已改王丹陽-基于單片機(jī)的風(fēng)扇溫控儀設(shè)計(jì) - 副本[精選]

1、基于單片機(jī)的風(fēng)扇溫控儀設(shè)計(jì)學(xué)生專業(yè)：電子信息工程學(xué)生姓名：王丹陽導(dǎo)師姓名： 呂中志摘 要電風(fēng)扇在我們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦惺潜夭豢缮俚墓ぞ?，尤其是夏天更能給人帶來涼爽。但是隨著當(dāng)今能源匱乏，環(huán)保節(jié)能意識加強(qiáng)，傳統(tǒng)電風(fēng)扇已不足以滿足現(xiàn)在的需求?；趩纹瑱C(jī)的智能控制,本文設(shè)計(jì)了一款新型智能風(fēng)扇溫控系統(tǒng)，可以自動(dòng)控制風(fēng)速。通過感知和檢測周邊現(xiàn)場的環(huán)境溫度，風(fēng)扇會(huì)適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)自身的轉(zhuǎn)速和頻率，根據(jù)環(huán)境溫度也會(huì)做出啟動(dòng)，停止等動(dòng)作，不需要人為操控，具備很強(qiáng)的便捷性。在該智能電風(fēng)扇的控制系統(tǒng)當(dāng)中，運(yùn)用stc89c52單片機(jī)作為系統(tǒng)控制的核心；房間溫度采用溫度傳感器ds18b20收集。此項(xiàng)設(shè)計(jì)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)風(fēng)扇的種種不

2、足，一方面在日常生活中運(yùn)用智能溫控技術(shù)，另一方面可以達(dá)到自動(dòng)調(diào)控節(jié)省了自然資源。關(guān)鍵詞：單片機(jī)，交流電機(jī)，溫度傳感器ds18b20design of fan temperature control instrument based on single chip microcomputerabstractelectric fans are indispensable tools in our daily life and work, especially in summer. however, with the lack of energy and the awareness of enviro

3、nmental protection and energy saving, traditional electric fans are not enough to meet the current demand.we design an intelligent temperature control fan system with automatic temperature control and wind speed control based on scm intelligent control. when the ambient temperature rises, the fan wi

4、ll change its speed according to the temperature. when the temperature is reduced, it can also reduce the frequency, without human manipulation, it has a strong convenience. it can detect the ambient temperature accurately and automatically control the starting, stopping and wind speed of the electr

5、ic fan according to the change of the ambient temperature. the high temperature and low temperature values are stored in the e2rom of the temperature sensor ds18b20. after the power failure, the last setting value can be saved, the performance is stable and the control is accurate. the control syste

6、m of the intelligent electric fan is used as the core of the system control by single chip microcomputer stc89c52, and the temperature acquisition is accomplished by using the temperature sensor ds18b20 in the indoor temperature collection. this design makes up for the shortcomings of the traditiona

7、l fan, on the one hand, the use of intelligent technology in daily life, on the other hand, can achieve automatic control and save the natural resources.key words: single chip microcomputer, intelligent control, temperature sensor ds18b20目 錄第1章 緒論11.1 電風(fēng)扇的工作原理11.2 電風(fēng)扇的發(fā)展現(xiàn)狀和前景11.3 本設(shè)計(jì)任務(wù)和主要內(nèi)容1第2章 系統(tǒng)器件

8、的選型32.1 溫度傳感器的選型32.2 微處理器的選擇52.3 顯示器件的選型7第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)93.1 硬件設(shè)計(jì)的綜述93.2 溫度檢測電路910123.5 led數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)12第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)144.1 主程序144.2 數(shù)字溫度傳感器模塊和顯示子模塊1515第5章 系統(tǒng)的調(diào)試與仿真185.1 硬件調(diào)試181919結(jié)論22致謝23參考文獻(xiàn)24附錄一26附錄二28第1章 緒論1.1 電風(fēng)扇的工作原理電風(fēng)扇核心的部件是交流電動(dòng)機(jī)。交流電動(dòng)機(jī)的工作原理是：通電線圈通過在磁場中而受到力導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)1。其中涉及的能量的轉(zhuǎn)化形式為：電能主要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而且由于線圈會(huì)有電阻，所以無可厚

9、非的有一部分電能將要轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的內(nèi)能,電風(fēng)扇在運(yùn)行時(shí)實(shí)際室內(nèi)的溫度不僅沒有產(chǎn)生下降，反而會(huì)上升2。我們就此問題剖析了原因：這是因?yàn)殡婏L(fēng)扇在運(yùn)行時(shí)，因?yàn)殡婏L(fēng)扇的線圈里有電流流過，導(dǎo)線中是有電阻的，所以導(dǎo)線會(huì)產(chǎn)生熱量向外放熱，因此溫度會(huì)上升 3。究其原因，是因?yàn)槿梭w的表面往往每個(gè)角落都遍布汗腺，因此行業(yè)也無處不在，一旦電風(fēng)扇正式開始運(yùn)行，室內(nèi)的氣流會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)，進(jìn)而就會(huì)就加快汗液的快速蒸發(fā)，通過我們學(xué)過的知識可知道“蒸發(fā)就會(huì)需要吸收大量的熱量 ”，所以人們會(huì)感覺到有涼意。1.2 電風(fēng)扇的發(fā)展現(xiàn)狀和前景現(xiàn)在的電風(fēng)扇大都采用機(jī)械方式進(jìn)行控制，這種控制方式存在著一些缺陷，比如說：會(huì)產(chǎn)生很大的聲響影響正常工

10、作生活，風(fēng)扇的功能比較少，每個(gè)檔位之間的溫度變化太大無法滿足人們意愿且人們需要手動(dòng)的去調(diào)節(jié)檔位，倘若人們?nèi)胨銦o能為力，會(huì)造成傷風(fēng)感冒或資源浪費(fèi)。在各種設(shè)備上電風(fēng)扇的作用也不可或缺，許多大型設(shè)備需要持續(xù)運(yùn)行，但設(shè)備運(yùn)行時(shí)長過長時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量熱量進(jìn)而燒壞電路，運(yùn)用電風(fēng)扇可以采用風(fēng)冷為設(shè)備降溫，達(dá)到延長運(yùn)行時(shí)長產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)今社會(huì)的科技水平逐漸提高，智能化技術(shù)越來越多的運(yùn)用在了生活家電上，按照客戶的實(shí)際需求來智能化地控制溫度，比如通過強(qiáng)風(fēng)、弱風(fēng)多大來實(shí)現(xiàn)智能化地控制室內(nèi)溫度，當(dāng)前市面上的大多數(shù)智能化電風(fēng)扇都是采取這樣的工作模式來達(dá)到精準(zhǔn)控溫的效果，并能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控溫度，這些都是通多單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。1.

11、3 本設(shè)計(jì)任務(wù)和主要內(nèi)容本文通過對智能電風(fēng)扇按鍵模塊的精準(zhǔn)控制，能夠借助數(shù)字化溫度傳感芯片，對外部環(huán)境的溫度進(jìn)行精準(zhǔn)地采集與處理，從而形成一個(gè)良性循環(huán)的溫度控制中心系統(tǒng)，再通過識別到的溫度值來智能化地控制電風(fēng)扇的檔位，從而達(dá)到室內(nèi)溫度較低時(shí)采取減弱風(fēng)力，而室內(nèi)溫度較高時(shí)則此案去強(qiáng)勁風(fēng)力的檔位。這種智能化的溫度傳感芯片能夠非常精準(zhǔn)地采集溫度數(shù)據(jù)，如果把電風(fēng)扇的氣溫最低值和氣溫的最高值設(shè)置完成，那么既可以實(shí)現(xiàn)智能控溫的效果。本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容如下：（1）可以設(shè)定室內(nèi)溫度的最高值以及最低值，通過電風(fēng)扇按鍵來實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。（2）當(dāng)溫度傳感系統(tǒng)識別到室內(nèi)溫度上升時(shí)，自動(dòng)把電風(fēng)扇的檔位調(diào)高（3）當(dāng)溫度傳感芯片

12、采集到室內(nèi)溫度達(dá)到最低值，那么自動(dòng)關(guān)閉電風(fēng)扇（4）當(dāng)溫度傳感系統(tǒng)識別到室內(nèi)溫度達(dá)到中間值時(shí)，自動(dòng)把電風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速降低。第2章 系統(tǒng)器件的選型2.1 溫度傳感器的選型在感測溫度的核心設(shè)備當(dāng)中，數(shù)字集成溫度傳感器ds18b20是其最核心的部件。由于溫度傳感器ds18b20的特點(diǎn)是集成度高，因此其他電路中的誤差（如外部放大）大大降低，要控制溫度誤差非常低，使用ds18b20可以使其具有非常高的溫度分辨率4。借助內(nèi)部器件的相互轉(zhuǎn)換，溫度數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)化為數(shù)字值，進(jìn)而把這些數(shù)值導(dǎo)出來，簡化了系統(tǒng)編程，與微控制器的接口變的非常簡單，具備很強(qiáng)的抗干擾能力。ds18b20是美國該行業(yè)的領(lǐng)頭羊公司dallas生產(chǎn)的器

13、件，與過去的產(chǎn)品比較發(fā)現(xiàn)，ds18b20的溫度測量準(zhǔn)確度更加精準(zhǔn)，還可以按照室內(nèi)環(huán)境的實(shí)時(shí)變化來講進(jìn)行測量，并通過912位之間的數(shù)值來進(jìn)行探測。ds18b20的主要特點(diǎn)有：（1）單獨(dú)的一條線的接口，僅需要一個(gè)單獨(dú)的接口引腳即可工作。（2）不需要外部的部件；（3）可以用數(shù)據(jù)線供電，不需要備用電源；（4）溫度讀取范圍在-55攝氏度和+125攝氏度的區(qū)間，誤差率為0.5攝氏度；（5）溫度可以以9-12位的數(shù)字來顯示；（6）使用者可以自己定義非易失性的報(bào)警限定值；（7）能夠達(dá)到多點(diǎn)溫度探測的精準(zhǔn)度，并且支持鏈接網(wǎng)絡(luò)的功能，同時(shí)三部或者以上ds18b20都可以一起并聯(lián)工作；（8）ds18b20具備負(fù)壓的

14、特性，所謂負(fù)壓特性就是設(shè)備在電源正負(fù)兩級相反轉(zhuǎn)的情況下，也不影響正常工作，測溫設(shè)備也不會(huì)因受熱而破壞。如下圖2-1所示，完整地展示了ds18b20設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，比如配置寄存器以及溫度傳感器，還有64 位rom器件與溫度過熱報(bào)警器件等等，如圖2-2所示：數(shù)字信號端用dq 表示，電源地用gnd 表示，電源輸入端則是用vdd 為表示。芯片功能命令表如表2-1所示。圖2-1 ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖2-2 ds18b20外形及管腳ds18b20芯片功能命令表如下：表2-1 ds18b20功能命令表命令 說明 協(xié)議read rom 讀取激光rom64位 33hmatch rom 匹配rom 55h

15、 skip rom 跳過rom cchsearch rom 搜索rom f0halarm search 告警搜索 echwrite scratchpad 把字節(jié)寫入暫存器的地址2和3 4ehread scratchpad 讀取暫存器和crc字節(jié) behcopy scratchpad 將暫存器內(nèi)容復(fù)制到非易失性存儲(chǔ)器 48hconvert t 開始溫度轉(zhuǎn)換 44hrecall e2 將非易失性存儲(chǔ)器中的值調(diào)回到暫存器 b8hread power supply 讀電源供電方式：0為寄生電源，1為外電源 b4h2.2 微處理器的選擇本設(shè)計(jì)的控制核心采用的是單片機(jī)。通過軟件編程的方式來判斷溫度，并控制

16、信號在單片機(jī)的輸出端口5。采用單片機(jī)作為控制器有很多優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)程序的編寫即可以在顯示電路上把通過傳感器所收集的溫度展現(xiàn)出來6。本文所選取的stc89c52rc微控制器，只要室內(nèi)周圍的溫度稍微有點(diǎn)變化，它都能夠識別出來，從而達(dá)到非常精準(zhǔn)的控制室內(nèi)溫度的目的，用戶只要把室內(nèi)溫度的最高值和最低值設(shè)置完畢，把鍵盤按鈕開關(guān)打開，即可完成整個(gè)微控制器的操作，十分方便、高效。目前，國際上較為通用的微控制器是stc89c52rc，這種微控制器具備性能強(qiáng)勁、功耗極低的優(yōu)點(diǎn)，可以達(dá)到8k字節(jié)編程閃存的效果。stc89c52采用了經(jīng)典的mcs-51內(nèi)核，但是已經(jīng)進(jìn)行很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51微控制器所不具備的功

17、能7。內(nèi)置8 位中央處理器單元cpu8 和在系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存。stc89c52rc引腳簡介：(1) vcc和vss：vcc接+5v電壓，vss接地。(2) p0口：p0是一組需要外接上拉電阻的8位漏級雙向i/o口,其輸出級能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)ttl負(fù)載 ,在連接外部存儲(chǔ)器時(shí)，cpu將其定義為數(shù)據(jù)/地址的低8位9。在程序校驗(yàn)過程中，需要外接上拉電阻才能發(fā)送信號，而在flash程序編寫過程中，可以將信號的窗口通過無漏級開路問題進(jìn)行充當(dāng)。(3) p1口：p1是一組內(nèi)部帶著上拉電阻的8位雙向i/o口10。該輸出端可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)ls ttl負(fù)載,內(nèi)部的上拉電阻可以在端口錄入為1的時(shí)候使端口升到高電位

18、，這就可以使成為輸入口11。(4) p2口：發(fā)揮flash的作用，經(jīng)過了編程或者校驗(yàn)，能夠把控制信號以及地址信號傳送到制定的芯片，特別是在訪問數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心的時(shí)候，可以接受高八位的信息。(5) p3口：與別的接口對比發(fā)現(xiàn)，p3只是電阻的8位雙向i/o口，可是p3端口有第二種功能，如下表-所示。表2-2 p3口第二功能定義端口引腳及名稱第二功能端口引腳第二功能 rxd(串行輸入口)txd(串行輸出口)/int0(外中斷0)/int1(外中斷1)p3.4 t0(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0 外部輸入)t1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1 外部輸入)p3.6/wr(片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)/rd(片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀寫選通)(6)rst

19、: 即是單片機(jī)器件的復(fù)位器件。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤的時(shí)候，該器件能夠同時(shí)發(fā)出高電平的輸出信號來喚醒單片機(jī)復(fù)位，(7)ale/prog：在編程的過程當(dāng)中，能夠通過這個(gè)引腳來來輸入一定脈沖波，并且從外部的存儲(chǔ)器當(dāng)中來鎖定地址的數(shù)據(jù)，得到指定的數(shù)值。(8)/psen：當(dāng)外部程序訪問這些存儲(chǔ)數(shù)值的時(shí)候，能夠通過每個(gè)器件之間的兩次/psen來進(jìn)行判斷，從而在外部程序存儲(chǔ)數(shù)值的時(shí)候，能夠選擇外部存儲(chǔ)器的信號，否則將切斷信號。(9)/ea/vpp：在編程的時(shí)候，通過引腳的不同信號通道來進(jìn)行測量，不斷是否處于加密的狀態(tài)，都能夠把內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的數(shù)值讀出來，而在/ea端保持高電平時(shí)則可以保持一定的電平，也就是說在外部

20、程序存儲(chǔ)器（0000h-ffffh）的時(shí)候，能夠通過多個(gè)信號切換來達(dá)到預(yù)期的效果。（10）xtal1：兩種輸入端口的反相震蕩器件，能夠同時(shí)把內(nèi)部定時(shí)器來進(jìn)行輸入工作電路信號。（11）xtal2: 一種輸出端口的反相震蕩器件。 2.3 顯示器件的選型選用液晶屏作為方案不太合適，盡管不能夠準(zhǔn)確的數(shù)值，但是能夠通過圖形以及一些特定的字符來表示，而且液晶屏也可以顯示較為精美的專業(yè)字符。但是液晶顯示模塊昂貴且驅(qū)動(dòng)復(fù)雜。故采用四位共陽數(shù)碼管顯示溫度，動(dòng)態(tài)掃描顯示。選擇led數(shù)碼管是因?yàn)槌杀镜?，顯示溫度清晰醒目，但是，由于在人的肉眼當(dāng)中只能停留短短的二十毫米，這樣就會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)不斷閃爍的問題發(fā)生，盡管功能消耗

21、比較低，夜間也是可以用肉眼觀察得到，由于所編寫的驅(qū)動(dòng)程序較為簡單，也只能一個(gè)一個(gè)亮點(diǎn)的顯示，或者五個(gè)led同時(shí)掃描，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于數(shù)碼晶體管的顯示時(shí)間。由于led數(shù)碼管具有顯示亮度高、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)采用四位led數(shù)碼管來顯示環(huán)境溫度。數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管，主要是由7或8段發(fā)光二極管的不同明暗組合構(gòu)成不同的字符12。如圖2-3所示，其中 a、b、c、d、e、f、g為數(shù)字和字符顯示；dp為小數(shù)點(diǎn)的顯示；s1、s2、s3、s4分別表示四個(gè)數(shù)碼管的位。按照led數(shù)碼管的分類，可以把led數(shù)碼管氛圍兩種極性，分別是共陽極以及共陰極兩種，這是以二極管單元連接模式來區(qū)分的，也

22、是兩個(gè)共陽極數(shù)碼管共同連接的一種連接模式，當(dāng)發(fā)光二極管的陰極為低時(shí)點(diǎn)亮，反之亦然。 圖2-3數(shù)碼管連接到微控制器電路的共陽極數(shù)碼管，為了顯示數(shù)字“6”必須a、c、d、e、f、g這6個(gè)顯示段發(fā)光 （即這6個(gè)字段為低電平）只要在p0口輸入10000010（86h）即可,86h即為數(shù)字7的段選碼13。常用字符相對應(yīng)的段碼表見表2-3。表2-3 led段選碼表顯示字符共陰極段碼共陽極段碼顯示字符共陰極段碼共陽極段碼03fhc0h87fh80h106hf9h96fh90h25bha4ha77h88h34fhb0hb7fh83h466h99hc39hc6h56dh92hd3fha1h67dh82he79h

23、86h707hf8hf71h8eh第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 硬件設(shè)計(jì)的綜述220v交流電給傳統(tǒng)電風(fēng)扇提供能量，電風(fēng)扇的電機(jī)分為幾個(gè)檔位，為了完成風(fēng)速變化的目標(biāo)需要運(yùn)用人工手動(dòng)來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的頻率，即每改變一次風(fēng)力，必須需要人工來完成操作，這樣就會(huì)造成人力的極大浪費(fèi)。本畢業(yè)設(shè)計(jì)介紹基于stc89 c52微控制器的風(fēng)扇溫控儀設(shè)計(jì)，為了實(shí)現(xiàn)智能控制風(fēng)速的效果，本文所研究的課題大量地運(yùn)用了溫度傳感系統(tǒng)、無級調(diào)速技術(shù)以及單片機(jī)器件等等相關(guān)智能制造技術(shù)，這些智能控制技術(shù)能夠?yàn)殡婏L(fēng)扇工業(yè)制造帶來前所未有的變革，不但拋棄了以往陳舊的溫度控制技術(shù)，而且通過數(shù)字智能化的控溫技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)自動(dòng)調(diào)整風(fēng)扇電機(jī)的速度。

24、鍵盤輸入led顯示單片機(jī)系統(tǒng)電機(jī)控制模塊數(shù)字溫度傳感模塊圖3-1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖3.2 溫度檢測電路在現(xiàn)階段所有的溫度控制器件，ds18b20較為先進(jìn)，內(nèi)部模塊也是使用了stc89c52單片機(jī)技術(shù)，功能非常完善，整個(gè)控制系統(tǒng)也較為簡單，溫度顯示也非常精準(zhǔn)，如下圖3-2所示。ds18b20溫度傳感器系統(tǒng)工作原理如下：ds18b20溫度傳感器通過stc89c52單片機(jī)的p2.4口來實(shí)時(shí)采集室內(nèi)環(huán)境的溫度，并對其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與控制，把溫度數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理，然后與系統(tǒng)設(shè)定的溫度最高值與最低值進(jìn)行智能自動(dòng)比較，從而根據(jù)實(shí)際情況來進(jìn)行控制風(fēng)扇電機(jī)的速度。圖3-2 ds18b20溫度傳感器原理

25、圖要實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇的各個(gè)檔位的風(fēng)速能夠進(jìn)行無級變速，那么則需要通過一個(gè)電動(dòng)機(jī)調(diào)速的器件來實(shí)現(xiàn)，換言之，需要通過改變風(fēng)扇的輸入電壓來實(shí)現(xiàn)這種功能，即是輸出端口的電壓值來實(shí)現(xiàn)。其工作原理為：通過陰陽兩極性的電壓數(shù)值改變，然后以陽極的電流來控制晶閘管的最小電流值，之后便可以控制陰陽兩極性的觸發(fā)電壓以及電流。風(fēng)扇電機(jī)的每一個(gè)檔位都可以設(shè)定為一個(gè)固定數(shù)值，然后在額定電流及電壓的影響之下，可以使得電機(jī)能夠按照設(shè)定的速度來轉(zhuǎn)動(dòng)，從而大奧每一個(gè)電機(jī)葉片上的速率不超過2150米每分鐘，公式如下：v=dn103 式3-1 通過等式3-1的計(jì)算結(jié)果，可以把d設(shè)定為風(fēng)扇電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速，并把v設(shè)定為葉片最大圓周上的線速度(

26、m/min)，求出結(jié)果如下：代入數(shù)據(jù)求得n51555r/min,取n5=1250 r/min.又因?yàn)椋喝1=875r/min。則可得出五個(gè)檔位的轉(zhuǎn)速值：n1=875r/min，n2=980r/min，n3=1063r/min，n4=1150 r/min，n5=1250r/min又由于負(fù)載上電壓的有效值u0=u1 式3-2在式3-2中，u1代表的是輸入交流電壓的有效值，則表示控制角。解得：(1) 當(dāng)5=0時(shí)，t=0ms；(2) 當(dāng)4=23.5時(shí)，t=1.70ms；(3) 當(dāng)3=46.5時(shí)，t=2.58ms；(4) 當(dāng)2=61.5時(shí)，t=3.43ms；(5) 當(dāng)1=76.5時(shí)，t=4.30ms。

27、經(jīng)過計(jì)算以后，可以得到電機(jī)的觸發(fā)時(shí)間以及控制角數(shù)據(jù)，但是假如需要到達(dá)計(jì)劃的機(jī)電速度，那么必須要檢測觸發(fā)時(shí)間的零點(diǎn)，然后在電路模塊中使用moc3041m元器件來控制，這樣能夠大大簡化輸出通道的電路的結(jié)構(gòu)，也可以把輸入或者輸出的通道進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控與測量，還能夠?qū)崿F(xiàn)過零觸發(fā)以及過零檢測的目的，從而降低出錯(cuò)率。晶閘管觸發(fā)的工作電路原理，如下圖3-3所示。當(dāng)然晶閘管觸發(fā)器件的工作模式是通過逆變器反相之后，然后在i/ o 口輸出一個(gè)高電平，從而達(dá)到電路的輸出需求，并把這種電平通過一定耦合器來實(shí)現(xiàn)，這就是晶閘管觸發(fā)電路的智能控制，以此來達(dá)到預(yù)期的效果。給定時(shí)間內(nèi),負(fù)載得到的功率為: 式3-3從式3-3當(dāng)中，

28、我們可以得出這樣的結(jié)論：首先能夠求出u , i , n 的固定值，其次對它們之間的數(shù)值進(jìn)行一一的分析，u是指晶閘管在一定的時(shí)間內(nèi)所導(dǎo)出的電壓數(shù)值，i為一個(gè)電源在通過晶閘管的時(shí)候的電流數(shù)值，n 為在指定的時(shí)間內(nèi)所通過的正弦波的數(shù)值，這些都能夠從式3-3中得出p 的負(fù)載功率數(shù)值。只要n 值的值發(fā)生變話就可以可控制功率輸出,從而達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。圖3-3電機(jī)調(diào)速原理圖 按鍵是用戶與單片機(jī)溝通的重要部件。這三個(gè)按鍵主要用于使用者對電風(fēng)扇進(jìn)行操作，s4為進(jìn)出上下溫度設(shè)置狀態(tài)的按鍵，s3為設(shè)定溫度的加鍵，s2為設(shè)定溫度的減鍵。經(jīng)過此按鍵操作電路能夠設(shè)置上限溫度值和下限溫度值的操作。圖3-4按鍵電路3

29、.5 led數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)本電路的顯示電路主要有一個(gè)4位一體的數(shù)碼管構(gòu)成，采用的是動(dòng)態(tài)掃描的方式，其與單片機(jī)輸出端相連電路如圖3-5所示。這是一個(gè)普通的陽極數(shù)碼管，每一位數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g和dp都各自連接在一起14。每個(gè)端口能可以接收由微控制器的p1端口產(chǎn)生的顯示段代碼。在照明數(shù)碼管的過程中，每個(gè)數(shù)碼管的照明都是即時(shí)的。因?yàn)槿祟惖牡难劬哂幸曈X暫留現(xiàn)象的存在，所以在人類的眼里就是能夠穩(wěn)定顯示的4位數(shù)字。圖3-5 led數(shù)碼管顯示電路第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的操作程序采用c語言編寫，采用模塊化設(shè)計(jì)15。課程設(shè)計(jì)仿真調(diào)試采用的是protues仿真軟件，按照原理圖將各器件畫在軟

30、件中。程序編寫采用keil軟件，用c進(jìn)行語言編寫。4.1 主程序初始化ds18b20采集溫度顯示當(dāng)前溫度溫度 t0不導(dǎo)通電風(fēng)扇不轉(zhuǎn)根據(jù)溫度選擇檔位導(dǎo)通角隨溫度發(fā)生變化電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速隨溫度發(fā)生變化否風(fēng)扇運(yùn)行模式自動(dòng)模式是圖4-1主程序流程圖系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的整體流程圖如圖4-1所示：在自動(dòng)模式下，假如溫度在t0時(shí)，風(fēng)扇電路開啟，風(fēng)扇會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致溫度變化；當(dāng)溫度低于t0時(shí)，風(fēng)扇電路不通電，風(fēng)扇不轉(zhuǎn)16。4.2 數(shù)字溫度傳感器模塊和顯示子模塊如圖8所示，主機(jī)控制ds18b20數(shù)字溫度傳感器必須經(jīng)過三個(gè)步驟：初始化、rom操作指令、存儲(chǔ)器操作指令,單片機(jī)所用的系統(tǒng)頻率為12mhz17。開始ds18b2

31、0初始化啟動(dòng)ds18b20測量溫內(nèi)部判斷調(diào)用讀子程序顯示子程序結(jié)束調(diào)用相應(yīng)的控制程序調(diào)用相應(yīng)的鍵值處理程序調(diào)用寫子程序異常正常根據(jù)ds18b20數(shù)字溫度傳感器的初始化時(shí)序、讀取時(shí)序和寫入時(shí)序可18寫成圖4-2數(shù)字溫度傳感器模塊程序流程圖3個(gè)子程序：初始化子程序、寫子程序、讀子程序在按鍵模塊上是通過軟件程序設(shè)定的三個(gè)按鍵來實(shí)現(xiàn)不同的功能。三個(gè)按鍵結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。其中s4連接p2.2端口為設(shè)置鍵，按下s4一次，進(jìn)入設(shè)定溫度上限狀態(tài)。當(dāng)再按下s4，就會(huì)進(jìn)入設(shè)定溫度下限狀態(tài)。s3連接p2.1端口為加鍵，在設(shè)定上下限溫度的情況下，此時(shí)按下s3為溫度上限或則溫度下限加1。s3連接p2.0端為減鍵，在設(shè)

32、定上下限溫度情況下，此時(shí)按下s2為溫度上限或溫度下限減1。最后再次按設(shè)置按鈕s4退出溫度上限和下限溫度設(shè)置。圖4-3按鍵控制的流程圖4.4 電機(jī)調(diào)速控制模塊本模塊采用雙向可控硅過零觸發(fā)的方式，由微控制器控制三端雙向可控硅開關(guān)，通過改變每個(gè)控制周期期間打開和關(guān)閉的交流全波信號的數(shù)量來調(diào)整負(fù)載功率，進(jìn)而達(dá)到調(diào)速的目的19。由于int0信號反映工頻電壓過零時(shí)間，只要使用外部中斷0中斷服務(wù)程序，控制門打開和關(guān)閉，并使用服務(wù)中斷次數(shù)來統(tǒng)計(jì)和確定控制量n，即每次中斷減一次計(jì)數(shù)，如果n不等于0，則保持控制級別為“1”，并繼續(xù)打開控制門20；如n=0，則使控制電平將重置為“0”，并且控制門關(guān)閉，使可控硅過零觸

33、發(fā)脈沖不再通過21。這樣就可以根據(jù)控制處理所需的控制量實(shí)現(xiàn)晶閘管的過零控制，從而達(dá)到根據(jù)控制量進(jìn)行控制的效果，實(shí)現(xiàn)可調(diào)速度22。（1）中斷服務(wù)程序：執(zhí)行中斷服務(wù)程序時(shí)，首先要保護(hù)現(xiàn)場，設(shè)置int0中斷標(biāo)志，禁止主程序修改操作參數(shù)，然后開始遞減計(jì)數(shù)，判斷晶閘管是否關(guān)斷，int0中斷標(biāo)志清零，初始化數(shù)據(jù)恢復(fù)，場景恢復(fù)，中斷返回23。（設(shè)1秒鐘通過波形數(shù)n=100）（2）回路控制執(zhí)行程序：主循環(huán)控制執(zhí)行程序的任務(wù)是初始化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元并確定電機(jī)工作參數(shù)nmin/nmax，并將其轉(zhuǎn)換為“有效過零點(diǎn)”的個(gè)數(shù)24；確定中斷優(yōu)先級、開中斷，為了確保正弦波的完整性，工頻過零同步中斷int0被確定為高電平中斷源2

34、5。ex0中斷溫度大于等于下限值并且小于上限值控制可控硅截止中斷返回設(shè)置t0參數(shù)啟動(dòng)定時(shí)t0中斷控制可控硅導(dǎo)通停止t0定時(shí)中斷返回b圖4-4電機(jī)調(diào)速控制模塊流程圖第5章 系統(tǒng)的調(diào)試與仿真5.1 硬件調(diào)試硬件設(shè)計(jì)完成，然后接線到焊接安裝完畢，開始進(jìn)行硬件調(diào)試，主要調(diào)試有以下幾個(gè)步驟：(1)檢查電路在電路焊接完成后，第一步要對電路的連線進(jìn)行檢查。對照電路圖，按照一定的順序逐個(gè)進(jìn)行檢查，排除相應(yīng)的問題26。比較重要的一點(diǎn)是，應(yīng)該重點(diǎn)檢查系統(tǒng)電源的方向，接地端口與大地接地是否正常，注意檢查別接反二極管方向和電解電容的極性，具體集成電路和晶體管的引腳是否接錯(cuò)，觀察焊點(diǎn)是否牢固，電源系統(tǒng)是檢查的重點(diǎn)，要避

35、免電源短路和極性錯(cuò)誤，如果有需要時(shí)可以運(yùn)用萬用表來檢測線路是否短路27。(2)排除電源故障在通電前，如果電源電壓的幅值和極性錯(cuò)誤非常容易造成集成塊損壞。通電后檢查各個(gè)引腳上的點(diǎn)位是否處在正常數(shù)值，vcc與gnd之間確保輸出電壓在 5v之間。(3)通電觀察：一旦開啟電源，不要急于使用儀器觀察波形和數(shù)據(jù)，而是要觀察是否有異常的現(xiàn)象，如冒煙、異常氣味、放電的聲光、元器件發(fā)燙等28。如果是這樣，不要恐慌，首要應(yīng)該快速切斷電源，只有等到排除故障后才可以再一次開啟電源，緊接著測量每個(gè)歧管的電源引腳上的電壓，以查看集成電路是否開啟29。(4) 指標(biāo)測試如果電路正常調(diào)試了以后，就要按照要求去測試電路。測試并記

36、錄測試數(shù)據(jù)，分析測試數(shù)據(jù)，最后作出測試結(jié)論以確定電路是否滿足設(shè)計(jì)要求30。如有不符，則應(yīng)仔細(xì)檢查問題所在。因此，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中需要謹(jǐn)慎細(xì)致，并且要更全面的考慮這個(gè)問題31。具體系統(tǒng)pcb圖如下：課程設(shè)計(jì)仿真調(diào)試采用的是protues仿真軟件，按照原理圖將各器件畫在軟件中。程序編寫采用keil軟件，用c語言編寫32。這里我們設(shè)定環(huán)境溫度為27進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖5-1所示。 圖5-2溫度檢測和顯示的仿真在溫度控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速中，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)采用了三極管驅(qū)動(dòng)的方式。軟件設(shè)定了p2.3端口能夠輸送不一樣的pwm波形，可以經(jīng)由三極管的放大作用來驅(qū)使風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。由于軟件中程序設(shè)置可以依據(jù)溫度的高低輸送有

37、差別的pwm波形。pwm波形的差別可以得到不同的占空比，因此控制風(fēng)扇電機(jī)兩端的電壓就有區(qū)別，達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的。當(dāng)設(shè)定的最低溫度值為20攝氏度，檢測到的環(huán)境溫度為18攝氏度時(shí)，仿真結(jié)果如下圖所示： 圖5-2低于設(shè)定溫度的仿真當(dāng)設(shè)定的最低溫度為20攝氏度，最高溫度為25攝氏度，檢測到的環(huán)境溫度為23攝氏度時(shí)，仿真結(jié)果如下圖所示。 圖5-3處在上下限間的仿真當(dāng)設(shè)定的最高溫度為25攝氏度，檢測到的環(huán)境溫度為28攝氏度時(shí)，仿真結(jié)果如下圖所示。 圖5-4高于設(shè)定溫度的仿真結(jié)論本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)我們采用的是以單片機(jī)作為核心，主要用來對外界環(huán)境溫度信號的采集、處理、顯示等功能，選用溫度傳感器ds18b20來作為

38、溫度檢測器件33，達(dá)到了隨著環(huán)境溫度的變化相應(yīng)的做出調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的動(dòng)作。通過設(shè)置按鍵模塊可以有用戶自定義的設(shè)置更改上下限的溫度值。采用led數(shù)碼管可以使得監(jiān)測所得的環(huán)境溫度和用戶所定義的溫度值能夠簡單明了清楚地顯示出來。電機(jī)的調(diào)速是將溫度的上下限值與所檢測到的環(huán)境溫度相比較，得到不同的占空比。占空比的大小代表著向風(fēng)扇電機(jī)輸入端能提供電壓的大小，因而能調(diào)節(jié)風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速。本設(shè)計(jì)中的溫度控制系統(tǒng)適用性強(qiáng)，可開發(fā)性高，而且成本低廉可大量的應(yīng)用到生活中電機(jī)的控制系統(tǒng)中，對電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，可以滿足日常的生產(chǎn)生活的需要。在日常生活中，該系統(tǒng)可以用來控制風(fēng)扇，達(dá)到家居智能化，其設(shè)計(jì)方便可以應(yīng)用于各種生活場景

39、中，給生活提供了極大的便利。在工業(yè)生產(chǎn)中，溫控風(fēng)扇應(yīng)用更加的廣泛，風(fēng)扇相比其他散熱方式具有更好的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。因此，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。致謝幾經(jīng)周折，畢業(yè)論文終于寫完，各種辛苦相必只有自己可以體會(huì)。論文雖然暫告一段落，但吃水不忘挖井人，在我論文寫作過程中給予我?guī)椭母魑唬覍δ銈兊亩髑闆]齒難忘。首先是呂中志老師，我的論文指導(dǎo)老師。從最開始選題時(shí)的毫無頭緒，到撰寫中期的論文修改，然后是最終的定稿階段，老師都事無巨細(xì)，給我指導(dǎo)建議，達(dá)到論文的框架體系，小到論文的字詞句段，甚至是一個(gè)標(biāo)點(diǎn)，呂老師全都耐心幫我審閱校正。有了老師的幫助，我才能克服其中遇到的諸多困難，再次向呂老師表達(dá)誠摯的

40、感謝。其次要感謝我的同窗以及圖書館的各位工作人員。因?yàn)檎撐淖珜戨y度較大，而且涉及的資料繁多，加之一些格式校對等細(xì)節(jié)問題，讓我焦頭爛額。但我同學(xué)以及室友都在其中向我提供過不同程度的幫助，同窗之誼將永記心間。還有就是圖書館各位老師，在我查找資料環(huán)節(jié)給我提供了很多幫助，在此一并謝過，希望他們在未來生活幸福。再次是我的父母。他們生我養(yǎng)我，在我的求學(xué)之路上一直充當(dāng)著堅(jiān)實(shí)的后盾，讓我心無旁騖，潛心學(xué)習(xí)，這也才有了大家所看到的這篇論文。父母恩情終身難保。紙短情長，在黑龍江科技大學(xué)度過的這幾年遇到太多可敬可愛的人，希望大家未來一路坦途！參考文獻(xiàn)1高海生.單片機(jī)及應(yīng)用技術(shù)大全m.成都：西南交通大學(xué)出版社.200

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