《根據(jù)環(huán)境實(shí)際溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)電風(fēng)扇的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)》5600字（論文）

221根據(jù)環(huán)境實(shí)際溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)電風(fēng)扇的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要在我們?nèi)粘５墓ぷ魃钪校胀ǖ囊慌_(tái)電風(fēng)扇給我們的日常生活工作帶來了很多的便利，如果沒有電風(fēng)扇，夏天將是難以忍受煎熬的。但是普通的調(diào)速電風(fēng)扇只有手動(dòng)方式去控制調(diào)速和用機(jī)械檔的手動(dòng)控制開關(guān)方式去控制調(diào)速兩種。在夏季的時(shí)候，夜晚室內(nèi)溫度開始下降時(shí)，人們往往會(huì)因?yàn)槭焖浫リP(guān)電風(fēng)扇，當(dāng)溫度緩慢下降的時(shí)候，一般的家用電風(fēng)扇不能依據(jù)室內(nèi)溫度的不斷變化而隨時(shí)改變它的轉(zhuǎn)速。然而我們的這款智能室內(nèi)溫控自動(dòng)風(fēng)扇卻可以很好的做到這一點(diǎn)，它可以根據(jù)室內(nèi)的恒溫環(huán)境自動(dòng)控制整個(gè)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。為了能夠讓家用電風(fēng)扇更好的貼近我們的家庭日常生活，開發(fā)一種新型的現(xiàn)代智能家用電風(fēng)扇自動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)是非常迫切的。其通過數(shù)字式溫度傳感器對(duì)周圍的工作環(huán)境溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集，接著自動(dòng)建立一個(gè)自動(dòng)控制風(fēng)扇系統(tǒng)，使風(fēng)扇隨周圍溫度值的變化自動(dòng)快速調(diào)節(jié)風(fēng)扇檔位，實(shí)現(xiàn)一種“風(fēng)扇溫度越高、風(fēng)力越大、溫度越低、風(fēng)力越小”的性能。本設(shè)計(jì)采用的就是一種完全智能化的溫度顯示和自動(dòng)感測(cè)溫控功能。它通常會(huì)根據(jù)工作環(huán)境的實(shí)際溫度變化來自動(dòng)調(diào)節(jié)電風(fēng)扇，不需要我們手動(dòng)去調(diào)節(jié)電風(fēng)扇，能讓我們更輕松的生活。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)STC89C52；數(shù)碼管；溫度傳感器DS18B20；智能控制；目錄TOC\o"1-3"\h\u27591摘要 I1緒論伴隨著現(xiàn)代科學(xué)信息技術(shù)的飛速進(jìn)步和不斷發(fā)展,由現(xiàn)代傳統(tǒng)的家用電風(fēng)扇發(fā)展到現(xiàn)代智能化的家用電風(fēng)扇,飛速的發(fā)展提高了現(xiàn)代人們的日常生活使用水平。現(xiàn)在我們筆記本電腦上廣泛在使用的就是智能化風(fēng)扇CPU風(fēng)扇。為了有效降低家用電風(fēng)扇正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)噪音以及我們需要大量節(jié)約能源等諸多因素。智能化的溫控風(fēng)扇越來越受到重視。設(shè)計(jì)溫控風(fēng)扇為工業(yè)及人們生活帶來了便利。如用在工業(yè)大型家用機(jī)械上的散熱通風(fēng)系統(tǒng)及個(gè)人電腦上用的CPU風(fēng)扇等。在生活中它都有著廣泛的經(jīng)濟(jì)用途,因此它的設(shè)計(jì)具有一定的價(jià)值意義。1.1STC89C52單片機(jī)STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種“CMOS的8位微控制器”,STC89C52不但使用了“MCS－51”系列單片機(jī)的經(jīng)典內(nèi)核，而且加入了眾多的改進(jìn)，使求獲得更為強(qiáng)大的應(yīng)用拓展實(shí)用功能。STC89C52在擁有“靈活的8位處理器”的同時(shí)，更可以實(shí)現(xiàn)“在系統(tǒng)可編程Flash”，因此該單片機(jī)已然成為當(dāng)下常規(guī)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的主流首選。STC89C52單片機(jī)實(shí)物圖如圖1-1所示。圖1-1STC89C52單片機(jī)實(shí)物圖單片機(jī)STC89C52的優(yōu)點(diǎn)1.電壓范圍：5.5V～3.3V2.頻率范圍：0～40MHz

3.有32個(gè)通用I/0口4.有ISP(在系統(tǒng)可編程)5.有EEPROM功能6.有看門狗功能7.3個(gè)16位定時(shí)器8.溫度范圍:-40~+85°C/0~75°C9.4K字節(jié)的EEPROM存儲(chǔ)空間10.直接串口下載11.256字節(jié)存儲(chǔ)空間單片機(jī)STC89C52的各個(gè)引腳圖如圖1-2所示。圖1-2單片機(jī)STC89C52的引腳圖1.2DS18B20溫度傳感器DS18B20溫度傳感器，是以數(shù)字信號(hào)形式進(jìn)行輸出，具有“檢測(cè)精度高，抗干擾強(qiáng)，體積小”的優(yōu)點(diǎn)。它也是一種“一線總線”接口的數(shù)字式溫度傳感器，它的內(nèi)部控制使用了“(ON-B0ARD)控制技術(shù)?！笨梢杂脕韺?duì)周圍環(huán)境的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。獨(dú)特并且成本經(jīng)濟(jì)低，讓用戶可以簡(jiǎn)單的自行組建溫度傳感器處理網(wǎng)絡(luò),在這種傳統(tǒng)的溫度模擬信號(hào)需要遠(yuǎn)距離進(jìn)行溫度自動(dòng)測(cè)量的處理系統(tǒng)中,需要很好的有效解決“電路引線漂移誤差自動(dòng)補(bǔ)償”、“多點(diǎn)溫度測(cè)量自動(dòng)切換漂移誤差”和“功率放大控制電路零點(diǎn)測(cè)量漂移切換誤差”等復(fù)雜問題,才可以能夠真正達(dá)到較高的溫度測(cè)量處理精度。DS18B20溫度傳感器是目前解決這些復(fù)雜問題的最佳有效解決方法,因?yàn)樾滦偷臄?shù)字式溫度傳感器不僅具有“系統(tǒng)體積更小”、“精度更高”、并且系統(tǒng)采用的是“一線數(shù)字總線、可以自動(dòng)組建無線網(wǎng)絡(luò)”等等的諸多優(yōu)點(diǎn),當(dāng)然在實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用中也可以有著很好的溫度測(cè)溫測(cè)量效果。一、DS18B20的主要特性(1)電壓范圍寬(2)獨(dú)特的單線接口方式(3)支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能(4)周圍溫度的測(cè)量范圍－55℃～＋125℃

(5)高標(biāo)準(zhǔn)精度自動(dòng)測(cè)溫

(6)極強(qiáng)的抗干擾性

(7)負(fù)壓特性(8)極強(qiáng)的糾錯(cuò)控制能力二、溫度傳感器DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20類傳感器，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要是由四個(gè)部分組成：“溫度傳感器”、“64位光刻ROM”、“配置寄存器”、“非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL”。數(shù)字式溫度傳感器ds18b20內(nèi)部的結(jié)構(gòu)圖如圖1-3所示。圖1-3DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框架圖1.3設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和任務(wù)本次的溫度設(shè)計(jì)主要采用的方法是數(shù)字單片式電機(jī)STC89C52，然后通過數(shù)字式溫度傳感器DS18B20對(duì)周圍環(huán)境條件進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集進(jìn)行測(cè)溫，74HC53驅(qū)動(dòng)的是數(shù)碼管，顯示測(cè)量的溫度和檔位，其有設(shè)置鍵、加、減鍵，按一下設(shè)置鍵可以設(shè)置上限，再按一下設(shè)置下限，上下限值都可以用按鍵加和減來調(diào)整。當(dāng)溫度低于下限時(shí)，風(fēng)扇不轉(zhuǎn)動(dòng)(0檔)。當(dāng)室內(nèi)溫度處于上下限之間時(shí)，風(fēng)扇50%(1檔)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)溫度超過上限值時(shí)，全速轉(zhuǎn)動(dòng)(2檔)。本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容如下：(1)電風(fēng)扇的風(fēng)速設(shè)定為從低到高共3個(gè)檔位(2)當(dāng)室內(nèi)的溫度低于所設(shè)置的下限值時(shí),電風(fēng)扇風(fēng)速關(guān)閉(0檔)。(3)當(dāng)室內(nèi)的溫度處于下限和上限之間時(shí),電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速緩慢(1檔)。(4)當(dāng)室內(nèi)的溫度高于所設(shè)置的上限值時(shí),電風(fēng)扇風(fēng)速全速運(yùn)轉(zhuǎn)(2檔)。2設(shè)計(jì)方案2.1溫度模塊本設(shè)計(jì)選用DS18B20溫度傳感器，相比傳統(tǒng)的熱敏電阻以及其他溫度測(cè)量元器件，更為直觀，數(shù)據(jù)可直接讀出，能通過編程“實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式”。該數(shù)字式總線集成溫度傳感器系統(tǒng)采用了“先進(jìn)的數(shù)字式總線接口技術(shù)”，與其他單片機(jī)的總線接口非常的簡(jiǎn)單，并且其抗干擾的控制能力也很強(qiáng)。2.2控制模塊采用STC89C52型號(hào)的溫控單片式微機(jī)器件作為溫度控制的一個(gè)核心組成元件，直接用KEIL控制軟件和可編程編程的控制方法對(duì)其進(jìn)行了對(duì)溫度的控制判斷，并在其控制端口端上輸出需要控制的溫度信號(hào)。通過軟件編寫程序?qū)囟葌鞲衅魉枰獧z測(cè)接收到的時(shí)間溫度信息通過時(shí)間顯示控制電路實(shí)時(shí)顯示表現(xiàn)出來。然后手機(jī)用戶就完全可以通過移動(dòng)鍵盤的控制接口，自由的選擇設(shè)置上限和下限的時(shí)間溫度顯示值。通過應(yīng)用軟件程序去自動(dòng)判斷周圍溫度本身就可以具有很高的控制精度，能精確的自動(dòng)控制工作環(huán)境周圍溫度的微小波動(dòng)變化。2.3顯示電路模塊采用四位共陰數(shù)碼管顯示，動(dòng)態(tài)掃描顯示方式。這樣的顯示方式不僅低成本，功耗還低，顯示的溫度值很清晰，在夜間也能清晰看見。雖然“數(shù)碼管單一數(shù)字顯示，也沒有華麗的外觀”。但在本系統(tǒng)中，它的功能已經(jīng)足夠使用了。2.4調(diào)速模塊采用晶閘管構(gòu)成“無級(jí)調(diào)速電路。”晶閘管的導(dǎo)通角大小由電位器完全控制，可實(shí)現(xiàn)“從關(guān)閉風(fēng)速到最大風(fēng)速的無級(jí)別調(diào)速”，實(shí)現(xiàn)一種“自由的風(fēng)速”。在調(diào)速的操作中基本上不需要額外電力的損耗。3設(shè)計(jì)原理3.1總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)框架如下圖3-1所示圖3-1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖3.2溫度檢測(cè)和顯示電路本模塊采用DS18B20作為溫度傳感器，STC89C52單片機(jī)作為核心微處理器，顯示溫度控制輸出單元。工作原理：數(shù)字式溫度傳感器采集室內(nèi)周圍環(huán)境的溫度，將測(cè)量到的溫度數(shù)據(jù)值傳遞給STC89C52單片機(jī)的P2.4口，經(jīng)過單片機(jī)的一系列操作處理后顯示出當(dāng)前室內(nèi)周圍環(huán)境的溫度值，并將之前所設(shè)定好的室內(nèi)周圍環(huán)境溫度值的上限值和下限值作相應(yīng)的對(duì)比，如果溫度值高于設(shè)定的上限值或低于設(shè)定的下限值則控制電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。溫度式傳感器DS18B20原理圖如下圖3-2所示。圖3-2DS18B20工作原理圖3.3電機(jī)調(diào)速電路3.3.1電機(jī)調(diào)速原理雙向可控硅的導(dǎo)通條件如下：(1)陽-陰極間加正向電壓；(2)增加光源電壓控制極，即在光源極和陰極間加正向正極電壓并由觸發(fā)控制光源正極電壓(3)維持陽極穩(wěn)壓電流峰值；當(dāng)大于一個(gè)可控氧化硅的最小值時(shí)維持陰極電流峰值。3.3.2電機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)本模塊電路中采用了“過零雙向可控硅型光耦MOC3041M,集光電隔離、過零檢測(cè)、過零觸發(fā)等功能”于一身,避免了輸入輸出通道同時(shí)控制雙向可控硅觸發(fā)的缺點(diǎn),簡(jiǎn)單化了輸出通道隔離2驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)。工作過程控制基本原理:用戶所設(shè)置的參數(shù)被單片機(jī)響應(yīng),輸出一個(gè)高電平在I/O口,然后經(jīng)過反向器反向后,送出一個(gè)低電平,導(dǎo)通光電耦合器,同時(shí)觸發(fā)雙向可控硅,工作電路導(dǎo)通工作。其電機(jī)的控制原理圖如圖3-3所示。圖3-3電機(jī)控制原理圖3.3.3數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)模塊是由74HC573芯片完成的，其中包含八路D型透明鎖存器，每個(gè)鎖存器具有獨(dú)立的D型輸入，以及適用于面向總線的應(yīng)用的三態(tài)輸出。所有鎖存器共用一個(gè)鎖存使能(LE)端和一個(gè)輸出使能(OE)端。當(dāng)LE為高時(shí)，數(shù)據(jù)從DN輸入到鎖存器，在此條件下，鎖存器進(jìn)入透明模式，也就是說，鎖存器的輸出狀態(tài)將會(huì)隨著對(duì)應(yīng)的D輸入每次的變化而改變?！爱?dāng)LE為低時(shí)，鎖存器將存儲(chǔ)D輸入上的信息一段就緒時(shí)間，直到LE的下降沿來臨。”

當(dāng)OE為低時(shí)，8個(gè)鎖存器的內(nèi)容可被正常輸出；“當(dāng)OE為高時(shí)，輸出進(jìn)入高阻態(tài)。OE端的操作不會(huì)影響鎖存器的狀態(tài)。”其74HC573電氣參數(shù)表如下表3-2所示。表3-274HC573電氣參數(shù)表74HC573特性：（1）輸入輸出分布在芯片封裝的兩側(cè)，為微處理器提供簡(jiǎn)便的接口（2）用于微控制器和微型計(jì)算機(jī)的輸入輸出口（3）三態(tài)正相輸出，用于面向總線的應(yīng)用（4）共用三態(tài)輸出使能端（5）邏輯功能與74HC563、74HC373相同（6）遵循JEDEC標(biāo)準(zhǔn)no.7A（7）ESD保護(hù)4軟件設(shè)計(jì)與仿真測(cè)試4.1主程序在軟件設(shè)計(jì)中，主程序模塊流程如圖4-1所示。程序初始化函數(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)DS18B20的初始化處理，與此同時(shí)溫度讀取函數(shù)將提供對(duì)數(shù)據(jù)的讀取和轉(zhuǎn)化功能，而鍵盤掃描函數(shù)則是根據(jù)用戶的需求來設(shè)定溫度可控的上限、下限值。此后，溫度處理函數(shù)還將對(duì)采集得到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，其結(jié)果數(shù)據(jù)即可成為風(fēng)扇控制函數(shù)發(fā)出指令來操縱對(duì)風(fēng)扇電機(jī)的啟停及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)等行為動(dòng)作的實(shí)施依據(jù)。.圖4-1主程序模塊流程圖4.2傳感器模塊與顯示子模塊主機(jī)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(gè)步驟：“初始化、ROM操作指令、存儲(chǔ)器操作指令?！备鶕?jù)DS18B20數(shù)字溫度傳感器進(jìn)行初始化時(shí)序、讀時(shí)序和寫時(shí)序分別可編寫3個(gè)子程序：“初始化子程序、寫子程序、讀子程序。”DS18B20芯片功能命令如下表4-1所示：表4-1DS18B20芯片功能表4.3電機(jī)調(diào)速與控制子模塊本模塊采用“雙向可控硅過零觸發(fā)方式”，由單片機(jī)控制雙向可控硅的通斷，通過改變每個(gè)控制周期內(nèi)可控硅導(dǎo)通和關(guān)斷交流完整全波信號(hào)的個(gè)數(shù)來調(diào)節(jié)負(fù)載功率，進(jìn)而達(dá)到調(diào)速的目的。單片機(jī)上的INT0口可以反應(yīng)工頻電壓過零時(shí)間，因此利用該中斷口來決定控制門的開、關(guān)操作。通過對(duì)中斷的次數(shù)進(jìn)行計(jì)算和判斷，每次產(chǎn)生一個(gè)中斷時(shí)，“中斷控制量n就會(huì)做減1操作，當(dāng)n為0時(shí)”，則將控制門關(guān)閉，從而過零脈沖也就無法通過?！薄爱?dāng)n不等于0時(shí)，控制電平保持為“1”?！蓖ㄟ^這種方式，達(dá)到調(diào)速的目的。其電機(jī)控制模塊中斷響應(yīng)流程圖如圖4-2所示。圖4-2電機(jī)調(diào)速控制模塊中斷響應(yīng)流程圖4.4仿真結(jié)果4.4.1仿真原理圖經(jīng)過一系列的仿真測(cè)試，根據(jù)其硬件原理圖得到如圖4-3所示的仿真原理圖。圖4-3仿真原理圖4.4.2仿真測(cè)試把寫好的程序燒錄到單片機(jī)中，給單片機(jī)通上電，按下開關(guān)觀察當(dāng)前風(fēng)扇的檔位以及室內(nèi)的溫度值如圖4-4所示，圖中的數(shù)字“0”為風(fēng)扇的檔位，數(shù)字“21”為室內(nèi)環(huán)境的溫度，此時(shí)風(fēng)扇不轉(zhuǎn)(0檔)。圖4-4室內(nèi)溫度值圖此時(shí)按下左邊第一個(gè)按鈕設(shè)置室內(nèi)溫度的下限值如圖4-5所示。當(dāng)室內(nèi)周圍環(huán)境的溫度低于溫度的下限值時(shí)風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動(dòng)(0檔)。圖4-5室內(nèi)溫度下限值圖再按一遍此按鈕設(shè)置室內(nèi)溫度的上限值如圖4-6所示。圖4-6室內(nèi)溫度上限值圖當(dāng)高于溫度的上限值時(shí)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速達(dá)到最大(2檔)，如圖4-7所示。圖4-7高于室內(nèi)溫度上限值圖當(dāng)室內(nèi)的周圍環(huán)境的溫度處于上限值與下限值之間時(shí)，風(fēng)扇的風(fēng)速達(dá)到50%轉(zhuǎn)速(1檔)。如圖4-8所示。圖4-81檔風(fēng)扇轉(zhuǎn)速圖結(jié)語本文設(shè)計(jì)的智能溫控風(fēng)扇主要采用Keil編寫程序代碼，以及Protues繪制仿真圖，多次進(jìn)行調(diào)試與運(yùn)行。觀察仿真結(jié)果可直接看出各個(gè)功能的效果。本文的智能溫控風(fēng)扇與傳統(tǒng)的風(fēng)扇有著很大的區(qū)別，區(qū)別就在于：①采用溫度控制，智能化的溫控控制風(fēng)扇系統(tǒng)可以根據(jù)工作環(huán)境室內(nèi)溫度的不斷變化自動(dòng)選擇調(diào)節(jié)溫控風(fēng)扇的溫度檔位②具有實(shí)用性很強(qiáng)，在我們?nèi)粘Ｉ钪?，電風(fēng)扇不僅低能還很環(huán)保，早已發(fā)展成了夏季生活必備的一種電子產(chǎn)品，然而本次產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最大的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是徹底地解決了我們傳統(tǒng)的溫控電風(fēng)扇不能夠?qū)崟r(shí)的根據(jù)周圍環(huán)境的實(shí)際溫度波動(dòng)變化情況去自動(dòng)的快速調(diào)節(jié)溫控風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的缺點(diǎn)，然而我們的這款智能自動(dòng)溫控式電風(fēng)扇就真的可以徹底做到這一點(diǎn)，能有效的徹底改變傳統(tǒng)的溫控電風(fēng)扇高功耗，低環(huán)保性能的兩大缺點(diǎn)。這類型的智能溫控電風(fēng)扇對(duì)于老人和小孩特別的適合。當(dāng)室內(nèi)的最高溫度控制低于一般用戶所需要設(shè)置的室內(nèi)最低溫度控制值時(shí)它就會(huì)自動(dòng)停止關(guān)閉這一功能，進(jìn)階的設(shè)計(jì)保護(hù)了家庭老人和小孩子們的身體健康，更加的安全貼近于現(xiàn)代人們的實(shí)際日常生活。參考文獻(xiàn)[1]彭歡歡,張琛松,陳雪,趙龍龍,楊佳源,聶志剛.基于單片機(jī)智能風(fēng)扇的設(shè)計(jì)[J].軟件,2020,41(01):66-69.[2]陳振,梅順齊,劉超,譚捷.基于51單片機(jī)的智能溫控風(fēng)扇系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電信息,2017(21):124-125.[3]劉巧平,張磊,韓倩,姜瑞征.基于AT89C51單片機(jī)智能溫控風(fēng)扇的設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2017(12):83-85.[4]厲俊.基于單片機(jī)的智能溫控風(fēng)扇系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].智能計(jì)算機(jī)與應(yīng)用,2019,9(06):206-209+213.[5]黃俊豪,劉暢.基于單片機(jī)的智能溫控風(fēng)扇[J].科技廣場(chǎng),2017(10):185-188.[6]蔣小軍.基于單片機(jī)的智能溫控風(fēng)扇的設(shè)計(jì)[J].科技展望,2016(13):144.[7]賀廉云.基于單片機(jī)的智能溫控風(fēng)扇設(shè)計(jì)[J].智能計(jì)算機(jī)與應(yīng)用,2016,6(05):105-