(dāng)溫度接近絕對(duì)零度時(shí)，熱敏電阻型陶瓷才是這種情況。但是，當(dāng)溫度增加至較常見(jiàn)的范圍時(shí)，熱會(huì)激發(fā)出越來(lái)越多的自由電子。隨著許多電子載流通過(guò)陶瓷，有效的阻值則會(huì)降低[6]。熱敏電阻隨溫度的變化極為靈敏。典型變化為每攝氏度減少7％至3％。這時(shí)適合寬溫度范圍內(nèi)使用的任何傳感器來(lái)說(shuō)是最靈敏的。當(dāng)電阻隨溫度增加而下降時(shí)，它遠(yuǎn)離線(xiàn)性。從25℃室溫開(kāi)始，冷卻至15℃乃至10℃時(shí)電阻約加倍。但15℃上升至40℃時(shí)電阻減小略超過(guò)一半。從-50℃至+150℃量程范圍內(nèi)，電阻產(chǎn)生的變化是10000至1.將電阻值作為溫度的函數(shù)作圖則得出下列曲線(xiàn)（圖2-5a）：注意曲線(xiàn)在冷端太陡、在熱端太平坦，使研究它很難。將同樣數(shù)據(jù)（只是指電阻）換算成對(duì)數(shù)作圖會(huì)產(chǎn)生較有用的曲線(xiàn)（圖2-5b）圖2-5電阻隨溫度的變化曲線(xiàn)則公式會(huì)很簡(jiǎn)化：（2-1）式中：Ro指原始溫度時(shí)的電阻。Rn指新溫度時(shí)的未知電阻。To指原始溫度，以開(kāi)氏溫度計(jì)（在攝氏溫度上加273）Tn指溫度，e=2.718是根據(jù)2點(diǎn)的電阻溫度數(shù)據(jù)用公式求得的常數(shù)[7]。經(jīng)以上溫度傳感器的比較，本設(shè)計(jì)所采用的是比較廉價(jià)、使用方便、電路易實(shí)現(xiàn)的熱敏電阻MF52D103F3950來(lái)作為溫度檢測(cè)器件。本設(shè)計(jì)中采用的是MF52D103F3950本系列適用于空調(diào)設(shè)備、暖氣設(shè)備、電子體溫計(jì)、液位傳感器、汽車(chē)電子、電子臺(tái)歷。測(cè)試精度高、體積小、反應(yīng)速度快、能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作、互換性、一致性好[8]。圖2-6MF52D103F3950實(shí)物圖電阻值誤差:F：±1%G：±2%H：±3%J：±5%K：±10%；B值（25/50℃）誤差：對(duì)于標(biāo)稱(chēng)電阻值精度為±1%的，B值對(duì)應(yīng)誤差為±1%，其余B值誤差均為±2%。其溫度-電阻數(shù)據(jù)對(duì)照表見(jiàn)附錄。2.2.2電壓比較器的選型LM339集成塊內(nèi)部裝有四個(gè)獨(dú)立的電壓比較器，該電壓比較器的特點(diǎn)是：1）失調(diào)電壓小，典型值為2mV；2）電源電壓范圍寬，單電源為2-36V，雙電源電壓為±1V-±18V；3）對(duì)比較信號(hào)源的內(nèi)阻限制較寬；4）共模范圍很大，為0~（Ucc-1.5V）Vo；5）差動(dòng)輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓；6）輸出端電位可靈活方便地選用。

LM339集成塊采用DIP-14型封裝，圖2-7為外型及管腳排列圖。由于LM339使用靈活，應(yīng)用廣泛，所以世界上各大IC生產(chǎn)廠、公司竟相推出自己的四比較器，如IR2339、ANI339、SF339等，它們的參數(shù)基本一致，可互換使用。如圖2-8所示：圖2-7LM339外型及管腳排列圖

LM339類(lèi)似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。每個(gè)比較器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。兩個(gè)輸入端一個(gè)稱(chēng)為同相輸入端，用“+”表示，另一個(gè)稱(chēng)為反相輸入端，用“-”表示。用作比較兩個(gè)電壓時(shí)，任意一個(gè)輸入端加一個(gè)固定電壓做參考電壓（也稱(chēng)為門(mén)限電平，它可選擇LM339輸入共模范圍的任何一點(diǎn)），另一端加一個(gè)待比較的信號(hào)電壓。當(dāng)“+”端電壓高于“-”端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開(kāi)路。當(dāng)“-”端電壓高于“+”端時(shí)，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。兩個(gè)輸入端電壓差別大于10mV就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，把LM339用在弱信號(hào)檢測(cè)等場(chǎng)合是比較理想的。LM339的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時(shí)輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱(chēng)為上拉電阻，選3-15K）。選不同阻值的上拉電阻會(huì)影響輸出端高電位的值。因?yàn)楫?dāng)輸出晶體三極管截止時(shí)，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負(fù)載的值。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。圖2-8a給出了一個(gè)基本單限比較器。輸入信號(hào)Uin，即待比較電壓，它加到同相輸入端，在反相輸入端接一個(gè)參考電壓（門(mén)限電平）Ur。當(dāng)輸入電壓Uin>Ur時(shí)，輸出為高電平UOH。2-8圖2-8（a）單限比較器及（b）比較器的傳輸特性圖2-9為某儀器中過(guò)熱檢測(cè)保護(hù)電路。它用單電源供電，1/4LM339的反相輸入端加一個(gè)固定的參考電壓，它的值取決于R1于R2。UR=R2/（R1+R2）*UCC。同相端的電壓就等于熱敏元件Rt的電壓降。當(dāng)機(jī)內(nèi)溫度為設(shè)定值以下時(shí)，“+”端電壓大于“-”端電壓，Uo為高電位。當(dāng)溫度上升為設(shè)定值以上時(shí)，“-”端電壓大于“+”端，比較器反轉(zhuǎn)，Uo輸出為零電位，使保護(hù)電路動(dòng)作，調(diào)節(jié)R1的值可以改變門(mén)限電壓，既設(shè)定溫度值的大小[9]。圖2-9某儀器中過(guò)熱檢測(cè)保護(hù)電路2.2.3主控計(jì)算機(jī)的選擇利用單片機(jī)軟件編程靈活、自由度大的特點(diǎn)，力求用軟件完善各種控制算法和邏輯控制。\o"AT89S51貨源和PDF資料"AT89S51擁有與INTEL公司的8051相同的內(nèi)核和引腳排列。\o"AT89S51貨源和PDF資料"AT89S51除了具有8051的全部功能外，還內(nèi)置了一些比較實(shí)用的功能部件。如\o"AT89S51貨源和PDF資料"AT89S51內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器是4KB可擦寫(xiě)的flashROM，不需要外擴(kuò)展存儲(chǔ)器，下載程序代碼整個(gè)過(guò)程僅用幾秒鐘，使用起來(lái)非常方便。而8051內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器是4KB的PROM，只能一次性寫(xiě)入程序代碼，以后就無(wú)法修改。另外\o"AT89S51貨源和PDF資料"AT89S51提供了一個(gè)ISP下載接口。很適合用于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)或開(kāi)發(fā)。

AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4kbytesflash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門(mén)狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。此外，AT89S51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0hz并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。經(jīng)比較，主機(jī)選用ATMEL公司的51系列單片機(jī)AT89S51來(lái)實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)選用AT89S51芯片時(shí)鐘可達(dá)12MHz,運(yùn)算速度快，控制功能完善。AT89S51單片機(jī)引腳圖如圖2-10所示。主要功能特性：1）兼容MCS-51指令系統(tǒng)2）4K可反復(fù)擦寫(xiě)(>1000次）ISPflashROM3）32個(gè)雙向I/O口4）4.5-5.5V工作電壓5）2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器6）時(shí)鐘頻率0-33MHz7）全雙工UART串行中斷口線(xiàn)8）128x8BIT內(nèi)部RAM9）2個(gè)外部中斷源10）低功耗空閑和省電模式11）中斷喚醒省電模式12）3級(jí)加密位13）看門(mén)狗（WDT）電路14）軟件設(shè)置空閑和省電功能15）靈活的ISP字節(jié)和分頁(yè)編程16）雙數(shù)據(jù)寄存器指針圖2-10AT89S51單片機(jī)引腳圖2.2.4風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)器件選擇對(duì)于標(biāo)稱(chēng)工作電流不大于200mA的風(fēng)扇，采用單晶體管驅(qū)動(dòng)即可。高于200mA的風(fēng)扇，采用達(dá)林頓或MOSFET驅(qū)動(dòng)方式。為了使風(fēng)扇檢測(cè)功能正常運(yùn)行，通路晶體管在導(dǎo)通時(shí)必須處于完全飽和狀態(tài)。選用作為驅(qū)動(dòng)晶體管時(shí)，關(guān)鍵問(wèn)題是：（1）器件的擊穿電壓（V(BR)CEO）必須足夠大以承受在風(fēng)扇施加的最大電壓（注：風(fēng)扇的最大電壓出現(xiàn)在風(fēng)扇的關(guān)斷時(shí)刻。）；（2）在滿(mǎn)幅風(fēng)扇電流條件下，5mA是基極驅(qū)動(dòng)電流必須足以使晶體管進(jìn)入飽和狀態(tài)（晶體管應(yīng)有足夠大的增益）；（3）額定風(fēng)扇電流必須在晶體管的最大電流處理能力之內(nèi)；（4）功耗應(yīng)在所選器件的允許范圍之內(nèi)[10]。本設(shè)計(jì)若采用小功率的風(fēng)扇，可采用三極管8050驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇。晶體管類(lèi)型：開(kāi)關(guān)型；極性：NPN；材料：硅；最大集存器電流（A）：0.5A;直流電增益：10to60;功耗：625mW；最大集存器發(fā)射電壓（VCEO）：25；頻率：150KHz[11]。三極管8050的電氣特性如表2-9所示。表2-9為三極管8050電氣參數(shù)參數(shù)名稱(chēng)符號(hào)測(cè)試條件最小值最大值單位集電極-基極擊穿電壓V(BR)CBOIC=100μA,IE=040V集電極-發(fā)射極擊穿電壓V(BR)CEOIC=0.1mA,IB=025V發(fā)射極-基極擊穿電壓V(BR)EBOIE=100μA,5VIC=0基極截止電流ICBOVCB=40V,IE=00.1μA集電極截止電流ICEOVCE=20V,IB=00.1μA發(fā)射極截止電流IEBOVEB=-3V,IC=00.1μA直流電流增益hFE(1)VCE=1V,IC=50mA85300hFE(2)VCE=1V,IC=500mA50集電極-發(fā)射極飽和電壓VCEsatIC=500mA,IB=50mA0.6V基極-發(fā)射極飽和電壓VBEsatIC=500mA,IB=50mA1.2V基極-發(fā)射極電壓VBEIE=50mA1.4V特征頻率fTVCE=6V,IC=20MaF=30MHz150MHz2.2.5風(fēng)扇選擇直流無(wú)刷風(fēng)扇是一種結(jié)合了直流電機(jī)和交流電機(jī)優(yōu)點(diǎn)的改進(jìn)型電機(jī)，采用無(wú)位置傳感器直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)后，可充分利用直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍寬且無(wú)位置傳感器和不易損壞的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)變速、低噪聲，提高了運(yùn)行效率、控制精度和可靠性[12]。隨著現(xiàn)代控制理論和電子技術(shù)的發(fā)展。各種控制方法和器件不斷出現(xiàn)。與直流電機(jī)相比，交流電動(dòng)機(jī)是多變量、強(qiáng)耦和非線(xiàn)性系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)良好的轉(zhuǎn)矩控制非常困難。20世紀(jì)70年代德國(guó)工程師F.Blaschke首先提出異步電機(jī)矢量控制理論來(lái)解決交流電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)方法。近年來(lái)矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)不斷發(fā)展，且有各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域[13]。表2-10風(fēng)扇特性ModelNo.FanSizeLxWxTRateVoltageStartupVoltageRatedCurrentSpeedAirFlowStaticPressureNoiseLevelWeightPackingmmVDCVDCARPMCFMmmH2OdBAGrampcs/ctnHD-3510H05S(B)35x35x1053.20.18110005.735.4232.2811.01000HD-3510M05S(B)35x35x1053.20.1390004.534.2627.23HD-3510L05S(B)35x35x1053.20.0960003.312.8321.37HD-3510H12S(B)35x35x101260.13110004.874.9732.28HD-3510M05S(B)35x35x101260.0990004.373.7927.23HD-3510L05S(B)35x35x101260.0660003.242.7621.37HD-3510H24S(B)35x35x1024120.06110004.864.9732.28HD-3510M05S(B)35x35x1024120.0590004.373.7927.23HD-3510L05S(B)35x35x1024120.0460003.242.7621.372.5.6霍爾傳感器A44E集成霍耳開(kāi)關(guān)由穩(wěn)壓器A、霍耳電勢(shì)發(fā)生器(即硅霍耳片)B、差分放大器C、施密特觸發(fā)器D和OC門(mén)輸出E五個(gè)基本部分組成，如圖2-11(a)所示。圖2-11霍爾傳感器原理圖(1)、(2)、(3)代表集成霍耳開(kāi)關(guān)的三個(gè)引出端點(diǎn)。在輸入端輸入電壓VCC，經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍耳電勢(shì)發(fā)生器的兩端，根據(jù)霍耳效應(yīng)原理，當(dāng)霍耳片處在磁場(chǎng)中時(shí)，在垂直于磁場(chǎng)的方向通以電流，則與這二者相垂直的方向上將會(huì)產(chǎn)生霍耳電勢(shì)差VH輸出，該VH信號(hào)經(jīng)放大器放大后送至施密特觸發(fā)器整形，使其成為方波輸送到OC門(mén)輸出。當(dāng)施加的磁場(chǎng)達(dá)到工作點(diǎn)(即Bop)時(shí)，觸發(fā)器輸出高電壓(相對(duì)于地電位)，使三極管導(dǎo)通，此時(shí)OC門(mén)輸出端輸出低電壓，通常稱(chēng)這種狀態(tài)為開(kāi)[11]。當(dāng)施加的磁場(chǎng)達(dá)到釋放點(diǎn)(即Brp)時(shí)，觸發(fā)器輸出低電壓，三極管截止，使OC門(mén)輸出高電壓，這種狀態(tài)為關(guān)。這樣兩次電壓變換，使霍耳開(kāi)關(guān)完成了一次開(kāi)關(guān)動(dòng)作。Bop與Brp的差值一定，此差值BH=Bop-Brp稱(chēng)為磁滯，在此差值內(nèi)，Vo保持不變，因而使開(kāi)關(guān)輸出穩(wěn)定可靠，這也就是集電成霍耳開(kāi)關(guān)傳感器優(yōu)良特性之一。集成霍耳開(kāi)關(guān)傳感器輸出特性如圖2-11(b)。2.5.7MAX7219LED顯示驅(qū)動(dòng)芯片的選擇MAX7219是一個(gè)高集成化的串行輸入輸出的共陰極LED驅(qū)動(dòng)顯示器。MAX7219芯片是美國(guó)MAXIM公司出品的新型緊湊型、可編程共陰極顯示驅(qū)動(dòng)器,可以用來(lái)把微處理機(jī)接口連接到多達(dá)八位數(shù)字的七段數(shù)字LED顯示器,與傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)LED相比,節(jié)省了很多芯片資源。片內(nèi)包含有一個(gè)BCD碼到B碼譯碼器,多路復(fù)用掃描電路,段和數(shù)字驅(qū)動(dòng)器及存儲(chǔ)每個(gè)數(shù)字的8X8固態(tài)RAM;而且只需一個(gè)外部電阻來(lái)設(shè)置所有LED的段電流,從而降低了系統(tǒng)成本并減少了電路板空間的要求。MAX7219芯片上包括BCD譯碼器、多位掃描電路、段驅(qū)動(dòng)器、位驅(qū)動(dòng)器和用于存放每個(gè)數(shù)據(jù)位的8×8靜態(tài)RAM以及數(shù)個(gè)工作寄存器。通過(guò)指令設(shè)置這些工作寄存器,可以使MAX7219進(jìn)入不同的工作狀態(tài)。第三章系統(tǒng)調(diào)速原理3.1系統(tǒng)控制的原理圖圖3-1為系統(tǒng)控制原理圖。通過(guò)人為方式輸入幾個(gè)溫度值，這些溫度值為這個(gè)系統(tǒng)工作狀態(tài)的設(shè)定值，NTC熱敏電阻檢測(cè)到的實(shí)際溫度與設(shè)定值作比較，將比較的結(jié)果輸入到單片機(jī)中，單片機(jī)以查詢(xún)方式，輸出與溫度對(duì)應(yīng)的PWM的輸出信號(hào)，通過(guò)改變風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)整機(jī)箱的溫度，讓電子產(chǎn)品正常工作。單片機(jī)不斷查詢(xún)比較器的結(jié)果，保證風(fēng)扇高效率的工作，并使風(fēng)扇的使用壽命得到改善。NTC熱敏電阻NTC熱敏電阻檢測(cè)溫度溫度比較風(fēng)扇單片機(jī)PWM輸出裝置圖3-1系統(tǒng)控制原理圖3.2直流電機(jī)的調(diào)速方法拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，其穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速取決于電動(dòng)機(jī)和負(fù)載特性的交點(diǎn)。負(fù)載特性的機(jī)械特性通常是一定的，不能改變，但可以人為改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，使電動(dòng)機(jī)和負(fù)載的機(jī)械特性的交點(diǎn)發(fā)生變化，從而改變電動(dòng)機(jī)和機(jī)械負(fù)載的轉(zhuǎn)速。從直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式即（3-1）可知，調(diào)速的方法有三種：改變電樞回路電阻（即電樞回路串接電阻）、改變端電壓和改變磁通。（3-1）3.2由他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性表達(dá)式即式（3-2）可知，在端電壓和主磁通不變的條件下，在電樞回路串入附加電阻后，機(jī)械特性的斜率α增大，而理想空載轉(zhuǎn)速不變。據(jù)此可得串入不同附加電阻、、（<<）時(shí)的人為機(jī)械特性，分別如圖3-2中曲線(xiàn)2、3、4所示，圖中曲線(xiàn)1為固有機(jī)械特性。當(dāng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，如圖中AB線(xiàn)所示，若認(rèn)為空載轉(zhuǎn)矩To不變,則電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩T不變。串入附加電阻,就可使轉(zhuǎn)速由高降低，即如圖3-2所示由a點(diǎn)降到b點(diǎn)。（3-2）這種調(diào)速方法只能將轉(zhuǎn)度從基速（運(yùn)行于固有機(jī)械特性上的轉(zhuǎn)速）調(diào)低。如果串聯(lián)電阻的阻值能連續(xù)調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)度就能平滑調(diào)節(jié)。該方法的主要缺點(diǎn)是：=1\*GB3①效率低。若負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，則調(diào)速后電磁轉(zhuǎn)矩不變，即電樞電流不變，因此輸入功率不變，而輸出功率隨轉(zhuǎn)速的降低成正比地減小，因此轉(zhuǎn)速越低，效率也越低，能量大部分消耗在串入的附加電阻上。=2\*GB3②調(diào)速范圍隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩而變化。從圖3-2可以看出，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩減小時(shí)，調(diào)速范圍變小，如圖中CD線(xiàn)所示。=3\*GB3③串入電阻后機(jī)械特性變軟，負(fù)載波動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速的變化較大。00DBCnn0`a1234Tb圖3-2電樞串接電阻調(diào)速3.2當(dāng)勵(lì)磁電流If和電樞回路總電阻Ra不變，僅調(diào)節(jié)端電壓U時(shí)，人為機(jī)械特性是與固有機(jī)械特性相平行的直線(xiàn)，如圖3-3所示。圖中，曲線(xiàn)1、2、3、4分別是、、、（>>>）時(shí)的機(jī)械特性。當(dāng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，將端電壓由降低到，就可使轉(zhuǎn)速由高（a點(diǎn)）降低（b點(diǎn)）。改變端電壓調(diào)速只能將轉(zhuǎn)速?gòu)幕僬{(diào)低。若負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變（設(shè)不變），則調(diào)速后電樞電流不變，輸入功率。由于，因此近似與成正比；而輸出功率與成正比，所以調(diào)速時(shí)功率基本不變。nn0Aa123b4BT圖3-3改變端電壓調(diào)速改變端電壓調(diào)速需要電壓連續(xù)可調(diào)的專(zhuān)用直流電源。它可以是一臺(tái)發(fā)電機(jī)，但現(xiàn)在通常采用晶閘管可控整流電源貨直流斬波器。3.2該方法通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。電動(dòng)機(jī)在額定勵(lì)磁電流下，磁路通常已經(jīng)飽和，再增加主磁通比較困難，所以應(yīng)減少。保持端電壓U和電樞回路總電阻不變，減少時(shí)的人為機(jī)械特性如圖3-4所示。圖中，曲線(xiàn)1是固有機(jī)械特性，曲線(xiàn)2、3分別是將主磁通減為、（<）時(shí)的人為機(jī)械特性。當(dāng)電樞回路不串入附加電阻，負(fù)載轉(zhuǎn)矩不過(guò)分大時(shí)，減少主磁通可使轉(zhuǎn)速升高。這種方法常被簡(jiǎn)稱(chēng)為“弱磁升速”。nn0Ab32a1BTB圖3-4改變磁通調(diào)速改變磁通調(diào)速通常只能將轉(zhuǎn)速?gòu)幕僬{(diào)高。若負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變（設(shè)To不變），則減少主磁通后，電樞電流增大，輸入功率增加，而輸出功率也與轉(zhuǎn)速成正比增加，因此調(diào)速時(shí)效率基本不變。改變勵(lì)磁電流可以通過(guò)在勵(lì)磁回路串聯(lián)電阻器來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此該調(diào)速方法設(shè)備簡(jiǎn)單，功率消耗少，可以方便地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的平滑調(diào)節(jié)。但受換向、機(jī)械強(qiáng)度和運(yùn)行穩(wěn)定性的限制，主磁通不能減少得過(guò)多。一般最高轉(zhuǎn)速為（1.2～1.5）；特殊設(shè)計(jì)的弱磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)到（3～4）。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)用于調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中時(shí)，廣泛采用降低端電壓與減少磁通相結(jié)合的雙向調(diào)速方法，能在寬廣的轉(zhuǎn)速范圍里平滑、經(jīng)濟(jì)、高效率地調(diào)速。因此說(shuō)，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速性能[14]。3.3PWM調(diào)壓調(diào)速原理在各類(lèi)機(jī)電系統(tǒng)中，由于直流電機(jī)具有良好的啟動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速性能，直流調(diào)速技術(shù)已廣泛運(yùn)用于工業(yè)、航天領(lǐng)域的各個(gè)方面。最常用的直流調(diào)速技術(shù)是脈寬調(diào)制（PWM）直流調(diào)速技術(shù)，它具有調(diào)速精度高、響應(yīng)速度快、調(diào)速范圍寬和耗損低等特點(diǎn)。通過(guò)脈寬調(diào)制PWM來(lái)控制電動(dòng)機(jī)電樞電壓，直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的表達(dá)式為：（3-3）：電樞端電壓；：電樞電流；：電樞電路總電阻：每極磁通量；：電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)絕大多數(shù)直流電動(dòng)機(jī)采用開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)方式。開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)方式是使半導(dǎo)體功率器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，通過(guò)脈寬調(diào)制PWM來(lái)控制電動(dòng)機(jī)電樞電壓，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。圖3-5(a)PWM調(diào)速控制原理TTt1t2Ui0U0Us0tt圖3-5（b）PWM調(diào)速控制輸入輸出電壓波形圖圖3-5中，電動(dòng)機(jī)的電樞繞組兩端的電壓平均值：（3-4）其中，為占空比，占空比表示在一個(gè)周期T里，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間與周期的比值。的變化范圍為0<<1。由上式可知，當(dāng)電源電壓Us不變的情況下，電樞的端電壓的平均值Uo取決于占空比的大小，改變值就可以改變端電壓的平均值，從而達(dá)到調(diào)速的目的，這就是PWM調(diào)速原理。在PWM調(diào)速時(shí)，占空比是一個(gè)重要參數(shù)。以下3種方法都可改變占空比的值。1）定寬調(diào)頻法這種方法是保持t1不變，只改變t2，這樣使周期T（或頻率）也隨之改變。2）調(diào)寬調(diào)頻法這種方法是保持t2不變，而改變t1，這樣使周期T（或頻率）也隨之改變。3）定頻調(diào)寬法這種方法是使周期T（或頻率）保持不變，而同時(shí)改變t1和t2。前2種方法由于在調(diào)速時(shí)改變了控制脈沖的周期（或頻率），當(dāng)控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時(shí)，將會(huì)引起振蕩，因此這2種方法用得很少。目前，在直流電動(dòng)機(jī)的控制中，主要使用定頻調(diào)寬法[12]。AT89S51單片機(jī)利用定時(shí)器定時(shí)，發(fā)出PWM脈沖，根據(jù)檢測(cè)溫度狀態(tài)，改變占空比。3.4單片機(jī)的脈寬調(diào)制原理3.4.1概述晶體管器件水平的提高及電路技術(shù)的發(fā)展，PWM技術(shù)得到了高速發(fā)展，各種各樣的脈寬調(diào)速控制器，脈寬調(diào)速模塊也應(yīng)運(yùn)而生，許多單片機(jī)也有了PWM輸出功能。而AT89S51系列單片機(jī)作為應(yīng)用最廣泛的單片機(jī)之一，卻沒(méi)有PWM輸出功能，本設(shè)計(jì)采用定時(shí)器配合軟件的方法實(shí)現(xiàn)了AT89S51單片機(jī)的PWM輸出調(diào)速功能，這對(duì)精度要求不高的場(chǎng)合是非常實(shí)用的[15]。AT89S51單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0、T1，本設(shè)計(jì)采用定時(shí)器T0進(jìn)行編程，改變PWM信號(hào)的周期和占空比，由P0.0口輸出PWM控制信號(hào)。3.4.2PWM周期與占空比電機(jī)由P0口的一位來(lái)控制。驅(qū)動(dòng)電路的輸入由P0口的這個(gè)位線(xiàn)的輸出方波控制。定時(shí)計(jì)數(shù)器每中斷一次，就使P0口控制位線(xiàn)產(chǎn)生一個(gè)高電平或低電平。這里把直流小電機(jī)的速度級(jí)設(shè)為4個(gè)等級(jí)，由等級(jí)數(shù)來(lái)決定一個(gè)周期的高電平的總個(gè)數(shù)。定時(shí)器設(shè)置為為25ms，一個(gè)方波周期由4個(gè)定時(shí)周期組成（圖3-6），即周期為100ms。占空比為高電平維持時(shí)間比上一個(gè)周期總的時(shí)間。當(dāng)高電平為1個(gè)定時(shí)周期時(shí)，占空比為1/4，速度最低；當(dāng)高電平為4個(gè)定時(shí)周期時(shí)，一直為高電平，相當(dāng)于電機(jī)全速運(yùn)行，速度最高。方波周期方波周期高電平個(gè)數(shù)圖3-6點(diǎn)擊調(diào)速方波3.4.3定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作方式及控制寄存器的設(shè)置16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0、T1，T0由TH0、TL0構(gòu)成，字節(jié)地址為8CH、8AH；T1由TH1、TL1構(gòu)成，字節(jié)地址為8DH、8BH；與定時(shí)/計(jì)數(shù)器有關(guān)的控制寄存器有3個(gè)：1）定時(shí)器控制寄存器TCON（88H）SFR寄存器TCON既參與定時(shí)控制又參與中斷控制，有關(guān)定時(shí)控制的有4位，表示如下：表3-1定時(shí)器控制寄存器TCON位地址8FH8CH8DH8EH位名稱(chēng)TF1TR1TF0TR0TF1/TF0：當(dāng)T1/T0的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)溢出時(shí)，該位置“1”。TR1/TR0：T1/T0運(yùn)行控制位。軟件將其置“1”時(shí)，啟動(dòng)T1/T0工作。2）設(shè)定定時(shí)器工作方式寄存器TMOD（89H）SFR寄存器TMOD用于2個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1/T0的工作方式設(shè)定，各位的含義表示如下：表3-2定時(shí)器工作方式寄存器TMOD位序D7D6D5D4D3D2D1D0位名稱(chēng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器1GATE定時(shí)/計(jì)數(shù)器1C/TM1M0GATE定時(shí)/計(jì)數(shù)器0C/T定時(shí)/計(jì)數(shù)器0M1M0GATE：門(mén)控位，定義T1/T0的啟動(dòng)方式，邏輯如圖：圖3-7邏輯圖C/T：定時(shí)/計(jì)數(shù)功能選擇位。為“0”，作定時(shí)器用；為“1”，作計(jì)數(shù)器用。M1M0：工作方式選擇位。00方式0 13位計(jì)數(shù)器 01方式1 16位計(jì)數(shù)器10方式2 初值自動(dòng)重裝8位計(jì)數(shù)器11方式32個(gè)8位計(jì)數(shù)器，僅適用于T03）中斷允許控制寄存器IE（A8H）IE在特殊功能寄存器中，字節(jié)地址A8H，位地址分別是A8H～AFH[16]。在本設(shè)計(jì)中選用定時(shí)計(jì)數(shù)器T0作為產(chǎn)生脈沖用的定時(shí)器并且使它工作在模式1下。在模式1下，寄存器TH0和TL0以全8位參與操作，構(gòu)成一個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，當(dāng)TH0溢出時(shí)向中斷標(biāo)志位TF0進(jìn)位，表示定時(shí)已到，轉(zhuǎn)而執(zhí)行其它程序。在這種模式下T0定時(shí)時(shí)間最長(zhǎng)，有利于在更大的范圍內(nèi)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。因在程序中T0是作為定時(shí)器，T0的C/T控制位就應(yīng)設(shè)置為0；T0工作在模式1，TMOD中控制T0的M1M0應(yīng)設(shè)置為01，其它位全部設(shè)置為0，即應(yīng)給工作模式寄存器TMOD賦值01H。工作模式1時(shí)的電路邏輯結(jié)構(gòu)如圖3-8所示。圖3-8工作模式1時(shí)的電路邏輯結(jié)構(gòu)圖作定時(shí)器△T=（M—計(jì)數(shù)初值）×機(jī)器周期（12/fosc）,計(jì)數(shù)初值=M—欲計(jì)數(shù)脈沖數(shù)=M—△T/機(jī)器周期。式中M為計(jì)數(shù)器模值，該值和計(jì)數(shù)器工作模式有關(guān)。在模式1時(shí)M為216。在程序設(shè)計(jì)中工作模式為模式1，則計(jì)數(shù)器模值M=216=65536；單片機(jī)的晶振頻率為12MHz，定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)度為25ms，機(jī)器周期為12/12×106=1×10-6,則計(jì)數(shù)初值=65536-25×10-3/10-6=40536=9E58H則：給定時(shí)器賦值時(shí)MOVTH0,#9EHMOVTL0,#058H不同占空比的四種方波都是多次調(diào)用定時(shí)器定時(shí)25ms的程序來(lái)完成的。例如：在定時(shí)器程序中，先查詢(xún)單片機(jī)的P1口的輸入狀態(tài)，若是F0H，則調(diào)用占空比為0的程序，即是P0.0口輸出低電平，不調(diào)用定時(shí)程序；若是F1H，則調(diào)用占空比為1/4的程序，即先設(shè)置P0.0為高電平，定時(shí)25ms，再使P0.0輸出低電平，用軟件計(jì)數(shù)，執(zhí)行3個(gè)定時(shí)周期；若是F3H，則調(diào)用占空比為1/2的程序，即先設(shè)置P0.0為高電平，用軟件計(jì)數(shù)，執(zhí)行2個(gè)定時(shí)周期，再使P0.0輸出低電平，用軟件計(jì)數(shù)，執(zhí)行2個(gè)定時(shí)周期；若是F7H，則是調(diào)用占空比3/4的程序，即先設(shè)置P0.0高電平，用軟件計(jì)數(shù)，執(zhí)行3個(gè)定時(shí)周期，再使P0.0輸出低電平，定時(shí)25ms；若是FFH，則是調(diào)用占空比為1的程序，即設(shè)置P0.0高電平，用軟件計(jì)數(shù)，執(zhí)行4個(gè)25ms定時(shí)周期[17]。這樣，完成了利用單片機(jī)脈寬調(diào)制過(guò)程。第四章智能風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)4.1智能風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的原理框圖系統(tǒng)硬件電路主要包括：溫度采集電路、溫度比較電路、單片機(jī)、風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路、風(fēng)扇測(cè)速電路、LED速度顯示電路和電源電路，現(xiàn)將各部分電路分解。單單片機(jī)風(fēng)扇風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路溫度比較溫度采集電源電路測(cè)速電路LED顯示電路圖4-1系統(tǒng)的原理框圖圖4-1表明了本系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)、主要模塊之間的邏輯關(guān)系和大致功能。其中，輸入模塊有溫度采集電路、溫度設(shè)定電路、溫度比較電路，輸出模塊有風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路，測(cè)速模塊，LED顯示模塊。溫度采集電路的核心部件是負(fù)溫度系數(shù)溫度傳感器（NTC）,可將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)從非電量到電量的轉(zhuǎn)換。溫度比較即是通過(guò)電壓比較器把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)，同設(shè)定的某設(shè)定溫度時(shí)的固定電壓進(jìn)行比較，改變比較器的輸出電平，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的處理后以PWM方式輸出驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。電源電路提供整個(gè)系統(tǒng)工作必須的直流電源。4.2智能風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)4.2本設(shè)計(jì)中，本設(shè)計(jì)中采用的是MF52D103F3950。要求風(fēng)扇在溫度大于37℃時(shí)開(kāi)始啟動(dòng)，以低速第一檔速度運(yùn)行，大于45℃時(shí)以第二檔速度運(yùn)行，大于57℃時(shí)，以第三檔速度運(yùn)行，大于65℃時(shí)全速運(yùn)行，降低機(jī)箱溫度。測(cè)溫電阻實(shí)際上是分壓電路的一部分，電路供以5V電壓。在測(cè)溫電阻上測(cè)得的電壓隨溫度而變化。對(duì)于本設(shè)計(jì)采用電壓比較器對(duì)溫度分段控制，與其他設(shè)計(jì)比較是一種簡(jiǎn)便易行的方案。它將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)能夠處理的數(shù)字信號(hào)。4.2本設(shè)計(jì)中，比較器單電源+5V供電，目的是比較器的輸出端能夠直接與單片機(jī)的I/O口連接。比較器中同相端接一電阻，這個(gè)電阻是用來(lái)提供固定參考電壓的。LM339中的反相端連接在一起，并接一個(gè)熱敏電阻，采集溫度，隨著溫度的改變，熱敏電阻值也隨之發(fā)生變化，溫度越高，電阻值越低。反相端的電壓就等于熱敏電阻Rt的電壓降。同相端分別接一個(gè)電位器，調(diào)節(jié)電位器的電阻值，使之分別為5.9KΩ、4.339KΩ、2.748KΩ、2.06KΩ，這樣的電阻所提供的固定參考電壓，與熱敏電阻的電壓進(jìn)行比較，改變比較器的輸出電平，電路如圖4-2所示。當(dāng)機(jī)內(nèi)溫度為設(shè)定值37℃以下時(shí)，芯片中四個(gè)比較器的“+”端電壓分別都小于“-”端電壓，此時(shí)，四個(gè)比較器的輸出端的電平均為低電平，記為0000；當(dāng)機(jī)內(nèi)溫度為37℃以上，45℃以下時(shí)比較器1的“+”端電壓大于“-”端電壓，比較器1的輸出端為高電平，其他三個(gè)比較器的輸出端都為低電平，記為0001；當(dāng)機(jī)內(nèi)溫度為45℃以上，57℃以下時(shí)比較器1和比較器2的“+”端電壓大于“-”端電壓，這兩個(gè)比較器的輸出端為高電平，其他兩個(gè)比較器的輸出端為低電平，記為0011；當(dāng)機(jī)內(nèi)溫度大于57℃，65℃以下時(shí)，比較器1、比較器2和比較器3的“+”端電壓都大于“-”端電壓，輸出端都為高電平，比較器4的“+”端電壓小于“-”端電壓，輸出端為低電平，記為0111；當(dāng)機(jī)內(nèi)溫度達(dá)到65℃圖4-2比較器部分電路圖4.2單片機(jī)在檢測(cè)和控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，本設(shè)計(jì)以AT89S51單片機(jī)為核心，以比較器的輸出電平作為輸入達(dá)到控制直流風(fēng)扇的啟停、速度調(diào)整。在設(shè)計(jì)中，采用了PWM技術(shù)對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，通過(guò)對(duì)輸出占空比的控制達(dá)到精確調(diào)速的目的。P1口作為比較器輸出信號(hào)的接收端，信號(hào)輸入到單片機(jī)，經(jīng)過(guò)處理后，再由P0.0口輸出PWM控制信號(hào)，風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路工作。P3.5口接霍爾傳感器的輸出端，單片機(jī)的P2.7口接一LED顯示驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)測(cè)速電路中的計(jì)數(shù)結(jié)束后，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)志信號(hào)，驅(qū)動(dòng)LED顯示轉(zhuǎn)速。4.2.4本設(shè)計(jì)采用三極管8050驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇。P0.0口輸出低電平時(shí)，晶體管置于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)P0.0輸出高電平時(shí)，使晶體管導(dǎo)通，反向連接的二極管為續(xù)流二極管，起保護(hù)作用。如圖4-3所示。圖4-3驅(qū)動(dòng)電路圖4.2本設(shè)計(jì)中風(fēng)扇的選擇空間很大，+5V、12V供電電源都可以，只要改變驅(qū)動(dòng)電路的功率管就可以。例如，若采用大功率的風(fēng)扇，可相應(yīng)選用大功率的功率管驅(qū)動(dòng)即可。本設(shè)計(jì)在實(shí)驗(yàn)中采用的是5V供電電源的直流風(fēng)扇。風(fēng)扇的正端接5V電源，負(fù)端接驅(qū)動(dòng)三極管的集電極，由PWM信號(hào)控制三極管的導(dǎo)通和關(guān)斷，來(lái)控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。4.本文采用A44E集成開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器，實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的測(cè)量。風(fēng)扇電機(jī)上的磁鋼轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)霍爾傳感器靠近磁鋼時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，在一分鐘內(nèi)記下，產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)，就能得到風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速?；魻杺鞲衅鞯拿}沖輸出端接在單片機(jī)的P3.5口，其電路如圖4-4所示。圖4-4霍爾傳感器4.2本設(shè)計(jì)采用MAX7219串行輸入輸出的共陰極LED顯示驅(qū)動(dòng)器。風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速最大可達(dá)上萬(wàn)轉(zhuǎn)，因此選用五個(gè)LED管共陰數(shù)碼管，作為顯示。MAX7219內(nèi)部設(shè)有掃描電路,除了更新顯示數(shù)據(jù)時(shí)從單片機(jī)接收數(shù)據(jù)外,平時(shí)獨(dú)立工作,極大地節(jié)省了MCU有限的運(yùn)行時(shí)間和程序資源。由圖4-5可以看出此芯片無(wú)需片選信號(hào),它具有一個(gè)3線(xiàn)串行接口,可以方便地直接與單片機(jī)的串行接口相接,單片機(jī)的數(shù)據(jù)端RXD直接連接于MAX7219的串行數(shù)據(jù)輸入端DIN；單片機(jī)的同步移位脈沖端TXD與串行時(shí)鐘端CLK直接相連,CLK的最高頻率為10MHz.由寄存器地址和操作命令組成的十六位數(shù)據(jù)包發(fā)送到DIN端,在每一個(gè)CLK的上升沿鎖存到芯片內(nèi)部的移位寄存器中,在LOAD的上升沿?cái)?shù)據(jù)的最后十六位被鎖存到數(shù)據(jù)或控制寄存器中。MAX7219無(wú)需其它芯片資源即可以驅(qū)動(dòng)八位共陰極LED顯示器。MAX7219與單片機(jī)硬件接口如4-5所示。圖4-5MAX7219與單片機(jī)硬件接口4.3智能風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)電路原理圖電路原理圖如圖4-6所示圖4-6系統(tǒng)電路原理圖第五章智能風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的控制軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各個(gè)功能塊相互獨(dú)立，并容易根據(jù)需要擴(kuò)展。在結(jié)構(gòu)上由一個(gè)主程序、和定時(shí)中斷服務(wù)程序組成。5.1主程序主程序主要完成單片機(jī)初始化及定時(shí)器計(jì)數(shù)器T1、T0的初始化功能，并查詢(xún)P1口狀態(tài)。首先查詢(xún)P1口的狀態(tài)，根據(jù)不同狀態(tài)，完成不同速度的控制程序。定時(shí)器T0用作定時(shí)25ms，定時(shí)器T1用作計(jì)數(shù)。當(dāng)P1口為0F0H時(shí)，完成零速度檔控制；當(dāng)P1口為0F1H時(shí)，完成第一檔速度控制；當(dāng)P1口為0F3H時(shí)，完成第二檔速度控制；當(dāng)P1口為0F7H時(shí)，完成第三檔速度控制；當(dāng)P1口為0FFH時(shí)，完成第四檔速度控制。定時(shí)器T0中斷服務(wù)程序開(kāi)始時(shí)完成轉(zhuǎn)速測(cè)量。主程序流程圖如圖5-1所示。開(kāi)始開(kāi)始T0初始化用作定時(shí)，T1初始化用作計(jì)數(shù)R0、R1、R2清零查詢(xún)P1=0F0H置P0.0為低電平R0=40,R1=0,R2=4置P0.0為高電平R0=40,R1=0,R2=4P1=0F1HP1=0F3HP1=0F7H置P0.0為高電平R0=40,R1=2,R2=2置P0.0為高電平R0=40,R1=3,R2=1P1=0FFH置P0.0為高電平R0=40,R1=4,R2=0NNNNNYYYYY圖5-1主程序流程圖5.2定時(shí)器定時(shí)子程序置T0的模式置T0的模式置TH0,TL0初始值定時(shí)器是否溢出結(jié)束YN開(kāi)始圖5-2定時(shí)器定時(shí)子程序流程圖5.3定時(shí)器T0中斷服務(wù)程序定時(shí)器T0定時(shí)一分鐘后，執(zhí)行中斷服務(wù)程序。R0-1=0R0-1=0P0.0高電平R1-1=0R2-1=0P0.0取反，R2賦初值返回P0.0取反，R1賦初值停止T1計(jì)數(shù)，T1清零讀取計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值送顯示NNNNYYYYR0=40圖5-3定時(shí)中斷服務(wù)程序第六章智能風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的調(diào)試在對(duì)控制器進(jìn)行性能檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)前要對(duì)各子程序分別進(jìn)行初級(jí)調(diào)試，確保各個(gè)子程序運(yùn)行正確，程序的執(zhí)行流程正確，才能保證系統(tǒng)的各組成模塊正常工作，實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能。主要分為以下幾個(gè)部分進(jìn)行。6.1軟件編譯及仿真使用偉福S51仿真器進(jìn)行硬件和軟件調(diào)試，主要調(diào)試內(nèi)容有：檢驗(yàn)單片機(jī)系統(tǒng)是否燒好程序；編程各速度檔位程序，檢驗(yàn)單片機(jī)是否正常輸出，驅(qū)動(dòng)電路是否正常工作，達(dá)到預(yù)定的效果。6.2溫度檢測(cè)電路的調(diào)試MF52D103F3950熱敏電阻接到比較器的反相端，比較器的同相端接電位器，調(diào)整四個(gè)10K的可調(diào)電阻，使它們的阻值分別為5.9KΩ、4.339KΩ、2.748KΩ、2.06KΩ，這樣，就組成了四個(gè)速度的檔位。改變熱敏電阻感測(cè)的溫度，觀察比較器的輸出是否發(fā)生變化。6.3運(yùn)算子程序調(diào)試運(yùn)算子程序有定時(shí)子程序，PWM不同波形子程序等。調(diào)試時(shí)對(duì)于許多未知的參數(shù)，根據(jù)所需的條件，給出假定的數(shù)據(jù)，使程序逐個(gè)執(zhí)行，如能完成預(yù)定的處理功能或與手工計(jì)算的結(jié)果相符，就說(shuō)明該程序已通過(guò)調(diào)試。由于一些程序中又包括下一級(jí)的子程序，例如，速度檔位程序中包含定時(shí)子程序，調(diào)試順序?yàn)橄碌缴稀?.4整個(gè)程序的聯(lián)調(diào)對(duì)整個(gè)軟件程序進(jìn)行連續(xù)調(diào)試，看各子程序間有沒(méi)有沖突；程序運(yùn)行步驟是否正確，在某時(shí)刻程序運(yùn)行所處的位置是否正確。多次運(yùn)行調(diào)試，若每次結(jié)果都正確，則說(shuō)明各子程序間沒(méi)有矛盾，反之，要對(duì)子程序做相應(yīng)的改動(dòng)，然后重新調(diào)試。反復(fù)調(diào)試，直至整個(gè)程序能連續(xù)正確地運(yùn)行，整個(gè)軟件調(diào)試才結(jié)束。把程序?qū)懭雮ジ＞幾g器里，進(jìn)行編譯無(wú)錯(cuò)誤后，并經(jīng)調(diào)試后，程序能夠正確運(yùn)行，把程序燒到單片機(jī)里，硬件部分焊接好，單片機(jī)的PWM信號(hào)輸出端接一個(gè)示波器，烘烤溫度傳感器，即改變熱敏電阻的測(cè)得的溫度，觀察示波器顯示的波形，則實(shí)驗(yàn)成功完成。如圖6-1所示00VtVV505t0V50V50ttt（a）(b)(c)(d)(e)圖6-1不同速度時(shí)PWM波形第七章總結(jié)本控制器是以單片機(jī)為控制主板，對(duì)風(fēng)機(jī)降低機(jī)箱溫度進(jìn)行智能控制。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的流程為單片機(jī)原理學(xué)習(xí)、熟悉電子元器件性能和使用方法、進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、繪制系統(tǒng)原理圖、焊接電子器件、組裝成控制器、控制對(duì)象的建模、編寫(xiě)程序、各子程序調(diào)試、模擬實(shí)驗(yàn)、檢測(cè)控制效果。由于時(shí)間有限，再加上本人對(duì)控制器的主要器件單片機(jī)、傳感器、電機(jī)、以及其他電子元器件的功能和特性都比較陌生，所以本控制器的設(shè)計(jì)采用一邊學(xué)習(xí)，一邊實(shí)踐的方法，在實(shí)踐中摸索前進(jìn)，不斷調(diào)整，逐步完善。本控制器的不足之處還有待進(jìn)一步完善，使其更好的服務(wù)與控制應(yīng)用中。本控制器的主要特點(diǎn)有：（1）模塊化設(shè)計(jì)，擴(kuò)展性強(qiáng)。模塊化設(shè)計(jì)，使控制器具有一定的通用性，而且運(yùn)行安全可靠。只要對(duì)控制器稍加改變就可以實(shí)現(xiàn)別的控制功能。（2）成本低，整個(gè)控制器中的電子元器件都是實(shí)驗(yàn)室常備和常用器件。（3）操作簡(jiǎn)單，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)自動(dòng)工作。（4）體積小，反應(yīng)靈敏，控制度高。本控制器還不夠完善，有許多值得改進(jìn)的地方，以下幾個(gè)方面有待進(jìn)一步提高：（1）進(jìn)一步提高測(cè)量精度，提高系統(tǒng)集成度和可靠度。（2）多加風(fēng)扇的速度等級(jí)，使控制系統(tǒng)工作更加完善。（3）對(duì)于擔(dān)心噪聲影響的場(chǎng)合，采用光電耦合器隔離電路是有效的。參考文獻(xiàn)[1]劉佳.冷卻風(fēng)扇用無(wú)刷電機(jī)的變速控制系統(tǒng)[J].家電科技.2006年10期：50-51.[2]馳宇.電風(fēng)扇發(fā)展的新動(dòng)向[J].電工技術(shù)，1995年：32-32.[3]沙占友.智能化集成溫度傳感器原理與應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2002.[4]楊寶生，于修水.溫度傳感器MAX6650性能及其風(fēng)扇控制功能[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2005年5卷13期：900-902.[5]葉啟明.風(fēng)扇速度控制器[J].家庭電子.2003年5期：39-40.[6]任志程.形形色色的NTC熱敏電阻器[J].電子世界，2004年4期：54-55.[7]Honeywell/Commercial.NTC/PTC熱敏電阻手冊(cè)./sensing.[8]MF52珠狀測(cè)溫型NTC熱敏電阻器./cpa_7.htm.[9]四電壓比較器LM339的8個(gè)典型應(yīng)用例子./blog/u/52/1176117546.doc.[10]采用FANSENSETM技術(shù)的PWM風(fēng)扇控制器[J].MicrochipTechnologyincDS21444C-CN，2004.[11]8050三極管參數(shù)/data/Article/technic/200801/13381.html2008-1-11.[12]王曉明電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.[13]張曉峰.交流電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展與展望[J].今日電子2007年6期：38-40.[14]孫旭東，王善銘.電動(dòng)學(xué)[M].清華大學(xué)出版社，2006.[15]張家定，林幅嚴(yán)，崔宏月.基于MCS-51單片機(jī)的直流小電機(jī)PWM調(diào)速設(shè)計(jì)[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京），10083,2004.[16]李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2006.[17]李維軍，韓小剛.基于單片機(jī)用軟件實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)[J].機(jī)電一體化，2004年5期.[18]Allcompanyandproductnamesthatappearinthispaperarethetrademarksorservicemarksoftheirrespectiveowners,including,AnalogDevices(ADT7460),MicrochipTechnology(TC664),andNationalSemiconductor(LM63).[19]Ohm,D.(AprilMay2004).PWMSche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