基于单片机的智能电风扇设计和实现 计算机科学与技术专业.docx

摘要随着空调的产生，电风扇面临巨大冲击。其实，电风扇和空调相比还是有很多优点，首先耗能小，符合目前节能的观念。其次，空调房间都是密闭的，电风扇吹风比较自然，可开门窗，空气流通好，不易感染疾病。为了更好的研发智能风扇,本文基于STC89C52单片机设计电风扇的控制系统。以单片机为控制中心，主要通过提取热释电红外线传感器感应到的人体红外线信息和温度传感器DS18B20得到的温度来控制电风扇的开关及档速的变化，通过单片机对室内温度进行档速划分处理后应用PWM方式控制电风扇档速，并通过液晶显示电路实时显示温度及电风扇的档速。首先进行总体设计，然后进行硬件电路设计与软件设计，最后试制出电风扇原型机。经过前期设计、制作和最终的测试得出，该风扇电源稳定性好，操作方便，运行可靠，功能强大，价格低廉，节约能耗，能够满足用户多元化的需求。该风扇具有的人性化设计和低廉的价格很适合普通用户家庭使用。关键词:STC89C52单片机；电风扇；控制器；智能AbstractWiththegenerationofairconditioning,electricfanisfacingahugeimpact.Infact,comparedwiththeelectricfanandairconditioninghasmanyadvantages,thefirstenergyconsumptionissmall,inlinewiththecurrentconceptofenergyconservation.Next,theairconditioningroomisairtight,theelectricfanhairdryerisquitenatural,canopenthewindowsanddoors,aircirculationisgood,isnoteasytoinfectthedisease.Inordertodeveloptheintelligentfan,thecontrolsystemoftheelectricfanisdesignedbasedonSTC89C52microcontroller.Inordertocontrolthecenterofthesinglechipmicrocomputerascontrolcenter,thetemperatureiscontrolledbythethermalreleaseinfraredsensorandthetemperaturesensorDS18B20tocontrolthetemperatureoftheelectricfan.Firstly,theoveralldesign,andthenthehardwarecircuitdesignandsoftwaredesign,andfinallydevelopedtheprototypeofelectricfan.Afterthepreliminarydesign,productionandfinaltest,thepowersupplyofthefanisgood,theoperationisconvenient,theoperationisreliable,thefunctionisstrong,thepriceislow,theenergyconsumptioncanmeetthediversifiedneedsofusers.Thefanhasauser-friendlydesignandlowpriceisverysuitableforordinaryuserstousethefamily.Keywords:STC89C52microcontroller;electricfan;controller;intelligent目录AbstractII第一章绪论11 111»12 .2方案论证22.1.1 温度传感器的选择2122控制核心的选择21.2.3 温度显示器件的选择21.2.4 调速方式的选择2第二章系统各主要单元硬件电路42.1 温度检测电路42.1.1 DS18B20的温度处理方法421.211.62.2 1.ED数码管显示电路62.2.1 移位寄存器简介61.1.1 电机调速原理81.1.2 电机控制模块设"VI12.4 独立控制键电路102.5 红外传感器模块11*Ir133.1 数字温度传感器模块程序设计133.2 电机调速与控制模块程序流程173.2.1 电机调速与控制子模块173.2.2 主要程序193.3 显示设计203.4 程序设计21第四章系统调试234.1 软件调试234.1.1 按键显小部分的调试234.1.2 传感器DS18B20温度采集部分调试234.2 硬件调试4.2.1 按键显示部分的调试234.2.2 传感器DS18B20温度采集部分调试244.2.3 电动机调速电路部分调试244.3 系统功能244.3.1系统S-现的功ii»244.3.2系统功能分析24结束语26致谢错误!未定义书签。参考文献271绪论本文设计了由ATME1.公司的8052系列单片机AT89C52作为控制器，采用DA1.1.AS公司的温度传感器DS18B20作为温度采集元件，并通过一个达林顿反向驱动器U1.N2803驱动风扇电机的转动。同时使系统检测到得环境温度以及系统预设的温度动态的显示在1.ED数码管上。根据系统检测到得环境温度与系统预设温度的比较，实现风扇电机的自动启停以及转速的自动调节。1.l系统整体设计本设计的整体思路是：利用温度传感器DS18B20检测环境温度并直接输出数字温度信号给单片机AT89C52进行处理，在1.ED数码管上显示当前环境温度值以及预设温度值。其中预设温度值只能为整数形式，检测到的当前环境温度可精确到小数点后一位。同时采用PWM脉宽调制方式来改变直流风扇电机的转速。并通过两个按键改变预设温度值，一个提高预设温度，另一个降低预设温度值。系统结构框图图1-1如下：复位晶振图1-1系统构成框图1.2方案论证1.2.1 温度传感器的选择采用数字式的集成温度传感器DS18B20作为温度检测的核心元件，由其检测并直接输出数字温度信号给单片机进行处理。由于数字式集成温度传感器DS18B20的高度集成化，大大降低了外接放大转化等电路的误差因数，温度误差变得很小，并且由于其检测温度的原理与热敏电阻检测的原理有着本质的不同,使得其温度分辨力极高。温度值在器件内部转化成数字量直接输出，简化了系统程序设计，又由于该温度传感器采用先进的单总线技术，与单片机的接口变得非常简洁，抗干扰能力强，因此该方案适用于本系统。1.2.2 控制核心的选择在本设计中采用AT89C52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。AT89C52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256字节的随机数据存储器RAM,它兼容标准的MCS51指令系统，单片价格也不贵，适合本设计系统。1.2.3 温度显示器件的选择采用1.ED共阴极数码管显示温度。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1.ED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1.ED共阴极数码管。1.2.4 调速方式的选择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PUISeWidthMOdUIatiOn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,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。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PWM控制器。第二章系统各主要单元硬件电路2.1 温度检测电路DS18B20数字温度传感器，是采用美国DA1.1.AS半导体公司生产的DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可直接将温度转化成串行数字信号供处理器处理。适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。2.1.1 DS18B20的温度处理方法DS18B20是美国DA1.1.AS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，它能够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912位的数字值读数方式。可以分别在93.75ms和750ms内完成9位和12位的数字量，并且从DSl8B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源，因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。DS18B20简介：（1）独特的单线接口方式：DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。（2）在使用中不需要任何外围元件。（3）可用数据线供电，电压范围：+3.0-+5.5Vo（4）测温范围:-55125Co固有测温分辨率为0.5（5）通过编程可实现912位的数字读数方式。（6）用户可自设定非易失性的报警上下限值。（7）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。（8）负压特性，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。单线（1一Wire）技术：该技术采用单根信号线，既可传输时钟，也能传输数据，而且是双向传输。适用于单主机系统，主机能够控制一个或多个从机设备，通过一个漏极开路或三态端口连至该数据线，以允许设备在不发送数据时能释放该线，而让其他设备使用。单线通常要求外接一个5K的上拉电阻，这样当该线空闲时，其状态为高电平。主机和从机之间的通讯分成三个步骤：初始化单线器件、识别单线器件和单线数据传输。单线1wire协议由复位脉冲、应答脉冲、写0、写1、读0、读1,这几种信号类型实现，这些信号中除了应答脉冲其他都由主机发起，并且所有指令和数据字节都是低位在前