智能溫控風(fēng)扇地設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)題目： 智能溫控風(fēng)扇 學(xué)生班級(jí): 電子14-2 學(xué)生姓名: 學(xué)生學(xué)號(hào)： 38 指導(dǎo)教師： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間: 2016-9-15 智能溫控風(fēng)扇的設(shè)計(jì)摘 要基于檢測(cè)技術(shù)和單片機(jī)控制技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種智能溫控調(diào)速風(fēng)扇。闡述了智能溫控調(diào)速風(fēng)扇的工作原理、硬件設(shè)計(jì)、軟件實(shí)現(xiàn)的過(guò)程。系統(tǒng)原理簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定，成本低，具有一定的節(jié)能效果。通過(guò)單片機(jī)的控制我們實(shí)現(xiàn)了電風(fēng)扇的主要功能：當(dāng)按下開關(guān)鍵時(shí)，系統(tǒng)初始化默認(rèn)的設(shè)定溫度為25度，如果外界溫度高于設(shè)定溫度電風(fēng)扇進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，如果外界溫度高于低于設(shè)定溫度則風(fēng)頁(yè)不轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)顯示外界的溫度?？梢栽O(shè)置所需的溫度，并同時(shí)顯示所設(shè)定的溫度，同

2、時(shí)按加減鍵退出設(shè)定功能。電風(fēng)扇的自動(dòng)控制，讓電風(fēng)扇這一家用電器變的更智能化。克服了普通電風(fēng)扇無(wú)法根據(jù)外界溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速困難。智能電風(fēng)扇的設(shè)計(jì)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵詞 AT89C52/溫度傳感器/直流電機(jī)/模擬風(fēng)扇專心-專注-專業(yè)1.1 引言生活中，我們經(jīng)常會(huì)使用一些與溫度有關(guān)的設(shè)備。比如，現(xiàn)在雖然不少城市家庭用上了空調(diào)，但在占中國(guó)大部分人口的農(nóng)村地區(qū)依舊使用電風(fēng)扇作為降溫防暑設(shè)備，春夏（夏秋）交替時(shí)節(jié)，白天溫度依舊很高，電風(fēng)扇應(yīng)高轉(zhuǎn)速、大風(fēng)量，使人感到清涼；到了晚上，氣溫降低，當(dāng)人入睡后，應(yīng)該逐步減小轉(zhuǎn)速，以免使人感冒。雖然電風(fēng)扇都有調(diào)節(jié)不同檔位的功能，但必須要人手動(dòng)換檔，睡著了就無(wú)能為力

3、了，而普遍采用的定時(shí)器關(guān)閉的做法，一方面是定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短有限制，一般是一兩個(gè)小時(shí)；另一方面可能在一兩個(gè)小時(shí)后氣溫依舊沒(méi)有降低很多，而風(fēng)扇就關(guān)閉了，使人在睡夢(mèng)中熱醒而不得不起床重新打開風(fēng)扇，增加定時(shí)器時(shí)間，非常麻煩，不能兩全其美。為解決上述問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了這套溫控自動(dòng)風(fēng)扇系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用高精度集成溫度傳感器，用單片機(jī)控制，能顯示實(shí)時(shí)溫度，并根據(jù)使用者設(shè)定的溫度自動(dòng)在相應(yīng)溫度時(shí)作出小風(fēng)、大風(fēng)、停機(jī)動(dòng)作，精確度高，動(dòng)作準(zhǔn)確。2 整體方案的設(shè)計(jì)思路2.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的整體思路是：利用溫度傳感器DS18B20檢測(cè)環(huán)境溫度并直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)給單片機(jī)AT89C52進(jìn)行處理，在LED數(shù)碼管上顯示當(dāng)前

4、環(huán)境溫度值以及預(yù)設(shè)溫度值。其中預(yù)設(shè)溫度值只能為整數(shù)形式，檢測(cè)到的當(dāng)前環(huán)境溫度可精確到小數(shù)點(diǎn)后一位。同時(shí)采用PWM脈寬調(diào)制方式來(lái)改變直流風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速。并通過(guò)兩個(gè)按鍵改變預(yù)設(shè)溫度值，一個(gè)提高預(yù)設(shè)溫度，另一個(gè)降低預(yù)設(shè)溫度值。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖：如圖2-1所示。AT98C52溫度顯示DS18B20復(fù)位開關(guān)PWM驅(qū)動(dòng)電路直流電動(dòng)機(jī)圖2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.2 方案論證本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇直流電機(jī)的溫度控制，使風(fēng)扇電機(jī)能根據(jù)環(huán)境溫度的變化自動(dòng)啟停及改變轉(zhuǎn)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(jī)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(jī)、四位LED共陰數(shù)碼

5、管、風(fēng)扇步進(jìn)電機(jī)。輔助元件包括電阻、電容、晶振、電源、按鍵、開關(guān)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(chǎng)上常用的溫度傳感器有pt100，溫敏電阻，DS18B20等等。本次設(shè)計(jì)我們采用DS18B20，DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器它具有以下特點(diǎn)：（1）獨(dú)立的單線接口，只需一個(gè)接口引腳即可通信；（2）多點(diǎn)能力使分布使分布式溫度檢測(cè)應(yīng)用得以簡(jiǎn)化；（3）不需外部元件；（4）可用數(shù)據(jù)線供電，不需要備用電源；（5）測(cè)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(shù)字值方式讀出溫度；（7）在1秒（典型值）內(nèi)把溫度變?yōu)閿?shù)字；（8）

6、用戶可定義的，非易失行的溫度警告設(shè)置；（9）告警收索命令識(shí)別和尋址溫度在編訂的極限范圍之外的器件；（10）應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)類產(chǎn)品，溫度計(jì)和各種熱敏系統(tǒng)。3.1 DS18B20的工作原理及其單片機(jī)的接口電路DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(bào)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(shù)字信號(hào)端，GND 為電源地，VDD 為電源輸入端。 64位ROM和單線接口存儲(chǔ)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(cè)圖3-1 DS18B20內(nèi)部

7、結(jié)構(gòu)圖圖3-2 DS18B20外形及管腳由于DS18B20只有一根數(shù)據(jù)線。因此它和主機(jī)（單片機(jī)）通信是需要串行通信，而AT89S51有兩個(gè)串行端口，所以可以不用軟件來(lái)模擬實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過(guò)單線接口訪問(wèn)DS18B20必須遵循如下協(xié)議：初始化、ROM操作命令、存儲(chǔ)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(jī)發(fā)送（Tx）-復(fù)位脈沖（最短為480s的低電平信號(hào)）。接著主機(jī)便釋放此線并進(jìn)入接收方式（Rx）?？偩€經(jīng)過(guò)4.7K的上拉電阻被拉至高電平狀態(tài)。在檢測(cè)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(hào)）。然后以存在復(fù)位脈沖表示DS18

8、B20已經(jīng)準(zhǔn)備好發(fā)送或接收，然后給出正確的ROM命令和存儲(chǔ)操作命令的數(shù)據(jù)。DS18B20通過(guò)使用時(shí)間片來(lái)讀出和寫入數(shù)據(jù)，時(shí)間片用于處理數(shù)據(jù)位和進(jìn)行何種指定操作的命令。它有寫時(shí)間片和讀時(shí)間片兩種。寫時(shí)間片：當(dāng)主機(jī)把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時(shí)，產(chǎn)生寫時(shí)間片。有兩種類型的寫時(shí)間片：寫1時(shí)間片和寫0時(shí)間片。所有時(shí)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(fù)時(shí)間。讀時(shí)間片：從DS18B20讀數(shù)據(jù)時(shí)，使用讀時(shí)間片。當(dāng)主機(jī)把數(shù)據(jù)線從邏輯高電平拉至邏輯低電平時(shí)產(chǎn)生讀時(shí)間片。數(shù)據(jù)線在邏輯低電平必須保持至少1微秒；來(lái)自DS18B20的輸出數(shù)據(jù)在時(shí)間下降沿之后的15微秒內(nèi)有效。為了讀出

9、從讀時(shí)間片開始算起15微秒的狀態(tài)，主機(jī)必須停止把引腳驅(qū)動(dòng)拉至低電平。在時(shí)間片結(jié)束時(shí)，I/O引腳經(jīng)過(guò)外部的上拉電阻拉回高電平，所有讀時(shí)間片的最短持續(xù)期為60微秒，包括兩個(gè)讀周期間至少1s的恢復(fù)時(shí)間。一旦主機(jī)檢測(cè)到DS18B20的存在，它便可以發(fā)送一個(gè)器件ROM操作命令。所有ROM操作命令均為8位長(zhǎng)。圖3-3 DS18B20與單片機(jī)接口電路4.1開關(guān)復(fù)位電路在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，除單片機(jī)本身需要復(fù)位以外，外部擴(kuò)展I/O接口電路也需要復(fù)位，因此需要一個(gè)包括上電和按鈕復(fù)位在內(nèi)的系統(tǒng)同步復(fù)位電路。單片機(jī)上的XTAL1和XTAL2用來(lái)外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來(lái)連接單片機(jī)片內(nèi)OSC的定時(shí)反饋回路。本設(shè)計(jì)中

10、開關(guān)復(fù)位與晶振電路如圖4-1所示，當(dāng)按下按鍵開關(guān)S1時(shí)，系統(tǒng)復(fù)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(fù)位電路4.2 數(shù)碼管顯示電路本設(shè)計(jì)制作中選用4位共陰極數(shù)碼管作為顯示模塊，它和單片機(jī)硬件的接口如圖4-2所示。其中前2位數(shù)碼管DS1、DS2用于顯示溫度傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)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(shù)碼管DS3、DS4用于顯示系統(tǒng)設(shè)置的初值溫度，只能顯示整數(shù)的溫度值，顯示范圍為099攝氏度。4位數(shù)碼管的段選a、b、c、d、e、f、g、dp線分別與單片機(jī)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(jī)的P0口能夠輸出高低電平。5位數(shù)碼管的位選W1W5分別與單片機(jī)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(shù)碼管。圖4-2 數(shù)碼管顯示電路4.3 溫度采集電路DS18B20數(shù)字溫度傳感器通過(guò)其內(nèi)部計(jì)數(shù)時(shí)鐘周期來(lái)的作用，實(shí)現(xiàn)了特有的溫度測(cè)量功能。低溫系數(shù)振蕩器輸出的時(shí)鐘信號(hào)通過(guò)由高溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的門周期而被計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器預(yù)先置有與-55相對(duì)應(yīng)的一個(gè)基權(quán)值。如果計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到0時(shí)，高溫度系數(shù)振蕩周期還未結(jié)束，則表示測(cè)量的溫度值高于-55，被預(yù)置在-55的溫度寄存器中的值就增加1，然后這個(gè)過(guò)程不斷重復(fù)，直到高溫度系數(shù)振蕩周期結(jié)束為止。此時(shí)

12、溫度寄存器中的值即為被測(cè)溫度值，這個(gè)值以16位二進(jìn)制形式存放在存儲(chǔ)器中，通過(guò)主機(jī)發(fā)送存儲(chǔ)器讀命令可讀出此溫度值，讀取時(shí)低位在前，高位在后，依次進(jìn)行。由于溫度振蕩器的拋物線特性的影響，其內(nèi)用斜率累加器進(jìn)行補(bǔ)償與單片機(jī)1位I/O線相連，且單片機(jī)的1位I/O線可掛接多個(gè)DS18B20，就可實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)或多點(diǎn)溫度檢測(cè)在本設(shè)計(jì)中將DS18B20接在P1.7口實(shí)現(xiàn)溫度的采集。其與單片機(jī)的連接如圖4-3所示。圖4-3 溫度采集電路4.4 風(fēng)扇電機(jī)驅(qū)動(dòng)與調(diào)速電路本設(shè)計(jì)中由單片機(jī)的I/O口輸出PWM脈沖，通過(guò)一個(gè)達(dá)林頓反向驅(qū)動(dòng)器ULN2803驅(qū)動(dòng)12V直流無(wú)刷風(fēng)扇電機(jī)以及實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇電機(jī)速度的調(diào)節(jié)。鍵盤控制設(shè)置溫度，通

13、過(guò)軟件向單片機(jī)輸入相應(yīng)控制指令，由單片機(jī)通過(guò)P1.7口輸出與轉(zhuǎn)速相應(yīng)的PWM脈沖，經(jīng)過(guò)ULN2803驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇直流電機(jī)控制電路，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速與啟停的自動(dòng)控制。當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)相應(yīng)按照設(shè)定的等級(jí)有所提高；當(dāng)環(huán)境溫度下降時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)相應(yīng)的下降；當(dāng)環(huán)境溫度低于設(shè)置溫度時(shí)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，而環(huán)境溫度又高于預(yù)設(shè)溫度時(shí)，電機(jī)重新啟動(dòng)。電路如圖4-4所示，風(fēng)扇電機(jī)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(jī)的P3.1引腳相連，通過(guò)控制單片機(jī)的P3.1引腳輸出PWM信號(hào)，由此控制風(fēng)扇直流電機(jī)的速度與啟停。圖4-4 風(fēng)扇電機(jī)驅(qū)動(dòng)與調(diào)速電路系統(tǒng)選用

14、的風(fēng)扇電機(jī)為12V直流無(wú)刷電機(jī)，單達(dá)林頓反向驅(qū)動(dòng)器ULN2803輸入TTL信號(hào)為5V或CMOS信號(hào)為615V時(shí)，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(jī)I/O口輸出的TTL信號(hào)為5V，因此此風(fēng)扇電機(jī)可以用ULN2803來(lái)驅(qū)動(dòng)。5 軟件設(shè)計(jì)主程序流程圖如5-1所示：開始系統(tǒng)初始化是否超過(guò)系統(tǒng)設(shè)定溫度風(fēng)扇運(yùn)行是否加減鍵同時(shí)按下進(jìn)入系統(tǒng)設(shè)定加減鍵是否同時(shí)按下退出設(shè)定否加速減速是否是否是圖5-1 主程序流程圖通過(guò)單片機(jī)模塊檢測(cè)溫度采集模塊采集到的溫度并作出相應(yīng)處理，當(dāng)溫度高于25時(shí)，風(fēng)扇電路導(dǎo)通，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)并隨溫度改變轉(zhuǎn)速。當(dāng)溫度低于25時(shí)，風(fēng)扇電路不通電，風(fēng)扇

15、不轉(zhuǎn)。實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇自動(dòng)停止并隨溫度變化自動(dòng)調(diào)速，同時(shí)顯示當(dāng)前溫度。程序?qū)崿F(xiàn)的功能是上電復(fù)位時(shí)檢測(cè)溫度傳感器DS18B20是否存在或它工作是否正常,當(dāng)不存在或工作不正常時(shí)從蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲,提示用戶檢查DS18B20,安裝或者更換。這部分功能由DS18B20復(fù)位與檢測(cè)子程序RESET完成。當(dāng)檢測(cè)到傳感器工作正常后，發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令及讀取溫度值命令，將從DS18B20讀取的二進(jìn)制溫度值轉(zhuǎn)換為七段碼在LED上顯示出來(lái)。顯示功能由溫度顯示子程序DISP1子程序?qū)崿F(xiàn)。功能介紹：?jiǎn)纹瑱C(jī)復(fù)位后，進(jìn)行初始化工作，然后進(jìn)入按鍵功能模塊，最后完成工作。初始化中，將DS18B20，內(nèi)部RAM，包括按鍵，默認(rèn)為控制狀態(tài)，

16、溫度設(shè)定為25。加減按鍵同時(shí)按下進(jìn)入溫度設(shè)定狀態(tài)，然后按加或減按鍵進(jìn)行溫度設(shè)定，然后再次同時(shí)按加減鍵退出。 結(jié)束語(yǔ) 經(jīng)過(guò)這次設(shè)計(jì)，我覺(jué)得自己學(xué)到了不少東西。歸納起來(lái)，主要有以下幾點(diǎn)：（1）大學(xué)期間主要是學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論知識(shí)，并未真正地去應(yīng)用和實(shí)踐。但是經(jīng)過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我接觸到了更多平時(shí)沒(méi)有接觸到的儀器設(shè)備、元器件以及相關(guān)的使用調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了自己很多不足之處。我還體會(huì)到了所學(xué)理論知識(shí)的重要性：知識(shí)掌握得越多，設(shè)計(jì)得就更全面、更順利、更好。（2）能夠從理論設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐相結(jié)合、鞏固基礎(chǔ)知識(shí)與培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)相結(jié)合、個(gè)人作用和集體協(xié)作相結(jié)合等方面全面的培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。這些對(duì)我在將來(lái)的工作和學(xué)習(xí)當(dāng)中都

17、會(huì)有很大的幫助。（3）學(xué)會(huì)了怎樣查閱資料和利用工具書。一個(gè)人不可能什么都學(xué)過(guò)，什么都懂，因此，當(dāng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要用一些不曾學(xué)過(guò)的東西時(shí)，就要去有針對(duì)性地查找資料，然后加以吸收利用，以提高自己的應(yīng)用能力，而且還能增長(zhǎng)自己見(jiàn)識(shí)，補(bǔ)充最新的專業(yè)知識(shí)。（4）實(shí)踐能力得到了進(jìn)一步提高，在調(diào)試過(guò)程中積累了一些經(jīng)驗(yàn)。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