532.多功能风扇遥控单片机实训报告

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1、 单 片 机 课 程 设 计实 训 报 告设计项目： 多功能风扇遥控 院 系： 物理与机电工程学院 班 级：07电子信息工程本科2班学 号： 姓 名： 实训时间： 2010-5-17至2010-5-21 多功能风扇遥控摘 要单片机在智能化控制技术方面的应用广泛，无论是从控制的方式上、目的上都有着深远的意义，尤其在当今资源紧张的时代，智能控制更是节省能源的手段之一，正是基于此思想，本设计最大限度的实现控制功能，系统控制部分选择STC公司生产的8位单片机芯片STC89C51RC来实现，风扇的智能由编程实现，遥控部分选择无线遥控的方式实现功能，同时选择了多种功能传感器提供IO信号，在工作过程中采用实

2、时控制检测与液晶显示技术，极大地方便了使用者控制和使用。关键词：STC89C51RC 多功能 风扇 无线 遥控 Multi-function remote control fanAbstractMCU intelligent control technology is widely used, either from a controlled manner, the purposes has profound significance, especially in todays era of resource constraints, intelligent control is one of

3、 the means to save energy is based on this thought, the realization of this design to maximize control, system control section, select STC companys 8-bit microcontroller chip STC89C51RC achieved by the smart fan programming, remote part of the selection function wireless remote control means to achi

4、eve the same time, choose a variety of functions sensors I O signals, in real-time control used in the course work of detection and liquid crystal display technology, which greatly facilitates the users to control and use.Key words: STC89C51RC multifunction wireless remote control fan目 录1.系统设计1.1 整体

5、方案比较与论证1.1.1 控制模块方案论证-11.1.2 无线遥控接收检测模块-21.1.3 温度检测反馈模块-21.1.4 风扇驱动模-21.1.5 显示模块-21.1.6 计时模块-21.1.7 状态标志模块-21.2 主要部件原理及参数计算1.2.1 单片机控制电路-31.2.2 红外接收电路设计-31.2.3 无线收发电路设计-51.2.4 继电器电路设计-51.2.5 温度检测电路、液晶显示及蜂鸣器电路的设计-61.3 软件设计1.3.1 主程序流程图-61.3.2 液晶显示子程序-71.3.3 外部无线信号扫描子程序-81.3.4 温度反馈子程序-81.3.5 继电器驱动风扇子程序

6、-92.系统测试2.1 测试系统的组成2.2 调试方法与步骤2.2.1 单片机控制与继电器驱动测试-92.2.2 无线功能模块功能测试-92.2.3 声光信号与显示模块测试-92.2.4 程序与模块调试-92.2.5 最后测试-92.3 测试结论2.3.1 功能实现-103.附录3.1 参考文献-103.2 元件清单-103.3 程序-113.4附原理图-213.5附实物图-221.系统设计1.1 整体方案比较与论证1.1.1 控制模块方案论证方案一：单片机控制系统。单片机（STC89C51RC）为核心的单片机最小系统，配有稳压电源、复位电路、蜂鸣器、红外接收电路、无线发送接收、温度传感器（D

7、S18B20）、1602液晶显示模块、继电器等外围模块。方案二：FPGA最小系统。采用一块Xinlinx公司生产的Spartan-3系列的XC3S200-4PQ208芯片，配有稳压电源、蜂鸣器、复位电路、红外接收电路、无线发送接收、温度传感器（DS18B20）、1602液晶显示模块等外围模块。根据题目要求，控制器主要用于各个传感器信号的接收和辨认、定时功能与液晶显示以及各部分功能的时序分配等，综合比较实现的控制功能的简易性与可行性，同时考虑到单片机与FPGA系统的性价比，最后选择单片机为核心的最小系统作为控制系统。本设计采用STC公司的STC89C51RC芯片作为系统控制器的单片机方案。多功能

8、风扇控制系统方框图如图1所示，由单片机控制红外遥控信号的接收或者无线遥控模块的信号接收以及蜂鸣器的报警、液晶的显示、风扇遥控等功能。工作过程如下：单片机上电，系统开始工作，计时与液晶显示模块开始运行，单片机开始扫描各信号接收端口。当外部无线（红外线遥控或无线电遥控）信号的端口电平变化被扫描到时，即执行相应操作（如开关风扇、重新设定时间、开启温度反馈等），遥控信号采用并行输入的方式控制（即多路信号控制），当使用者设定了相应的工作方式后（时间、是否开启温度反馈、是否开启定时开关风扇），单片机进入智能工作模式，在此模式下，系统会根据用户设定自动完成相应功能，如开启温度补偿后，在高温下自动开启风扇，当

9、温度下降到一定程度时又自行关闭；而开启风扇定时开关功能后，会在预先设定的时间段开启或关闭风扇，以达到智能化的目的。控制器模块报警模块状态标志模块继电器控制模块风扇驱动红外接收模块无线接收模块计时模块温度检测模块液晶显示模块图示1 单片机系统工作过程图-1-1.1.2 无线遥控接收检测模块为了给使用者提供便利，并且使系统功能更加完善，本设计提供无线遥控的功能，可以供使用者远距离设定系统工作方式。方案一：利用红外线遥控和接收来解决无线控制的方式。红外线遥控的好处在于其控制方式多样化，编码方式灵活，不占用空间频段，甚至可以设置成匹配家庭空调电视机遥控器的编码系统。而红外线的缺点也很明显，易受空间红外

10、线干扰，不过对于家庭或室内使用影响并不明显，因此被列为本系统的无线控制的实现方案之一。方案二：采用PT2262和PT2272制作的无线电传输和接收模块实现无线控制功能。这两种芯片的编码地址可以多达531441种，可以控制的电器数量几乎可以覆盖一个区域的所有数目，数据传输的信道可以选择46路通道，对于室内控制涉笔完全足够，而且线性范围大，灵敏度高，且价格实惠，也是本系统采用的无线控制方式之一综合比较以上2种方案，最后本方案采取2种控制方式并存的方式制作系统，以使系统功能更加多样化。1.1.3 温度检测反馈模块在风扇的智能控制系统中根据实际的需要加入了温度检测与反馈功能。综合性能和价格方面的考虑，

11、本系统采用简单易用且实惠的DS18B20但总线通信方式的温度传感器，该传感器的灵敏度较高，精准度基本满足室内需求，通信时采用I2C总线的方式与单片机进行通信，即时返回系统附近的温度数据，使用者可以设定是否开启温度反馈，开启该功能后，系统会在设定温度下开启风扇或者关闭风扇。1.1.4 风扇驱动模块 风扇的驱动电路主要通过继电器实现隔离控制，继电器采用220V/50Hz的规格，足以控制室内设备。1.1.5 显示模块 在系统工作过程中，需要对时间进行显示，可以考虑一下两种显示方案。 方案一：使用液晶显示屏显示时间和路程。液晶显示屏（LCD）具有轻薄，短小，耗电量低，无辐射危险，平面直角显示及影像稳定

12、不闪烁，可是面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点。 方案二：使用传统的数码管显示。数码管具有低能耗、低损耗、低压、长寿命、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温的特点；对外界环境要求低，易于维护，同时其精度比较高，测量快，精确可靠，操作简单。数码管采用BCD编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少。 综合比较上述二种均适合的方案，本设计采取液晶显示的方式实现显示功能。1.1.6 计时模块 计时模块要实现的功能是对系统，最小单位为1s。由于本系统的控制器是由单片机构成的，其内部有很好的定时系统，因此系统使用STC89C51RC内置的定时器/计数器实现该模块功能。在STC89C51RC

13、内部有2个定时/计数器，其计数脉冲的频率为所选晶振频率的1/12。在本系统使用的晶振频率为12MHz，则计数脉冲频率为1MHz，通过对定时器/计时器的溢出控制，可容易的实现最小单位为1s的计时功能。本方案在有效地利用系统资源的同时，又减少了单片机的外围电路。1.1.7 状态标志模块 状态标志模块的设计要求在系统上电工作和风扇工作时发出声光信号提示。在发声方面，考虑到体积和功耗的因素，使用蜂鸣器代替普通的扬声器；在发光方面，考虑到电路的简易程度、功耗和电源的因素，系统采用发光二极管显示。1.2 主要部件原理及参数计算1.2.1 单片机控制电路 单片机STC89C51RC的控制核心（最小系统）包括

14、7805的电源、复位电路及晶振等外围电路。其中P0口用于液晶显示数据的并行传输，由于P0口内部不带上拉，所以外部有接一排阻上拉以提供足够的电流。为了方便单片机引脚的使用，将单片机的所有引脚用接口引出。STC89C51RC的最小系统及外围电路如图2所示。图2 单片机电路原理图1.2.2 红外接收电路设计 红外接收采用1838的解码接收头，其灵敏度较高，与单片机的接口电路简单使用，电路如图5所示。遥控器编码分好几种，常见的32位编码码和42位编码码，本系统使用的遥控器就是42位编码，如图3所示，当有按键时就会产一个9.12ms低电平和4.5ms高电平的起始码，紧接着是26位系统码，此系统码能区别不

15、同的电器设备，防止不同机种遥控码互相干扰，接下来是8位数据码和8位数据反码 ，间隔23ms的高电平后，再发一个与启始码完全一样的结束码。以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”，其波形如图4所示。-3-图3 1838红外接收解码数据格式图4 1838红外接收解码数据的“0”和“1”图5 红外线接收电路原理图图6 1838红外线解码接收头-4-1.2.3 无线收发模块PT2272PT2262 该无线模块简单易用，且便于自行修改编码与数据通道，图4为本系统使用的无线

16、收发模块。设置地址码的原则是：同一个系统地址码必须一致；不同的系统可以依靠不同的地址码加以区分。至于设置什么样的地址码完全随客户喜欢。在通常使用中，我们一般采用8位地址码和4位数据码，这时编码电路PT2262和解码PT2272的第18脚为地址设定脚，有三种状态可供选择：悬空、接正电源、接地三种状态，3的8次方为6561，所以地址编码不重复度为6561组，只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同，才能配对使用，遥控模块的生产厂家为了便于生产管理，出厂时遥控模块的PT2262和PT2272的八位地址编码端全部悬空，这样用户可以很方便选择各种编码状态，用户如果想改变地址编码，只要

17、将PT2262和PT2272的18脚设置相同即可，例如将发射机的PT2262的第1脚接地第5脚接正电源，其它引脚悬空，那么接收机的PT2272只要也第1脚接地第5脚接正电源，其它引脚悬空就能实现配对接收。当两者地址编码完全一致时，接收机对应的D1D4端输出约4V互锁高电平控制信号，同时VT端也输出解码有效高电平信号。用户可将这些信号加一级放大，便可驱动继电器、功率三极管等进行负载遥控开关操纵。图7 霍尔传感器电路原理图1.2.4 继电器驱动电路设计 继电器是弱点控制强电的常用器件，其优点及灵敏度高，控制原理简单，且耐压值相对较高。继电器电路如图8所示。图8 继电器电路原理图 由于单片机的输出口

18、电流较小，一般只有mA到nA级别，为了能够达到良好的驱动效果，系统设计特采用8550的PNP三极管进行电流放大，图中RJ1（18R）用于-5-三极管基极限流，继电器的1、4脚两段的二极管用于吸收上电和断电磁感线圈产生的多余能量，作保护用，另加一红色发光二极管用于风扇运作与停止的显示，1K电阻用于二极管分压与限流，接口部分有杜邦线插针和接线端子两种。1.2.5 温度检测电路、液晶显示及蜂鸣器电路的设计 电路如图9所示，温度传感器DS18B20的I/0口接一10K的上拉电阻以分化高低电平，使其采集并传输给单片机的数据更加可靠，蜂鸣器电路中的9012PNP用于电流放大，由于实际的要求不同，蜂鸣器要求

19、工作的电流不如继电器大，所以继电器采用的是放大倍数更高的8550PNP三极管（放大倍数1001000），而蜂鸣器电路则采用放大倍数相对较小的9012PNP（放大倍数在1100）放大，1602的液晶模块电路中的10K可变电阻用于调节液晶模块的对比度。图9 温度检测、液晶显示及蜂鸣器报警电路原理图1.3 软件设计风扇智能控制系统的软件设计采用C语言，对单片机进行编程实现各项功能。程序是在Windows XP环境下采用Keil uVision3软件编写的，可以实现风扇的智能控制（温度反馈控制与定时控制）、定时器定时与液晶显示、无线控制信号的扫描、风扇继电器的控制等功能。主程序主要起到一个导向和决策功

20、能，决定什么时候系统采取何种动作。其余各种功能的实现主要通过具体的子程序来完成。1.3.1主程序流程图 系统主程序流程图如图10所示。系统主程序只是执行一些扫描函数以及定时显示的初始化。-6-系统上电各参数函数初始化开启定时器，液晶开始显示扫描端口，判断是否有无线信号输入跳入相应子程序执行否是图11 系统主程序流程图1.3.2 液晶显示子程序当系统上电时会初始化液晶参数和定时器0定时参数，然后将基于定时器设计的时钟数据通过液晶显示出来，当有外部控制信号进入时则跳入设定界面，设定玩后再回到时钟界面。液晶显示子程序流程图如图12所示。液晶参数初始化根据定时器函数传回参数改变时钟显示判断标志是否改变

21、写命令写数据返回系统上电是否图12 液晶显示子程序流程图-7-1.3.3 外部无线信号扫描子程序 系统在上电后即会扫描各个无线信号控制端口，一旦检测到控制信号即执行相应的动作，无线信号有4个信号通道输入，一个用于开启和关闭风扇，三个用于时钟设定和温度反馈设设定，子程序流程图如图13所示。开始判断是否扫描到无线信号?进入设定界面，修改参数返回否是图13 无线信号扫描子程序流程图1.3.4温度反馈子程序 系统一上电便会启动温度数据采集的功能，但用户不开启此项功能时一直处于等待状态，一旦开启温度反馈功能，即可进行温度数据的采集和使用。子程序流程图如图14所示。开始温度参数初始化判断温度反馈标志置位？

22、返回温度反馈控制功能启动图14 温度反馈子程序流程图-8-1.3.5 继电器驱动风扇子程序系统上电后等待控制信号，一旦扫描到相应的开启和关闭风扇信号时，即会启动和关闭继电器以控制风扇的通断，子程序流程图如图15。开始检测风扇启动标志是否使能？开继电器，风扇开始工作返回图15 继电器驱动子程序流程图2. 系统测试2.1 测试系统的组成1) 单片机控制与继电器驱动测试2) 无线功能模块功能测试3) 声光信号与显示模块测试4) 程序与模块调试5) 系统实际完成功能测试2.2 调试方法与步骤2.2.1 单片机控制与电机驱动测试 将程序烧录进STC89C51RC单片机，接好电源与风扇，测试风扇的运转是否

23、与要求一致。2.2.2 无线模块功能测试 根据无线模块接口电路的特性，按照预置借口将模块与单片机接好，观察各标志的值，各类中断与冲突的设置的合理性在此调试中进一步完善。2.2.3 声光信号与显示模块功能测试 接好液晶显示块与发光二极管，接通蜂鸣器的使能端。测试液晶显示与发光二极管、蜂鸣器功能是否正常运行，接通电源后液晶模块是否显示时间变化和距离变化。2.2.4 程序与模块调试 将所有的模块与单片机整合固定装配在系统板上，分段测试程序与模块运行的合理性，保证各模块信号的正常输入与输出且按照要求驱动风扇。2.2.5 最后测试 测试系统是否能够完成预定任务，此过程对程序与延时作最后的调整，以保证全部

24、功能的实现。-9-2.3 测试结论2.3.1 功能实现 以上测试结果表明，本设计能够完成基本要求，进一步拓展各项发挥部分的功能，并精华了各项指标。3 附录3.1 参考文献1高吉祥主编.数字系统与自动控制系统设计.北京：电子工业出版社，20032陈永真主编.全国大学生电子设计竞赛试题精解选.北京：电子工业出版社，20073高吉祥主编.基本技能训练与单元电路设计.北京：电子工业出版社，20034高吉祥主编.模拟电子线路设计.北京：电子工业出版社，20035李朝青.单片机原理及接口技术（简明修订版）.北京：北京航空航天大学出版社，19993.2 元件清单名称型号/参数数量单片机STC89C51RC1

25、蜂鸣器1晶振11.0592MHz1轻触按键5发光二极管2瓷片电容1042瓷片电容30p2电解电容0.012电解电容470uF1电解电容10uF1电机驱动芯片L298N1三极管PNP管90121自锁开关2排阻10K1电阻1K2电阻200R1电阻100R4电阻20K4二极管1N40078可调电阻10K5液晶显示屏16021三端稳压管78051温度传感器DS18B201单刀双掷继电器220V/50Hz11838红外解码接收头2杜邦线若干PT2262PT2272无线收发模块1套-10-3.3 程序#include#define uchar unsigned char /定义无符号字符型变量声明#def

26、ine uint unsigned int/定义无符号整型变量声明sbit rs=P35;/定义1602液晶写数据和命令口sbit lcden=P34;/定义液晶使能口sbit beep=P21;/定义蜂鸣器报警口sbit s1=P10;/定义无线信号接收口s1，定义功能键sbit s2=P11;/定义无线信号接收口s2，定义温度反馈口sbit s3=P12;/定义无线信号接收口s3，定义功能辅助键sbit s4=P14;/定义无线信号接收口s4，定义风扇控制口sbit fengshan=P22;/定义继电器使能口uint k=1;/定义风扇驱动标志uchar count,s1num;/定义定

27、时器中断次数标志count和功能键标志s1numchar miao,hour,fen,year,month,day,week; /定义char型变量时钟参数void delay(uint z)/定义1ms延时 uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-);void di()/定义无线信号接收成功警示函数 beep=0; delay(500);/延时0.5s左右 beep=1;void write_com(uchar com)/定义液晶写命令口 rs=0; lcden=0; P0=com; delay(5); lcden=1; delay(5); lcden

28、=0;void write_date(uchar date)/定义液晶写数据口 rs=1; lcden=0; P0=date; delay(5); lcden=1;-11-delay(5); lcden=0;void write_week(uchar date)/定义时钟星期标志函数 uchar shi,ge; shi=date/10; ge=date%10; write_com(0x80+15); delay(5); write_date(0x30+ge); void write_sfm(uchar add,uchar date)/定义时钟时分秒标志函数 uchar shi,ge;/数据处理

29、，转换成十位和各位 shi=date/10; ge=date%10; write_com(0x80+0x40+add); delay(5); write_date(0x30+shi); write_com(0x80+0x40+add+1); delay(5); write_date(0x30+ge); void write_nyr(uchar add,uchar date) uchar shi,ge; shi=date/10; ge=date%10; write_com(0x80+add); delay(5); write_date(0x30+shi); write_com(0x80+add+

30、1); delay(5); write_date(0x30+ge); void init()/定义初始化函数lcden=0;fen=50;week=5;miao=0;hour=16;year=10;-12-month=5;day=21;count=0;s1num=0;write_com(0x38);write_com(0x0c);write_com(0x06);write_com(0x01);/定义液晶静态显示初始化参数write_com(0x80+0x40+6); /定义液晶显示固定字符write_date(:);delay(5);write_com(0x80+0x40+9);write_d

31、ate(:);delay(5);write_com(0x80+1);write_date(2);delay(5); write_com(0x80+2);write_date(0);delay(5);write_com(0x80+5);write_date(-);delay(5);write_com(0x80+8);write_date(-);delay(5);write_com(0x80);write_date( );delay(5);write_com(0x80+11);write_date( );delay(5);write_com(0x80+12);write_date(x);delay

32、(5);write_com(0x80+13);write_date(q);delay(5);write_nyr(3,year);/定义初始化时间write_nyr(6,month);write_nyr(9,day);write_week(week);-13-write_sfm(10,miao);write_sfm(7,fen);write_sfm(4,hour);TMOD=0x01;/设置定时器0工作方式TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;/设置定时器0中断时间为50msEA=1;/开启总中断ET0=1;/使能定时器0中断TR0=1;/开启定

33、时器0void signal_scan()/无线信号接收端扫描子程序 if(s1=0) delay(80); if(s1=0) /信号接收消抖 s1num+;/功能信号端置时间设定 di(); while(!s1); if(s1num=1) /功能信号端置时间设定的位置 TR0=0; write_com(0x80+0x40+11); /调节秒的数据指针设置在（1，10）坐标处 理解0x80+0x40+10这条指令 write_com(0x0f); /即数据指针地址在第二行第11位处 if(s1num=2) write_com(0x80+0x40+8); /调节时的数据指针设置在（1，7）坐标处

34、 if(s1num=3) write_com(0x80+0x40+5); /调节时的数据指针设置在（1，4）坐标处 if(s1num=4) write_com(0x80+15); if(s1num=5) write_com(0x80+10); -14- if(s1num=6) write_com(0x80+7); if(s1num=7) write_com(0x80+4); if(s1num=8) s1num=0; write_com(0x0c); /无线信号功能端8次接收后开显示，光标不开不闪烁 TR0=1; /又开始计时 if(s1num!=0) /功能信号使能后对时钟信号进行调整 if(

35、s2=0) delay(80); if(s2=0) di(); while(!s2); if(s1num=1) miao+; if(miao=60) miao=0; write_sfm(10,miao); write_com(0x80+0x40+11); if(s1num=2) fen+; if(fen=60) fen=0; write_sfm(7,fen); write_com(0x80+0x40+8); if(s1num=3) hour+; -15- if(hour=24) hour=0; write_sfm(4,hour); write_com(0x80+0x40+5); if(s1nu

36、m=4) week+; if(week=8) week=0; write_week(week); write_com(0x80+15); if(s1num=5) day+; if(month=1|month=3|month=5|month=7|month=8|month=10|month=12) /（31天的月定义） if(day=32) day=0; else if(month=2) /没有考虑闰年 if(day=29) day=0; else if(day=31) day=0; write_nyr(9,day); write_com(0x80+10); if(s1num=6) month+

37、; if(month=13) month=0; write_nyr(6,month); write_com(0x80+7); -16- if(s1num=7) year+; if(year=99) year=0; write_nyr(3,year); write_com(0x80+4); if(s3=0) /辅助功能信号接收到 delay(80); if(s3=0) di(); while(!s3); if(s1num=1) miao-; if(miao=-1) miao=59; write_sfm(10,miao); write_com(0x80+0x40+11); if(s1num=2)

38、fen-; if(fen=-1) fen=59; write_sfm(7,fen); write_com(0x80+0x40+8); if(s1num=3) hour-; if(hour=-1) hour=23; write_sfm(4,hour); write_com(0x80+0x40+5); -17- if(s1num=4) week-; if(week=-1) week=7; write_week(week); write_com(0x80+15); if(s1num=5) day-; if(month=1|month=3|month=5|month=7|month=8|month=1

39、0|month=12) if(month=-1) month=31; else if(month=2) /没有考虑闰年 if(day=-1) day=28; else if(day=-1) day=30; write_nyr(9,day); write_com(0x80+10); if(s1num=6) month-; if(month=-1) month=12; write_nyr(6,month); write_com(0x80+7); if(s1num=7) year-; -18- if(year=-1) year=99; write_nyr(3,year); write_com(0x8

40、0+4); void main() if(s4=0) /风扇无线信号驱动扫描k+;if(k=3)k=0;/扫描标志溢出init(); fengshan=1;/复位风扇无线控制口 while(1) keyscan();/无线信号接收扫描if(k=1)delay(10);fengshan=1;if(k=2)delay(10);fengshan=0;/无线风扇控制信号使能 void timer0() interrupt 1/定时器0中断函数 TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;/装初值50mscount+;/中断次数标志if(count=20)/中

41、断次数标志溢出 count=0; miao+; if(miao=60)/时间溢出标志，准备复位 -19- miao=0; fen+; if(fen=60) fen=0; hour+; if(hour=24) week+; if(week=8) week=1; write_week(week); if(hour=24) hour=0; day+; if(day=31) day=1; month+; if(month=13) month=1; year+;if(year=100) year=0;write_nyr(3,year); write_nyr(6,month); write_nyr(9,day); write_sfm(4,hour); write_sfm(7,fen); write_sfm(10,miao);-20-3.4 附图3.4.1 原理图附图-21-3.4.2 实物图风扇关闭遥控风扇开启-22-