成都学院学士学位论文（设计）
对于方案四，特点TNm 红外温度计模块采用高灵敏度、高精度、的功耗的设计，保证了采用的优良特性。MEMS 热电堆可以准确的测量出环境温度，采用温度补偿技术在 TNm 红外温度计模块 上。ZyTemp 开发出独有的集成了所有硬件的集成电路的组成了红外片上系统。应用该创造 性的红外片上系统（SoC）技术，TNm 红外温度模块具有很高的集成度和性价比。ZyTemp's 的产品可以承受 10℃的热冲击。我们的产品擅长在宽范围温度变化环境中保 持精度。例如：传统的红外测温仪温度变化带来的误差达到 1.6℃，需要 30 分钟的稳定 时间；而 ZyTemp's TNm 产品误差仅仅是 0.7 ℃，仅需要 7 分钟的稳定时间.TNm 产品只需要 3 伏电源供电，而多数其他红外温度计需要9 伏电压供电ZyTemp 保证温度标准溯源倒 NIST 或者国际测量实验室. 所有的 TNm 产品经过溯源 的红外温度标准源校准，校准的数据和产品的序列号保存在模块上EEPROM 内。红外温度传感器TN901的温度测量范围大，精确度高，响应时间快，抗干扰能力强，并且TN901属于数字量信号传感器，可以通过SPI串口采集出数据信号，避免了A/D转换部分，因此本次系统设计采用红外温度传感器TN901。图3-1为红外温度传感器TN901的最小单元模块。
图3-1 TN901最小单元模块 3.1.2 控制核心的选择
在本设计中采用STC89C51RC单片机作为控制核心，通过软件编程的方法进行温度检测和判断，并在其I/O口输出控制信号。STC89C51RC单片机工作电压低，性能高，片内含8k字节的只读程序存储器ROM和512字节的随机数据存储器RAM，它兼容标准的MCS-51指令系统，性价比高，适合本设计系统。 3.1.3 温度显示器件的选择
在本次设计中温度显示器的选择方案共有两套，分别是：
方案一：应用动态扫描的方式，采用LED共阴极数码管显示温度。
方案二：采用LCD液晶显示屏显示温度。
成都学院学士学位论文（设计）
对于方案一，该方案成本很低，显示温度明确醒目，即使在黑暗空间也能清楚看见，功耗极低，同时温度显示程序的编写也相对简单，因而这种显示方式得到了广泛应用。但不足的地方是它采用动态扫描的显示方式，各个LED数码管是逐个点亮的，因此会产生闪烁，但由于人眼的视觉暂留时间为20MS，故当数码管扫描周期小于这个时间时人眼不会感觉到闪烁，因此只要描频率设置得当即可采用该方案。
对于方案二，液晶显示屏具有显示字符优美，其不仅能显示数字还能显示字符甚至图形，这是LED数码管无法比拟的。但是液晶显示模块的元件价格昂贵，显示驱动程序的编写也较复杂，从简单实用的原则考虑，本系统采用方案一。 3.1.4 调速方式的选择
方案一：采用数模转换芯片DAC0832来控制，由单片机根据当前环境温度值输出相应数字量到DAC0832中，再由DAC0832产生相应模拟信号控制晶闸管的导通角，从而通过无级调速电路实现风扇电机转速的自动调节。
方案二：采用单片机软件编程实现PWM（脉冲宽度调制）调速的方法。PWM是英文Pulse Width Modulation的缩写，它是按一定的规律改变脉冲序列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的一种调节方式，在PWM驱动控制的调节系统中，最常用的是矩形波PWM信号，在控制时需要调节PWM波得占空比。占空比是指高电平持续时间在一个周期时间内的百分比。在控制电机的转速时，占空比越大，转速就越快，若全为高电平，占空比为100%时，转速达到最大 。用单片机I/O口输出PWM信号时，有如下三种方法：
(1) 利用软件延时。当高电平延时时间到时，对I/O口电平取反，使其变成低电平，然后再延时一定时间；当低电平延时时间到时，再对该I/O口电平取反，如此循环即可得到PWM信号。
(2) 利用定时器。控制方法与(1)相同，只是在该方法中利用单片机的定时器来定时进行高低电平的转变，而不是用软件延时。在本设计中应用了此方法。
(3) 利用单片机自带的PWM控制器。在STC12系列单片机中自身带有PWM控制器，但本系统所用到得STC89系列单片机无此功能。
对于方案一，该方案能够实现对直流风扇电机的无级调速，速度变化灵敏，但是D/A转换芯片的价格较高，与其温控状态下无级调速功能相比性价比不高。 对于方案二，相对于其他用硬件或者软硬件相结合的方法实现对电机进行调速而
成都学院学士学位论文（设计）
言，采用PWM 用纯软件的方法来实现调速过程，具有更大的灵活性，并可大大降低成本，能够充分发挥单片机的功能，对于简单速度控制系统的实现提供了一种有效的途径。综合考虑选用方案二。 3.2 硬件电路设计 3.2.1 开关复位与晶振电路
在单片机应用系统中，除单片机本身需要复位以外，外部扩展I/O接口电路也需要复位，因此需要一个包括上电和按钮复位在内的系统同步复位电路。单片机上的XTAL1和XTAL2用来外接石英晶体和微调电容，即用来连接单片机片内OSC的定时反馈回路。本设计中开关复位与晶振电路如下图所示，当按下按键开关S1时，系统复位一次。晶振为11.0592MHz。图3-2为复位和晶振电路。
图3 -2复位和晶振电路
3.2.2 数码管显示电路
本设计制作中选用2位共阴极数码管作为显示模块，它和单片机硬件的接口如图3-3所示。用于显示温度传感器实时检测采集到的温度，可精确到1摄氏度，显示范围为0~99摄氏度。2位数码管的段选a、b、c、d、e、f、g、d、p线分别与单片机的P0.0~P0.7口连接，其中P0口需接一1K的上拉电阻，并串联74HC573作为驱动电路，以使LED能够获得较大电流。2位数码管的位选分别与单片机的P2.0~P2.1口相连接，只要P2.0~P2.1中任一位中输出低电平，则选中与该位相连
成都学院学士学位论文（设计）
的数码管。
图3-3 LED数码管显示电路
3.2.3 串口通信
为了方便调试我们需要通过串口使PC机和单片机通信。单片机有一个全双工的串行通讯口，所以单片机和计算机之间可以方便地进行串口通讯。进行串行通讯时要满足一定的条件，计算机的串口是RS232电平的，而单片机的串口是TTL电平的，两者之间必须有一个电平转换电路，采用专用芯片MAX232进行转换，虽然也可以用几个三极管进行模拟转换，但是还是用专用芯片更简单可靠。采用三线制连接串口，也就是说和计算机的9针串口只连接其中的3根线：第5脚的GND、第2脚的RXD、第3脚的TXD。电路如图3-4所示，MAX232的第11脚和单片机的11脚连接，第12脚和单片机的10脚连接，第15脚和单片机的20脚连接。
图3-4 UART串口电路
成都学院学士学位论文（设计）
3.2.4 按键电路设计
本次设计为了以后的方便调试，我们需要设计4*4键盘设计，按键采用价格廉价的普通四脚按键，4*4键盘设计完成后会出现8个接口，只需要将8个键盘接口接到单片机的普通接口即可。图3-5为4*4键盘电路。
图3-5 4*4键盘电路
该实验使用的8位数码管显示电路和4×4矩阵键盘电路。现将这二部分的电路工作原理进行简单的介绍：4×4矩阵键盘的工作原理矩阵键盘又称为行列式键盘，它是用4条I/O线作为行线，4条I/O线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每一个交叉点上，设置一个按键。这样键盘中按键的个数是4×4个。这种行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。图3-5为矩阵键盘电路图，行线接P1.4－P1.7，列线接P1.0－P1.3。 3.2.5 风扇电机驱动与调速电路
本设计中由单片机的I/O口输出PWM脉冲，通过一个达林顿反向驱动器ULN2803驱动5V直流无刷风扇电机以及实现风扇电机速度的调节。
由单片机通过P2.2口输出与转速相应的PWM脉冲，经过ULN2803驱动风扇直流电机控制电路，实现电机转速控制。当环境温度升高时，直流电机的转速会相应按照设定提高，反之亦然；当环境温度低于设置温度时或高于预设温度时，电机保持恒定转速。
电路如图3-6所示，风扇电机的一端接5V电源，另一端接ULN2803的OUT3引脚，ULN2803的IN3引脚与单片机的P2.2引脚相连，通过控制单片机的P2.2引脚