基于51單片機的溫控智能電風扇

1、.頁腳.頁腳理工大學單片機系統(tǒng)設計及應用實驗設計報告題專班姓目業(yè)級名號指導教師：基于51單片機的溫控智能電風扇機械電子工程機電11(1)班葉惠芳02袁嫣紅機械與自動控制學院2014年7月3日目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 摘要4 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 第一章課程設計的目標及主要容5 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 1.1課程設計的目標及意義51.2溫控智能電風扇的主要容和技術(shù)關鍵5 HYPERLINK l

2、 bookmark8 o Current Document 1.2.1課程設計的主要容5 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 1.2.2技術(shù)關鍵5 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 第二章溫控智能電風扇控制系統(tǒng)硬件設計6 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 2.1課程設計總體硬件設計62.2芯片及主要器件選擇6 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 2.2.1控制核心的選擇6 HYPERLINK l bo

3、okmark20 o Current Document 2.2.2溫度傳感器的選用7 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 2.2.3顯示電路72.3芯片及器件介紹7 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document AT89C51單片機7 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document L298芯片介紹8 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document DS18B20溫度傳感器9 HYPERLINK l bookmark34 o Curren

4、t Document 2.3.4LED數(shù)碼管簡介11 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 2.4主要硬件電路12 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 2.4.1溫度檢測電路設計12 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 電機調(diào)速電路設計12 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document PWM調(diào)速原理13 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document LED數(shù)碼管顯示電路及按鍵電

5、路13 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 第三章溫控智能電風扇控制系統(tǒng)軟件設計與實現(xiàn)14 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 主程序14 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 數(shù)字溫度傳感器模塊14 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 3.3電機調(diào)速與控制子模塊16 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 第四章調(diào)試結(jié)果與總結(jié)16 HYPERLINK l boo

6、kmark56 o Current Document 調(diào)試結(jié)果16 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 課程設計總結(jié)20 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 參考文獻21 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 附錄一23 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 附錄二24 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 附錄三25摘要電風扇與空調(diào)的降溫效果不同，相較于空調(diào)的迅

7、速降低環(huán)境溫度不同，電風扇更加溫和，適宜于體質(zhì)較弱的老人與小孩。并且，電風扇價格實惠，使用簡單現(xiàn)在市面上的電風扇大多只能手動調(diào)速，還外加一個定時功能。對于溫差較大的夜晚，若不能及時改變風速大小后停止，很容易感冒著涼。所以本課程設計以AT89C51為核心控制系統(tǒng)根據(jù)外界溫度的變化對電風扇進行轉(zhuǎn)速控制，以實現(xiàn)自動換擋功能。除此之外，我們還設置了一個用戶可以自己通過鍵盤設置最低溫度的模塊，一旦外界溫度等于或是低于該設置溫度，電機自動停止運行。關鍵詞：單片機溫度傳感器驅(qū)動器智能調(diào)速頁腳.頁腳第一章課程設計的目標及主要容1.1課程設計的目標及意義夏天到了，空調(diào)是現(xiàn)代家庭中的主流降暑電器，但是對于老人與小

8、孩，體質(zhì)相對來說較弱，空調(diào)的使用易于受涼，所以家用電風扇，風速溫和，既可以達到清涼的目的，又可防止空調(diào)帶來的弊端。然而，現(xiàn)在市面上的家用電風扇大多只能手動調(diào)速再加一個定時器，功能單一。晚上后半夜與前半夜氣溫差比較大，若不能及時減小風速，很可能感冒。所以，我們在現(xiàn)有電風扇的功能至上增加了溫度控制模塊，電風扇的電機轉(zhuǎn)速可以根據(jù)外界溫度的改變而改變。我們的主要實現(xiàn)的功能有以下幾點：用戶可以手動設置溫度下限，外界溫度一旦與該設定溫度相等或是小于該溫度，電機自動停止轉(zhuǎn)動。當溫度每降低2C或是升高2C,電機轉(zhuǎn)速自動下降一個檔位。溫控智能電風扇的主要容和技術(shù)關鍵課程設計的主要容（1）課程設計采用了AT89C

9、51單片機作為主要處理芯片，DS18B20作為溫度傳感器感知和傳遞外界環(huán)境的變化,然后通過51單片機進行一系列處理然后對12V的直流電動機進行轉(zhuǎn)速的控制。（2）在直流電動機轉(zhuǎn)速控制模塊，采用了L298驅(qū)動器對電機進行驅(qū)動。在顯示方面，用7SEG-MPX6-CC-BLUE數(shù)碼管來顯示外界溫度的變化以及人為設定的溫度值。技術(shù)關鍵（1）溫度傳感器DS18B20的工作原理以及它部對溫度數(shù)據(jù)的處理方式，51單片機如何用程序?qū)⑵漭敵鰯?shù)據(jù)讀入，并進行處理。（2）L298驅(qū)動器的工作原理以及電機調(diào)速處理的實現(xiàn)方式程序的編寫。數(shù)碼管顯示與按鍵模塊直接的聯(lián)系以及處理程序的編寫。第二章溫控智能電風扇控制系統(tǒng)硬件設計

10、2.1課程設計總體硬件設計系統(tǒng)總體設計硬件框圖如圖2.1所示鍵盤輸人IZZ數(shù)碼管AT89C51溫度傳感器電機驅(qū)動器圖2.1系統(tǒng)方塊圖對于單片機中央處理系統(tǒng)的方案設計，根據(jù)要求，我們可以選用AT89C51單片機作為中央處理器。作為整個控制系統(tǒng)的核心，單片機部已包含了定時器、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和定時器件，方便的構(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，性價比高，是比較合適的方案。本系統(tǒng)實現(xiàn)風扇的溫度控制，需要有較高的溫度變化分辨率和穩(wěn)定可靠的換擋停機控制部件。2.2芯片及主要器件選擇2.2.1控制核心的選擇采用AT89C51單

11、片機作為控制核心，以軟件編程的方法進行溫度判斷，并在端口輸出控制信號。以單片機作為控制器，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，自由設置溫度下限，滿足用戶需求，并且通過程序判斷溫度具有極高的精準度，能精確把握環(huán)境的微小變化。2.2.2溫度傳感器的選用采用數(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)字溫度信號共單片機處理。2.2.3顯示電路采用7SEG-MPX6-CC-BLUE數(shù)碼管顯示溫度。數(shù)碼管顯示溫度清晰簡單，價格優(yōu)惠，驅(qū)動程序簡單。2.3芯片及器件介紹AT89C51單片機AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、

12、高性能CMOS8位單片機，片4bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片置用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大。AT89C51單片機可靈活應用于各種控制領域。AT89C51單片機提供以下標準功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)部RAM，32個1/0口線，兩個16位定時、計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51單片機可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工

13、作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時、計數(shù)器，串行通行口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。芯片封裝及管腳如圖2.2PDIF(T3)PtaciT2EX)n茸1匸P1Pt.2；rFM0匚?4OShP15CViSOPi存匚sck)piR&TERXDJP3srHXDP3L1匚ilVR!P3?E(nHpj3.3匚(TOPM匚(TilP3-5F$JiAD;tlXTAL2IXTAL1rjKDL124033343753fi庁35T34直U932ID陽1130122913281427152616151724ISR1922202

14、1vcePflO(ADOhP=0l(*D1hPO2FO.315):F24(AU)FZ.5CA13i)_PS4(AtifJP2IP22.mrT1二JtfUTiZZ3ftfUT3、LOilC3Um*XT*iEVBncm二wur?二iWE*5HUT1二sue.、野睚牡3OLTPliTJyaavrwH=uwuia圖2.3實物圖圖2.4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電源使電機進入使能狀態(tài)，IN1、IN2用來控制電路的邏輯功能狀態(tài)。由于使用的電機是線圈式，在運行狀態(tài)突然轉(zhuǎn)到停止狀態(tài)和從順時狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換到逆時針狀態(tài)時會形成很大的方向電流，在電路中加入二

15、極管就是在產(chǎn)生方向電流的時候進行泄流，保護芯片安全。L298的邏輯功能狀態(tài)見表2.1o表2.1L298邏輯功能狀態(tài)圖IN1IN2ENA電機狀態(tài)X1001X0停止01順時針11逆時針00停止10停止233DS18B20溫度傳感器DS18B20是美國DALLAS半導體公司繼DS1820之后最新推出的一種改進型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，它能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。可以分別在93.75ms和750ms完成9位和12位的數(shù)字量，并且從DS18B20讀出的信息或?qū)懭隓S18B20的信息僅需要一根口線(單線接口)讀寫，溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)

16、總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源，因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單可靠性更高。他在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面較DS1820有了很大的改進，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。DS18B20簡介：獨特的單線接口方式：DS18B20與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。在使用中不需要任何外圍元件?？捎脭?shù)據(jù)線供電，電壓圍：+30+55V。測溫圍：-55+125C。固有測溫分辨率為0.5OCO通過編程可實現(xiàn)912位的數(shù)字讀數(shù)方式。用戶可自設定非易失性的報警上下限值。（7）支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18

17、B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點測溫。（8）負壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。DS18B20直接將測量溫度值轉(zhuǎn)化為數(shù)字量提交給單片機，工作時必須嚴格遵守單總線器件的工作時序。引腳排列如圖2.5所示。DALLASOStaffl9底視NC匚二114=NC闖住=215=NO襯亡=宜14=NO413=NOs12=NCNU=c11=NCT10=Npa咅=GND16-PIN5S0P引腳說明：GND：接地DQ：數(shù)據(jù)I/OVDD：可選VDDNC:空腳DS1420pft3iPACKAGE圖2.5引腳排列表2.2部分溫度值與DS18B20輸出的數(shù)字量對照表溫度值/c數(shù)字輸出（

18、二進制）數(shù)字輸出（十六進制）+125000001111101000007D0H+8500000101010100000550H+25.62500000001100100010191H+10.125000000001010001000A2H+0.500000000000010000008H000000000000000000000H-0.51111111111111000FFF8H-10.1251111111101101110FF5EH-25.6251111111101101111FF6FH-551111110010010000FC90H2.3.4LED數(shù)碼管簡介本系統(tǒng)選用五個LED數(shù)碼管來進行

19、溫度顯示。LED又稱為數(shù)碼管，它主要是由8段發(fā)光二極管組成的不同組合，其中ag為數(shù)字和字符顯示段，dp為小數(shù)點的顯示，通過ag這7個發(fā)光二極管點亮的不同組合，可以顯示09和AF共16個數(shù)字和字母LED數(shù)碼管可以分為共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)，如下圖3.1.3所示。共陰極結(jié)構(gòu)把8個發(fā)光二極管陰極連在一起，共陽極結(jié)構(gòu)把8個發(fā)光二極管陽極連在一起。通過單片機引腳輸出高低電平，可使數(shù)碼管顯示相應的數(shù)字或字母，這種使數(shù)碼管顯示字形的數(shù)據(jù)稱字形碼，又稱段選碼。edgndcpdf0.g0dpa0.bc圖2.6七段LED數(shù)碼管Rx8一個共陰極數(shù)碼管接至單片機的電路，要想顯示數(shù)字“7”須a、b、c這3個顯示段發(fā)光(

20、即這3個字段為高電平)只要在P0口輸入00000111(07H)即可。這里07H即為數(shù)字7的段選碼。字形與段選碼的關系見表2.2所示。表2.3LED段選碼表顯示共陰極共陽極顯示共陰極共陽極字符段碼段碼字符段碼段碼03fHC0H87fH80H106HF9H96fH90H25bHA4HA77H88H34fHB0HB7fH83H466H99HC39HC6H56dH92HD3fHA1H67dH82HE79H86H707HF8HF71H8EH2.4主要硬件電路總體硬件原理圖見附錄一。2.4.1溫度檢測電路設計本模塊以DS18B20作為溫度傳感器，AT89C51作為處理器，配以溫度顯示作為溫度控制輸出單元

21、。整個系統(tǒng)力求結(jié)構(gòu)簡單，功能完善。DS18B20進行現(xiàn)場溫度測量，將測量數(shù)據(jù)送入AT89C51的P1.7口，經(jīng)過單片機處理后顯示溫度值，并與設定溫度值的下限值比較，若高于或低于設定的下限值則控制電機轉(zhuǎn)速進行調(diào)整。電路圖如圖2.6所示。2.4.2電機調(diào)速電路設計根據(jù)圖2.7所示連接好電路圖，A/B接入單片機上通過程序來控制L298輸出來控制直流電機的轉(zhuǎn)動。PWM1賦值為1時，使能直流電機轉(zhuǎn)動。圖2.8電機調(diào)速電路頁腳頁腳243PWM調(diào)速原理我們采用的是PWM來實現(xiàn)直流電動機的調(diào)速，優(yōu)點：控制原理簡單，輸出波動小，線性好，對鄰近電路干擾小。缺點：功率低，散熱問題嚴重。PWM調(diào)速原理：輸出電壓TOC

22、 o 1-5 h zU=(t/T)U(2-1)0ont+1=T(2-2)onoff式2-1中t/T=D稱為占空比。on占空比D表示了在一個周期T里開關管導通的時間與周期的比值。D的變化圍為0二D=l。當電源電壓U不變的情況下，輸出電壓的平均值U取決于占空比D的大小，改變D值也就改變了輸出電壓的平均值，從而達到控制電動機轉(zhuǎn)速的目的，即實現(xiàn)PWM調(diào)速。2.4.4LED數(shù)碼管顯示電路及按鍵電路7SEG-MPX6-CC-BLUE數(shù)碼管與單片機輸出端相連電路以及按鍵輸入電路如圖2.8所示。圖2.9顯示電路連接a層M聲需鈣密逹急三r:-J.4.;-匕-.-JJT/-X金WIJiAHL3r語i-0E21-s

23、：jCPmL-Vdi-L1-H二iH3L:、h3I=jL1i.lb:u.rW冷ET.-s-ZZ4-o-rT第三章溫控智能電風扇控制系統(tǒng)軟件設計與實現(xiàn)本系統(tǒng)的運行程序采用C語言編寫，采用模塊化設計，整體程序由主程序和溫測顯示、鍵盤處理以及電機控制等子程序模塊組成。3.1主程序下圖為主程序簡易框圖。圖3.1主程序簡易框圖3.2數(shù)字溫度傳感器模塊如圖3.2所示，主機控制DS18B20數(shù)字溫度傳感器完成溫度轉(zhuǎn)換工作必須經(jīng)過三個步驟：初始化、ROM操作指令、存儲器操作指令。單片機所用的系統(tǒng)頻率為12MHz。根據(jù)DS18B20數(shù)字溫度傳感器進行初始化時序、讀時序和寫時序分別可編寫3個子程序：初始化子程序、

24、寫子程序、讀子程序。圖3.2數(shù)字溫度傳感器模塊程序流程圖DS18B20芯片功能命令表如下:命令說明協(xié)議READROM讀取激光ROM64位33HMATCHROM匹配ROM55HSKIPROM跳過ROMCCHSEARCHROM搜索ROMF0HALARMSEARCH告警搜索ECHWRITESCRATCHPAD把字節(jié)寫入暫存器的地址2和34EHREADSCRATCHPAD讀取暫存器和CRC字節(jié)BEHCOPYSCRATCHPAD把暫存器容拷貝到非易失性存儲器中48HCONVERTT開始溫度轉(zhuǎn)換44HRECALLE2把非易失性存儲器中的值召回暫存器B8HB4HREADPOWERSUPPLY讀電源供電方式：

25、0為寄生電源，1為外電源3.3電機調(diào)速與控制子模塊本模塊采用PWM來實現(xiàn)直流電動機的調(diào)速。控制流程如圖3.3所示。溫度讀取外界溫度與設定溫度進行比較得到占空比即高低電平輸出比電機轉(zhuǎn)速控制圖3.3電機控制流程圖第四章調(diào)試結(jié)果與總結(jié)4.1調(diào)試結(jié)果課程設計仿真調(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。這里我們設定溫度為20*為最低溫度進行仿真。0檔:=20C-44J_i1pay字呼CO?k琵rrrzi_HlU?aHKlSFB1檔：20C21C頁腳檔:25C27C檔：=27C即溫度每上升2C,電機轉(zhuǎn)速即上升一檔。26C時，仿真結(jié)果：:醬影

26、童紗軸）82ocasisaTQNOoa33ALT?EerL4.2課程設計總結(jié)本系統(tǒng)以AT89C51單片機為核心，單片機主要完成對外界環(huán)境溫度信號的采集、處理、顯示等功能;用Protues軟件繪制電路原理圖及仿真測試和DXP軟件繪制PCB電路印刷板圖，利用MCS-51C語言編制。運行程序該系統(tǒng)的主要特點是：（1）適用性強，用戶只需對界面參數(shù)進行設置并啟動系統(tǒng)正常運行便可滿足不同用戶對最適合溫度的要求，實現(xiàn)對最適溫度的實時監(jiān)控。（2）隨時可以根據(jù)軟件編寫新的功能加入產(chǎn)品。操作界面可擴展性強，只要稍加改變，即可增加其他按鍵的使用功能。本系統(tǒng)溫度控制采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器作為感溫元件。采用L

27、298驅(qū)動器利用PWM占空比調(diào)速原理對電動機轉(zhuǎn)速進行控制，以達到目標。基于AT89C51單片機所設計與研制的電風扇智能調(diào)速系統(tǒng)，造價低且具有穩(wěn)定性高、性能優(yōu)越、節(jié)約電能等優(yōu)點，在夜間無需定時，同樣能給人們帶來更多的方便。本設計在軟件仿真模擬檢測中運行較好，但數(shù)碼管顯示部分有一點問題，在對溫度設置時，數(shù)碼管其他位數(shù)字會跟隨跳變，但數(shù)值不變。功能上的缺憾是對于兩個檔之間的臨界溫度處理不好，并且檔位太少，還有待改進?？偟膩碚f，本次課程設計學到了許多東西，對今后個人的發(fā)展有積極的作用。.頁腳.頁腳參考文獻【1】坤、鋒、王巧芝等，51單片機典型應用開發(fā)例大全M,：中國鐵道，2011.102】俊謨，單片機

28、中級教程原理與應用（2版）M，：航空航天大學，2006.10【3】玉杰，基于單片機的溫度控制智能電風扇D,工業(yè)髙等專科學?！?】清秀、鄧星鐘等，機電傳動控制M,:華中科技大學，2011.6.頁腳頁腳頁腳附錄一)義氏附錄二PCB板.頁腳.頁腳附錄三程序清單主程序voidmain(void)uintltemp;ucharg,d;/初始化溫度dianji=0;/初始化電機read_temp();/讀取測溫子程序，讀取溫度數(shù)值delay(1000);/延時while(1)int1=1;int2=0;dianji=0;ltemp=read_temp();/溫度賦值delay(2);d=read_ds18

29、b20_date();/溫度的低位g=read_ds18b20_date();/溫度的高位ltemp=g;ltemp=8;ltemp=ltemp|d;t=ltemp*0.0625;ltemp=t*10;shi=ltemp/100;/溫度十位ge=(ltemp%100)/10;/溫度個位keyscan();/讀取鍵盤子程序delay(2);deal(ltemp/10);/運行溫度判斷子程序,由溫差設置占空比dianjik();/運行電機控制子程序溫度顯示子程序voidledshow(uchara4,uchara3,uchara1,uchara0)dispbuf0=a0;dispbuf1=a1;d

30、ispbuf3=a3;dispbuf4=a4;P2=0 xff;/按鍵個位P0=dispcodedispbuf0;P2=dispbitcode5;delayus(1);P2=0 xff;/按鍵十位P0=dispcodedispbuf1;P2=dispbitcode4;delayus(1);P2=0 xff;/溫度傳感器個位P0=dispcodedispbuf3;P2=dispbitcode1;delayus(1);P2=0 xff;/第一位，傳感器十位P0=dispcodedispbuf4;P2=dispbitcode0;delayus(1);DS18B20子程序voidclean_ds18b20()/初始化dq=0；/再講數(shù)據(jù)線從高拉低，要求保持480960usdelayus(90)；/略微延時以向ds發(fā)出一持續(xù)480960us的低電平復位脈沖dq=1；/將數(shù)據(jù)線拉高delayus(3);/延時(釋放總線后需等待1560us讓ds輸出存在脈沖)bitreadbit()/讀取一個位uchari；bitdat；dq=0；i