家用電扇控制器設計

南昌工學院家用風扇控制器的設計班級 學號 學生姓名 指導教師 課程設計任務書課程名稱院（系）電子工程學院專業(yè)電子信息工程班級 學號 姓名 課程設計題目家用風扇控制器的設計課程設計時間：年月日至年月日課程設計的內容及要求：一、設計說明設計一個家用風扇控制器電路。二、技術指標1?？刂破髅姘灏粹o有三個，分別為風速、風種和停止，LED指示燈有六個，指示風速強、中和弱，指示風種為睡眠、自然和正常。2.電扇處于停轉狀態(tài)時，所有指示燈都不亮,只有按下“風速”鍵時，才會響應，進入起始工作狀態(tài)；電扇在任何狀態(tài),只要按下停止鍵,則進入停轉狀態(tài)。3。處于工作狀態(tài)時，有（1）初始狀態(tài)為:風速為“弱”，風種為“正常”；（2）按“風速”鍵,其狀態(tài)由“弱”→“中”→“強”→“弱”→……往復循環(huán)改變，每按一下按鍵改變一次狀態(tài)；（3）按“風種"鍵，其狀態(tài)由“正常"→“睡眠”→“自然"→“正常"→……往復循環(huán)改變；4。風速的弱、中、強對應于電扇的轉動由慢到快；5。風速的不同選擇，分別為：（1）正常：電扇連續(xù)運轉;（2）自然：電扇模擬自然風，即轉4秒,停4秒；（3）睡眠：電扇慢轉，產生輕柔的微風，運轉8秒，停轉8秒;6。按照風速和風種的設置輸出相應的控制信號.三、設計要求1。采用電路仿真軟件設計電路；或采用VHDL語言編寫程序，并在MAX+plusⅡ平臺中進行仿真，下載到EDA實驗箱進行驗證;或編寫單片機程序,并仿真。2。編寫設計報告，要求包括方案選擇、程序清單、調試過程及心得體會等。3.畫出電路原理圖（元器件標準化，電路圖規(guī)范化）。四、實驗要求1．根據(jù)技術指標制定實驗方案;驗證所設計的電路.2．進行實驗數(shù)據(jù)處理和分析。五、推薦參考資料1．沙占友、李學芝著.中外數(shù)字萬用表電路原理及維修技術.[M]北京：人民郵電出版社，1993年2．童詩白、華成英主編者.模擬電子技術基礎。[M］北京：高等教育出版社,2006年3．戴伏生主編?；A電子電路設計及實踐.[M］北京：國防工業(yè)出版社，2002年4．譚博學主編。集成電路原理及應用.[M］北京:電子工業(yè)出版社，2003年六、按照要求撰寫課程設計報告成績評定表評語、建議或需要說明的問題:指導教師簽字：日期:成績一、概述電風扇在我國，是80年代開始興起的一種小型的家用電器，剛開始它的功能單一,而且耗電量大，隨著技術的不斷更新，它的功能更加強大，更加趨于人性化。作為一種老式的家電，電風扇具有價格便宜，擺放方便，體積輕巧等特點，面臨龐大的市場需要的同時，也要提高電風扇的市場競爭力。使之在技術含量上有所提高，使風速不僅功能多樣，操作簡便,而且更加安全可靠。本設計采用了單片機作為該電風扇系統(tǒng)的控制核心，使得家用電扇更加滿足用戶的需求.在國際市場上，單片機產品的類型很多。其中Intel公司的產品比較領先占有較大銷售份額。在我國Intel公司的MCS—48系列，MCS—51系列，MCS-96系列的各種機型用得最多，占主流地位。本設計以ATMEL公司的AT89C51單片機為核心，通過按鍵掃描電路和顯示電路建立一個控制系統(tǒng)，使電風扇人為的變換檔位，能夠滿足人們的需求。實現(xiàn)按“風速"鍵，其狀態(tài)由“弱”→“中”→“強”→“弱"→……往復循環(huán)改變，每按一下按鍵改變一次狀態(tài)；并且按“風種"鍵，其狀態(tài)由“正?！薄八摺薄白匀弧薄罢！薄鶑脱h(huán)改變；強、中、弱的狀態(tài)改變對應電風扇電機轉速的快慢，而正常、睡眠、自然的狀態(tài)改變對應于電機運轉的狀態(tài),即睡眠對應電機轉八秒停八秒，自然對應電機轉四秒停四秒，正常則電機一直轉動。二、方案論證對于實現(xiàn)如以上那樣對電扇的控制,可以有多種方法實現(xiàn)，現(xiàn)列出簡單的兩種方法，再從中選取最優(yōu)秀的方案完成.方案一：采用電壓比較電路作為控制部件。集成運放組成的比較電路判決電路控制風扇的轉速。用常見的555芯片構成單穩(wěn)態(tài)電路實現(xiàn)電機狀態(tài)改變時需要的延時,當高于或低于某值時將風扇切換到相應檔位。方案二：采用單片機作為控制核心，以軟件編程的方式進行風速控制，并在端口輸出控制信號。控制外圍狀態(tài)顯示電路以及按鍵檢測和按鍵控制電路。對于以上兩種方案，各有其優(yōu)缺點，對于方案一，采用電壓比較電路具有電路簡單、易于實現(xiàn),采用的都是常見的元器件,在成本上占有一定的優(yōu)勢，以及無需編寫軟件程序的特點，但控制方式過于單一,不能自由設置上下限動作及定時時間，無法滿足不同用戶以及不同工作環(huán)境下的要求，故不采用此方案。對于方案二，采用單片機控制，可以實現(xiàn)更復雜的電路要求，而且單片機運行起來穩(wěn)定，能滿足不同環(huán)境，不同條件下的控制，而且在電路要求上面需要更改時只需做程序上的修改以及相應電路連接的改動就行，比方案一方便，而且成本上也不比方案一的成本高太多，故采用此方案。電路設計本系統(tǒng)由四個模塊組成，分別是輸入模塊、顯示模塊、電機控制模塊以及單片機控制系統(tǒng)。其中單片機控制系統(tǒng)是核心，由AT89C51、晶振和復位電路組成。它通過處理輸入的各種信息來對其它模塊發(fā)出指令，進行相應的操作。輸入模塊由3個按鍵組成，分別控制電機的風速和風種選擇，以及電扇總開關.顯示模塊由六個LED發(fā)光二極管組成，顯示風速和風種。1、單片機控制系統(tǒng)對于單片機中央處理系統(tǒng)，根據(jù)要求，可以選擇AT89C51單片機作為中央處理器,作為整個控制系統(tǒng)的核心，AT89C51內部包含了定時器，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,不需要外接其它存儲器和定時器件、方便，整個系統(tǒng)結構緊湊，抗干擾能力強,性價比高,AT89C51單片機溫度測控儀采用ATMEL公司的AT89C51單片機，采用雙列直插(DIP），有40個引腳。該單片機采用ATMEL公司的高密度非易失性存儲技術制造，及美國INTEL公司生產的MCS—51系列單片機的指令和引腳設置兼容。單片機應用系統(tǒng)的設計是及單片機直接接口的數(shù)字電路范圍內電路芯片的設計。如存儲器和并行接口的擴展、定時系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)擴展,一般的外部設備的接口，圖1是單片機以及其外圍復位電路，晶振電路等組成的最小單片機系統(tǒng),選擇頻率為12MHz的晶振，根據(jù)時鐘周期的計算式,算得時鐘周期為1/12微秒(us），根據(jù)機器周期=12*時鐘周期，可算得機器周期為1微秒（us）:圖1單片機最小系統(tǒng)2、按鍵電路按鍵電路如圖2所示，設計中輸入模塊靠按鍵電路實現(xiàn)，按鍵共有三個，分別為停止、風速、風種；按鍵采用觸發(fā)式按鍵，在單片機上只需檢測輸入端的觸發(fā)電平，在按鍵連接時，需要在按鍵及地之間并聯(lián)一個值不大的電容,以消除按鍵產生的按鍵抖動時帶來的沖激等。圖2按鍵電路3、顯示電路顯示部分采用的是六個LED發(fā)光二極管，二極管的輸入端直接連單片機的I/O口輸出端，前三個分別顯示電扇的強、中、弱風速，后三個分別顯示電扇的自然、正常、睡眠風種，當相應按鍵按下時，顯示風速和顯示風種的LED會點亮,連續(xù)按下時，顯示會由“弱"→“中”→“強”、以及“正常”→“睡眠”→“自然”重復不斷變化，同時在單片機的控制電機端輸出相應的狀態(tài)改變量以控制電機狀態(tài).圖3是按鍵狀態(tài)采集的電路。圖3顯示電路電機控制電路設計中采用PROTUES中自帶的直流電機來代替電風扇，直流電機是靠輸入的信號占空比來控制的,占空比越大轉速就越高,所以在電路中控制風速就控制輸入給直流電動機的占空比，對于控制電扇的風種,那就要控制給電機的占空比的時間就行,設計中的睡眠和自然狀態(tài)是控制輸入占空比的時序，控制電機的間斷工作達到題目的要求。以下是電機控制電路圖，在電機及地連接的地方，需并聯(lián)一個電容，因為在旋轉時，轉子的電流是經碳刷和整流子接觸，供給轉子繞組，在工作時，接觸點有火花，并產生電磁波，連電容就是為了消除或減小電磁干擾.圖4電機控制電路四、程序設計流程圖 程序的流程圖表示程序各個步驟的內容以及它們的關系和執(zhí)行的順序，它說命了程序的邏輯結構，可以按照它順利地寫出程序，而不必在編寫時臨時構思，甚至出現(xiàn)邏輯錯誤,流程圖不僅可以指導編寫程序，而且可以在調試程序中用來檢查程序的正確性，圖5是本設計用流程圖.圖5程序流程圖五、性能的測試1、風速的測試在仿真圖中，第一條線為風速，第二條線為風種，第三條線為輸出控制電機轉速信號線。A、風速有三個檔,其中,慢速檔的仿真結果圖如圖6所示，此時狀態(tài)為正常，圖7是電動機轉速,控制電機轉速的占空比是30％，此時，有電機上的顯示最大轉速為50轉左右，到達50轉之后將上下浮動不超過3轉:圖6慢速、正常狀態(tài)下輸出信號的仿真圖圖7慢速、正常狀態(tài)下電機轉速B、中速檔的測試。其中，中速檔時控制電動機轉速的占空比是50％，此時狀態(tài)為正常，相應的仿真為圖8所示，圖9是電動機轉速顯示，中速檔時電動機轉速基本在100轉左右，上下浮動不超過2轉：圖8中速、正常狀態(tài)下輸出信號仿真圖圖9中速、正常狀態(tài)下電機轉速C、快速檔的測試.快速檔時控制電動機轉速的占空比是95％，此時狀態(tài)為正常，相應的仿真圖為圖10所示，圖11為電動機轉速，在占空比為95％時電動機轉速在200轉左右，上下浮動不超過1轉；圖10快速、正常狀態(tài)下輸出信號仿真圖圖11快速、正常狀態(tài)下電機轉速2、風種的測試A、選擇風速為中，控制電機轉速的占空比為50%,選擇風種的狀態(tài)為自然，此時的仿真圖如圖12所示,圖中，最后的輸出信號表示的意思是電機轉一秒,停轉一秒，最后的輸出信號是由風速信號及風種信號相及得到的；圖12中速、自然狀態(tài)下輸出信號仿真圖B、選擇風速為中，控制電機轉速的占空比為50%,選擇風種的狀態(tài)為睡眠，此時的仿真圖如圖13所示，最后輸出的信號的意思是電機轉兩秒,停轉兩秒；圖13中速、睡眠狀態(tài)下輸出信號仿真圖六、結論該設計基本能滿足課設的要求，通過實驗仿真的結果可得，按下按鍵改變風速的狀態(tài)后，電機的轉速會隨著改變而改變，而在改變風種的狀態(tài)后,電機也隨著改變而做相應的響應，但是，在電路設計上面，或者是在單片機程序控制上面可能還有些缺陷或者需要改進的地方，在實際仿真的時候，得到的占空比以及最后的輸出的信號等等都存在著一些失真,不是理論上的標準方波,在跳變過后任然有著少許上升或者下降的趨勢，但是這個并不影響電機的運轉響應。單片機的控制是在按鍵的響應下進行的，在輸出方波信號時，采用的是51單片機內部自己帶有的定時器中斷，51單片機中的兩個定時/計數(shù)器中斷一個用來定時產生不同占空比的信號,另一個用來執(zhí)行中斷程序;期間在按鍵消抖時要用到延時程序，以免發(fā)生按鍵之后的跳變，延時程序是以循環(huán)耗時方式編寫。七、性價比設計中使用的電阻，電容，晶振,觸發(fā)式按鍵,發(fā)光二級管等是市場是很容易買到的材料，價格便宜，AT89C51單片機現(xiàn)在作為大多數(shù)的教學用具，也很容易買到，而且不貴，一塊單片機能燒寫程序上千次，不容易損壞，而且具有壽命長、速度快、低功耗、低噪聲、可靠性高的特點，整個設計性價比高.八、課設體會在寫課設論文時我深深體會到搞設計的艱辛及困難，電風扇我們都熟悉,但要想把單片機技術運用到電風扇上是不簡單的事情。這次課程設計讓我學到了許多課本上沒有的知識，使我受益匪淺，我不僅對單片機有了理論上的更進一步的認識,而且更是將理論運用到實踐里去了，這對于我們來說是更珍貴的，在課堂上接受的教育遠遠沒有真正做一個課程設計來的實際，但是也必須要有課堂上的理論才能完成，這一點是毫無疑問的.并且讓我認識到無論做任何事情,都要認真對待，要知道自己要做什么，怎么樣才能做到,是否能夠做好,因此，這些都需要我們認真的分析，遇到困難要及時尋求老師的幫助。我相信，沒有解決不了的問題。我會一步一個腳印，踏踏實實的向我的目標前進。在對單片機的控制當中，我對單片機的內部了解更清晰了，包括中斷定時/計數(shù)等功能,在及同學討論以及解決問題的過程中，也學習了很多.單片機的強大功能是毋庸置疑的，但是要熟練的運用控制它，是一個不簡單的問題，在課程設計過程中遇到了很多的問題,諸如沒有認識到延時對單片機運行代碼的重要性等,這次的課程設計，也培養(yǎng)了我的創(chuàng)新精神,增強了解決問題的能力。在這過程中收獲的東西是寶貴而且不可代替的，如果有機會,自己也應該多多練練，增強自己的專業(yè)素質能力.參考文獻[1]沙占友。李學芝著.中外數(shù)字萬用表電路原理及維修技術.［M]北京:人民郵電出版社，1993年［2]童詩白、華成英主編者.模擬電子技術基礎.[M]北京:高等教育出版社,2006年[3]戴伏生主編.基礎電子電路設計及實踐.[M］北京：國防工業(yè)出版社，2002年［4］譚博學主編.集成電路原理及應用。[M］北京：電子工業(yè)出版社,2003年附錄I總電路圖附錄II元器件清單序號編號名稱型號數(shù)量1U1單片機89C5112R1—R6電阻270?63R710?14R82k2?15R910k?16M1直流電機DC-MOTOR17C2—C3電容33p28C1、C4-C710u59K1—K4觸發(fā)按鍵button410X1晶振12MHz111L1—L6LEDbule6附錄III源程序#include"reg52。h”#defineuintunsignedint＃defineucharunsignedcharvoiddelay（uintz);uinta，b,count，m，n,num;sbitkey1=P1^0；sbitkey2=P1^1；sbitkey3=P1^2;sbitpwm=P1^5；sbitcd=P1^6；sbitef=P1^7；voidclose(）｛ 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