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1、毕业设计（论文）题 目电风扇控制模拟与实现设计 系 （院）物理与电子科学系专 业电子信息科学与技术班 级2008级2班学生姓名学 号2008080230指导教师职 称风扇模拟控制实现摘 要本设计是以一个电风扇为控制对象，以AT89C51单片机为控制系统核心，通过单片机系统设计实现对电风扇温度的显示和控制功能。利用DS18B20对室内温度的探测并用LCD1602适时显示当前温度值，同时实现电风扇的模拟控制实现，设置三个按键分别来控制选择自然风、常风、和睡眠风以及定时器来实现定时关机，并有相应的指示灯指示选择的档位。LCD1602显示定时关机时间。利用PWM脉冲宽度调制实现对电机的调速，在此选用内
2、置集成H桥电路的芯片L298N，用来搭建电机的驱动电路。此外本设计还采用了一种智能调速模式，程序中设置温度区间，根据室温属于不同的温度区间对应不同的转速，实现自动调速功能，给人们的日常生活带来了便利。此设计设置了三个模式：常规模式、定时模式、智能自动调速模式，可根据不同的需要选择适合的模式。 关键词：AT89C51；LCD1602；DS18B20；PWM脉冲调制 Fan analog control systemAbstractThe design is based on an electric fan for the control object to AT89C51 microcontro
3、ller for the control of the core of the system, SCM system designed and implemented on the fan temperature display and control functions. DS18B20 indoor temperature detection and display the current temperature value LCD1602 timely, while fans of analog control, set of three buttons to control the s
4、election of natural wind, constant wind, and sleep wind and timer for timed shutdown, and corresponding LED indicates the selected gear. LCD1602 display the sleep timer. PWM pulse width modulation motor speed, in this selection of built-in integrated H-bridge circuit chip L298N, used to build the mo
5、tor drive circuit. This design also uses an intelligent speed control mode, set the temperature interval in the program, belonging to a different temperature range corresponds to a different speed according to temperature, automatic speed control function, has brought convenience to peoples daily li
6、ves. This design has set three modes: normal mode, timer mode, the intelligent automatic speed control mode, select the appropriate mode according to different needs.Keywords: AT89C51; LCD1602; DS18B20; PWM pulse modulation目 录引 言1第一章 电风扇控制系统的概述21.1发展趋势21.2总体设计概述2第二章 硬件电路模块的介绍32.1 AT89C51单片机简介32.2复位电
7、路52.3 DS18B20温度传感器功能介绍52.4 1602液晶显示器简介72.5 电机驱动电路介绍72.6 PWM调速原理：92.7 风扇电机驱动与调速电路92.8设计整体电路介绍102.9本章小结11第三章 软件的介绍123.1 程序设置123.2 用Keil C51编写程序153.3 用PROTEUS仿真153.4选择正常模式时仿真效果163.4.1 开机时的风速163.4.2 常风173.4.3自然风183.4.4睡眠风193.5定时关机模式仿真193.6智能模式选择213.6.1 虚拟档位低213.6.2 虚拟档位中213.6.3 虚拟档位高223.7 本章小结23第四章 系统的调
8、试244.1 电动机调速电路部分调试244.2. 传感器DS18B20温度采集部分调试244.3. LCD1602显示电路部分调试244.4. 本章小结24结论26参考文献27谢 辞28附录28引 言传统的电风扇在炎热的夏天给人带来了一丝清凉，电风扇的产生代替了手中摇扇，让夏天变得不再那么难熬。传统的电风扇可以实现手动调速，根据个人对温度天气不同的承受力，选择不同的档位，得到舒适的凉风，同时也可以缓解一下烦躁的心情，方便了人们的日常生活。但是传统的电风扇在当今社会虽然能够基本的满足人们的需要，但随着空调的出现和日益精进的自动化水平，越来越无法满足人们对节约能源和方便自动化的需求，于是一种新的电
9、风扇应运而生，结合传统的手动调速，再加上以单片机为控制核心的智能温控系统出现了。随着单片机在各个领域的广泛应用，许多用单片机作控制的温度控制系统也应运而生，如基于单片机的温控风扇系统。它使风扇根据环境温度的变化实现自动启停，使风扇转速随着环境温度的变化而变化，实现了风扇的智能控制。它的设计为现代社会人们的生活以及生产带来了诸多便利，在提高人们的生活质量、生产效率的同时还能节省风扇运转所需的能量。在现代社会中，风扇被广泛的应用，发挥着举足轻重的作用，如夏天人们用的散热风扇、工业生产中大型机械中的散热风扇以及现在笔记本电脑上广泛使用的智能CPU风扇等。而随着温度控制技术的发展，为了降低风扇运转时的
10、噪音以及节省能源等，温控风扇越来越受到重视并被广泛的应用。在现阶段，温控风扇的设计已经有了一定的成效，可以使风扇根据环境温度的变化进行自动无级调速，当温度升高到一定时能自动启动风扇，当温度降到一定时能自动停止风扇的转动，实现智能控制1。第一章 电风扇控制系统的概述1.1发展趋势机械风扇起源于1830年，一个叫詹姆斯拜伦的美国人从钟表的结构中受到启发，发明了一种可以固定在天花板上，用发条驱动的机械风扇。这种风扇转动扇叶带来的徐徐凉风使人感到凉爽，但得爬上梯子去上发条，很麻烦。1872年，一个叫约瑟夫的法国人又研制出一种靠发条涡轮启动，用齿轮链条装置传动的机械风扇，这个风扇比拜伦发明的机械风扇精致
11、多了，使用也方便一些。1880年，美国人舒乐首次将叶片直接装在电动机上，再接上电源，叶片飞速转动，阵阵凉风扑面而来,就是世界上第一台电风扇。目前，电风扇行业改变最大的要数功能的技术创新及应用。近年来，随着空调业的价格水平不断下降，其风头早已超过了风扇，但空调的强大制冷效果以及高耗电量、且封闭空间的弊端，使得传统的借助空气流动降低热量但通风效果和功耗低的风扇仍然存在很大的市场。部分风扇企业考虑到两者之间的差异性，就在现有的功能上借鉴并创造设计出了一些更具人性化和个性化的功能，形成了空调、风扇两者互补的局面，使两者相得益彰，共同发展，透过当今千姿百态的电风扇市场，我们可以预言：今后的电风扇一定会继
12、续吹着创新设计风和人性功能风。1.2总体设计概述本文设计了由ATMEL公司的8051系列单片机AT89C51作为控制器，采用DALLAS公司的温度传感器DS18B20作为温度采集元件，并通过内部集成H桥芯片L288N驱动风扇电机的转动。同时使系统检测到得环境温度以及系统预设的温度动态的显示在LCD液晶显示屏上。根据系统检测到得环境温度与系统预设温度的比较，实现风扇电机的自动启停以及转速的自动调节。此外可以实现对电风扇一般的档位控制，实现电风扇的启动停止控制和档位选择，以及转速的调节。此设计有两种模式提供选择：一是正常模式，可以模拟自然风、睡眠风、常风三种风种；二是智能模式，根据室内温度自动调节
13、风扇转速，从而可以实现智能化控制。两种模式的融合也是本设计的创新点。第二章 硬件电路模块的介绍2.1 AT89C51单片机简介AT89C51是51系列单片机的一个型号，它是由ATMEL公司生产的一个低电压、高性能的8位单片机，片内器件采用ATMEL公司的非易失性、高密度存储技术生产，与标准的MCS-51指令系统兼容，同时片内置有通用8位中央处理器和8k 字节的可反复擦写的只读程序存储器ROM以及256 字节的数据存储器RAM，在许多许多较复杂的控制系统中AT89C51单片机得到了广泛的应用：VCC：+5V电源线；GND：接地线。P0口：P0.7P0.0，这组引脚共8条，其中P0.7为最高位，P
14、0.0为最低位。这8条引脚共有两种不同的功能，分别使用于两种不同的情况。第一种情况是单片机不带片外存储器，P0口可以作为通用I/O口使用，P0.7P0.0用于传送CPU的输入/输出数据，此时它需外接一上拉电阻才能正常工作。第二种情况是单片机带片外存储器，其各引脚在CPU访问片外存储器时先是用于传送片外存储器的低8位地址，然后传送CPU对片外存储器的读写数据2。P1口：P1口是一个内部含上拉电阻的8位双向I/O口。它也可作为通用的I/O口使用，与P0口一样用于传送用户的输入输出数据，所不同的是它片内含上拉电阻而P0口没有，故P0口在做该用途时需外接上拉电阻而P1口则无需。在FLASH编程和校验时
15、，P1口用于输入片内EPROM的低8位地址。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，它可以作为通用I/O口使用，传送用户的输入/输出数据，同时可与P0口的第二功能配合，用于输出片外存储器的高8位地址，共同选中片外存储单元。在一些型号的单片机中，P2口还可以配合P1口传送片内EPROM的12位地址中的高4位地址。P3口：P3口引脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，当P3口写入1后，它们被内部上拉为高电平。它也可作为通用的I/O口使用，传送用户的输入输出数据，P3口也作为一些特殊功能端口使用，如图2.1所示：P3.0：RXD（串行数据接收口）。P3.1：TXD（串行数据发送口）。P
16、3.2：（外部中断0输入）。 P3.3：（外部中断1输入）。P3.4：T0（记数器0计数输入）。P3.5：T1（记时器1外部输入）。P3.6：（外部RAM写选通信号）。P3.7：（外部RAM读选通信号）。 图2.1 AT89C51单片机 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平状态。ALE/：地址锁存允许/编程线，当访问片外存储器时，在P0.7P0.0引脚线上输出片外存储器低8位地址的同时还在ALE/线上输出一个高电位脉冲，其下降沿用于把这个片外存储器低8位地址锁存到外部专用地址锁存器，以便空出P0.7P0.0引脚线去传送随后而来的片外存储器读写数据。在不访问片
17、外存储器时，单片机自动在ALE/线上输出频率为1/6晶振频率的脉冲序列。：外部程序存储器ROM的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。/VPP：允许访问片外存储器/编程电源线，当保持低电平时，则在此期间允许使用片外程序存储器，不管是否有内部程序存储器。当端保持高电平时，则允许使用片内程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1和XTAL2：片内振荡电路输入线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容，即用来连接单片机片内OSC的定时反馈回路。单片机晶振电路及其复位电路的搭建如图2.2
18、所示:在单片机应用系统中，除单片机本身需要复位以外，外部扩展I/O接口电路也需要复位，因此需要一个包括上电和按钮复位在内的系统同步复位电路。单片机上的XTAL1和XTAL2用来外接石英晶体和微调电容，即用来连接单片机片内OSC的定时反馈回路。本设计中开关复位与晶振电路如下图所示，当按下按键开关S1时，系统复位一次。其中电容C1、C2为20pF，C3为10uF，电阻R2、R3为10k，晶振为12MHz。2.2复位电路当MCS-5l系列单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。 根据应用的要求，复
19、位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作, 上电或开关复位要求电源接通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间，用开关操作也能使单片机复位3。图2.2单片机复位电路和晶振启振电路2.3 DS18B20温度传感器功能介绍DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的外形及管脚排列如下图2.3:图2.3 DS18B20连接电路DS18B20引脚定义：(1)DQ为数字信号输入/输出端；(2)GND为电源地；(3)VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地
20、）； DS18B20的读写时序和测温原理4与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。 DS18B20测温原理如图3所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数
21、器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EEPRAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器5。本设计利用DS18B20温度传感器实时采集室内温度，并在LCD1602显示屏显示当前温度，给人以直观的感觉，并可根据当前温度来确定所需选择的风扇档位；而且DS18B20的温度采集对智能模式的实现提供了前提，当智能模式按键被按下时，风扇会根据提前设定的温度区间来进行自动调速。2.4 1602液晶显示器简介图2.4 1602采用标准的16脚接口LCD1602引脚功能如图2.
22、4所示： 第1脚：VSS为电源地 。第2脚：VCC接5V电源正极。 第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。 第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。 第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端。 第714脚：D0D7为8位双向数据端。 第1516脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。LCD1602有微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧，常用在袖珍
23、式仪表和低功耗应用系统中。2.5 电机驱动电路介绍L298N的恒压恒流桥式2A驱动芯片L298N说明及应用如图2.5所示：图2.5 L298N标准引脚接口L298是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。L298N芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接457 V电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围V
24、IH为2546 V。输出电流可达25 A，可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动一台电动机。5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。EnA，EnB接控制使能端，控制电机的停转。具体控制方式如表2.1所示：电机旋转方式控制端IN1控制端IN2控制端IN3控制端IN4输入PWM信号改变脉宽可调速调速端A调速端BM1正转高低/高/反转低高/高/停止低低/高/M2正转/高低/高反转/低高/高停止低低/高表 2.12.6 PWM调
25、速原理：脉冲宽度调制（PWM）是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制6。它是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用于测量，通信，功率控制与变换等许多领域。一种模拟控制方式，根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶 体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定。1、设置提供调制方波的片上定时器/计数器的周期 ；2、 在PWM控制寄存器中设置接通时间； 3、设置PWM输出的方向，这个输出是一个通用I/O管脚 ；4、启动定时器 ；5、使能PWM控制器； PWM的一个
26、优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产生影响。 对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点，而且这也是在某些时候将PWM用于通信的主要原因。从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。在接收端，通过适当的RC或LC网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。2.7 风扇电机驱动与调速电路本设计中由单片机的I/O口输出PWM脉冲，通过内置H桥电路的L298N驱动12V直流无刷风扇电机以及实现风扇电机速度的调节7。键盘控制电机相应的转
27、速，按键为K1、 K2 、K3，分别对应占空比为60%、 80%、30%。通过软件向单片机输入相应控制指令，由单片机通过P1.2口输出与转速相应的PWM脉冲，经过L298N驱动风扇直流电机控制电路，实现电机转速控制。电路如图2.6所示，L298N的IN1 INI2分别接在单片机引脚的P1.0和P1.1，通过单片机软件编程控制电机旋转的方向，本设计中IN1为高电平，IN2为低电平，电机顺时针转动。L298N中ENA接入由单片机送出的PWM脉冲调制信号，软件编程控制P1.2口输出脉冲的占空比而控制风扇电机的转速。 图2.6 电机驱动电路系统选用的风扇电机为12V直流无刷电机，单片机上电后定时器触发
28、会产生占空比为50%的方波信号。同时DS18B20显示室内的温度，当K1键被按下后，占空比会变成60%定义为常风,这时风扇转速明显加快。当K2被按下后，占空比变为80%，定义为自然风，风速有所加快。当K3被按下时，占空比变为30%，风速下降，此风速适合睡眠。本文的设计是利用AT89C51单片机的定时计数器每隔100us产生一次定时器中断，计数器达到100后自动清零，此时发出脉冲的周期是10ms。2.8设计整体电路介绍本电路由六大模块电路组成：1602液晶显示电路、DS18B20温度检测电路、L298N电机驱动电路、单片机晶振和复位电路、按键调速电路和定时选择电路以及指示灯显示电路。 整体电路原
29、理图如图2.7所示：图2.7整体电路设计在此重点介绍一下按键调速电路和定时选择电路以及指示灯显示电路。K1 、K2 、K3是档位选择按键。K1对应常风，K2对应自然风，K3对应睡眠风。K4、K5、K6分别对应定时一小时关机、定时半小时关机、跳出定时关机模式，当然定时时间可随时改动，并以秒为单位倒计时的形式在LCD1602显示屏上显示。K7是模式选择按键，电风扇开机默认选择常规模式，当K7被按下时选择智能模式，按下K8时跳出智能模式进入常规模式，同时不同颜色的指示灯也会相应的点亮，从而指示选择的档位和模式。2.9本章小结本章节主要介绍了各个模块电路的设计及其设计原理。硬件电路主要包括：LCD16
30、02显示电路、DS18B20温度检测电路、复位晶振电路、按键调速电路、电机驱动电路和指示灯。核心模块就是L298N电机驱动电路和DS18B20温度检测电路。第三章 软件的介绍3.1 程序设置程序设计部分主要包括主程序、DS18B20初始化函数、DS18B20温度转换函数、温度读取函数、键盘扫描函数、LCD显示函数、温度处理函数以及风扇电机控制函数、定时关机函数。DS18B20初始化函数完成对DS18B20的初始化；DS18B20温度转换函数完成对环境温度的实时采集；温度读取函数完成主机对温度传感器数据的读取及数据换算，键盘扫描函数则根据需要完成电风扇风速档位的选择；温度处理函数对采集到的温度进
31、行分析处理，为电机转速的变化提供条件；风扇电机控制函数则根据个人的需要完成对PWM占空比的选择，从而控制电风扇的转速及启停。为了更加贴近实际，加入了定时关机函数，以便睡觉时用于定时关机，节约用电。三种模式分别如图3.1、3.2、3.3所示：开始初始化18B201602液晶 定时器 计数器K7被按下室温实时检测选择智能模式YN40TYN虚拟高档30T40虚拟中档NY虚拟低档K4按下定时关机开启YN常规模式常规显示图3.1智能模式 常规显示常规模式YYK6按下倒计时显示定时0.5hNYK5按下定时1hNYK4按下定时模式液晶显示常风NY自然风K2按下NYK1按下常风常规模式 图3.2常规模式图3.
32、3定时模式3.2 用Keil C51编写程序Keil C51是美国Keil Software公司开发的51系列兼容单片机C语言的软件开发系统，与单片机汇编语言相比，C语言在不仅语句简单灵活，而且编写的函数模块可移植性强，因而易学易用，效率高。随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前使用较多的MCS-51系列单片机开发的软件。 Keil C51软件不仅提供了丰富的库函数，而且它强大的集成开发调试工具为程序编辑调试带来便利，在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。在使用时要先建立一个工程，然后添加文件并编写程序，编写好
33、后再编辑调试8。 图3.2 Keil编程截图3.3 用PROTEUS仿真Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件9。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯
34、一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。首先启动Proteus软件并建立一工程，然后根据原理图调出相应的原件，再根据要求改变各原件的属性并把各个原件按原理图连接起来10。在原理图绘制连接好后再把编译好的程序加载到其中。最后根据系统要实现的功能分步进行仿真11。3.4选择正常模式时仿真效果3.4
35、.1 开机时的风速把温度传感器DS18B20温度设置为36摄氏度，K1、K2、K3都不按下，即默认开机时占空比为50%。点击开始按钮，系统开始仿真，待一段时间稳定后，观察到此时风扇直流电机的转速，如图3.3、3.4所示：图3.3 用proteus仿真结果图图3.4其中电机转速显示为156r/s 当风扇达到稳定后此时电机显示的转速为156r/s，DS18B20设置的温度为36摄氏度，LCD1602显示的温度也为36C，模拟显示了室内的温度。经过反复测定系统稳定后风扇转速在143159r/s之间。这是开机时的转速。3.4.2 常风当K1被按下时如图3.5：图3.5k1被按下绿灯亮电机加速图3.6转
36、速为177r/s绿灯亮，同时明显感觉电动机转速加快，PWM设置的占空比为60%。此时电机显示的转速为177r/s。经反复测定系统稳定后电机转速在175183r/s之间。此时对应我们所设置的常风。3.4.3自然风按下K2键时，电机显示的转速为223/s此时对应风扇为自然风，此时程序设置输出的占空比为80%。如图3.7：图3.7 电机显示转速223r/s同时蓝色指示灯点亮，经测定风扇转速在220243r/s区间内，此档位风速最强劲，对应自然风的档位。3.4.4睡眠风当K3键被按下时，红色指示灯亮，电机减速，与睡眠风相对应。如图3.8所示：图3.8 电机显示转速123r/s当系统稳定时，经测定睡眠风
37、档位时电风扇转速在110126r/s之间。这种风速比较适合夏天时晚上睡眠使用。3.5定时关机模式仿真当k4被按下时，启动定时60min关机功能，同时LCD1602显示power off time：字符串，然后实行以秒为单位的倒计时显示。当显示为0000时切断PWM脉冲，电机经过缓冲逐渐停止转动。如下图3.9所示：图3.9液晶显示定时关机时间当k5被按下时，定时30min自动关机，电机停止转动。当k6被按下时，是从定时关机模式跳转到正常模式。其中在开启定时关机时风扇的转速不会收到任何影响。PWM脉冲是由T0定时器设定产生的，而定时关机是由T1定时器设定的。二者互不影响。 为了演示方便，把程序改为
38、定时10s关机，如下图3.10所示：图3.10 电机逐渐停止转动缓冲几秒后，电机完全停止转动，实现了定时关机的功能。以上设计完成了电风扇模拟控制实现的全部功能。3.6智能模式选择本设计在完成传统电风扇的基础上增加了智能控制模式12，此模式也是本设计的创新点所在。通过实时对室温的采集，反馈到单片机中，经过软件编程设置三个温度区间，对应三个虚拟档位，通过PWM脉冲调节其占空比，从而实现电风扇的调速。硬件、调速原理和传统风扇大同小异，主要是在软件编程上下功夫。把温度划分为三个区间2030、3140、40摄氏度以上，对应三个不同的虚拟档位低、中、快三档。根据室内温度处于不同的温度区间，实现自动调节转速
39、的功能14。再加一个跳转按键，可以随时跳出智能模式，转到常规模式。3.6.1 虚拟档位低当温度在2030之间时，定义为虚拟档位低。电机显示的转速为162r/s，DS18B20显示温度为26摄氏度。如下图3.11所示：图3.11 电机显示转速162r/s经测定系统稳定后，转速在156163r/s之间。黄色指示灯显示智能自动调节模式。3.6.2 虚拟档位中当温度在30到40之间时，电机转速显示为175r/s。系统稳定后电机转速显示为175192r/s。如下图3.12所示：图3.12 电机显示转速175r/s3.6.3 虚拟档位高当温度跳到40摄氏度以上时，风扇通过自动调节时转速保持在236245r
40、/s之间。因为40摄氏度使人们感觉非常燥热，所以电风扇全速转动。如下图3.13所示：图3.13 电机显示转速236r/s当温度跳到40摄氏度以上时，风扇通过自动调节时转速保持在236245r/s之间。因为40摄氏度使人们感觉非常燥热，所以电风扇全速转动。当跳转键K8被按下时，跳出智能模式，回到常规模式，这时可以继续选择档位，进行手动调速，进行定时关机。3.7 本章小结本章节主要是程序设计的介绍及其控制方法的实现和仿真结果的演示。其中最重要的是程序编写部分，电风扇控制的各种功能是通过对单片机编程实现的，其中程序中包含温度检测函数、液晶显示函数 PWM调速函数、自动调速函数、定时器中断函数、键盘扫
41、描函数。其中的PWM调速是基于AT89C51单片机T0定时器产生的方波脉冲，在通过中断服务函数的设定产生占空比可调的脉冲信号作为电机驱动信号。而定时关机功能是利用单片机T1定时器产生方波脉冲，每隔50ms产生一次中断，准确无误的实现定时功能。并实时的显示在液晶显示屏上。对应不同的功能分别进行了仿真演示，效果一目了然。第四章 系统的调试4.1 电动机调速电路部分调试系统本部分的设计中重在软件设计，因为外围的驱动电路只是将送来的PWM信号放大从而驱动电机转动。系统软件设置在P1.2口输出使电机转动的PWM占空比，根据不同的室温合理的选择电风扇的档位，若此时用高于环境温度的热源靠近测温芯片DS18B
42、20时，温度传感器会将检测的信号反馈到单片机中经过温度转换显示在LCD1602液晶显示屏上；系统采用的直流电机为12V的额定电压，而该驱动电路在采用单片机电源时的输出电压最高不过5V，因此在调试过程中只采用了原有的5V直流电机来调试，且得到了可观的控制效果。4.2. 传感器DS18B20温度采集部分调试将DS18B20芯片接在系统板对应的P3.3口，通过插针在对应系统板的右下侧三口即为对应的VCC、P3.3和GND，可将芯片直接插在该插针上，因此即为方便。系统调试中为验证DS18B20是否能在系统板上工作，将手心靠拢或者捏住芯片，即可发现LCD显示的温度也迅速升高，验证了DS18B20能在系统
43、板上工作。由于DS18B20为3个引脚，因此在调试过程中因注意其各个引脚的对应位置，以免将其接反而是芯片不能工作甚至烧毁芯片4。4.3. LCD1602显示电路部分调试 刚开始液晶显示时，显示屏一直闪烁。刚开始是认为延时时间太短，重新设定延时函数时，发现还是在闪烁，进一步分析发现主函数一直在调用液晶初始化函数。所以一直在闪烁，改正后显示良好。在定时关机电路中，液晶显示时间不对，经过排查是因为在程序上time是用unsigned char定义的，无标记的字符型最多支持计数为255。定时60min（3600s）超量程，故无法显示，后来改为整型 int问题得到解决。 4.4. 本章小结本系统能够实现
44、单片机系统检测环境温度的变化，并实时的显示出来。通过单片机定时器T0发出占空比可调的PWM方波脉冲15，从而控制风扇直流电机转速的变化的控制信号，从而产生不同的转动速度，根据键盘调节不同的设置档位，再由定时器产生的方波脉冲，通过PWM脉冲宽度调制来控制电机。系统不但能动态的显示当前温度，而且还可以通过定时器来设定定时关机的时间，更好的节约电能源。此外智能自动调节模式的应用更方便的进行温度调节。结论 系统总体上由六部分来组成，既按键与复位电路、LCD显示电路、温度检测电路、电机驱动电路、定时关机按键电路和模式选择按键。首先考虑的是温度检测电路，检测室内温度，后通过单片机控制LCD1602显示当前
45、室内温度16。第二是电机驱动电路，该部分需要使用外围电路将单片机输出的PWM信号转化为平均电压输出，根据不同的PWM波形得到不同的平均电压，从而控制电机的转速，电路的设计中采用了集成H桥驱动芯片L298N，实现较好的控制效果；第三是LCD1602显示模块，该部分的功能实现对环境温度显示和倒计时关机的显示，其中按键实现不同设置档位的调整，实现了对环境温度及时连续显示，并可以通过人工模式选择风的类型。第四是定时关机电路本设计中只设了两个定时关机时间60min和30min。以后根据需要可以实现更久更准确的定时关机。智能模式更是在建立在温度检测电路18的基础之上，灵活的根据室温的变化进行风速调节。系统功能不足分析 由于单片机直接接L298N，而L298N可同时控制两台直流电机和步进电机，感觉有些未完全使用其功能。没有设置电风扇摇头功能，本设计中电风扇只能在一个方向转动。系统功能优点及创新点分析 本系统充分利用了AT89C51单片机的定时器中断功能，通过合理的电路设计实时的检测室内温度，并
