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1、温控自动风扇系统设计与实现I9qm(a(m1(m(mem11.1 课题应用前景及现状I1.2 理论蔻义21.3 本设计任务主要要求3JIjk1.1.a.a.*.a.a.n.a.42.1 温度传喇的酒42.2 主控机的选择62.3 显示电路62.4 调速方式7Sfejft.”.“.r.r.”rrr.”.“.rrwwr.”一“”“.”一“wrwr.r.r.”wr.r.r83.1 主控芯片介绍83.2 复位电寤3.3 时钟电路103.4 DSI8B2O温度采集电路103.5 散码管驱动显示电路113.6 风扇驱动电路123.7 按键模域124.1 主程序流程图144.2 DSI8B2O子程序流程图1
2、44.3 散反管显示子程序流程图154.4 按位子程序流程图16I.1.-.”-.-1.-.-1.1.13-”.-.-.”1-1.-.-.-.*.-.1.1.-.”-.”-.”1185.1 系第功能185.2 系统分析18第1章结论1.1课题应用前景及现状近些年来,随若我们国家的经济的发展,人们希望过更舒适的生活,空调的普及让人们的生活越来越舒适，在加上价格的不断下调，电风扇行业正在面临着非常产重的危机”:2fc-.空调强大的功能是人们能够快速接受其价格的重要原因，但是空调的功能是取决于能耗和封闭空间，所以这是其不能够完全取代电风扇的重要原因。而随着我们国家提倡俣沪生态环境,提出“绿水育山就是
3、金山银山”的理念的时候,空调的高耗电量、破坏臭氧层的缺点一些原理开始逐渐的掌握,通过突探课程逐渐的掌握了一些设计技能,这些课程都是我本次设计的基他.当然还有非常多的课程内容对于本次设计都有着非常大的帮助。也正是对这些知识的掌握和学习,才能在智军温控风扇的设计中添加更多人性化的切缘人有大量的时间都是在室内度过的.对温度、湿度、光线都提出了不同的要求，而且室内环境对于人的身心健隶的影响也非常大，当环境穿适的时候，人们的生理和心理都会处于一个健家的水平,同样的人们舒适感的增加.也会使得他们在工作中的效率有所提升*3*V在异常炎册的夏天,人们都喜欢打开风扇或是空调,在室内惬意的工隹或是休息,而相对于空
4、调来说,电风扇更加的节能、实意.适用的范围更加的广泛一些,比如风扇可以在室外使用,对于一些身体素质较差的老人和小孩来说,他们更加的客欢电风起吹出来的自然风。但是传统的风扇智能化的程度相对来说匕电低，随着温度的变化需要通过手动进行档位的调整，一旦忘记关闭电扇还会造成电力资源的浪费,同时有可能因为长时间吹风扇导致感冒。所以本次选择了与人们生活息息相关的智能温控风扇设计.能够检测人体的体温、环境温度和环境湿度,同时根据实际检测到的数据调整风扇的转速,给予人们一个更加舒适的环境。同时在本次设计中还增加了节能模式,当人设苣好了节能模式之后,风扇会自动检测所处环境中有没有人,如果没有的话将会自动停止,减少
5、电力货源的浪费,使得电风扇具有了节能性。电风扇在当前仍然能够占据一定市场份额的重要原因就是其性能有所改退，电风扇吹出来的是模取自然风，是一些空调所不能比拟的，还有就是电风扇价格的比较低,能耗小。而且随着人们生活水平的明显提高,居住条件也有了非常大的改善,人们通常会选择将空调机安装在主要活动的地方,对于其它地方还是选择使用风扇迸行降温。虽然需求还是很大,但是明显市场上的电风扇的供给量大于实际的需求量.电风扇之间的竞争非常的激励,想要在激励的市场竞争中占据一定的地位,还是需要依靠风扇的品质和性能。智能温控风扇的出现使得电风扇在原本的基础上提高了风扇的节能性,同时也增加舒适性2*。而且智能温控风扇系
6、统不仅能够应用人们的生活中,还箜够应用于工业生产之中,在一些需要俣持低温的车间中,使用空调的费用非常的高,而使用智能温控风扇系统之后,不仅不需要人工进行温度的控制,还降低了成本费用。同时在笔记本电脑上也可以进行应用,通过智能温控风扇进行降温,可以极大的节约电能,延长笔记本电脑的使用寿命。所以智能温控风扇系统的设计在现实生活中可以应用到多个领域中，研究这一内容有着现实意义。1.3本设计任务主要要求本次设计是以STC89C51单片机作为系统核心，通过温度传感器进行温度数据的收集，然后将其数据传输到单片机中.单片机进行处理将数据传输到拴制单元，实现风扇的转速根据温度的变化而逐渐的调整。本次设计中.风
7、扇的转速应该具有三个档位,由小冈、大风、停机组成,可以通过手动进行调整也可以系统自动控制。当传感器所采集的温度数据比所设VCCl图2-2热敏温度采集电路方案二：将热电偶作为温度数据的测量器件,这种方式需要搭接大量的电路才能够完成温度的检测和数据的传输.基本原理和方案一基本一致，都是需要通过模数转换来将相应的温度信号传输给弟片机，同时由于需要连接大量的电路使得整体相对来说更加的豆杂一下，但是也有优点，那就是好监测温度的范圉更加的广泛。方案三：通过使用数字式温度传感器进行温度数据的测量。从方案一的实际应用角度来看.热嫩电阻在之前有过大量的应用实例，相对来说比较成熟,能够为设计提供一定的借鉴意义。而
8、且热敏电电相对来说价格比较便宜.如果设计经费不足的情况下可以考虑这一方案,但是冏时也需要考虑到热敏电阻对于温度的细微变化不够敏感的情况，这有可能会导致温度检测的精度不够.可靠性不满足要求：*MBa所以应该放弃该方案。从方案二的实际应角度来看，这种方式的测温范围非常的广泛，从-5()摄氏度到16(X)摄氏度均可测量w*E如此广泛的测温范围能够让设计者无须过分担心温度检测范圉，但是却箱要设计者考虑电路设计问题,电器设计工作变得繁琐,不符合设计简便的要求,同时2.4调速方式方案一:使用变压器调节方法。该种方式的主要内容就是在实际中设芭不冏的电压线圈.当控制单元想要控制风扇电机转速变化的时候,只需要接
9、入不同的线圈就可以了.这个种方式的原理理解起来非常的筒单,但是设计过程非常的复杂。万案二：使用三极管驱动PWM控制方式O这种方式和占空比有着一定的关系，当占空比较大的时候，转速相应的就更快一些,相反则慢。而这种控制原理主要通过改变脉冲序列的宽度来完成输出量的调经过系统的分析和研究,在使用方案一进行了实际的模拟,发现这种方式虽然电够调节风扇电机的转速,但是还存在若一些缺点和不足.比如变压的过程中将会产生损耗.效率较低，这不符合设计的初衷,同时在变压的过程中还会发法,不符合设计安全的原则。对方案二也进行实际的模拟和分析，发现这种方式符合设计的初衷,且PWM信号都是以数字形式出现的，更加方便了相互之
10、间的信息传输，不需要在进行相应的转换。最为关键的一点就是降低了噪声，这也符合智能温控风扇的设计要求。而且通信距高的延长箜够使得系统的远距离控制成为了现实,使得控制变得更加的灵活。所以在本次设计中选择了方案二。UlPlOVCCPllPP12POlP13PO2P14PO3Die114039P12338P13437P145366357D1IC*732P3O1OKXlo1rJ/P3OEA/VPPP31A1.E/PROOP32PSEKP33P27P34P26nCT31P311130P3212290331328P341427P351526P3616n34CT3A2517717OriN24X218X*TAC
11、T,23Xl19XlA1.2HxJYTAY1r12220GZDP2021图3-1STC89C51单片机引懿图3.1.3STC89C51单片机最小系统单片机最小系统作为应用系统的核心部分,可以对其进行扩展,使得其具备一些特戏的切壁.从而让单片机能够实现更多的控制功能。电源、晶振等电路都是单片机运行的根本条件e*n,STC89C51单片机的最小系统只霜要外接居振就是行了,从下图3-2中可以看出其是最小系统的构成原理图。图3-2片机最小系统原理板甚3.2 复位电路星位功能对单片机运行来说是不可或缺的，当系统运行出现错误时,系统将会处于锁死状态,此时仅通过其它方式的控制不旎够恢复,想要解决这一问题.就
12、需要按下豆位键进行更新启动,使得系统全新进入到初始化状态中。如果单片机的复位电路没有做好设计的话.在实际的应用中,很有可能会因为操作失误,而导致整个系统处于锁死状态,无法退出，使系统可靠性降低。STC89C51单片机的RESET引脚是星位信号的输入端，星位电路则是连接到这一引脚上面，复位信号高电平有效,同时在上文曾提到过本设计中时钟信号的曷振频率为2MHz,因高一些网*。在实际的应用中,其测温的精度、传输的距离相对于之前的产品来说较高一些,设计者在使用该传感器的时候能够取得更好的设计。3.3 .2DS18B20工作原理DS18B2O数字温度传感器的主要作用就是采集现场的环境温度,收集完成之后将
13、相应的温度数据传输到单片机中,单片机负员接下来的操作,如此循环。实际上DSI8B20所采集到的环境温度数据将会通过转换传输到AT89C5I单片机的Pl.6,单片机对数据进行处理和运算,然后转换成相应的信号传输给风扇电机,控制其转速C如图3-5所示。3.5 数码管驱动显示电路通过显示模块可读取环境温度和风速档位。如果处理器从输入和输出字段发送源代码.则所有数字管接收相同的源代码，但开放式数字管取决于连接i数码管的显示采用动态扫描的方式，这种方式的优点就是箜够节约大量的电能。具体原理图如图3-6所示。VCC图36数码管显示电珞3.6 风扇驱动电路风扇的驱动电路为两个三极管所组成的放大电路,驱动电路
14、将信号放大后在传输到风扇。如图3-7所示。图3-7M屐驱动模块3.7 按键模块按照程序中的相关内容,保持三个按键的1/0口处于高电平状态,当按下按键的时候.所对应的I/O口就会处于低电平的状态,并保持,如此循环.实现按键功能。当松开按键之后，则是恢复到高电平状念为了防止因为按键推动而出现错误控制的情况,本次设计中采用了软件延时的方式来进行消抖。如图3-8所示。图3-8按键模块电路图第4章系统软件设计4.1 主程序流程图想要实现根据实时环境温度控制风扇转速，需要程序能够对环境温度数据和设定温度有一个判断,并能够进行相应的运算。在单片机执行程序的过程中,需要不断地对上述内容进行判断和运算,然后调用
15、对应的子程序使风扇进入到相应的状态中,实时的控制风扇的转速。主程序流程图如图4-1所示。爵央J图4-1主程序流程图4.2 DS18B20子程序流程图程序运行时首先是将数字温度传感器进行初始化,再进行后续操作。通过下面的流程图能够清晰的看出,在进行温度转换的时候,都霜要先发送复位命令.然后在进行接下来的探作,完成相应的目标任务。图4-2DS18B2O程序流程图4.3 数码管显示子程序流程图该程序主要是为了将实时温度数据显示在四位数码管中。通过采用动态扫描的方式,进行段选信号的处理,再行进位选信号的处理,然后是一个短延时。流程图如图4-3所示。图4-3数码管显示电路流程图4.4 按键子程序流程图本
16、系统的按键授块分别由三个按键KI.K2,K3所构成。具中Kl按键的温度比围是10-20,也就是说，当按下这个按键的时候，温度设定范围是10-20C,相应的K2的温度范圉是2O3OC,K3是30/00C。当按下Kl按键的时候,就开始诳入到了上限温度设置程序中，按下K2按踊执行温度值+1,按下K3为-1。退出这一状态按下K2按键的时候,进入的是下限温度设置程序中,在这一状态中K2和K3按键的功施冏KI。退出设置状态只需要在设置好之后长按K3按遵艮。可。通过对Kl、K2、K3的温度值范围的总结可以知道温度值的设者范围为IO-I(X)C,这基本上满足了当前大部分的便用需求了。图44投健程序流理图第5章
17、系统调试5.1系统功能5.1.I硬件调试在硬件调试中需要先对DS18B20能否正常工作进行测试,最商单的测试方法是用手濠住芯片，然后观看1.ED显示的数值是否央速上涨，如果数值正在快速上涨，应该松开芯片，当1.ED显示的数值正在逐渐的下降,就证明DS18B20在系统板上能够正常工作和运行网*一“。本智能调温系统可实现：根据温度传感器所测量的数据和所设定得标准值的差值来控制电机转轴转速的快慢。环境温度高于设定温度,就说明需要电风扇展开工作.电机的转速应该根据温度的升高逐渐的开始提高；相反则是停止或是低速转动。5.1.2系统实现的功能本系统实现的功能是单片机根据环境温度的变化实现自动控制风扇电机转
18、速,从而改变风扇转速,保证舒适性的功能O通过对温度的设定和实际环境温度的差值的计算决定风扇电机转速处于什么档位。其原理就是通过占空比的变化,产生不同转速Rg,进而实现对风扇转速的控制。在本系统设计中,也可以通过键盘来调节风扇的转速,即手动控制.同时温度的设省也主要是通过键盘来完成。单片机会控制风扇电机进行转动，根据传感器检测到的温度信息,选择风速的档位,设定温度有风扇电机的转速来完成。5.2系统分析系统在总体上能够分为四大部分，也就是温度数据采集电路、风扇驱动电路、按覆电路、数码管显示电路。其中,温度检测电路可以说是这个系统设计的关键所在,所有的功能都是基于这一内容而研发的.总的来说.如果没有
19、温度检测电路用于温度的检测,那么温度控制岂不成了空话,所以需要先有温度检测.然后才能够通过单片机控制直流风扇电机的转速:数码管的动态显示电路用于显示实时室温和电风扇所处于的档位,数字式温度传感器的作用是采集温度数据,然后再通过数码管显示出来,而设定温度主要通过按溟进行调整.实现了可以直观读取实时环境温度数据和所处档位。在本次毕业设计中选择智能温控风扇课题的重要原因是其与人们的生活水平息息相关.能够提高人的生活痍案和蜉活度,有着非常大的现实意义。而且本次设计正够将自己在大学生涯中学习到的知识与实际迸行结合,有助于自己走出校园,踏进社会。为了更好的完成本次毕业设计，我收集了大量的文献和资料，从一开
20、始的毫无头绪逐渐的捋清思路.最后进行设计，这次经历让我有了非常大的进步。在本次设计中.实现了根据坏境温度变化调整风扇转速的功能。采用四位数码管显示室内实时温度以及风扇所处档位,使得人们在实际使用的过程中能够更加万便的了解当前的温馁信息,再根据温度信息决定自己是否需要对温度进行调整。而且在本次设计中可以通过三个独立按犍调整设定温度,手动控制风扇电机的转速。本系统的设计对于其他采用电动机来控制的系统中,同样具有着一定的适用性。在实际的生产生活中,本系统不仅能够应用于人们的日常生活,还可以应用到其它多个领域。比如在工业生产中，本系统可以提高自动化生产工厂的自动化减少人工操作,降低成本,同时自动性制能够减少电力资源的浪费,而且本系统能够更低,成本会大大的降低。综上本次系统在多个领域中都可以应用,具有很强的实用性,在社会生产和生活中有若非常重要的地位。
