本科畢業(yè)論文-智能風(fēng)扇控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 PAGE 2 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）(2015屆)智能風(fēng)扇控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院 系 電子信息工程學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 姓 名 指導(dǎo)教師 2015年4月本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）- PAGE IV -摘 要由于當(dāng)今信息技術(shù)的高速發(fā)展，溫度的測(cè)量與控制系統(tǒng)在工業(yè)和農(nóng)業(yè)以及人們的日?；顒?dòng)中充當(dāng)著一個(gè)日趨重要的角色，它對(duì)我們的日常生活具有諸多的影響，因此溫度的采集以及其控制系統(tǒng)的開發(fā)與研究有十分重要的意義。所以溫度控制現(xiàn)在的社會(huì)中的生產(chǎn)制造對(duì)風(fēng)扇的運(yùn)用以及人們的生活和活動(dòng)中都有應(yīng)用和涉及，比如在大量的工業(yè)生產(chǎn)制造中生產(chǎn)機(jī)械的散熱所需要用到風(fēng)扇、又例如我們?nèi)粘Ｓ玫墓P記本電腦上的CPU風(fēng)扇、家庭日常生活

2、中用的風(fēng)扇等等。伴隨著我們的生活與活動(dòng)中對(duì)溫度需要精確控制的要求不斷的增加，風(fēng)扇的智能控制的應(yīng)用也越發(fā)廣泛，因此一件可以通過自身系統(tǒng)智能的對(duì)溫度變化做出相應(yīng)控制的智能風(fēng)扇控制系統(tǒng)越來越成為發(fā)展的需要。因此從此目的出發(fā)，我該篇論文介紹的主要是一類基于AT89C51單片機(jī)基礎(chǔ)上的風(fēng)扇根據(jù)溫度智能調(diào)控速度的設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)項(xiàng)目以AT89C51單片機(jī)為核心點(diǎn)，運(yùn)用到能及時(shí)并且精確的采集環(huán)境溫度的溫度傳感器電路，同時(shí)采用了雙向晶閘管對(duì)電動(dòng)機(jī)加以無級(jí)調(diào)速，通過將風(fēng)扇的控制中加以智能控制技術(shù)，利用周圍生活或者生產(chǎn)的環(huán)境中的溫度對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行溫度控制。并且可以通過收集到的外部溫度，通過達(dá)林頓反向驅(qū)動(dòng)裝置來驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇電機(jī)

3、轉(zhuǎn)動(dòng)。利用檢測(cè)到的外界溫度與人們一開始系統(tǒng)中設(shè)定溫度來對(duì)風(fēng)扇電機(jī)的啟動(dòng)和停止進(jìn)行智能化得控制，同時(shí)能夠根據(jù)環(huán)境溫度的改變智能的改變風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制要求。同時(shí)我們還運(yùn)用到LED數(shù)碼管對(duì)檢測(cè)到的溫度與設(shè)定的溫度進(jìn)行顯示，更有利于度溫度控制的掌控，以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度的智能控制，并做出相應(yīng)的措施來控制溫度變化。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；DS18B20溫度傳感器； 溫控風(fēng)扇；AbstractDue to the rapid development of modern information technology today, the temperature measurement and contr

4、ol system in industry and agriculture and Peoples Daily activities plays an increasingly important role, it has many effects on our daily life, so the temperature acquisition and control system of its research and development has the very vital significance. So the temperature control fan in todays

5、society in the production and life activities of each people all have a wide range of applications and involve, for example, in most of the industrial production of large production machinery of the cooling fan, and in the system such as everyones laptop on the application of intelligent CPU fan, fa

6、mily daily life with the fan, and so on. Along with our life and activity of requires precise temperature control requirements unceasing increase, the application of intelligent control fan more widely, so one can through to its own system of intelligent control of temperature change accordingly mor

7、e and more become the needs of the development of smart fan control system. Purpose so from now on, I this paper introduces the main is a kind of based on AT89C51 single chip microcomputer based on fan according to the design of the temperature intelligent control speed, the design project is AT89C5

8、1 single chip processor as the emphasis, use the timely and accurate collection and the temperature of the ambient temperature sensor circuit, and adopts the bidirectional thyristor stepless speed regulation of motor, by rotating fan control in intelligent control technology, using life or productio

9、n around the environment temperature for temperature control fan. And can be collected by the environment temperature, after the darlington reverse drive to drive the rotation of the motor. Detected using the environment temperature and the people at the request of the system set the temperature of

10、the fan motor to automatically start and stop the intelligent control, can also according to the ambient temperature changes of intelligent fan speed, in order to realize the control of the temperature requirements. At the same time we also applied to the LED digital tube to detect temperature and s

11、etting temperature shows that better control of temperature control, in order to realize intelligent control of the environment temperature, and make corresponding measures to control the temperature change. Keywords: Microcontrollers; Temperature transducer; Temperature control fan;目 錄摘 要 PAGEREF _

12、Toc357593676 h I HYPERLINK l _Toc357593677 Abstract PAGEREF _Toc357593677 h II HYPERLINK l _Toc357593678 目 錄 PAGEREF _Toc357593676 h I PAGEREF _Toc357593676 h I PAGEREF _Toc357593676 h I TOC o 1-2 u t 標(biāo)題 3,3 1 緒論 PAGEREF _Toc352326904 h 11.1 研究背景 PAGEREF _Toc352326905 h 11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc3523

13、26906 h 11.3 研究目的與意義 PAGEREF _Toc352326907 h 11.4 本章小結(jié)22 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)22.1 設(shè)計(jì)要求22.2 系統(tǒng)方案規(guī)劃22.2.1 硬件設(shè)計(jì)32.2.2 軟件設(shè)計(jì)32.3 本章小結(jié)43 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)43.1系統(tǒng)器件簡(jiǎn)介43.1.1 DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器43.1.2達(dá)林頓電路43.1.3 AT89C52單片機(jī)概況53.1.4 LED數(shù)碼管簡(jiǎn)介63.2 各部分電路設(shè)計(jì)63.2.1開關(guān)復(fù)位與晶振電路63.2.2獨(dú)立鍵盤控制原理73.2.3數(shù)碼管顯示電路73.2.4溫度采集電路83.2.5風(fēng)扇電機(jī)驅(qū)動(dòng)和與之相應(yīng)的調(diào)速電路93.3 本章小結(jié)94

14、 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)94.1程序設(shè)置94.2溫度傳感器模塊104.3電機(jī)調(diào)速與控制子模塊125 系統(tǒng)軟件調(diào)試135.1用Keil C51編寫程序135.2用Proteus進(jìn)行仿真144.5.1 Proteus軟件的使用144.5.1本實(shí)物在Proteus上的仿真155.3本章小結(jié)206 系統(tǒng)硬件調(diào)試206.1實(shí)物的整體結(jié)構(gòu)206.2實(shí)物接入電源調(diào)試206.3實(shí)物設(shè)定預(yù)設(shè)值調(diào)試216.4實(shí)物運(yùn)行工作調(diào)試226.5本章小結(jié)23結(jié)論與展望23致謝24參考文獻(xiàn)25附錄A：系統(tǒng)原理圖26附錄B：系統(tǒng)PCB圖27附錄C：系統(tǒng)源程序28 PAGE 351 緒論1.1 研究背景狀況在現(xiàn)如今的社會(huì)生活中，風(fēng)扇的應(yīng)用是

15、十分廣泛的，它在日常的生活和生產(chǎn)中有著十分重要的作用，例如在工業(yè)生產(chǎn)制造中的生產(chǎn)機(jī)械里的散熱系統(tǒng)中對(duì)風(fēng)扇的運(yùn)用、又比如每個(gè)人的筆記本電腦上的散熱風(fēng)扇、家庭日常生活中用來降溫的電風(fēng)扇等。而在溫度控制方面的不斷進(jìn)步和控制的精準(zhǔn)，所以我們可以將已經(jīng)反向指向通過溫度控制以達(dá)到更精準(zhǔn)的控制技術(shù)來降低風(fēng)扇工作剛才中的噪音和相應(yīng)的無用功帶來的電力資源的浪費(fèi)，溫度控制的風(fēng)扇隨著研究的深入以及科研究所的進(jìn)步，這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)越性將會(huì)被展示出來，可以適用在諸多場(chǎng)合和不同的環(huán)境中，給人們帶來便捷。在現(xiàn)在的研究成果中，溫控風(fēng)扇的研究水平研究達(dá)到了很高的程度了，風(fēng)扇已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)自身通過周圍環(huán)境溫度的改變進(jìn)而智能的進(jìn)行無

16、級(jí)調(diào)速，這是該系統(tǒng)設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的一個(gè)重要要求，簡(jiǎn)單來說就是在外界溫度升到一風(fēng)扇系統(tǒng)設(shè)定的最高值是它將自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)，同樣的當(dāng)外界溫度降到相應(yīng)的設(shè)定最低值時(shí)則自動(dòng)停止風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)，以此來實(shí)現(xiàn)通過溫度對(duì)風(fēng)扇智能化控制。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前風(fēng)扇的發(fā)展趨勢(shì)是節(jié)能、功能多樣化，在外觀和功能上追求個(gè)性化，像電腦控制、自然風(fēng)、睡眠風(fēng)、負(fù)離子功能這些本屬于空調(diào)的功能，也被眾多的風(fēng)扇所使用，甚至還有增加照明、驅(qū)蚊等更多實(shí)用的功能。溫控風(fēng)扇的研究使用很早就開始了，工業(yè)控制中最為普遍，筆記本中也使用的是溫控小風(fēng)扇。目前的溫控風(fēng)扇研究最多的以單片機(jī)或基于FPGA/CPLD為控制核心，由于其運(yùn)行速度快、性能穩(wěn)定、數(shù)

17、字化程度高、精度高、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，對(duì)電器的自動(dòng)控制具有重要的意義和價(jià)值，除此以外還添加了一些其他的技術(shù)功能，使得風(fēng)扇更加人性化，對(duì)風(fēng)扇行業(yè)的發(fā)展大有裨益。1.3 研究目的與意義近幾年，伴隨人們?nèi)粘５纳钜约翱萍妓降奶岣?，家庭使用的電器化產(chǎn)品無論是在功能、樣式等方面不斷完善，并且都向著安全、實(shí)用、節(jié)能、健康、多功能等方面進(jìn)行發(fā)展和研究。同時(shí)電風(fēng)扇因?yàn)槠涞土膬r(jià)格、低耗的用電量，以及其安裝和使用中便利，所以中國(guó)農(nóng)村的大部分地區(qū)以及一些校園里的教師辦公室和宿舍中依舊將電風(fēng)扇作為降溫的工具。但是現(xiàn)如今市場(chǎng)上的電風(fēng)扇大多數(shù)采用的都是全硬件電路的風(fēng)扇，其電路十分復(fù)雜而起且功能非常單一。并且因?yàn)楝F(xiàn)在市場(chǎng)

18、上的電風(fēng)扇，大部分都是手動(dòng)控制機(jī)械旋鈕來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和定時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生沒有人時(shí)風(fēng)扇依然工作運(yùn)轉(zhuǎn)，溫度已經(jīng)很低了仍然在工作。因此，我們目的在于開發(fā)，設(shè)計(jì)一個(gè)新型的具有人體紅外和溫度傳感系統(tǒng)來檢測(cè)室內(nèi)有無人員以及室內(nèi)溫度。然后通過程序，與傳感器來自動(dòng)控制電風(fēng)扇工作與停止，以及工作時(shí)轉(zhuǎn)速的大小。從而達(dá)到我們所預(yù)期的智能控制和節(jié)能環(huán)保的目的。1.4 本章小結(jié)由于單片機(jī)的便捷，智能，高效，操作簡(jiǎn)便，使得其更容易被人們接受使用，所以就有許多以單片機(jī)作為核心控制來實(shí)現(xiàn)溫度控制的系統(tǒng)也隨之產(chǎn)生，例如通過單片機(jī)為核心實(shí)現(xiàn)的通過溫度控制電機(jī)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)控制電機(jī)的自動(dòng)啟動(dòng)和停止是通過對(duì)外界溫度改變感應(yīng)到的信號(hào)來實(shí)現(xiàn)控

19、制的，并且可以使得風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速根據(jù)環(huán)境溫度的變化而進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，這樣就可以實(shí)現(xiàn)通過溫度對(duì)風(fēng)扇的智能化控制。該研究和開發(fā)可以為人們的生活以及生產(chǎn)帶來了更多便捷之處，使得我們不僅可以提高人們的生活品質(zhì)、生產(chǎn)效益的同時(shí)還能為節(jié)能減排保護(hù)環(huán)境做出貢獻(xiàn)。2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)要求本實(shí)物的設(shè)計(jì)采用了AT89C52單片機(jī)作為智能風(fēng)扇的控制器，利用DS18B20溫度傳感器作為該設(shè)計(jì)的溫度采集元件，同時(shí)利用達(dá)林頓反向驅(qū)動(dòng)器ULN2803來驅(qū)使風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)我們檢測(cè)到的外界溫度以及根據(jù)我們所需要而設(shè)定的溫度都可以直接顯示在數(shù)碼管上。系統(tǒng)通過檢測(cè)到外界溫度與系統(tǒng)預(yù)設(shè)溫度的差別，來達(dá)到對(duì)電機(jī)的啟動(dòng)停止以及

20、轉(zhuǎn)速大小的智能控制。2.2 系統(tǒng)方案規(guī)劃本實(shí)物的總體方案和規(guī)劃是：通過DS18B20溫度傳感器對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行檢測(cè)并且將相應(yīng)的溫度信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字溫度信號(hào)傳輸給AT89C52單片機(jī)進(jìn)行溫度間差別的比對(duì)，同時(shí)也將外界溫度和設(shè)定溫度顯示在數(shù)碼管上。其中設(shè)定的溫度數(shù)值大小是以整數(shù)形式顯示出來的，實(shí)時(shí)外界溫度的溫度大小顯示上精確到一位小數(shù)。并且該設(shè)計(jì)產(chǎn)品通過PWM脈寬調(diào)制方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)直流風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速加以控制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下：圖2.1系統(tǒng)構(gòu)成框圖2.2.1 硬件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)實(shí)物需要使用到的器件有AT89C52單片機(jī)、DS18B20溫度傳感器、LED共陰數(shù)碼管、達(dá)林頓反向驅(qū)動(dòng)器、直流電機(jī)。其他小的元器件有：

21、電源，晶振，按鍵，撥碼開關(guān)，電阻和電容等。2.2.2 軟軟件的程序設(shè)計(jì)主要包涵：主程序設(shè)計(jì)，DS18B20的初始化函數(shù)和溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)以及溫度讀取函數(shù)，還有鍵盤掃描的函數(shù)，數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)函數(shù)和溫度處理函數(shù)以及對(duì)電機(jī)控制的函數(shù)。DS18B20初始化函數(shù)的作用是對(duì)溫度傳感器做出初始化的實(shí)現(xiàn)；DS18B20溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)是實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集；溫度讀取函數(shù)是主機(jī)對(duì)溫度傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的讀取以及換算，鍵盤掃描函數(shù)則是實(shí)現(xiàn)對(duì)初值的加減設(shè)定；溫度處理函數(shù)對(duì)檢測(cè)到的實(shí)時(shí)溫度進(jìn)行分析處理解析，給電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化提供信息；風(fēng)扇電機(jī)控制函數(shù)則是通過溫度數(shù)值對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速和啟停的進(jìn)行控制。2.3 本章小結(jié)本研究產(chǎn)品是

22、要達(dá)到實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇直流電機(jī)的溫度控制的要求，將風(fēng)扇電機(jī)改造成能夠根據(jù)環(huán)境溫度的實(shí)時(shí)變化情況去實(shí)現(xiàn)啟停及改變轉(zhuǎn)速的自動(dòng)控制，因此我們需要讓這樣的風(fēng)扇達(dá)到一個(gè)較高的溫度變化分辨率和穩(wěn)定可靠的風(fēng)扇換擋以及停機(jī)控制器件。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)器件簡(jiǎn)介3.1.1 DS18B20數(shù)字溫度傳感器我們?cè)撛O(shè)計(jì)中用到的溫度傳感器是我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常使用的DS18B20溫度傳感器，該擁有體積小，器件成本低，抗干擾能力強(qiáng)，精度高，接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場(chǎng)合等優(yōu)勢(shì)，因此被選作作為這次溫控風(fēng)扇的溫度傳感器，并且也十分適合運(yùn)用到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中。DS18B20主要特征有：第一：其適用的電壓范圍非常廣泛，電壓的范圍在：3.

23、05.5V，并且在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。第二：其有著獨(dú)特的接口方式，該溫度傳感器在與微處理器連接時(shí)只需要一條線即可完成微處理器與其的雙向通訊。第三：它可以支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，因此可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)溫度傳感器并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫。第四：它在使用中不需要其他外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在一個(gè)三極管的集成電路內(nèi)。第五：其溫度測(cè)量范圍在55+125，在-10+85時(shí)精度為0.5可見范圍非常廣泛。第六：它可編程的分辨率為912位，相對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.06253.1.2 達(dá)林頓電路本設(shè)計(jì)實(shí)物是以單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行控制，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的I/O

24、口上拉電流很微弱，灌電流也不過510mA，遠(yuǎn)不能勝任驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的功能故需要加驅(qū)動(dòng)電路，為直流電機(jī)提供足夠大的驅(qū)動(dòng)電流。傳統(tǒng)的功率輸出方式是使用繼電器和晶體管。在本系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路中，因?yàn)檩敵鲂枰ㄟ^快速通斷電來改變驅(qū)動(dòng)功率，而繼電器的反應(yīng)速度相比電信號(hào)的變化顯示過慢。所以選用達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇直流電機(jī)。3.1.3 AT89C52單片機(jī)概況AT89S52單片機(jī)是一種低電壓高性能的8位CMOS微型控制器，擁有8K字節(jié)可在線編程的flash存儲(chǔ)區(qū)。它運(yùn)用Atmel高密度非易失性的存儲(chǔ)技術(shù)，可以兼容80C51的指令集和管腳。該單片機(jī)上的flash支持ISP并且傳統(tǒng)的flash編程器也可以對(duì)其進(jìn)行重新編寫

25、程序。通用的8位CPU以及可在線編程，使得其可以為我們提供了一個(gè)靈活、高效的嵌入式應(yīng)用解決方案。該類單片機(jī)主要特征：第一：兼容MCS-51指令，使其使用面更廣，兼容性更高。第二：8K字節(jié)支持在線編程的Flash儲(chǔ)存區(qū)，可以進(jìn)行多次擦寫，使其編程起來更為便捷。第三：工作電壓在4.0V-5.5V，范圍還是相當(dāng)大。第四：256*8bit的片內(nèi)RAM，空間比較充裕。第五：它有三個(gè)16Bit計(jì)數(shù)器和定時(shí)器。第六：該單片機(jī)中有8個(gè)中斷源。第七：它擁有全雙工UART串行通道。第八：該單片機(jī)可以在低電壓模式和電源睡眠模式兩種模式下工作。第九：其在電源睡眠模式下時(shí)，中斷觸發(fā)將返回原狀態(tài)。第十：其擁有兩個(gè)數(shù)據(jù)指針

26、DP。第十一：該單片機(jī)可以采用Fast Programming Time快速編程。第十二：其擁有著特有的電源關(guān)閉標(biāo)志，并且該單片機(jī)是綠色包裝，無鉛和鹵化物。下圖片為AT89C51封裝實(shí)物圖：圖3.1 AT89C51單片機(jī)封裝實(shí)物圖3. 1. 4我的這個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)物選取的LED數(shù)碼管是一個(gè)7段兩位帶小數(shù)點(diǎn)10引腳的LED數(shù)碼管，并且其引腳定義每一個(gè)筆劃都是相對(duì)應(yīng)一個(gè)字母并且表示DP是小數(shù)點(diǎn)。它可以通過分時(shí)以達(dá)到輪流控制每個(gè)LED數(shù)碼管的COM端，就可以使各個(gè)數(shù)碼管依次輪流受控顯示，這樣就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)原理。每個(gè)數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1ms2ms，但是因?yàn)槿说囊曈X暫留現(xiàn)象以及發(fā)光二極體具有的余輝效應(yīng)，雖然實(shí)際

27、上每位數(shù)碼管并不是同時(shí)亮，但是只要其掃描的速度足夠快，給人的現(xiàn)象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，而且并不會(huì)有閃爍感，如此看來動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是相同的，這樣就能夠節(jié)省很多的I/O口，并且這樣數(shù)碼管的功耗更低。下表是數(shù)碼管的選碼表：表2.1.1 7段LED的段選碼表顯示字符共陰極段碼共陽(yáng)極段碼顯示字符共陰極段碼共陽(yáng)極段碼03fHC0H87fH80H106HF9H96fH90H25bHA4HA77H88H34fHB0HB7fH83H466H99HC39HC6H56dH92HD3fHA1H67dH82HE79H86H707HF8HF71H8EH3.2各部分電路設(shè)計(jì)3.2.1 開關(guān)復(fù)位與晶振電路在一個(gè)完

28、整的單片機(jī)控制系統(tǒng)中我們必須要設(shè)計(jì)出相應(yīng)的開關(guān)復(fù)位和晶振電路。因?yàn)閱纹瑱C(jī)自身需要復(fù)位，同時(shí)外部擴(kuò)展的I/O接口電路也需要相應(yīng)的復(fù)位開關(guān)，因此需要為該控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)出一個(gè)同時(shí)擁有上電和復(fù)位按鈕的系統(tǒng)同步復(fù)位電路。在單片機(jī)上有XTAL1和XTAL2主要用于連接單片機(jī)內(nèi)部的OSC定時(shí)反饋回路的 。 該實(shí)物中的復(fù)位開關(guān)和晶振電路如下圖所示： 圖2.2.1 系統(tǒng)復(fù)位與晶振電路3.2.2 獨(dú)立鍵盤的控制原理鍵盤中有2個(gè)獨(dú)立按鍵，其中一端是和單片機(jī)的P1.3和P1.4兩個(gè)端口相連，另外一個(gè)端口接地。在將系統(tǒng)通上電源后，獨(dú)立鍵盤開始掃描子程序，并以查詢?yōu)榉绞饺ゴ_認(rèn)各按鍵，并且完成對(duì)初值溫度的設(shè)定。其中按鍵與單片

29、機(jī)相連的為加按鍵，每按一次就是對(duì)初始設(shè)定值進(jìn)行一次加一，接地的按鍵為減按鍵，每按一次就是對(duì)初始設(shè)定值進(jìn)行一減一。其接線圖如下：圖2.2.2 獨(dú)立鍵盤連接電路3.2.3 數(shù)碼管顯示電路本實(shí)物設(shè)計(jì)中的數(shù)碼顯示器主要用于對(duì)溫度傳感器檢測(cè)到的實(shí)時(shí)溫度進(jìn)行檢測(cè)和顯示的作用，它的精確程度達(dá)到0.1攝氏度，并且數(shù)碼管的溫度顯示范圍從0到99攝氏度；數(shù)碼管的后2位是用來顯示系統(tǒng)設(shè)定出的初始溫度值，并且其顯示的溫度值只能是整數(shù)，范圍也不能超過0到99攝氏度圖2.2.3 數(shù)碼管顯示電路3.2.4 溫度采集電路DS18B20數(shù)字溫度傳感器的工作原理主要是通過它內(nèi)部計(jì)數(shù)時(shí)鐘周期來的效果，用來完成對(duì)溫度測(cè)量功能。它一方

30、面可以將檢測(cè)到的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)傳到單片機(jī)中與初始的設(shè)定值進(jìn)行比對(duì)和處理，另一方面則是將檢測(cè)到的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)傳遞到數(shù)碼顯示管處，對(duì)實(shí)時(shí)溫度進(jìn)行準(zhǔn)確的顯示。以下是其與單片機(jī)的圖：圖2.2.4 溫度采集電路3.2.5 風(fēng)扇電機(jī)驅(qū)動(dòng)和與之相應(yīng)的調(diào)速電路該實(shí)物設(shè)計(jì)中里首先從單片機(jī)的I/O口輸出一個(gè)PWM的脈沖信號(hào)。再利用達(dá)林頓反向驅(qū)動(dòng)裝置來帶動(dòng)直流風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的控制和調(diào)節(jié)。利用鍵盤去設(shè)置溫度值，再通過軟件去編寫單片機(jī)相應(yīng)的控制程序，然后通過單片機(jī)輸出的PWM脈沖信號(hào)，再通過三極管來驅(qū)動(dòng)電機(jī)電路，以用來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟動(dòng)停止和轉(zhuǎn)速的控制。當(dāng)溫度升高或者下降電機(jī)都會(huì)通過相應(yīng)

31、的信號(hào)和設(shè)定的等級(jí)比對(duì)做出轉(zhuǎn)速提高或是下降的反應(yīng)。如果當(dāng)環(huán)境的溫度低于相應(yīng)的設(shè)定溫度時(shí)，電機(jī)就停止轉(zhuǎn)動(dòng)，但當(dāng)溫度又達(dá)到預(yù)設(shè)溫度是，電機(jī)又會(huì)重新開始工作。下圖是電機(jī)驅(qū)動(dòng)和調(diào)速電路的電路連接圖：圖2.2.5 風(fēng)扇電機(jī)驅(qū)動(dòng)與調(diào)速電路3.3 本章小結(jié)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要是單片機(jī)為處理中心，溫度傳感器為檢測(cè)中心實(shí)現(xiàn)對(duì)外部環(huán)境溫度的實(shí)時(shí)檢測(cè)并傳遞到相應(yīng)控制部門，數(shù)碼顯示管做為顯示中心主要用于對(duì)測(cè)量得到的外界實(shí)時(shí)溫度以及系統(tǒng)本身設(shè)定的初始溫度進(jìn)行直觀的顯示，最后再通過這些作用到相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路和調(diào)速電路中去，則即可實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的智能控制的效果。4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1程序設(shè)置該實(shí)物的軟件方面的設(shè)計(jì)主要含有以下幾個(gè)方面：

32、單片機(jī)上的主程序的編輯，溫度傳感器上需要設(shè)計(jì)的初始化函數(shù)，溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)，其中溫度傳感器的初始化函數(shù)對(duì)其進(jìn)行初始化的作用，溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)用來實(shí)現(xiàn)將檢測(cè)到的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的作用。鍵盤中的鍵盤掃描函數(shù)是用于對(duì)初始值的加減的設(shè)定。溫度處理函數(shù)主要是用于單片機(jī)核心對(duì)采集到的溫度信號(hào)進(jìn)行分析處理，以用來對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。風(fēng)扇電機(jī)的控制函數(shù)則是通過處理過的溫度數(shù)值對(duì)電機(jī)的啟停和調(diào)速進(jìn)行控制。主程序流程圖如下圖所示：4.1.1 主程序流程圖4.2 溫度傳感器模塊如下圖4.2所示，初始化，ROM的操作指令以及存儲(chǔ)器的操作指令組成了DS18B20溫度傳感器的溫度轉(zhuǎn)換工作，通過這三步來實(shí)現(xiàn)溫度傳感器的溫度檢

33、測(cè)，傳遞等一系列功能。圖4.2 溫度傳感器模塊程序流程圖DS18B20芯片功能命令表如表2所示。表2 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ROM55HSKIP ROM跳過ROMCCHSEARCH ROM搜索ROMFOHALARM SEARCH告警搜索ECHWRITE SCRATCHPAD把字節(jié)寫入暫存器地址2和34EHREAD SCRATCHPAD讀取暫存器和CRC字節(jié)BEHCOPY SCRATCHPAD把暫存器內(nèi)容拷貝到非易失性存儲(chǔ)器中48HCONVERT T開始溫度轉(zhuǎn)換44HRECALL E把非易性存儲(chǔ)器中的值召回存儲(chǔ)器B8H

34、READ POWER SUPPL Y讀電源供電方式：0為寄生電源，1為外電源B4H 4.3電機(jī)調(diào)速與控制子模塊該單片機(jī)控制系統(tǒng)中調(diào)速的方式采用的是雙向可控硅過零觸發(fā)方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)速度的調(diào)控，因?yàn)樵撜{(diào)控方式中分級(jí)明確，控制精度高，所以適合用于智能風(fēng)扇控制系統(tǒng)中，下圖是電機(jī)控制模塊中斷響應(yīng)流程圖如圖4.3所示。圖4.3 電機(jī)控制模塊中斷響應(yīng)流程圖5.軟件調(diào)試5.1用Keil C51編寫程序Keil C51是一款主要用于51系列的單片機(jī)C語(yǔ)言的軟件開發(fā)系統(tǒng)。相比較單片機(jī)的匯編語(yǔ)言來說的話，C語(yǔ)言有其特有的便捷之處更適合51系列單片機(jī)的系統(tǒng)編寫，因?yàn)樗谡Z(yǔ)句簡(jiǎn)單便捷的同時(shí)，它的編寫模塊的可移植性更強(qiáng)了，

35、所以跟容易被大眾接受和學(xué)習(xí)，使用起來效率更高。目前來說Keil是使用比較多的51系列單片機(jī)的開發(fā)軟件。下圖是Keil C51的使用界面，如圖4.5.2用Proteus軟件進(jìn)行仿真工作5.2.1 Proteus如下圖是Proteus軟件打開使用時(shí)的主界面，如圖4.圖4.3.1 Proteus使用主界面5.2.2本實(shí)物在Proteus上的仿真第一先啟動(dòng)Proteus軟件然后創(chuàng)建一個(gè)新工程，然后通過原理圖導(dǎo)出相應(yīng)的元器件，再通過需要的要求對(duì)各原件的屬性進(jìn)行修改然后再按照原理圖的連接方式再相應(yīng)把各原件連接起來。在根據(jù)原理圖連接好再把編程好的程序加載到其中去。最后根據(jù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能一步步進(jìn)行仿真。第一

36、：將溫度傳感器上的檢測(cè)到的溫度設(shè)為26.4攝氏度，然后再用鍵盤將系統(tǒng)預(yù)設(shè)的溫度調(diào)節(jié)為22攝氏度。隨后打開開始按鈕，系統(tǒng)就開始進(jìn)行仿真，等一段時(shí)間過后等系統(tǒng)穩(wěn)定以后，可以觀察到此時(shí)風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速是+14.2r/s，如下圖4. 圖4.3.2 Proteus仿真效果圖一第二：再將溫度傳感器檢測(cè)到的外部環(huán)境的實(shí)時(shí)溫度設(shè)為28.4攝氏度，再用鍵盤將系統(tǒng)的預(yù)設(shè)溫度調(diào)成22攝氏度。打開開始仿真按鈕，系統(tǒng)開始進(jìn)行仿真，等過一段時(shí)間后系統(tǒng)穩(wěn)定后，可以觀察到此刻風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速為+23.3 r/s，如下圖4. 圖4.3.3 P第三：再將溫度傳感器檢測(cè)到的外部環(huán)境的實(shí)時(shí)溫度設(shè)為33.4攝氏度，再用鍵盤將系統(tǒng)的預(yù)設(shè)溫度

37、調(diào)成22攝氏度。打開開始仿真按鈕，系統(tǒng)開始進(jìn)行仿真，等過一段時(shí)間后系統(tǒng)穩(wěn)定后，可以觀察到此刻風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速為+32.0 r/s，如下圖4 圖4.3.4 Proteus仿真效果圖三基于上一步的仿真基礎(chǔ)上，再用鍵盤將系統(tǒng)預(yù)設(shè)溫度調(diào)節(jié)至34攝氏度，此時(shí)可知系統(tǒng)預(yù)設(shè)溫度值已經(jīng)大于溫度傳感器檢測(cè)到的外部環(huán)境的溫度，這時(shí)候我們可以觀察到電機(jī)的轉(zhuǎn)速主見變慢，最好轉(zhuǎn)速降到了0，顯而可見可以符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要滿足的要求。如下圖4. 圖4.3.5 Proteus仿真效果圖四經(jīng)過以上多步的仿真結(jié)果我們可以知道，在我們?cè)O(shè)定的系統(tǒng)溫度一定時(shí)，當(dāng)外部環(huán)境溫度不斷升高時(shí)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速也不斷加快，當(dāng)我們測(cè)的外界環(huán)境溫度不斷降低時(shí)

38、電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸減慢，當(dāng)外界溫度一旦低于預(yù)設(shè)溫度值時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速將降到零，所以該系統(tǒng)還是實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)處的設(shè)計(jì)要求了。然而缺陷也是有的，該系統(tǒng)并沒有實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，只能在大的等級(jí)范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)速，通過上面的仿真我們可以看出該設(shè)計(jì)只能在四個(gè)等級(jí)里面進(jìn)行速度變化。如果環(huán)境溫度的變化范圍非常小的話風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)速是不變的，所以只有當(dāng)超過了某個(gè)設(shè)定界限以后轉(zhuǎn)速才有變化的設(shè)定的，這點(diǎn)上面還有待我們改善和提高的。5.3本章小結(jié)由上述對(duì)軟件功能和在系統(tǒng)中起到作用的介紹，向我們展示了該系統(tǒng)中所需要掌握的軟件操作和設(shè)計(jì)。不僅要做到對(duì)軟件的充分了解和掌握，還要會(huì)利用個(gè)軟件間的聯(lián)系，將它們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的功能而充分聯(lián)系成一個(gè)整體，

39、這樣才能充分發(fā)揮其功能所在。6硬件調(diào)試6.1實(shí)物的整體結(jié)構(gòu)如下圖是智能風(fēng)扇控制系統(tǒng)的整體樣貌圖，如圖5.1所示：6.2實(shí)物接入電源調(diào)試當(dāng)接通電源以后，打開實(shí)物上的電源按鈕后，數(shù)碼管就開始工作了，此時(shí)顯示的示數(shù)為此時(shí)外部環(huán)境的溫度。如下圖5.2所示。6.3實(shí)物設(shè)定預(yù)設(shè)值調(diào)試通過鍵盤對(duì)系統(tǒng)預(yù)設(shè)值進(jìn)行設(shè)置，通過開始接通電源時(shí)數(shù)碼管顯示的外部溫度環(huán)境我們可以知道現(xiàn)在外部的大概溫度，于是我將預(yù)設(shè)溫度設(shè)成12攝氏度，如下圖5.3所示。6.4實(shí)物運(yùn)行工作調(diào)試當(dāng)我們將設(shè)定值調(diào)節(jié)到12攝氏度，并且確認(rèn)以后，系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)到外度溫度高于預(yù)設(shè)溫度，所以風(fēng)扇開始工作轉(zhuǎn)動(dòng)，且當(dāng)我再不斷調(diào)低設(shè)定值以后，風(fēng)扇的的轉(zhuǎn)速還會(huì)不斷

40、的加快，如下圖5.4所示。6.5本章小結(jié)通過以上的各方面分析、計(jì)算、運(yùn)行、調(diào)試等已經(jīng)基本上實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)初衷，實(shí)現(xiàn)了溫度控制風(fēng)扇開關(guān)和轉(zhuǎn)速的功能，大體的框架和可能已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。不過仍有部分瑕疵和不足的存在，有待日后的慢慢發(fā)現(xiàn)與改進(jìn)。如此才能不斷完善和進(jìn)步，這樣該系統(tǒng)才能越來越穩(wěn)定和滿足人們需求，日后才能為更多采用和提供便捷。結(jié)論與展望本次實(shí)物設(shè)計(jì)中巧妙的運(yùn)用了單片機(jī)作為該系統(tǒng)的核心控制，同時(shí)利用了DS18B20溫度傳感器來對(duì)外部環(huán)境溫度進(jìn)行檢測(cè)，通過這兩個(gè)主要結(jié)構(gòu)加以與其他器件的系統(tǒng)的組合，設(shè)計(jì)出了可以根據(jù)環(huán)境中溫度的變化而進(jìn)行智能調(diào)節(jié)的智能風(fēng)扇，該風(fēng)扇可以在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行智能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，同時(shí)

41、可以通過數(shù)碼管對(duì)實(shí)時(shí)的外部環(huán)境溫度和設(shè)定溫度進(jìn)行顯示。并且通過以上的仿真和實(shí)物的調(diào)試我們可以知道電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以根據(jù)外部溫度與設(shè)定溫差的大小，進(jìn)行相應(yīng)的變化。所以說該設(shè)計(jì)基本實(shí)現(xiàn)了智能風(fēng)扇控制系統(tǒng)的要求。但是電機(jī)對(duì)于溫度小范圍調(diào)節(jié)不夠敏捷仍有缺陷，需要日后再次不斷的研究和完善，才能使其控制系統(tǒng)更為完善。既然該設(shè)計(jì)的功能要求上的通過溫度智能控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的要求也達(dá)到了。但是我們不能光局限在風(fēng)扇這個(gè)方面，這個(gè)設(shè)計(jì)理念同樣適用于其他許多方面，我們要跟廣泛的將它運(yùn)用起來，才能創(chuàng)造更多價(jià)值。例如我們可以發(fā)散一下思維將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為不同的輸入信號(hào)，根據(jù)不同的輸入信號(hào)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，這樣我們就可以將其投入工

42、業(yè)生產(chǎn)中，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)上的自動(dòng)化，大大提高生產(chǎn)效率和安全性。又比如我們可以將這個(gè)也運(yùn)用到電力系統(tǒng)中去，根據(jù)不同的負(fù)荷代表著不同的信號(hào)，通過這些不同的信號(hào)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，以此來控制發(fā)電量，這樣將大大節(jié)約了電力能源的，優(yōu)化了電力系統(tǒng)的自動(dòng)化調(diào)節(jié)。所以通過以后例子和想法，該系統(tǒng)在社會(huì)生活和生產(chǎn)中的開發(fā)和運(yùn)用前景還是非常好的，同時(shí)也具有很重要的影響力。致謝在此畢業(yè)設(shè)計(jì)圓滿完成畢業(yè)論文也即將完成的最后我想非常真誠(chéng)并且發(fā)自肺腑的感謝一下我的導(dǎo)師陳曉婷老師以及在我對(duì)我畢業(yè)創(chuàng)作制作實(shí)物時(shí)給予我?guī)椭忘c(diǎn)撥的王俊杰老師，謝謝你們?cè)谖覍?duì)課題迷茫，不知所措時(shí)給予了我?guī)椭?，給我點(diǎn)明了方向，我才得以完成這樣

43、的畢業(yè)設(shè)計(jì)，非常謝謝你們。本論文以及實(shí)物的制作和設(shè)計(jì)工作都是在陳老師的耐心指導(dǎo)下才能如此圓滿的完成了。不論是從畢業(yè)論文開始時(shí)的題目選擇、或是之后對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)物的研究計(jì)劃，路線的選擇，然后再到系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)，每個(gè)方面都有陳老師熱情的幫助和耐心的教導(dǎo)。是她對(duì)學(xué)生的教育態(tài)度，認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)，深深地影響著我，激勵(lì)著我，成為我堅(jiān)持下去的動(dòng)力，一次次給我指明方向，鼓勵(lì)我繼續(xù)努力繼續(xù)前進(jìn)。同時(shí)我也必須要感謝在這次論文的創(chuàng)作過程中陪伴在左右的朋友和同學(xué)，正是因?yàn)樗麄円恢钡呐惆椴沤o我提供了源源不斷的動(dòng)力和幫助，最終才能最后感慨一番：四年的大學(xué)生涯即將在這篇論文結(jié)束之后畫上句號(hào)了，可以說這篇論文匯聚我大學(xué)思

44、念所學(xué)到的濃縮與匯聚，也算是大學(xué)生涯的一個(gè)縮影?？赡芩皇且黄浅３錾恼撐模拇_是我努力換來的成果，在我這里它是完美的。最后在此我也要感謝我的大學(xué)同窗的同學(xué)們，謝謝你們的陪伴，或許大學(xué)生活正因?yàn)橛辛四銈儾棚@的更加有魅力，或許和你們?cè)谝黄鸬臅r(shí)光才是大學(xué)最大的收獲，或許最后最讓我不舍的就是在大學(xué)中認(rèn)識(shí)的你們，謝謝可以認(rèn)識(shí)你們。四年的大學(xué)時(shí)光給我留下了無數(shù)美好的回憶，而它也將成為我今后人生旅途中新的起點(diǎn)。最后，感謝我的爸爸媽媽，謝謝你們對(duì)我傾盡全部的奉獻(xiàn)和關(guān)心愛護(hù)，真的無以回報(bào)，你們永遠(yuǎn)健康快樂是我最大的心愿。參考文獻(xiàn)1 李學(xué)龍.使用單片機(jī)控制的智能遙控電風(fēng)扇控制器J.電子電路制作，2003,9

45、:1315.2 藍(lán)厚榮.單片機(jī)的PWM控制技術(shù)J.工業(yè)控制計(jì)算機(jī).2010,23(3):97983 郭天祥.新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言教程M.北京：電子工業(yè)出版社.2009.3423444 胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)M（第2版）.北京：清華大學(xué)出版社.2004.4977.5 胡全. 51單片機(jī)的數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示技術(shù)J .信息技術(shù)，2009,13:25266 李鋼，趙彥峰.1-Wire總線數(shù)字溫度傳感器DSI8B20原理及應(yīng)用J.現(xiàn)代電子技術(shù)，2005,28(21):7779.7 馬云峰.單片機(jī)與數(shù)字溫度傳感器DS18B20的接口設(shè)計(jì)J.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2007,10(4)：278280.8 王

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49、19 B SchneierApplied Crytography：Algorithms，and Source Code in CJNew York：Jone Wiley& Sons. 1994301307.20 Intel: Benjamin Jun，Paul KocherThe lntel Random Number GeneratorJWhite Paper Prepared for lntel Corporation，April 22，l999：45附錄A：系統(tǒng)原理圖附圖1 電路總圖附錄B：系統(tǒng)PCB圖附圖2：系統(tǒng)PCB圖附錄C：系統(tǒng)源程序#include#define uchar un

50、signed char#define uint unsigned intsbit d1=P20;sbit d2=P21;sbit d3=P22;sbit d4=P23;sbit key1=P10;sbit key2=P11;sbit key3=P12;sbit DS=P36;sbit OUT=P37;sbit bell=P35;sbit ACC_7=ACC7;sbit point=P07;uint count=550,alarm=350; /最初溫度上下限值：25度、15度uchar KK,MM;uchar shu;uchar ss; uint temp; / 定義溫度變量,定時(shí)初值unsigned long T;uchar flag; / 溫度符號(hào)uchar code tab=0 xC0,0 xF9,0 xA4,0 xB0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xF8, 0 x80,0 x90,0 xFF,0 x83,0 xC6,0 xA1,0 x86,0 x8E; /共陽(yáng)數(shù)碼管不帶小數(shù)點(diǎn)的09編碼/*短延時(shí)*/void delay(uint x)uint i,j;for(i