智能溫控風扇地設計

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上綜合實驗報告實驗題目： 智能溫控風扇 學生班級: 電子14-2 學生姓名: 學生學號： 38 指導教師： 實驗時間: 2016-9-15 智能溫控風扇的設計摘 要基于檢測技術和單片機控制技術，設計了一種智能溫控調速風扇。闡述了智能溫控調速風扇的工作原理、硬件設計、軟件實現的過程。系統(tǒng)原理簡單，工作穩(wěn)定，成本低，具有一定的節(jié)能效果。通過單片機的控制我們實現了電風扇的主要功能：當按下開關鍵時，系統(tǒng)初始化默認的設定溫度為25度，如果外界溫度高于設定溫度電風扇進行運轉，如果外界溫度高于低于設定溫度則風頁不轉動，同時顯示外界的溫度?？梢栽O置所需的溫度，并同時顯示所設定的溫度，同

2、時按加減鍵退出設定功能。電風扇的自動控制，讓電風扇這一家用電器變的更智能化?？朔似胀婏L扇無法根據外界溫度自動調節(jié)轉速困難。智能電風扇的設計具有重要的現實意義。關鍵詞 AT89C52/溫度傳感器/直流電機/模擬風扇專心-專注-專業(yè)1.1 引言生活中，我們經常會使用一些與溫度有關的設備。比如，現在雖然不少城市家庭用上了空調，但在占中國大部分人口的農村地區(qū)依舊使用電風扇作為降溫防暑設備，春夏（夏秋）交替時節(jié)，白天溫度依舊很高，電風扇應高轉速、大風量，使人感到清涼；到了晚上，氣溫降低，當人入睡后，應該逐步減小轉速，以免使人感冒。雖然電風扇都有調節(jié)不同檔位的功能，但必須要人手動換檔，睡著了就無能為力

3、了，而普遍采用的定時器關閉的做法，一方面是定時時間長短有限制，一般是一兩個小時；另一方面可能在一兩個小時后氣溫依舊沒有降低很多，而風扇就關閉了，使人在睡夢中熱醒而不得不起床重新打開風扇，增加定時器時間，非常麻煩，不能兩全其美。為解決上述問題，我們設計了這套溫控自動風扇系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用高精度集成溫度傳感器，用單片機控制，能顯示實時溫度，并根據使用者設定的溫度自動在相應溫度時作出小風、大風、停機動作，精確度高，動作準確。2 整體方案的設計思路2.1 系統(tǒng)整體設計本設計的整體思路是：利用溫度傳感器DS18B20檢測環(huán)境溫度并直接輸出數字溫度信號給單片機AT89C52進行處理，在LED數碼管上顯示當前

4、環(huán)境溫度值以及預設溫度值。其中預設溫度值只能為整數形式，檢測到的當前環(huán)境溫度可精確到小數點后一位。同時采用PWM脈寬調制方式來改變直流風扇電機的轉速。并通過兩個按鍵改變預設溫度值，一個提高預設溫度，另一個降低預設溫度值。系統(tǒng)結構框圖：如圖2-1所示。AT98C52溫度顯示DS18B20復位開關PWM驅動電路直流電動機圖2-1 系統(tǒng)結構框圖2.2 方案論證本設計要實現風扇直流電機的溫度控制，使風扇電機能根據環(huán)境溫度的變化自動啟停及改變轉速，需要比較高的溫度變化分辨率以及穩(wěn)定可靠的換擋停機控制部件。3 主要原件的介紹系統(tǒng)主要器件包括DS18B20溫度傳感器、AT89C52單片機、四位LED共陰數碼

5、管、風扇步進電機。輔助元件包括電阻、電容、晶振、電源、按鍵、開關等。3.1 溫度傳感器3.1.1 溫度傳感器的種類和選擇 目前市場上常用的溫度傳感器有pt100，溫敏電阻，DS18B20等等。本次設計我們采用DS18B20，DS18B20是DALLAS公司生產的一線式數字溫度傳感器它具有以下特點：（1）獨立的單線接口，只需一個接口引腳即可通信；（2）多點能力使分布使分布式溫度檢測應用得以簡化；（3）不需外部元件；（4）可用數據線供電，不需要備用電源；（5）測量范圍從-55攝氏度到+125攝氏度，增值量為0.5攝氏度；（6）以9位數字值方式讀出溫度；（7）在1秒（典型值）內把溫度變?yōu)閿底?；?）

6、用戶可定義的，非易失行的溫度警告設置；（9）告警收索命令識別和尋址溫度在編訂的極限范圍之外的器件；（10）應用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費類產品，溫度計和各種熱敏系統(tǒng)。3.1 DS18B20的工作原理及其單片機的接口電路DS18B20 內部結構如圖3-1所示，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)器TH 和TL、配置寄存器。其管腳排列如圖3-2所示，DQ 為數字信號端，GND 為電源地，VDD 為電源輸入端。 64位ROM和單線接口存儲器和控制器高速緩存寄存器8位CRC生成器溫度靈敏元件低溫觸發(fā)器TL高溫觸發(fā)器HL配置寄存器電源檢測圖3-1 DS18B20內部

7、結構圖圖3-2 DS18B20外形及管腳由于DS18B20只有一根數據線。因此它和主機（單片機）通信是需要串行通信，而AT89S51有兩個串行端口，所以可以不用軟件來模擬實現。經過單線接口訪問DS18B20必須遵循如下協(xié)議：初始化、ROM操作命令、存儲器操作命令和控制操作。要使傳感器工作，一切處理均從序列開始。主機發(fā)送（Tx）-復位脈沖（最短為480s的低電平信號）。接著主機便釋放此線并進入接收方式（Rx）?？偩€經過4.7K的上拉電阻被拉至高電平狀態(tài)。在檢測到I/O引腳上的上升沿之后，DS18B20等待15-60s,并且接著發(fā)送脈沖（60-240s的低電平信號）。然后以存在復位脈沖表示DS18

8、B20已經準備好發(fā)送或接收，然后給出正確的ROM命令和存儲操作命令的數據。DS18B20通過使用時間片來讀出和寫入數據，時間片用于處理數據位和進行何種指定操作的命令。它有寫時間片和讀時間片兩種。寫時間片：當主機把數據線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時，產生寫時間片。有兩種類型的寫時間片：寫1時間片和寫0時間片。所有時間片必須有60微秒的持續(xù)期，在各寫周期之間必須有最短為1微秒的恢復時間。讀時間片：從DS18B20讀數據時，使用讀時間片。當主機把數據線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時產生讀時間片。數據線在邏輯低電平必須保持至少1微秒；來自DS18B20的輸出數據在時間下降沿之后的15微秒內有效。為了讀出

9、從讀時間片開始算起15微秒的狀態(tài)，主機必須停止把引腳驅動拉至低電平。在時間片結束時，I/O引腳經過外部的上拉電阻拉回高電平，所有讀時間片的最短持續(xù)期為60微秒，包括兩個讀周期間至少1s的恢復時間。一旦主機檢測到DS18B20的存在，它便可以發(fā)送一個器件ROM操作命令。所有ROM操作命令均為8位長。圖3-3 DS18B20與單片機接口電路4.1開關復位電路在單片機應用系統(tǒng)中，除單片機本身需要復位以外，外部擴展I/O接口電路也需要復位，因此需要一個包括上電和按鈕復位在內的系統(tǒng)同步復位電路。單片機上的XTAL1和XTAL2用來外接石英晶體和微調電容，即用來連接單片機片內OSC的定時反饋回路。本設計中

10、開關復位與晶振電路如圖4-1所示，當按下按鍵開關S1時，系統(tǒng)復位一次。其中電容C1、C2為20pF，C3為10uF，電阻R2、R3為10k。圖4-1 系統(tǒng)復位電路4.2 數碼管顯示電路本設計制作中選用4位共陰極數碼管作為顯示模塊，它和單片機硬件的接口如圖4-2所示。其中前2位數碼管DS1、DS2用于顯示溫度傳感器實時檢測采集到的溫度，可精確到0.1攝氏度，顯示范圍為099.9攝氏度；后2位數碼管DS3、DS4用于顯示系統(tǒng)設置的初值溫度，只能顯示整數的溫度值，顯示范圍為099攝氏度。4位數碼管的段選a、b、c、d、e、f、g、dp線分別與單片機的P0.0P0.7口連接，其中P0口需接一10K的上

11、拉電阻，以使單片機的P0口能夠輸出高低電平。5位數碼管的位選W1W5分別與單片機的P2.0P2.4口相連接，只要P2.0P2.4中任一位中輸出低電平，則選中與該位相連的數碼管。圖4-2 數碼管顯示電路4.3 溫度采集電路DS18B20數字溫度傳感器通過其內部計數時鐘周期來的作用，實現了特有的溫度測量功能。低溫系數振蕩器輸出的時鐘信號通過由高溫度系數振蕩器產生的門周期而被計數，計數器預先置有與-55相對應的一個基權值。如果計數器計數到0時，高溫度系數振蕩周期還未結束，則表示測量的溫度值高于-55，被預置在-55的溫度寄存器中的值就增加1，然后這個過程不斷重復，直到高溫度系數振蕩周期結束為止。此時

12、溫度寄存器中的值即為被測溫度值，這個值以16位二進制形式存放在存儲器中，通過主機發(fā)送存儲器讀命令可讀出此溫度值，讀取時低位在前，高位在后，依次進行。由于溫度振蕩器的拋物線特性的影響，其內用斜率累加器進行補償與單片機1位I/O線相連，且單片機的1位I/O線可掛接多個DS18B20，就可實現單點或多點溫度檢測在本設計中將DS18B20接在P1.7口實現溫度的采集。其與單片機的連接如圖4-3所示。圖4-3 溫度采集電路4.4 風扇電機驅動與調速電路本設計中由單片機的I/O口輸出PWM脈沖，通過一個達林頓反向驅動器ULN2803驅動12V直流無刷風扇電機以及實現風扇電機速度的調節(jié)。鍵盤控制設置溫度，通

13、過軟件向單片機輸入相應控制指令，由單片機通過P1.7口輸出與轉速相應的PWM脈沖，經過ULN2803驅動風扇直流電機控制電路，實現電機轉速與啟停的自動控制。當環(huán)境溫度升高時，直流電機的轉速會相應按照設定的等級有所提高；當環(huán)境溫度下降時，電機的轉速會相應的下降；當環(huán)境溫度低于設置溫度時，電機停止轉動，而環(huán)境溫度又高于預設溫度時，電機重新啟動。電路如圖4-4所示，風扇電機的一端接12V電源，另一端接ULN2803的OUT7引腳，ULN2803的IN7引腳與單片機的P3.1引腳相連，通過控制單片機的P3.1引腳輸出PWM信號，由此控制風扇直流電機的速度與啟停。圖4-4 風扇電機驅動與調速電路系統(tǒng)選用

14、的風扇電機為12V直流無刷電機，單達林頓反向驅動器ULN2803輸入TTL信號為5V或CMOS信號為615V時，輸出的最大電壓為50V，最大電流為500mA，工作溫度范圍為070。本系統(tǒng)中單片機I/O口輸出的TTL信號為5V，因此此風扇電機可以用ULN2803來驅動。5 軟件設計主程序流程圖如5-1所示：開始系統(tǒng)初始化是否超過系統(tǒng)設定溫度風扇運行是否加減鍵同時按下進入系統(tǒng)設定加減鍵是否同時按下退出設定否加速減速是否是否是圖5-1 主程序流程圖通過單片機模塊檢測溫度采集模塊采集到的溫度并作出相應處理，當溫度高于25時，風扇電路導通，風扇轉動并隨溫度改變轉速。當溫度低于25時，風扇電路不通電，風扇

15、不轉。實現風扇自動停止并隨溫度變化自動調速，同時顯示當前溫度。程序實現的功能是上電復位時檢測溫度傳感器DS18B20是否存在或它工作是否正常,當不存在或工作不正常時從蜂鳴器發(fā)出報警聲,提示用戶檢查DS18B20,安裝或者更換。這部分功能由DS18B20復位與檢測子程序RESET完成。當檢測到傳感器工作正常后，發(fā)出溫度轉換命令及讀取溫度值命令，將從DS18B20讀取的二進制溫度值轉換為七段碼在LED上顯示出來。顯示功能由溫度顯示子程序DISP1子程序實現。功能介紹：單片機復位后，進行初始化工作，然后進入按鍵功能模塊，最后完成工作。初始化中，將DS18B20，內部RAM，包括按鍵，默認為控制狀態(tài)，

16、溫度設定為25。加減按鍵同時按下進入溫度設定狀態(tài)，然后按加或減按鍵進行溫度設定，然后再次同時按加減鍵退出。 結束語 經過這次設計，我覺得自己學到了不少東西。歸納起來，主要有以下幾點：（1）大學期間主要是學習基礎理論知識，并未真正地去應用和實踐。但是經過這次畢業(yè)設計，我接觸到了更多平時沒有接觸到的儀器設備、元器件以及相關的使用調試經驗，發(fā)現了自己很多不足之處。我還體會到了所學理論知識的重要性：知識掌握得越多，設計得就更全面、更順利、更好。（2）能夠從理論設計和工程實踐相結合、鞏固基礎知識與培養(yǎng)創(chuàng)新意識相結合、個人作用和集體協(xié)作相結合等方面全面的培養(yǎng)學生的綜合素質。這些對我在將來的工作和學習當中都

17、會有很大的幫助。（3）學會了怎樣查閱資料和利用工具書。一個人不可能什么都學過，什么都懂，因此，當在設計過程中需要用一些不曾學過的東西時，就要去有針對性地查找資料，然后加以吸收利用，以提高自己的應用能力，而且還能增長自己見識，補充最新的專業(yè)知識。（4）實踐能力得到了進一步提高，在調試過程中積累了一些經驗。附錄1：電路總圖 附 錄3：源程序#include<reg52.h>#define ui unsigned int#define uc unsigned charsbit DQ=P16;sbit k=P10;sbit led=P14;uc code bmb=0xc0,0xf9,0xa

18、4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;uc wd,fuhao,ds,a,b,g,b1,f,kg;ui xshu;void xy(ui z)ui x;for(x=z;x>0;x-);void chu_shi() DQ = 1; xy(16); DQ = 0; xy(140); DQ = 1; xy(100);void fa_song(uc f) uc i; for (i=8; i>0; i-) DQ = 0;DQ = 0;DQ = 0;DQ = 0;DQ = 0;DQ = 0;DQ = 0;DQ = 0;DQ = 0;DQ = 0;xy(1);DQ

19、 =f&0x01;xy(8);DQ = 1;f=f>>1; uc jie_shou()uc i,b;for (i=8;i>0;i-) b=b>>1;DQ = 0;DQ = 1; xy(1);if(DQ=1)b=b|0x80;else b=b|0x00;xy(8); return b;void xianshi()b=wd/100;a=wd%100/10;g=wd%10;f=xshu/1000;if(fuhao=0)if(b!=0)P2=0x01;P0=bmbb;xy(200);P2=0x00;P0=0xff;xy(30);P2=0x04;P0=bmba;xy

20、(200);P2=0x00;P0=0xff;xy(30);elseif(a!=0)P2=0x04;P0=bmba;xy(200);P2=0x00;P0=0xff;xy(30);P2=0x10;P0=bmbg&0x7f;xy(200);P2=0x00;P0=0xff;xy(30);P2=0x40;P0=bmbf;xy(200);P2=0x00;P0=0xff;xy(30);if(fuhao=1)P2=0x01;P0=0xbf;xy(200);P2=0x00;P0=0xff;xy(30);if(a!=0)P2=0x04;P0=bmba;xy(200);P2=0x00;P0=0xff;xy(30);P2=0x10;P0=bmbg&0x7f;xy(200);P2=0x00;P0=0xff;xy(30);P2=0x40;P0=bmbf;xy(200);P2=0x00;P0=0xff;xy(30);void wendu()uc w1,w2;chu_shi();fa_song(0xcc);fa_song(0x