基于51單片機的智能風扇控制系統[共51頁]

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1、基于51單片機智能風扇控制系統的設計與實現摘要：隨著氣溫的逐漸上升，風扇的需求量也逐漸擴大。傳統風扇不能根據外界溫度的變化對風扇轉速快慢進行調整，也不能對風扇的開關與否進行自動控制，這將會損耗大量的電力資源。針對這些問題，開發(fā)設計了智能風扇控制系統。該系統以STC89C51RC單片機最小系統為核心，利用DS18B20溫度采集模塊，LCD 1602顯示屏、L298N電機驅動模塊、HC-SR501人體感應模塊、舵機控制模塊、ESP8266 WIFI控制模塊組成智能風扇控制系統。當有人進入室內, HC-SR501人體感應模塊會監(jiān)測到有人出現,同時DS18B20溫度采集模塊將采集到的溫度與系統開始設置

2、的閾值做比較,并將采集到的溫度數據顯示在LCD 16 -02顯示屏上。當室溫高于所設置的溫度且有人存在的情況下,風扇將會自動吹風；當溫度低于所設置的溫度時風扇仍保持關閉狀態(tài)。該系統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。第二種工作方式為紅外遙控器控制，在遙控器上按下相應的功能按鍵，即可控制風扇。第三種工作方式為手機終端APP控制，通過手機客戶端實現風扇的自動啟動和停止，旋轉方向，改變風扇的轉速等。 關鍵詞：STC89C51RC單片機；智能風扇；人體感應；keil Uvision； Intelligent Fan Control System

3、Based on51SingleChipDesignandImplementationAbstract: 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 control the fan switch automatically

4、. 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 motor drive module, HC-SR501 human bo

5、dy 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 begins to set the threshold to compare

6、, 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 turn off . The system takes three ki

7、nds 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 control, you can control the fan. The thi

8、rd 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 Uvision ; I目 錄一、論文(設計)正文.11緒論11.1系統開發(fā)的背景11

9、.2系統開發(fā)的目的和意義11.3國內外研究現狀21.3.1國內研究現狀21.3.2國外研究現狀21.4主要研究內容32系統分析42.1可行性分析42.2系統需求分析52.2.1功能需求分析52.2.2性能需求分析62.2.3系統實現方式73系統硬件設計93.1系統概述93.2單片機最小系統電路93.2.1 STC89C51RC單片機簡介93.2.2 STC89C51RC單片機常用寄存器103.3 LCD 1602顯示屏模塊113.4 DS18B20溫度傳感器模塊123.4.1 DS18B20溫度傳感器的特性123.4.2 DS18B20溫度傳感器的電路實現133.5紅外遙控模塊133.6 HC

10、-SR501人體感應模塊143.6.1 HC-SR501人體感應模塊工作原理143.6.2 HC-SR501人體感應模塊特性143.6.3 HC-SR501人體感應模塊的電路實現153.7舵機控制模塊153.7.1舵機的特性163.7.2舵機控制模塊工作原理163.8 ESP8266 WIFI控制模塊173.8.1 ESP8266 WIFI控制模塊特性183.8.2 ESP8266 WIFI控制模塊AT指令183.9系統其它電路213.9.1復位電路213.9.2晶振電路223.9.3開關電路223.9.4按鍵電路223.9.5 DS1302時鐘芯片電路233.9.6 L298N電機驅動電路2

11、44系統軟件設計254.1程序語言及開發(fā)環(huán)境254.2主程序254.3 LCD 1602顯示屏控制程序264.4 DS18B20溫度監(jiān)測控制程序274.5紅外遙控控制程序294.6 HC-SR501人體感應控制程序304.7 舵機控制程序314.8 ESP8266 WIFI控制程序325系統功能實現與測試345.1系統顯示界面與實物圖345.2 LCD 1602顯示屏的測試345.3 DS18B20溫度傳感器的測試355.4紅外遙控器的測試355.5 HC-SR501人體感應的測試365.6舵機控制測試375.7 ESP8266 WIFI測試386總結39參考文獻40謝 辭41二、附錄. 42

12、寶雞文理學院本科畢業(yè)設計開題報告42寶雞文理學院本科畢業(yè)設計結題報告43寶雞文理學院本科畢業(yè)設計答辯評分表44寶雞文理學院本科畢業(yè)設計答辯過程記錄451緒論1.1系統開發(fā)的背景在我國，電風扇是80年代開始興起的一種小型的家用電器，開始時功能單一，而且耗電量大。隨著技術的不斷更新，功能更加強大，更加趨于人性化。作為一種老式的家電，電風扇具有價格便宜，擺放方便，體積輕巧等特點。由于大部分家庭消費水平的限制，電風扇作為一個成熟的家電行業(yè)的一員，尤其在中小城市以及鄉(xiāng)村將來一段時間內仍然會占有市場大部分份額。面臨龐大的市場需求，提高電風扇的市場競爭力，使之在技術含量上有所提高，是現在面臨的主要問題。目前

13、，國內市場雖然上出現了一些機械定時風扇，能夠控制風扇在工作一定時間后關閉，但定時范圍有限，且無法對溫度變化靈活處理。其次，傳統風扇不能根據外界溫度的變化對風扇轉速快慢進行調整，也不能對風扇的開關與否進行自動控制。尤其對于晝夜溫差相對較大的地區(qū)，在使用風扇時常常會遇到這樣的問題：當凌晨氣溫已經下降，不再需要風扇進行降溫。可是，當人們已經熟睡而無法察覺此時需要關閉風扇。這時候，對于一些體質較弱的人就會面臨感冒的分險。這樣一來，不僅對身體造成一定的影響，同時也浪費了一些不必要的電力資源。針對傳統風扇存在的缺陷，開發(fā)設計了智能風扇控制系統以解決這些問題。1.2系統開發(fā)的目的和意義 該系統開發(fā)的目的在于

14、解決傳統風扇耗電量大以及使用當中存在安全隱患，從而提高人們的生活質量，節(jié)約電力資源。該系統在傳統風扇的基礎上開發(fā)設計出了一些創(chuàng)新功能。例如，采用溫度傳感器實現了風扇自動監(jiān)測室內溫度，當監(jiān)測到的溫度大于系統設置閾值時，風扇將開啟；當監(jiān)測到的溫度小于系統設置閾值時，風扇將保持關閉狀態(tài)。采用人體感應模塊實現了無人時風扇自動關閉，有人時風扇自動開啟。該系統采用按鍵、紅外遙控、手機終端控制三種操作方式，用戶可任意選擇一種方式進行相應的操作，從而為用戶提供了方便、快捷。該智能風扇克服了傳統風扇的缺點，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。隨著我國電子技術的發(fā)展，該智能風扇將會走進千千萬

15、萬普通人的家里，為廣大人民帶來生活上的便捷。1.3國內外研究現狀1.3.1國內研究現狀隨著我國電子行業(yè)的不斷發(fā)展，家用電器已經走進了千千萬萬普通人的家中。在改革初期，平均100個家庭當中或許才有1個家庭擁有一兩件家用電器。這對于當時的中國家庭來說已經是非常奢侈的消費品。與現在相比，無論是從風扇的體積規(guī)模還是功耗性能方面與現在相比都有著天壤之別。如果將風扇整晚開啟，耗費的電量是現在的十幾倍。所以，在風扇行業(yè)發(fā)展的初期，市場還面臨著很大的技術缺陷。隨著改革的深入，市場經濟也逐漸發(fā)展起來，風扇行業(yè)也開始了技術方面的更新。比如，將以前體積龐大的風扇改裝為體積輕巧，外形美觀的風扇，在功耗方面也做了很大的

16、技術改良。如今，隨著生活水平的上升，人們對風扇的需求不止停留在技術方面，風扇的創(chuàng)新性、節(jié)能性、便捷性等也都是人們在選購風扇時考慮的重要因素。同時，輕巧靚麗的外觀也是人們追求的一大目標。目前，風扇行業(yè)的工業(yè)技術也趨于成熟。今后，智能風扇將會完全代替?zhèn)鹘y的風扇，給人們帶來方便、快捷、舒適的生活。1.3.2國外研究現狀國外在風扇行業(yè)的研究遠遠不如我國積極，但是不得不說在智能電器方面的研究早已走在我國前列。智能化電器采用微處理器及可編程器件，具有良好的現場保護和現場恢復功能。智能化電器包含三個方面，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。智能化電器在智能家居領域占據著十分重要的

17、作用。在國外，風扇的自動無極調速已經有了一定的成效，可以使風扇根據環(huán)境溫度的變化進行自動調速。當溫度低于正常溫度時，風扇將不會工作。當溫度高于正常溫度時，風扇將自動開始工作。除此之外，國外一些家庭采用家庭智能化系統，已經步入了智能家居時代。通過網絡，實現家居的遠程遙控等便捷操作。美的公司推出的安全無葉風扇采用智能遙控的方式，可在8m的范圍內隨意控制。這款風扇最重要的是采用超靜音隔離效果，克服了傳統風扇噪音大的缺點。同時，采用無葉技術也便于清洗，更加安全。智能風扇現也逐漸開始普及，但是在風扇的功能以及性價比方面仍然有著很大的發(fā)展空間。相信隨著電子技術的發(fā)展，智能風扇將會為人們帶來意想不到的便利。

18、1.4主要研究內容該系統以STC89C51RC單片機為核心，由溫度采集模塊，LCD 1602顯示屏、L298N電機驅動模塊、HC-SR501人體感應模塊、舵機控制模塊以及ESP8266 WIFI控制模塊構成。通過DS18B20溫度傳感器對環(huán)境溫度進行數據采集，若采集到的溫度值大于系統設置閾值，風扇將開啟；若采集到的溫度小于系統設置閾值，風扇將關閉。LCD 1602顯示屏主要顯示日期，溫度等數據。L298N電機驅動模塊主要為風扇的轉向提供動力能源。HC-SR501人體感應模塊監(jiān)測是否有人，若有人并且采集到的溫度大于初始溫度值，則風扇轉動；反之，風扇關閉。舵機控制模塊主要功能為控制風扇的轉向。ES

19、P8266 WIFI控制模塊用來發(fā)出WIFI信號，通過手機終端連接相應的WIFI信號，實現相應的系統功能。該系統包括如下功能：(a)旋鈕調節(jié)風速，可控制風扇轉向；(b)具有電子表功能，時間可以自行調整，利用電容充電放電，時間可以斷電不停，能保持一到兩天的時間記錄；(c)人體紅外感應功能，無人時風扇將保持關閉狀態(tài)；(d)定時開關功能；(e)具有溫控功能，可通過按鍵等設定最低溫度，低于最低溫度風扇將保持關閉狀態(tài)；(f)可通過紅外遙控器和手機APP無線遙控；(g)USB線直插使用；2系統分析2.1可行性分析傳統風扇最大的缺點是不能實時根據外界的溫度變化自動調節(jié)風扇的轉速，開關與否等。該智能風扇的開發(fā)

20、將有效解決傳統風扇的不足，真正地實現風扇的運行情況受外界環(huán)境的控制。從而實現了低功耗，高性能的智能風扇，既節(jié)省了大量的電力資源，又減少了不必要的人力消耗。該智能風扇適用于所有家庭，尤其針對老人小孩設計的當室內溫度低于系統設置的閾值時自動關閉這一功能，保護了老人和小孩的身體健康。該智能風扇控制系統的開發(fā)成本低，開發(fā)時間短。既可彌補傳統風扇的不足，又在此基礎上增加了新的創(chuàng)意。如果大量投入生產，將會對人們的生活質量有著較大的提高。所以，該智能風扇將會有很好的發(fā)展空間和前景。該系統主要從技術可行性，經濟可行性，法律可行性這三個方面來分析本次設計確實是切實可行的。技術可行性。該系統以STC89C51RC

21、單片機為核心，由溫度采集模塊，LCD 1602顯示屏、L298N電機驅動模塊、HC-SR501人體感應模塊、舵機控制模塊以及ESP8266 WIFI控制模塊構成。該系統的編程工具采用keil Uvision4和Eclipse，這兩款編程工具在本科期間都有著深入的學習，可靈活掌握。該系統在keil Uvision4環(huán)境下采用C語言編程實現STC89C51RC單片機的有關功能，在Eclipse環(huán)境下采用Java語言編程實現手機終端APP的有關功能。這兩種高級語言在編程方面都便于維護，方便對系統進行操作且生成目標代碼質量高，程序執(zhí)行效率高。經濟可行性。從經濟方面來看，該系統在經濟方面的投入適當。該系

22、統的開發(fā)成本符合一個小型風扇的成本。具體而言，硬件只需提供一塊STC89C51RC芯片以及溫度傳感器，HC-SR501人體感應模塊以及舵機控制模塊。軟件只需設計出相應的APP程序即可。綜上，所需材料成本和人工費總計不超過100元。所以，該智能風扇的開發(fā)設計可大量投入工業(yè)生產。從法律方面來說，該系統的硬件部分和軟件部分的設計都是由本人單獨完成，本人對該系統所涉及的技術、文檔內容、源程序代碼都具有自主權，因此不用承擔任何法律責任，也不觸犯任何國家法律，并且沒有侵犯任何公司的專利。所以基于51單片機的智能風扇系統在法律方面也是可行的。通過以上分析可知，該系統開發(fā)從上都是技術可行性，經濟可行性，法律可

23、行性可行的。2.2系統需求分析智能家電一直是控制領域研究的方向，其目的是為了讓人們的生活更加便捷化，電子化，自動化，具有廣闊的應用前景和經濟價值。風扇曾一度被認為是空調產品沖擊下的淘汰品，其實并非如此，市場人士稱，家用風扇并沒有隨著空調的普及而淡出市場，最近幾年反而出現了市場銷售復蘇的態(tài)勢。其主要原因有以下兩個：一是風扇和空調的降溫效果不同，空調有強大的制冷功能，可以快速有效地降低環(huán)境溫度，但是風扇更加溫和，更加適合老人婦女兒童等體弱人群。二是風扇有價格優(yōu)勢，價格低廉且相對省電，安裝和使用都簡單易懂。風扇作為夏天生活中的必需品，就現有功能而言，傳統風扇是220V交流電供電，電機轉速分為幾個檔位

24、，通過人為調整電機轉速達到改變風力大小的目的，即每次風力改變，必然有人參與操作。其次，傳統的風扇無法對溫度的變化靈活處理，這樣必定會帶來諸多不便，不足以滿足人們的需求，開發(fā)設計一種真正為人們生活考慮的智能風扇十分必要。智能風扇控制系統的開發(fā)避免了空調對人們身體造成的傷害，同時減少了不必要的電力消耗，具有廣闊的應用前景。該系統的開發(fā)在延用傳統風扇功能的基礎上將從以下幾個方面進行創(chuàng)新：a)溫度的實時監(jiān)控 b)時間的實時記錄c)人體感應，無人時風扇不工作d)手機終端遠程控制2.2.1功能需求分析該系統按照功能需求可分為溫度采集模塊，LCD 1602顯示屏模塊、L298N電機驅動模塊、HC-SR501

25、人體感應模塊、舵機控制模塊以及ESP8266 WIFI控制模塊。a)溫度采集功能模塊：選用DS18B20溫度傳感器，該傳感器可以實現從-55到+125的測量范圍，并且測量精度高。通過DS18B20溫度傳感器測量所處環(huán)境的溫度，采用LCD 1602顯示屏作為輸出端，將測量數據顯示在LCD 1602顯示屏端。b)L298N電機驅動模塊：使用三極管8050構成H橋直流電機驅動電路，該電路對于小功率風扇驅動足夠安全可靠。c)HC-SR501人體感應模塊：人體感應模塊具有體積小，使用方便，工作可靠，監(jiān)測靈敏，感應距離遠等優(yōu)點，從而在各個領域得到廣泛的應用。該系統通過人體紅外感應來監(jiān)測是否有人進入房間，若

26、監(jiān)測有人進入并且室內溫度高于初始設置值，則風扇葉片將會旋轉。否則，風扇將仍然保持關閉狀態(tài)。d)舵機控制模塊:控制電路板接受來自信號線的控制信號，控制電機轉動，電機帶動一系列齒輪組，減速后傳動至輸出舵盤。舵機的輸出軸和位置反饋電位計是相連的，舵盤轉動的同時，帶動位置反饋電位計，電位計將輸出一個電壓信號到控制電路板，進行反饋，然后控制電路板根據所在位置決定電機轉動的方向和速度，從而達到目標停止。e)ESP8266 WIFI控制模塊:手機APP智能一鍵遠程操控，風扇風量大小、預約定時、開關機等多種功能同步顯示，可有手機終端操作者全方位自由掌控。2.2.2性能需求分析根據該系統的性能需求，通過對該系統

27、的適用條件，系統誤差，實現功能等方面進行具體分析： (1)測量范圍-55一+125；(2)延時誤差0.14ms；(3)實現電子表功能，時間可以自行調整，并利用電容充放電，時間可以斷電不停，可保持一到兩天的時間記錄；(4)定時開關功能；(5)人體感應功能，無人時風扇將保持關閉狀態(tài)； (6)可通過紅外遙控器和手機APP無線遙控；(7)USB線直插使用；2.2.3系統實現方式該系統采用軟硬件相結合的實現方式，硬件以STC89C51RC單片機為核心，由溫度采集模塊，LCD 1602顯示屏模塊、L298N電機驅動模塊、HC-SR501人體感應模塊、舵機控制模塊以及ESP8266 WIFI控制模塊構成。通

28、過DS18B20溫度傳感器對環(huán)境溫度進行數據采集，若采集到的溫度值大于系統設置閾值，風扇將開啟；若采集到的溫度小于系統設置閾值，風扇將關閉。LCD 1602顯示屏主要顯示日期，溫度等數據。L298N電機驅動模塊主要為風扇的轉向提供動力能源。HC -SR501人體感應模塊監(jiān)測是否有人，若有人并且采集到的溫度大于初始溫度值，則風扇轉動；反之，風扇關閉。舵機控制模塊主要功能為控制風扇的轉向。ESP8266 WIFI控制模塊用來發(fā)出WIFI信號，通過手機終端連接相應的WIFI信號，實現相應的系統功能。該系統采用keil Uvision4和Eclipse等編程工具。這兩款編程工具生成的目標代碼效率非常之

29、高，容易理解。在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢。Keil Uvision4引入靈活的窗口管理系統，使開發(fā)人員能夠使用多臺監(jiān)視器，并提供了視覺上的表面對窗口位置的完全控制的任何地方。新的用戶界面可以更好地利用屏幕空間和更有效地組織多個窗口，提供一個整潔，高效的環(huán)境來開發(fā)應用程序。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)布最新集成開發(fā)環(huán)境Real View MDK開發(fā)工具中集成了最新版本的Keil Uvision4，其編譯器、調試工具實現與ARM器件的最完美匹配。Eclipse是一個開放源代碼的、基于Java的可擴展開發(fā)平臺。就其本身而言，它只是一個框架

30、和一組服務，用于通過插件組件構建開發(fā)環(huán)境。幸運的是，Eclipse 附帶了一個標準的插件集。Eclipse是著名的跨平臺的自由集成開發(fā)環(huán)境。最初主要用來Java語言開發(fā)，但是目前亦有人通過插件使其作為其他計算機語言比如C+和Python的開發(fā)工具。Eclipse的本身只是一個框架平臺，但是眾多插件的支持使得Eclipse擁有其他功能相對固定的IDE軟件很難具有的靈活性。許多軟件開發(fā)商以Eclipse為框架開發(fā)自己的IDE。盡管Eclipse是使用Java語言開發(fā)的，但它的用途并不限于Java語言；例如，支持諸如C/C+、COBOL和Eiffel等編程語言的插件已經可用，或預計會推出。Eclip

31、se框架還可用來作為與軟件開發(fā)無關的其他應用程序類型的基礎，比如一些管理系統。3系統硬件設計3.1系統概述該系統以STC89C51RC單片機為核心，通過溫度采集模塊，LCD 1602顯示屏、L298N電機驅動模塊、HC-SR501人體感應模塊、舵機控制模塊以及ESP8266 WIFI控制模塊構成。溫度采集模塊主要將采集到的溫度值與系統設置的初始溫度值進行比較。若采集到的溫度值大于初始溫度值，則風扇將會開啟；若采集到的溫度值小于初始溫度值，風扇將一直保持關閉狀態(tài)。LCD 1602顯示屏主要顯示日期，溫度等數據。L298N電機驅動模塊主要為風扇的轉向提供動力能源。HC-SR501人體感應模塊監(jiān)測是

32、否有人，若有人并且采集到的溫度大于初始溫度值，則風扇轉動；反之，風扇關閉。舵機控制模塊主要功能為控制風扇的轉向。ESP8266 WIFI控制模塊用來發(fā)出ESP8266 WIFI信號，通過手機終端連接相應的WIFI信號，實現相應的系統功能。系統功能結構圖如圖1所示：圖1 系統功能結構圖3.2單片機最小系統電路3.2.1 STC89C51RC單片機簡介STC89C51RC單片機中包含中央處理器(CPU)、程序存儲器（Flash）、數據存儲器（SRAM），定時/計數器、UART串口、I/O接口、EEPROM、看門狗等模塊。STC89C51RC單片機幾乎包含了數據采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得

33、上一個片上系統。STC89C51RC單片機有1280字節(jié)的數據存儲器，其在物理和邏輯上部分為兩個地址空間：內部RAM（256字節(jié)）和內部擴展RAM（1024字節(jié)）。而STC89C51RC單片機內部有512字節(jié)的數據存儲器。STC89C51RC單片機的特殊功能寄存器（SFR）是用來對片內各功能模塊進行管理、控制、監(jiān)視的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個特殊功能的RAM區(qū)， STC89C51RC單片機內的特殊功能寄存器（SFR）與內部高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。 STC89C51RC單片機引腳如圖2所示：圖2 STC8

34、9C51RC單片機引腳圖3.2.2 STC89C51RC單片機常用寄存器(a)程序計數器(PC) 程序計數器PC在物理上是獨立的，不屬于SFR之列。PC字長16位，是專門用來控制指令執(zhí)行順序的寄存器。單片機上電或復位后，PC=0000H，強制單片機從程序的零單元開始執(zhí)行程序。(b)累加器(ACC)累加器ACC是8051單片機內部最常用的寄存器，也可寫作A。常用于存放參加算數或邏輯運算的操作數及運算結果。(c) B寄存器B寄存器在乘法和除法運算中須與累加器A配合使用。MUL AB指令把累加器A和寄存器B中的8位無符號整數相乘，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

35、B除以A，整數商存放在A中，余數存放在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。進行加法運算時，當最高位即B7位有進位，即執(zhí)行減法運算最高位有借位時，CY為1；反之為0。AC：進位輔助位。進行加法運算時，當B3位有進位，或執(zhí)行減法運算B3有借位時，AC為1；反之為0。設置輔助進位標志AC的目的是為了便于BCD碼加法，減法運算的調整。F0：用戶標志位0。RS1、RS0：工作寄存器組的選擇位。OV：溢出標志位.F0：用戶標志位1。B1：保留位。P ：奇偶標志位。該標志始終體現累加器ACC中1的個數的奇偶性。如果累加器ACC中1的個數為奇數，則P置1；當累加

36、器ACC中的個數為偶數（包括0個）時，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、數字、符號等顯示的點陣式LCD，現在常用的模塊為161，162，202和402行。LCD 1602顯示屏可以清楚給用戶和開發(fā)者顯示各種字母和數字，LCD 1602顯示屏占整個開發(fā)系統面積小、顯示內容豐富、對系統能源消耗低。LCD 1602顯示屏能夠進行2行16個字符的顯示，有 D0- D7，8位數據總線及三個控制端口RS，R/ W，EN，工作電壓為5 V，對比度和背光調節(jié)兩個功能字符。它還由很多個點陣字符位組成，例如5X7或5X11等，每個點陣字符位進行一個字符的顯示。每位之

37、間有一個點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，所以不能進行圖形的顯示。可以對顯式屏的亮暗程度進行調節(jié)，用戶可以清楚的看到上面的16個字符。LCD 1602顯示屏電路是并行通信的，8跳線，R2為一個電位器，可以調節(jié)屏幕的亮度。C1和C2為兩個濾波電容，起到濾波的作用，同時也可以起到穩(wěn)定信號的作用。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數字溫度傳感器提供9位溫度讀數，指示器件的溫度。數據信息經過單線接入口送入DS18B20或從DS18B20送出，因此從中央處理器到DS1 -8B20僅需

38、連接一條線。讀、寫和完成溫度變換所需的電源可以由數據線本身提供，而不需要外部電源。因為每一個DS18B20有唯一的序列號，因此多個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DS18B20 溫度傳感器，即“一線器件”，其具有如下幾個獨特的優(yōu)點： (a)DS18B20溫度傳感器測量溫度范圍寬、測量精度高，測量范圍為-55 至+ 125 。 (b)持多點組網功能，多個DS18B20溫度傳感器可以并聯在唯一的單線上，實現多點測溫。 (c)供電方式靈活DS18B20溫度傳感器可以通過內部寄生電路從數據線上獲取電源。因此，當數據線上的時序滿足一定的要求時，可以

39、不接外部電源，從而使系統結構更趨簡單，可靠性更高。 (d)測量參數可配置DS18B20溫度傳感器的測量分辨率可通過程序設定9至12位。 (e)單總線具有經濟性好，抗干擾能力強，適合于惡劣環(huán)境的現場溫度測量，使用方便等優(yōu)點，使用戶可輕松地組建傳感器網絡。3.4.2 DS18B20溫度傳感器的電路實現該模塊主要用來測量溫度，中間管腳為輸出管腳。兩端管腳分別用來接地和電源。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自760nm至400m的電磁波稱為紅外線，它是一種不可見光。目前幾乎所有的視頻和音頻設備都可以通過紅外遙控的方式進行遙控，

40、比如電視機、空調、影碟機等，都可以見到紅外遙控的影子。這種技術應用廣泛，相應的應用器件都十分廉價，因此該系統選用紅外遙控作為智能風扇控制的方式之一。該系統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，若按鍵遙控器相對應的按鍵就會出現一個低電平。紅外遙控電路如圖5所示： 圖5 紅外遙控電路圖3.6 HC-SR501人體感應模塊HC-SR501 是基于紅外線技術的自動控制模塊，采用德國原裝進口LHI778 探頭設計，靈敏度高，可靠性強，超低電壓工作模式，廣泛應用于各類自動感應電器設備，尤其是干電池供電的自動控制產品。本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性

41、好且價格低廉。3.6.1 HC-SR501人體感應模塊工作原理人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會發(fā)出特定波長10M左右的紅外線，被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的10M左右的紅外線而進行工作的。人體發(fā)射的10M左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強后聚集到紅外感應源上。紅外感應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)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經監(jiān)測處理后就能產生報警信號。3.6.2 HC-SR501人體感應模塊特性 HC-SR501人體感應模塊有三個引腳，即電源、地和輸出引腳。經過反復實驗，在一個辦公室中如果有人，但 200 秒之內都沒有人有動作，導致感應

42、模塊輸出低電平的情況基本不會發(fā)生，所以將延時時間調到最大就可以滿足監(jiān)測要求。同時，將感應距離調節(jié)也到最大。在通電后有一分鐘左右的初始化時間，一分鐘后進入監(jiān)測狀態(tài)。HC-SR501人體感應模塊具有如下特性： (a)全自動感應:人進入其感應范圍則輸出高電平，人離開感應范圍則自動延時關閉高電平，輸出低電平。 (b)光敏控制:可設置光敏控制，白天或光線強時不感應。光溫度補償(可選擇，出廠時未設)：在夏天當環(huán)境溫度升高至3032，探測距離稍變短，溫度補償可作一定的性能補償。 (c)兩種觸發(fā)方式：L不可重復，即感應輸出高電平后，延時時間段一結束，輸出將自動從高電平變成低電平；H可重復，默認值為H(跳帽選擇

43、)，即感應輸出高電平后，在延時時間段內，如果有人體在其感應范圍活動，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時將高電平變?yōu)榈碗娖健?(d)具有感應封鎖時間(默認封鎖時間為2.5S)感應模塊在每一次感應輸出后（高電平變成低電平），可以緊跟著設置一個封鎖時間段，在此時間段內感應器不接受任何感應信號。此功能可以實現“感應輸出時間”和“封鎖時間”兩者的間隔工作，可應用于間隔探測產品；同時此功能可有效抑制負載切換過程中產生的各種干擾。(此時間可設置在零點幾秒到幾十秒鐘)。具體HC-SR501人體感應參數見表3.1：表3.1 HC-SR501人體感應參數表HC-SR501人體感應模塊工作電壓范圍直流電壓4

44、.5-20v靜態(tài)電流50微安電平輸出高3.3v 低0v觸發(fā)方式L不可重復觸發(fā)/H可重復觸發(fā)延時時間5-200s封鎖時間2.5s3.6.3 HC-SR501人體感應模塊的電路實現若為正常工作只需接通地線和電源線，若監(jiān)測到有人，輸出信號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警，所以具有延時功能。只要監(jiān)測到有人，即使人已經離開但是仍然會延時3秒。HC-SR501人體感應模塊硬件電路如圖6所示： 圖6 HC-SR501人體感應模塊電路圖3.7舵機控制模塊 舵機也叫伺服電機，最早用于船舶上實現其轉向功能，由于可以通過程序連控制其轉角，因而被廣泛應用智能風扇實現轉向以及機器人各類關節(jié)

45、運動中。舵機由一般是由直流電機、減速齒輪組、傳感器和控制電路組成的一套自動控制系統。通過發(fā)送信號，指定輸出軸旋轉角度。舵機一般而言都有最大旋轉角度（比如180度）。舵機與普通直流電機的區(qū)別主要是直流電機是一圈圈轉動的，舵機只能在一定角度內轉動，不能一圈圈轉（數字舵機可以在舵機模式和電機模式中切換）。普通直流電機無法反饋轉動的角度信息，而舵機可以。舵機與普通直流電機的用途也不同，普通直流電機一般是整圈轉動做動力用，舵機是控制某物體轉動一定角度用（比如風扇的轉向）。舵機的控制一般需要一個20ms左右的時基脈沖，該脈沖的高電平部分一般為0.5ms-2.5ms范圍內的角度控制脈沖部分，總間隔為2ms。

46、以180度角度伺服為例，那么對應的舵機時間與角度的控制關系見表3.2：表3.2 舵機時間與角度的控制關系表時間(ms)角度 0.501.0451.5902.01352.51803.7.1舵機的特性假設現在舵機穩(wěn)定在A點，這時候CPU發(fā)出一個PWM信號，舵機全速由A點轉向B點，在這個過程中需要一段時間，舵機才能運動到B點。假設舵機的保持時間為Tw， 當TwT時，舵機能夠到達目標，并有剩余時間；當TwT時，舵機不能到達目標；理論上：當Tw=T時，系統最連貫，而且舵機運動的最快。實際過程中w不盡相同，連貫運動時的極限T比較難以計算出來。假如我們的舵機1DIV =8us，當PWM信號以最小變化量即（1

47、DIV=8s）依次變化時，舵機的分辨率最高，但是速度會減慢。3.7.2舵機控制模塊工作原理采用單片機的兩個定時器用來控制舵機，單片機系統實現對舵機輸出轉角的控制，必須首先完成兩個任務：首先是產生基本的PWM周期信號，本設計是產生20ms的周期信號；其次是脈寬的調整，即單片機模擬PWM信號的輸出，并且調整占空比。舵機控制模塊電路如圖7所示：圖7 舵機控制模塊電路圖3.8 ESP8266 WIFI控制模塊ESP8266 WIFI控制模塊是一款超低功耗的UART-WIFI透傳模塊，擁有業(yè)內極富競爭力的封裝尺寸和超低能耗技術，專為移動設備和物聯網應用設計，可將用戶的物理設備連接到無線網絡上，進行互聯網

48、或局域網通信，實現聯網功能。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控制模塊可以實現的主要功能包括：串口透明傳輸，PWM 調控，GPIO控制。其中，串口透傳主要負責數據傳輸，最大的傳輸速率為可達到460800bps。PWM 調控主要負責燈光調節(jié)，三色LED 調節(jié)，電機調速等。GPIO控制用來控制開關，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接口天線客戶可直接使用，無需添加任何匹配電路。如果客戶需要在大板上設計天線部分

49、，可使用ESP8266郵票孔天線接口，這種設計時大板需要預留匹配電路。ESP8266 WIFI控制模塊可廣泛應用于串口CH340轉WI-FI；工業(yè)透明傳輸DTU；WI-FI遠程監(jiān)控、控制；玩具領域；LED控制；消防、安防智能一體化管理；智能卡終端，無線POS機，WI-FI攝像頭，手持設備等眾多領域。ESP8266 WIFI控制模塊電路如圖8所示：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，適用于各種物聯網應用場合。ESP8266 WIFI控制模塊具有如下特

50、性：(a)支持無線802.11 b/g/n標準(b)支持STA/AP/STA+AP三種工作模式(c)內置TCP/IP協議棧，支持多路TCP Client連接 (d)支持豐富的Socket AT指令(e)支持UART/GPIO數據通信接口(f)支持Smart Link智能聯網功能(g)支持遠程固件升級(OTA)(h)內置32位MCU，可兼作應用處理器 (i)超低能耗，適合電池供電應用(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，服務器和客戶端需搭載在同一個網絡上，則需要以下常用指令：當前可用接入點指令：AT+CWLAP，如

51、表3.3、表3.4、表3.5所示：加入接入點:AT+CWJAP，如表3.6、表3.7所示：退出接入點:AT+CWQAP，如表3.8所示：設置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指令表命令類型語法返回和說明設置命令AT+CWMODE= OK此指令需重啟后生效(AT+RST)查詢命令AT+CWMODE?+CWMODE:OK當前處于哪種模式？測試命令AT+CWMODE?+CWMODE:(取值列表)OK當前可支持哪些模式？表3.4 當前可用接入點指令表命令類型語法返回和說明執(zhí)行命令AT+CWLAP+CWLAP: , OK此指令返回AP列表 表3

52、.5 當前可用接入點參數定義表參數定義取值對取值的說明加密方式0OPEN1WEP2WPA_PSK3WPA2_PSK4WPA_WPA2_PSK接入點名稱字符串參數連接模式0手動連接1自動連接表3.6 加入接入點指令表命令類型語法返回和說明設置命令AT+CWJAP=, OK 或 ERROR加入該AP成功則返回OK，失敗則返回ERROR查詢命令AT+CWJAP?+CWJAP:OK返回當前選擇的AP表3.7 加入接入點參數表參數定義取值對取值的說明接入點名稱字符串型密碼字符串型，最長64字節(jié)，ASCII編碼表3.8 退出接入點指令表命令類型語法返回和說明執(zhí)行命令AT+CWQAP OK表示成功退出該AP

53、測試命令AT+CWQAP=?OK查詢該命令是否支持 表3.9 設置AP模式下的指令表命令類型語法返回和說明設置命令AT+CWSAP=, OK設置參數成功查詢命令AT+CWSAP=?OK查詢當前AP參數表3.10 設置AP模式下的參數表參數定義取值對取值的說明加密方式0OPEN1WEP2WPA_PSK3WPA2_PSK4WPA_WPA2_PSK接入點名稱 字符串參數密碼 字符串型，最長64字節(jié)，ASCII編碼 通道號 3.9系統其它電路3.9.1復位電路復位電路和晶振電路是單片機中最重要的兩個電路，復位電路中的EA管腳與單片機第29管腳的EA相互連接。該電路中串聯一個4.7k的電阻，然后直接連接

54、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的內存地址開始執(zhí)行這些代碼，如果EA是低電平的話，STC89C51RC單片機就選擇外部的內存地址執(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為連接到該芯片內的復位管腳。該芯片如果為低電平的話，則正常工作。若該芯片為高電平，將自動復位。若將開關按下，則該芯片置高電平，電容將會充電。若放開，電容將會放電。R4和D2一端連接VCC一端接地，若電源可以接通的話，指示燈將會亮，D2為電源指示燈。復位電路如圖9所示：圖9 復位電路圖3.9.2晶振電路STC89C51

55、RC單片機若正常工作，則必須有脈沖信號，所以需要用到12M的晶振電路。STC89C51RC單片機為12分頻的，即就是晶振震動12次，STC89- C51RC單片機執(zhí)行一條指令。所以說，此晶振為12M的，即震動12次STC89C51RC單片機才會工作一次，該STC89C51RC單片機的指令周期為1微秒。22皮法的電容起到調節(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開關電路VDD0連接的是USB接口，若將VDD0按下，VDD0和VCC將會導通。即將電源接通了，指示燈將亮，就可以將電源打開。C7和C8為濾波電容，470微法電容為濾高頻波長，0.1微法

56、的電容為濾低頻波長。開關電路如圖11所示: 圖11 開關電路圖3.9.4按鍵電路一個按鍵通常有4個管腳，上端的兩個管腳相互導通，下端的兩個管腳相互導通。但是上端和下端管腳相互之間未導通。若將按鍵按下，上端和下端管腳也相互導通。相當于4個管腳處于短路狀態(tài)。若將key0，key1，key2全部置于高電平，key3，key4，key5置于低電平，按下S1，將會監(jiān)測到管腳的狀態(tài)，key0導通，key0此時置于低電平0，從而可以得知第一行被按下，key3，key4，key5變?yōu)楦唠娖?，key0，key1，key2變?yōu)榈碗娖剑瑥亩梢缘弥谝涣斜话聪?。按鍵電路如圖12所示：圖12 按鍵電路圖3.9.5 D

57、S1302時鐘芯片電路該電路采用SPR通信電路，主要有DRST復位線，DSCLK時鐘，DIO數據線以及地線GND四根線。該電路采用32.78K晶振，若用其它頻率晶振將會產生較大誤差。DS1302時鐘芯片電路如圖13所示：圖13 DS1302時鐘芯片電路圖3.9.6 L298N電機驅動電路IN1連接的是STC89C51RC單片機，OUT1為輸出管腳控制電機。若將OUT1置1，則OUT1將會導通。L298N電機驅動電路如圖14所示：圖14 L298N電機驅動電路圖4系統軟件設計4.1程序語言及開發(fā)環(huán)境該系統采用keil Uvision4和Eclipse兩種開發(fā)環(huán)境。在keil Uvision4開發(fā)

58、環(huán)境下，采用的編程語言是C語言。C語言是一種計算機程序設計語言，它既具有高級語言的特點，又具有匯編語言的特點。它由美國貝爾實驗室的Dennis M. Ritchie于1972年推出，1978年后，C語言已先后被移植到大、中、小及微型機上，它可以作為工作系統設計語言，編寫系統應用程序，也可以作為應用程序設計語言，編寫不依賴計算機硬件的應用程序。它的應用范圍廣泛，具備很強的數據處理能力，不僅僅是在軟件開發(fā)上，而且各類科研都需要用到 C語言，適于編寫系統軟件、二維、三維圖形和動畫，具體應用例如單片機以及嵌入式系統開發(fā)。C語言比匯編語言更容易學習，使用方便，傳統的C語言在UNIX系統中廣泛的使用，C語

59、言比匯編語言更接近底層，更接近數據，更容易描述。在Eclipse開發(fā)環(huán)境下，采用的編程語言是Java語言。Java是一個面向對象的語言。對程序員來說，這意味著要注意應中的數據和操縱數據的方法，而不是嚴格地用過程來思考。在一個面向對象的系統中，類是數據和操作數據的方法的集合。數據和方法一起描述對象的狀態(tài)和行為。每一對象是其狀態(tài)和行為的封裝。類是按一定體系和層次安排的，使得子類可以從超類繼承行為。在這個類層次體系中有一個根類，它是具有一般行為的類。Java還包括一個類的擴展集合，分別組成各種程序包，用戶可以在自己的程序中使用。4.2主程序首先在主函數中分別調用系統初始化函數， LCD 1602顯示

60、屏初始化函數LcdInit ( )，紅外線接收初始化函數IrInit( )，時鐘芯片初始化函數Ds1302Init( ),舵機初始化函數DuojiInit( )等。其次利用while循環(huán)監(jiān)測溫度是否大于設定值，如果條件為真，則電機運行，即風扇轉動。反之，風扇不會轉動。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LcdInit( )函數。其次，在12MHZ晶振下，12分頻單片機的硬件條件下執(zhí)行延時函數Lcd1602_Delay1ms( )，延時1ms。接著向LCD 1602顯示屏寫入一個字節(jié)的命令，調用LcdWrit

61、eCom( )函數。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)測控制程序該程序主要由DS1820Init( )初始化函數，DS18B20WriteByte( )寫入字節(jié)函數，讀取一個字節(jié)DS18B20ReadByte( ),DS18B20ChangTemp( )溫度轉換函數以及DS18B20ReadTemp( )讀取溫度函數組成。首先執(zhí)行DS18B20Init( )初始化函數，若初始化成功則返回1，否則返回0。接下來執(zhí)行DS18B20WriteByte( )函數，每寫入一位數據之前先把總線拉低1s，然后寫入一個數據，從最低位開始。接著延時68s，持續(xù)時間最少60s，然后釋放總線，至少1s給總線恢復時間才能接著寫入第二個數值，依此類推直到寫入最后一個數值