遥控温控风扇设计Word文件下载.docx
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机械工程技术由纯技术发展到机械电气化，仍属传统机械，其主要功能依然是代替和放大的体系。
但是，发展到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还被赋予许多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制、自动诊断与保护等。
也就是说，机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸，智能化特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。
机电一体化包括软件和硬件两方面技术。
硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。
因此,为加速推进机电一体化的发展,必须从以下几方面着手。
1.机械本体技术
机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。
现代机械产品一般都是以钢铁材料为主,为了减轻质量除了在结构上加以改进,还应考虑利用非金属复合材料。
只有机械本体减轻了重量,才有可能实现驱动系统的小型化,进而在控制方面改善快速响应特性,减少能量消耗,提高效率。
2.传感技术
传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面,提高可靠性与防干扰有着直接的关系。
为了避免电干扰,目前有采用光纤电缆传感器的趋势。
对外部信息传感器来说,目前主要发展非接触型检测技术。
3.信息处理技术
机电一体化与微电子学的显著进步、信息处理设备（特别是微型计算机）的普及应用紧密相连。
为进一步发展机电一体化,必须提高信息处理设备的可靠性,包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性,进而提高处理速
度,并解决抗干扰及标准化问题。
4.驱动技术
电机作为驱动机构已被广泛采用,但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。
目前,正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件-传感器-电机三位一体的伺服驱动单元。
5.接口技术
为了与计算机进行通信,必须使数据传递的格式标准化、规格化。
接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修,而且可以简化设计。
目前,技术人员正致力于开发低成本、高速串行的接口,来解决信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕器的大容量化、小型化、标准化等问题。
6.软件技术
软件与硬件必须协调一致地发展。
为了减少软件的研制成本,提高生产维修的效率,要逐步推行软件标准化,包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。
二、机电一体化技术的主要应用领域
（一）数控机床
数控机床及相应的数控技术经过40年的发展,在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高,具体表现在:
1.总线式、模块化、紧凑型的结构,即采用多CPU、多主总线的体系结构。
2.开放性设计,即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准,能最大限度地提高用户的使用效益。
3.WOP技术和智能化。
系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真,并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。
4.大容量存储器的应用和软件的模块化设计,不仅丰富了数控功能,同时也加强了CNC系统的控制功能。
5、能实现多过程、多通道控制,即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力,并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。
6.系统的多级网络功能,加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力。
7.以单板、单片机作为控制机,加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。
（二）计算机集成制造系统（CIMS）
CIMS的实现不是现有各分散系统的简单组合,而是全局动态最优综合。
它打破原有部门之间的界线,以制造为基干来控制“物流”和“信息流”,实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。
企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化,各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。
（三）柔性制造系统（FMS）
柔性制造系统是计算机化的制造系统,主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。
它可以随机地、实时地、按量地按照装配部门的要求,生产其能力范围内的任何工件,特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。
（四）工业机器人
第1代机器人亦称示教再现机器人,它们只能根据示教进行重复运动,对工作环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活性;
第2代机器人带有各种先进的传感元件,能获取作业环境和操作对象的简单信息,通过计算机处理、分析,做出一定的判断,对动作进行反馈控制,表现出低级智能,已开始走向实用化;
第3代机器人即智能机器人,具有多种感知功能,可进行复杂的逻辑思维、判断和决策,在作业环境中独立行动,与第5代计算机关系密切。
三、机电一体化的发展趋势
机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展。
机电一体化的主要发展方向大致有以下几个方面：
1.智能化
智能化是21世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。
人工智能在机电一体化的研究中日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。
这里所说的“智能化”是对机器行为的描述即要求机电产品有一定的智能，使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策能力。
例如在CNC数控机床上增加人机对话功能，设置智能I/O接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。
随着模糊控制、神经网络、灰色理论、小波理论、混沌与分岔人工智能的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。
2.模块化
模块化是一项重要而艰巨的工程。
由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口和环境接口等的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又非常重要的事情。
如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置等。
有了这些标准单元就可迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。
为了达到以上目的，还需要制定各项标准，以便于各部件、单元的匹配。
由于利益冲突，近期很难制定出国际或国内这方面的标准，但可以通过组建一些大企业逐渐形成。
显然，从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定，无论是对生产标准机电一体化单元的企业，还是对生产机电一体化产品的企业，模块化将给机电一体化企业带来美好的前程。
3.环保化
工业的发达给人们生活带来巨大变化。
一方面，物质丰富，生活舒适；
另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。
于是，人们呼吁保护环境资源，回归自然。
绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。
绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。
设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前景。
机电一体化产品的绿色化主要是指，使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。
4.系统化
系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。
系统可以灵活组态，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。
表现之二是通信功能的大大加强。
一般除RS232外，还有RS485等智能化通信接口。
未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，机电一体化的人格化有两层含义：
一层是如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性等等，显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化；
另一层是模仿生物机理，研制出各种机电一体化产品。
事实上，许多机电一体化产品都是受动物的启发而研制出来的。
5.数字化
微控制器及其发展奠定可机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人;
而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。
数字化要求机电一体化产品的软件具有可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。
数字化的实现便于远程操作、诊断和修复。
6.集成化
集成化既包含各种技术的相互渗透，相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检验、管理等多种工序。
为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有广泛的柔性。
首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机的联系起来，使其性能最优，功能最强。
四、对机电一体化产品的简单的分析
（一）、遥控器电路
为了能远离距的控制电风扇，采用了红外遥控器。
通常红外遥控器由发射和接收两部分组成，发射部分由单片机89C2051等构成。
接收部分装在电风扇的控制器内，由89C51等构成，如图1.1所示。
图1.1红外线系统遥控框图
1.工作原理及组成部分
（1）CPU采用AT89C2051单片机，AT89C2051的功能:
和MCS-8051产品兼容、2KB可重编程闪速存储器、耐久性:
1000写/擦除周期、2.7V~6V的操作范围、全静态操作：
0Hz~24MHz、两级加密程序存储器、128×
8位内部RAM、15根可编程I/O引线、6个中断源、可编程串行UART通道、直接LED驱动输出、片内模拟比较器、低耗空载和掉电方式。
（2）电源采用4节7号电池来提供电源，并用一个二极管（IN4148）进行降压。
（3）调制部分：
采用CD40106进行缓冲放大并整形.发送的数字信号与38K的载波进行相与，将其调制在一起,整形并缓冲放大,经8050进行放大驱动红外发射管,使其发射红外光。
（4）红外发射方原理见图如图1.2所示。
图1.2遥控器原理框图
2.红外发射
（1）发射部分包括键盘矩阵、编码调制、红外发送器。
使用89C2051芯片将按键信号调制在38KHz的载波信号上通过三极管放大后发射出去。
红外编码为：
全码=引导码+系统码+系统反码+数据码+数据反码。
89C2051的P2口构成矩阵式键盘，用T1产生定时中断，驱动P3.1产生一个38K的方波，作为红外线的调制基波。
将发送的数据和P3.0进行逻辑与后，经过40106整形，用三极管驱动红外发射管发射。
（2）按键功能
K1：
低档、中档、高档；
键值为01H
K2彩灯：
键值为02H
K3：
自然风、睡眠风、正常风键；
值为03H
K4定时；
键值为04H
K5开/关机；
键值为05H
（3）当无键按下时，延时10秒后进入待机状态，系统处于低功耗模式。
当有按键按下时，INT0中断产生中断，同时唤醒CPU进行工作状态。
3.红外发射的编码方式
遥控发射器专用芯片很多，根据编码格式可以分成两大类，这里我们以运用比较广泛，解码比较容易的一类来加以说明，现以日本NEC的uPD6121G组成发射电路为例说明编码原理。
当发射器按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同。
这种遥控码具有以下特征：
（1）采用脉宽调制的串行码，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”。
“0”和“1”组成的32位二进制码经38kHz的载频进行二次调制以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的。
然后再通过红外发射二极管发射。
（2）遥控编码是连续的32位二进制码组，其中前16位为用户识别码，能区别不同的电器设备，防止不同机种遥控码互相干扰。
该芯片的用户识别码固定为十六进制0FFH；
后16位为8位操作码（功能码）及其反码。
（3）遥控器在按键按下后，周期性地发出同一种32位二进制码，周期约为108ms。
一组码本身的持续时间随它包含的二进制“0”和“1”的个数不同而不同，大约在45～63ms之间。
（4）其相关的波形图如图1.3所示:
图1.3遥控编码
4.硬件设计
硬件设计见电路原理图如图1.4。
图1.4遥控器电路原理图
5.软件设计
（1）采用中断的处理程序完成整个系统的操作，INT0中断处理完成键盘扫描以及发送。
（2）程序流程图如图1.5：
图1.5遥控器软件流程图
（二）、红外接收电路
红外接收电路采用红外HS0038接收头，HS0038黑色环氧树脂封装，不受日光、荧光灯等光源干扰，内附磁屏蔽，功耗低，灵敏度高。
在用小功率发射管发射信号情况下，其接收距离可达35m。
它能与TTL、COMS电路兼容。
HS0038为直立侧面收光型。
它接收红外信号频率为38kHz,周期约26μs，三个管脚分别是地、＋5V电源、解调信号输出端。
红外接收电路一体化的红外接收装置将遥控信号的接收、放大、检波、整形集于一身，并且输出可以让单片机识别的TTL信号，这样大大简化了接收电路的复杂程度和电路的设计工作，如图2所示。
图2红外接收电路
（三）、单片机最小系统和电源电路
1、单片机最小系统
AT89C52是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROM）256B片内RAM的低电压，高性能CMOS8位微处理器。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C52是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案电路图如图3.1所示。
管脚功能：
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；
当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
图3.1单片机最小系统图
2、电源电路
电源电路采用LM7805集成稳压器作为稳压器件，LM7805是三端正电源稳压电路，它的封装形式是T0-220。
由于内部电流的限制，以及过热保护和安全工作区的保护，使他基本上不会损坏。
如果能够提过足够的散热片，它就能够提供大于1.5A以上的电流。
采用用典型接法，220V电源整流滤波后送入LM7805稳压，在输出端接一个470U和0.1U电容进一步滤除纹波，得到5V稳压电源如图3.2所示。
图3.2电源电路
（四）、数码管显示电路和声响电路
1、数码管显示电路
分包括如下图5：
5个八段（共阳）数码管、PNP型三极管、电阻等。
其连接方式如下：
应用单片机P0口连接八段数码管，用P1口的P1.0—P1.4五个端口作为数码管的片选信号输出端口，其中要用8550（PNP型）三极管做驱动。
又因为P0口做I/O口时要加上拉电阻,所以我们给P0各位各加一个10K的电阻到电源。
为了防止烧坏数码管，所以给数码管各段各加一个2.2K欧姆的限流电阻。
要显示的数据通过P0口送给数码管显示，通过P1口的P1.0—P1.4五个端口分别对数码管进行位选，事实上数码管是间断被点亮的，只是其间断时间十分短，扫描周期在20ms以下，利用人眼视觉暂留，我们基本看不出它们的闪烁电路图如图4.1所示流程图如图4.2所示。
图4.1显示电路
图4.2温度显示子程序流程图
2、声响电路
声响电路在每按下按键时会响一声，当没有把DS18B20接入到电路中时，单片机就会通过蜂鸣器发出报警声音电路图如图4.3所示。
图4.3声响电路
（五）、温度采集电路
温度采集电路主要是由DS18B20构成，它可以把采集的温度数据转化成二进制数，经过单片机处理后输出送数码管显示。
DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现９～１２位的数字值读数方式。
报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；
负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作；
DS18B20采用３脚PR－35封装或８脚SOIC封装电路图如图5.1所示。
图5.1合适尺寸实际尺寸
DS18B20封装图
合适尺寸实际尺寸
图5.2DS18B20的内部结构
DS18B20的内部结构图如图5.2所示。
DS18B20温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存ＲＡＭ和一个非易失性的可电擦除的EERAM。
高速暂存RAM的结构为８字节的存储器。
头２个字节包含测得的温度信息，第３和第４字节ＴＨ和ＴＬ的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。
第５个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。
DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。
该字节各位的定义低５位一直为１，ＴＭ是工作模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式，DS18B20出厂时该位被设置为０，用户要去改动，R1和Ｒ0决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。
DS18B20温度转换的时间比较长，而且分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。
因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。
当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。
转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第１、２字节。
单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625℃／LSB形式表示。
当符号位Ｓ＝０时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；
当符号位Ｓ＝１时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。
DS18B20温度转换时间表表一
R1
R0
分辨率/位
温度最大转向时间/ms
9
93.75
1
10
187.5
11
375
12
750
DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与RAM中的TH、TＬ字节内容作比较。
若Ｔ＞TH或T＜TL，则将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报警搜索命令作出响应。
因此，可用多只DS18B20同时测量温度并进行报警搜索。
DS18B20的测温原理是这这样的,器件中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器１；
高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器２的脉冲输入。
器件中还有一个计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。
计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将－55℃所对应的一个基数分别置入减法计数器１、温度寄存器中，计数器１和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。
复位图如图5.3所示，电路图如图5.4所示。
图5.3DS18B20复位与检测子程序
图5.4温度采集电路
（六）、电机控制电路
1、控制部分如图6.1所示。
图6.1电机引线图
图6.2定时时循环图
2、风类
自然风的处理流程:
图6.3自然风的循环图
睡眠风的处理流程:
图6.4自然风的循环图
正常风的处理流程:
图6.5正常风循环
3、工作方式：
自动控制和遥控两种方式
电子产品散热方面，现在绝大多数都采用了风冷系统，利用风扇引起空气流动，带走热量，使电子产品不至于发热烧坏。
要使电子产品保持较低的温度，必须用大功率、高转速、大风量的风扇，而风扇的噪音与其功率成正比。
如果要低噪音，则要减小风扇转速，又会引起电子设备温度上升，不能两全其美。
为解决上述问题，我们设计了这套智能遥控温控自动风扇系统。
本系统采用高精度集成温度传感器，用单片机控制，能显示实时温度，根据温度用遥控器调节风速的大小，晚上睡觉时可以设置风扇的速度和定时时间、并且可以设置最小温度关闭风扇
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