畢業(yè)設(shè)計（論文）基于單片機(jī)的智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)

1、第1節(jié) 引 言21.1 智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)概述 21.2 本設(shè)計任務(wù)和主要內(nèi)容 2第2節(jié) 方案論證 42.1 溫度傳感器的選用42.2 控制核心的選擇4 2.3 顯示電路的選擇 5第3節(jié) 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計 63.1 數(shù)字溫度傳感器模塊設(shè)計63.2 電機(jī)調(diào)速與控制模塊設(shè)計63.3 電機(jī)調(diào)速模塊設(shè)計93.4 溫度顯示與控制模塊設(shè)計123.5 鍵盤模塊設(shè)計14第4節(jié) 程序設(shè)計與仿真 164.1 數(shù)字溫度傳感器模塊程序設(shè)計164.2 顯示模塊程序流程194.3 電機(jī)調(diào)速與萬年歷程序流程234.4 按鍵總控制流程264.5 主程序38第5節(jié) 成品調(diào)試 38 5.1 靜態(tài)測試385.2 聯(lián)機(jī)調(diào)試38結(jié)

2、 束 語 39參考文獻(xiàn) 41基于單片機(jī)的智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)第1節(jié) 引 言 電風(fēng)扇曾一度被認(rèn)為是空調(diào)產(chǎn)品沖擊下的淘汰品，其實(shí)并非如此，市場人士稱，家用電風(fēng)扇并沒有隨著空調(diào)的普及而淡出市場，近兩年反而出現(xiàn)了市場銷售復(fù)蘇的態(tài)勢。其主要原因：一是風(fēng)扇和空調(diào)的降溫效果不同空調(diào)有強(qiáng)大的制冷功能，可以快速有效地降低環(huán)境溫度，但電風(fēng)扇的風(fēng)更溫和，更加適合老人兒童和體質(zhì)較弱的人使用；二是電風(fēng)扇有價格優(yōu)勢，價格低廉而且相對省電，安裝和使用都非常簡單。盡管電風(fēng)扇有其市場優(yōu)勢，但傳統(tǒng)電風(fēng)扇還是有許多地方應(yīng)當(dāng)進(jìn)行改良的，最突出的缺點(diǎn)是它不能根據(jù)溫度的變化適時調(diào)節(jié)風(fēng)力大小，對于夜間溫差大的地區(qū)，人們在夏夜使用電風(fēng)扇時可能

3、遇到這樣的問題：當(dāng)凌晨降溫的時候電風(fēng)扇依然在工作，可是人們因?yàn)槭焖鵁o法察覺，既浪費(fèi)電資源又容易引起感冒，傳統(tǒng)的機(jī)械定時器雖然能夠控制電風(fēng)扇在工作一定后關(guān)閉，但定時范圍有限，且無法對溫度變化靈活處理。鑒于以上方面的考慮，我們需要設(shè)計一種智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)來解決這些問題。1.1 智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)概述 傳統(tǒng)電風(fēng)扇是220v交流電供電，電機(jī)轉(zhuǎn)速分為幾個檔位，通過人為調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到改變風(fēng)力大小的目的，亦即，每次風(fēng)力改變，必然有人參與操作，這樣勢必帶來諸多不便。本設(shè)計中的智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)，是指將電風(fēng)扇的電機(jī)轉(zhuǎn)速作為被控制量，由單片機(jī)分析采集到的數(shù)字溫度信號，再通過可控硅對風(fēng)扇電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。從而達(dá)到

4、無須人為控制便可自動調(diào)整風(fēng)力大小的效果。1.2 設(shè)計任務(wù)和主要內(nèi)容本設(shè)計以stc89c51單片機(jī)為核心，通過溫度傳感器對環(huán)境溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，從而建立一個控制系統(tǒng)，使電風(fēng)扇隨溫度的變化而自動變換檔位，實(shí)現(xiàn)“溫度高，風(fēng)力大，溫度低，風(fēng)力弱”的性能。另外，通過鍵盤控制面板，用戶可以在一定范圍內(nèi)設(shè)置電風(fēng)扇的最低工作溫度，當(dāng)溫度低于所設(shè)置溫度時，電風(fēng)扇將自動關(guān)閉，當(dāng)高于此溫度時電風(fēng)扇又將重新啟動。本設(shè)計主要內(nèi)容如下： 風(fēng)速設(shè)為從高到低5個檔位，可由用戶通過鍵盤手動設(shè)定。 當(dāng)溫度每降低2則電風(fēng)扇風(fēng)速自動下降一個檔位。 當(dāng)溫度每升高2則電風(fēng)扇風(fēng)速自動上升一個檔位。 用戶可設(shè)定電風(fēng)扇最低工作溫度，當(dāng)?shù)陀谠摐?/p>

5、度時，電風(fēng)扇自動停轉(zhuǎn)。第二節(jié) 方案論證 本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的溫度控制，需要有較高的溫度變化分辨率和穩(wěn)定可靠的換檔停機(jī)控制部件。2.1 溫度傳感器的選用 溫度傳感器可由以下幾種方案可供選擇: 方案一:選用熱敏電阻作為感測溫度的核心元件，通過運(yùn)算放大器放大山于溫度變化引起熱敏電阻電阻的變化、進(jìn)而導(dǎo)至的輸出電壓變化的微弱電壓變化信號，再用ad轉(zhuǎn)換芯片adc0809將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸入單片機(jī)處理。 方案二:采用熱電偶作為感測溫度的核心元件，配合橋式電路，運(yùn)算放大電路和ad轉(zhuǎn)換電路，將溫度變化信號送入單片機(jī)處理。 方案三:采用數(shù)字式集成溫度傳感器 ds18b20作為感測溫度的核心元件，直接輸出數(shù)字溫

6、度信號供單片機(jī)處理 對于方案一，采用熱敏電阻有價格便宜、元件易購的優(yōu)點(diǎn)，但熱敏電阻對溫度的細(xì)微變化不敏感，在信號采集、放大、轉(zhuǎn)換過程中還會產(chǎn)生失真和誤差，并且由于熱敏電阻的r-t關(guān)系的非線性，其本身電阻對溫度的變化存在較大誤差，雖然可以通過一定電路予以糾正，但不僅將使電路復(fù)雜穩(wěn)定性降低，而且在人體所處溫度環(huán)境溫度變化中難以檢測到小的溫度變化。故該方案不適合本系統(tǒng)。 對于方案二，采用熱電偶和橋式測量電路相對于熱敏電阻其對溫度的敏感性和器件的非線性誤差都有較大提高，其測溫范圍也非常寬，從一50攝氏度到1600攝氏度均可測量。但是依然存在電路復(fù)雜，對溫度敏感性達(dá)不到本系統(tǒng)要求的標(biāo)準(zhǔn)，故不采用該方案。

7、 對于方案三，山于數(shù)字式集成溫度傳感器ds18b20的高度集成化，大大降低了外接放大轉(zhuǎn)換等電路的誤差因素，溫度誤差很小，并且由于其感測溫度的原理與上述兩種方案的原理有著本質(zhì)的不同，使得其溫度分辨力極高。溫度值在器刊內(nèi)部轉(zhuǎn)換成數(shù)字量直接輸出，簡化了系統(tǒng)程序設(shè)計，又由于該傳感器采用先進(jìn)的單總線技術(shù)(1-wr工e),與單片機(jī)的接口變的非常簡潔，抗干擾能力強(qiáng)。關(guān)于ds18b20的詳細(xì)參數(shù)參看下面“硬件設(shè)計”中的器件介紹.2.2 控制核心的選擇 方案一:采用電壓比較電路作為控制部件。溫度傳感器采用熱敏電阻或熱電偶等，溫度信號轉(zhuǎn)為電信號并放大，山集成運(yùn)放組成的比較電路判決控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，當(dāng)高于或低于某值時將

8、風(fēng)扇切換到相應(yīng)檔位。 方案二:采用單片機(jī)作為控制核心。以軟件編程的方法進(jìn)行溫度判斷，并在端口輸出控制信號。 對于方案一，采用電壓比較電路具有電路簡單、易于實(shí)現(xiàn)，以及無需編寫軟件程序的特點(diǎn)，但控制方式過于單一，不能自由設(shè)置上下限動作溫度，無法滿足不同用戶以及不同環(huán)境下的多種動作溫度要求，故不在本系統(tǒng)中采用。 對于方案二，以單片機(jī)作為控制器，通過編寫程序不但能將傳感器感測到的溫度通過顯示電路顯示出來，而且用戶能通過鍵盤接口，自由設(shè)置上下限動作溫度值，滿足全方位的需求.并且通過程序判斷溫度具有極高的精準(zhǔn)度，能精確把握環(huán)境in度的微小變化。故本系統(tǒng)采用方案二2.3 顯示電路 方案一:采用五位共陽數(shù)碼管

9、顯示溫度，動態(tài)掃描顯示方式. 方案二:采用液晶顯示屏lcd顯示溫度 對于方案一，該方案成本低廉，顯示溫度明確醒目，在夜間也能看見，功耗極低，顯示驅(qū)動程序的編寫也相對簡單，這種顯示方式得到廣泛應(yīng)用。不足的地方是掃描顯示方式是使五個led逐個點(diǎn)亮，因此會有閃爍，但是人眼的視覺暫留時間為20m8，當(dāng)數(shù)碼管掃描周期小于這個時間時人眼將感覺不到閃爍，因此可以通過增大掃描頻率來消除閃爍感。 對于方案二，液晶體顯示屏具有顯示字符優(yōu)美，不但能顯示數(shù)字還能顯示字符甚至圖形的優(yōu)點(diǎn)，這是led數(shù)碼管無法比擬的。但是液晶顯示模塊價格昂貴，驅(qū)動程序復(fù)雜，從硬件電路復(fù)雜性原則考慮，本系統(tǒng)采用方案二。第三節(jié) 系統(tǒng)主要硬件電

10、路設(shè)計 3.1 總體硬件設(shè)計系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖3-1所示鍵盤輸入溫度顯示單片機(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)原理框圖 對于單片機(jī)中央處理系統(tǒng)的方案設(shè)計，根據(jù)要求，我們可以選用stc89c51單片機(jī)作為中央處理器。作為整個控制系統(tǒng)的核心，stc89c51內(nèi)部已包含了定時器、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器等硬件，其硬件能符合整個控制系統(tǒng)的要求，不需要外接其他存儲器芯片和定時器件，方便地構(gòu)成一個最小系統(tǒng)。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，抗干擾能力強(qiáng)，性價比高。是比較合適的方案3.2 數(shù)字溫度傳感器模塊設(shè)計3.2.1 ds18b20單線數(shù)字溫度傳感器簡介 ds18820單線數(shù)字溫度傳感器是dallas半導(dǎo)

11、體公司開發(fā)的世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。它具有3引腳to-92小體積封裝形式。溫度測量范圍為一55c+125c，可編程為9位12位a/d轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(dá)0. 06250c.被測溫度用符號擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出.工作電壓支持3v-一一5. 5v的電壓范圍，既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生。ds18b20還支持“一線總線”接口，多個ds18b20可以并聯(lián)到3根或2根線上，cpu只需一根端口線就能與諸多ds18b20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路.ds18820內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由4部分組成:64位rom,溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)

12、器th和tl,配置寄存器。其管腳排列如圖2所示，dq為數(shù)字信號端，cnil為電源地，vdd為電源輸入端口。 圖3.1 ds18b20內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖3.2 ds18b20外形與管腳溫度傳感器也可以選用lm324a的運(yùn)算放大器，將其設(shè)計成比例控制調(diào)節(jié)器，輸出電壓與熱敏電阻的阻值成正比，但這種方案需要多次檢測后方可使采樣精確，過于煩瑣。所以我采用更為優(yōu)秀的ds18b20數(shù)字溫度傳感器，它可以直接將模擬溫度信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，降低了電路的復(fù)雜程度，提高了電路的運(yùn)行質(zhì)量。3.2.2 溫度傳感器模塊組成本模塊以ds18b20作為溫度傳感器，stc89c51作為處理器，配以溫度顯示作為溫度控制輸出單元。整個系

13、統(tǒng)力求結(jié)構(gòu)簡單，功能完善。電路圖如圖3.3所示。 圖3.3 溫度傳感器模塊ds18b20進(jìn)行現(xiàn)場溫度測量，將測量數(shù)據(jù)送入stc89c51的p3.3口，經(jīng)過單片機(jī)處理后顯示溫度值，并與設(shè)定溫度值的上下限值比較，若高于設(shè)定上限值或低于設(shè)定下限值則控制電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整。3.2.3 ds18b20的溫度處理方法ds18b20直接將測量溫度值轉(zhuǎn)化為數(shù)字量提交給單片機(jī)，工作時必須嚴(yán)格遵守單總線器件的工作時序。溫度值/ 數(shù)字輸出（二進(jìn)制） 數(shù)字輸出（十六進(jìn)制） +85 0000 0101 0101 0000 0550h +25.625 0000 0001 1001 0001 0191h +10.125 00

14、00 0000 1010 0010 00a2h+0.5 0000 0000 0000 1000 0008h 0 0000 0000 0000 0000 0000h-0.5 1111 1111 1111 1000 fff8h -10.125 1111 1111 0110 1110 ff5eh -25.625 1111 1111 0110 1111 ff6fh -55 1111 1100 1001 0000 fc90h表2-1 部分溫度值與ds18b20輸出的數(shù)字量對照表 3.3 電機(jī)調(diào)速與控制模塊設(shè)計電機(jī)調(diào)速是整個控制系統(tǒng)中的一個重要的方面。通過控制l298來調(diào)節(jié)pwm輸出，使輸出端電壓發(fā)生改變

15、，從而使施加在電風(fēng)扇的輸入電壓發(fā)生改變，以調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)各檔位風(fēng)速的調(diào)速。3.3.1 l298芯片介紹l298驅(qū)動芯片是sgs公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動電路。是一種二相和四相電機(jī)的專用驅(qū)動器，即內(nèi)包含二個h橋的高壓大電六雙全橋式驅(qū)動器，接收標(biāo)準(zhǔn)ttl邏輯電平信號，可驅(qū)動46v、2a以下的電機(jī)。實(shí)物圖如圖3.1所示。圖3.1 實(shí)物圖圖3.2 管腳圖l298有兩路電源分別為邏輯電源6v和動力電源12v，ena、enb直接接入5v電源使電機(jī)進(jìn)入使能狀態(tài)，in1和in2用來控制電路的邏輯功能狀態(tài)。由于使用的電機(jī)是線圈式，在從運(yùn)行狀態(tài)突然轉(zhuǎn)到停止?fàn)顟B(tài)和從順時狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換到逆時針狀態(tài)時會形成

16、很大的方向電流，在電路中加入二極管就是在產(chǎn)生方向電流的時候進(jìn)行泄流，保護(hù)芯片的安全。下圖為l298的邏輯功能狀態(tài)。3.3.2 電機(jī)調(diào)速原理我們采用的是pwm來實(shí)現(xiàn)直流電動機(jī)的調(diào)速，優(yōu)點(diǎn)：控制原理簡單，輸出波動小，線性好，對鄰近電路干擾小。缺點(diǎn)是：功率低，散熱問題嚴(yán)重。電動機(jī)的電驅(qū)繞組兩端的電壓平均值u為：u=(t1*u)/(t1+t2)=(t1*u)/t=d*u式中d為占空比，d=t/t。占空比d表示了在一個周期t里開關(guān)管導(dǎo)通的時間與周期的比值。d的變化范圍為0=d0;i-)dq = 0; / 給脈沖信號dat=1;dq = 1; / 給脈沖信號if(dq)dat|=0x80;delay(10

17、);return(dat);/*寫一個字節(jié) */wchar(unsigned char dat)unsigned char i=0;for (i=8; i0; i-) dq = 0; dq = dat&0x01; delay(10); dq = 1; dat=1;/*讀取溫度*/readtemp(void)unsigned char a=0;unsigned char b=0;unsigned int t=0;init_ds18b20();wchar(0xcc); / 跳過讀序號列號的操作wchar(0x44); / 啟動溫度轉(zhuǎn)換delay(100);init_ds18b20();wchar(

18、0xcc); /跳過讀序號列號的操作wchar(0xbe); /（讀取溫度寄存器） 前兩個就是溫度a=rchar(); /低八位b=rchar(); /高八位t = (b*256+a)*25; /傳感器返回值除16得實(shí)際溫度值/為了得到2位小數(shù)位，先乘100，再除1 6 (先乘以25再除以4）return( t 2 );#endif4.2 顯示模塊程序流程4.2.4 程序如下（以下程序?yàn)橐粋€lcd1602.h的程序包）：#ifndef _ _h_#define _lcd1602_h_ #define lcd_db p0sbit lcd_rs=p20;/命令數(shù)據(jù)端口sbit lcd_rw=p21

19、;/讀寫控制端口sbit lcd_e=p22;/使能端口/*定義函數(shù)*/void lcd_init(void);/初始化函數(shù)void lcd_write_command(unsigned char command);/寫指令函數(shù)aovoid lcd_write_data(unsigned char dat);/寫數(shù)據(jù)函數(shù)void lcd_disp_char(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char dat);/在某個屏幕位置上顯示一個字符,x（0-16),y(1-2)void delay_n40us(unsigned int n);/延時函數(shù)/

20、*初始化函數(shù)*/void lcd_init(void) lcd_write_command(0x01);/清除屏幕顯示delay_n40us(100);/實(shí)踐證明，我的lcd1602上，用for循環(huán)100次就能可靠完成清屏指令。lcd_write_command(0x38);/設(shè)置8位格式，2行，5x7lcd_write_command(0x0c);/整體顯示，關(guān)光標(biāo)，不閃爍lcd_write_command(0x06);/設(shè)定輸入方式，增量不移位/*寫指令函數(shù)*void lcd_write_command(unsigned char dat)lcd_db=dat;lcd_rs=0;/指令lc

21、d_rw=0;/寫入lcd_e=1;/允許lcd_e=0;delay_n40us(2);/實(shí)踐證明，我的lcd1602上，用for循環(huán)2次就能完成普通寫指令。/*寫數(shù)據(jù)函數(shù)*void lcd_write_data(unsigned char dat)lcd_db=dat;lcd_rs=1;/數(shù)據(jù)lcd_rw=0;/寫入lcd_e=1;/允許lcd_e=0;delay_n40us(2);/*顯示一個字符函數(shù)*void lcd_disp_char(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char dat)unsigned char address;if(y

22、=1)address=0x80+x;elseaddress=0xc0+x;lcd_write_command(address);lcd_write_data(dat);/*延時函數(shù)*void delay_n40us(unsigned int n) unsigned int i; unsigned char j; for(i=n;i0;i-) for(j=0;j=80) m_second_1=0;second+;if(second=1) change=1;if(second=60)second=0;g_minute+;if(g_minute=10) s_minute+;g_minute=0; i

23、f(s_minute=6) g_hour+;s_minute=0;g_minute=0;if(g_hour=10) s_hour+;g_hour=0;if(s_hour=2)&(g_hour=4) g_day+;g_hour=0;s_hour=0;if(g_day=10) s_day+;g_day=0;if(s_day=3)&(g_day=1) g_mouth+;g_day=0;s_day=0;if(g_mouth=10) s_mouth+;g_mouth=0;if(s_mouth=1)&(g_mouth=3) g_year+;g_mouth=0;s_mouth=0;if(g_year=10)

24、 s_year+;g_year=0;if(s_year=2)&(g_year=0) s_year=0;g_year=0;#endif注：程序中還包含一個萬年歷程序。（2）、以下程序?yàn)閠ime00.h的程序包#ifndef _time00_h_#define _time00_h_void t0() interrupt 3tr1=0;th1 = (65535-1)/255;tl1 = (65535-1 )%255;tr1=1;if(temp0temp) fl=0;vo1=0;pwm=0;else m_second+;if(m_second=vo2) fl=1;vo1=0; pwm=1; else

25、if(m_second=vo3) fl=0;vo1=0;m_second=0;pwm=1;#endif注：通過vo2、vo3的值來控制pwm輸出。4.4 按鍵總控制流程以下程序?yàn)閗ey.h的程序包#ifndef _key_h_#define _key_h_unsigned int tmp;unsigned char temp,temp0,s_tmp_s=1,g_tmp_s=8;sbit keym_d=p27;sbit keym_a=p26;sbit pwm= p12;sbit keya=p23;sbit f1= p10;sbit key_9=p25;sbit key_8=p24;unsigne

26、d char i=0;unsigned char wu=1,vo2,vo3;bit change;unsigned char g_hour=0,s_hour=1,g_minute=0,s_minute=3,second,g_day=0,s_day=2,s_mouth=0,g_mouth=6,g_year=1,s_year=1,modle=0;/sbit vo1=p11;unsigned char str_temp03=0,0,0;unsigned char str_temp5=0,0,0,0,0;unsigned char str_modle2=0,0;unsigned char str_da

27、te9=0,0,/,0,0,/,0,0,0;unsigned char str_time9=0,0,:,0,0,:,0,0,0;/用于裝載要在lcd上顯示的時間的ascall碼unsigned char code table = 0,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,0; void delayxus(int x) unsigned char j; while (x- ) for(j =0; j=0)&(temp-temp0)=4)&(temp-temp0)=8)vo2=1;vo3=10; if(temp=11)i=0; else tmp = tablei;if(tmp!=0xff) g_

28、minute=tmp; else if(key_8=0) i-; if(i=7)i=0; tmp = tablei; tmp&=0x0f; s_minute=tmp; else if(key_8=0) i-; if(i=11)i=0; tmp = tablei; tmp&=0x0f; g_hour=tmp; tmp= 255-(1tmp); else if(key_8=0) i-; if(i=0)i=11; tmp = tablei; tmp&=0x0f; g_hour=tmp; tmp= 255-(1=4)i=0; tmp = tablei; tmp&=0x0f; s_hour=tmp; tmp= 255-(1tmp); else if(key_8=0) i-; if(i=0)i=4; tmp = tablei; tmp&=0x0f; s_hour=tmp; tmp= 255-(1=11)i=0; tmp = tablei; tmp&=0x0f; g_day=tmp; tmp= 255-(1tmp); else if(key_8=0) i-; if(i=0)i=11; tmp = tablei; tmp&=0x0f; g_day=tmp; tmp= 255-(1=5)i=0; tmp = tablei; tmp&=0x0f; s_d