畢業(yè)設(shè)計--基于單片機的智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1節(jié) 引 言……………………………………………………………………………3</p><p>　　1.1 智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)概述 ……………………………………………………3</p><p>　　1.2 本設(shè)

2、計任務(wù)和主要內(nèi)容 ………………………………………………………3</p><p>　　第2節(jié) 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計 ………………………………………………………5</p><p>　　2.1 總體硬件設(shè)計 …………………………………………………………………5</p><p>　　2.2 數(shù)字溫度傳感器模塊設(shè)計 ……………………………………………………5</p

3、><p>　　2.2.1 溫度傳感器模塊的組成 …………………………………………………5</p><p>　　2.2.2 DS18B20的溫度處理方法 ………………………………………………6</p><p>　　2.3 電機調(diào)速與控制模塊設(shè)計 ……………………………………………………7</p><p>　　2.3.1 電機調(diào)速原理……………

4、…………………………………………………7</p><p>　　2.3.2 電機控制模塊硬件設(shè)計……………………………………………………8</p><p>　　2.4 溫度顯示與控制模塊設(shè)計 ……………………………………………………9</p><p>　　第3節(jié) 系統(tǒng)軟件設(shè)計…………………………………………………………………10</p><p&

5、gt;　　3.1 數(shù)字溫度傳感器模塊程序設(shè)計………………………………………………10</p><p>　　3.2 電機調(diào)速與控制模塊程序流程………………………………………………15</p><p>　　3.2.1 程序設(shè)計原理 ……………………………………………………………15</p><p>　　3.2.2 主要程序………………………………………………………

6、…………16</p><p>　　第4節(jié) 結(jié)束語…………………………………………………………………………19</p><p>　　參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………20</p><p>　　基于單片機的智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)</p><p><b>　　引 言 </b></p&g

7、t;<p>　　電風(fēng)扇曾一度被認(rèn)為是空調(diào)產(chǎn)品沖擊下的淘汰品，其實并非如此，市場人士稱，家用電風(fēng)扇并沒有隨著空調(diào)的普及而淡出市場，近兩年反而出現(xiàn)了市場銷售復(fù)蘇的態(tài)勢。其主要原因：一是風(fēng)扇和空調(diào)的降溫效果不同——空調(diào)有強大的制冷功能，可以快速有效地降低環(huán)境溫度，但電風(fēng)扇的風(fēng)更溫和，更加適合老人兒童和體質(zhì)較弱的人使用；二是電風(fēng)扇有價格優(yōu)勢，價格低廉而且相對省電，安裝和使用都非常簡單。</p><p>　　

8、盡管電風(fēng)扇有其市場優(yōu)勢，但傳統(tǒng)電風(fēng)扇還是有許多地方應(yīng)當(dāng)進行改良的，最突出的缺點是它不能根據(jù)溫度的變化適時調(diào)節(jié)風(fēng)力大小，對于夜間溫差大的地區(qū)，人們在夏夜使用電風(fēng)扇時可能遇到這樣的問題：當(dāng)凌晨降溫的時候電風(fēng)扇依然在工作，可是人們因為熟睡而無法察覺，既浪費電資源又容易引起感冒，傳統(tǒng)的機械定時器雖然能夠控制電風(fēng)扇在工作一定后關(guān)閉，但定時范圍有限，且無法對溫度變化靈活處理。鑒于以上方面的考慮，我們需要設(shè)計一種智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)來解決這些問題。&l

9、t;/p><p>　　1.1 智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)概述 </p><p>　　傳統(tǒng)電風(fēng)扇是220V交流電供電，電機轉(zhuǎn)速分為幾個檔位，通過人為調(diào)整電機轉(zhuǎn)速達(dá)到改變風(fēng)力大小的目的，亦即，每次風(fēng)力改變，必然有人參與操作，這樣勢必帶來諸多不便。</p><p>　　本設(shè)計中的智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)，是指將電風(fēng)扇的電機轉(zhuǎn)速作為被控制量，由單片機分析采集到的數(shù)字溫度信號，再通過可控硅對

10、風(fēng)扇電機進行調(diào)速。從而達(dá)到無須人為控制便可自動調(diào)整風(fēng)力大小的效果。</p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)和主要內(nèi)容</b></p><p>　　本設(shè)計以MCS51單片機為核心，通過溫度傳感器對環(huán)境溫度進行數(shù)據(jù)采集，從而建立一個控制系統(tǒng)，使電風(fēng)扇隨溫度的變化而自動變換檔位，實現(xiàn)“溫度高，風(fēng)力大，溫度低，風(fēng)力弱”的性能。另外，通過鍵盤控制面板，用戶可以在一定范圍內(nèi)設(shè)置電風(fēng)

11、扇的最低工作溫度，當(dāng)溫度低于所設(shè)置溫度時，電風(fēng)扇將自動關(guān)閉，當(dāng)高于此溫度時電風(fēng)扇又將重新啟動。</p><p>　　本設(shè)計主要內(nèi)容如下：</p><p>　?、?風(fēng)速設(shè)為從高到低5個檔位，可由用戶通過鍵盤手動設(shè)定。</p><p>　　② 當(dāng)溫度每降低2℃則電風(fēng)扇風(fēng)速自動下降一個檔位。</p><p>　?、?當(dāng)溫度每升高2℃則電風(fēng)扇風(fēng)速自動

12、上升一個檔位。</p><p>　　④ 用戶可設(shè)定電風(fēng)扇最低工作溫度，當(dāng)?shù)陀谠摐囟葧r，電風(fēng)扇自動停轉(zhuǎn)。</p><p>　　系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計 </p><p><b>　　總體硬件設(shè)計</b></p><p>　　系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖2-1所示</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)原理框圖<

13、;/p><p>　　對于單片機中央處理系統(tǒng)的方案設(shè)計，根據(jù)要求，我們可以選用具有4KB片內(nèi)E2PROM的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(nèi)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芯片和定時器件，方便地構(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</p><p>

14、　　數(shù)字溫度傳感器模塊設(shè)計</p><p>　　溫度傳感器可以選用LM324A的運算放大器，將其設(shè)計成比例控制調(diào)節(jié)器，輸出電壓與熱敏電阻的阻值成正比，但這種方案需要多次檢測后方可使采樣精確，過于煩瑣。所以我采用更為優(yōu)秀的DS18B20數(shù)字溫度傳感器，它可以直接將模擬溫度信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，降低了電路的復(fù)雜程度，提高了電路的運行質(zhì)量。</p><p>　　2.2.1 溫度傳感器模塊組成<

15、;/p><p>　　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。整個系統(tǒng)力求結(jié)構(gòu)簡單，功能完善。電路圖如圖2-2所示。</p><p><b>　　系統(tǒng)工作原理如下：</b></p><p>　　DS18B20進行現(xiàn)場溫度測量，將測量數(shù)據(jù)送入AT89C51的P3.7口，經(jīng)過單片機處理后顯示溫度值

16、，并與設(shè)定溫度值的上下限值比較，若高于設(shè)定上限值或低于設(shè)定下限值則控制電機轉(zhuǎn)速進行調(diào)整。</p><p>　　圖2-2 DS18B20溫度計原理圖</p><p>　　2.2.2 DS18B20的溫度處理方法</p><p>　　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(yán)格遵守單總線器件的工作時序。</p><p>

17、　　表2-1 部分溫度值與DS18B20輸出的數(shù)字量對照表 </p><p>　　電機調(diào)速與控制模塊設(shè)計</p><p>　　電機調(diào)速是整個控制系統(tǒng)中的一個重要的方面。通過控制雙向可控硅的導(dǎo)通角，使輸出端電壓發(fā)生改變，從而使施加在電風(fēng)扇的輸入電壓發(fā)生改變，以調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)各檔位風(fēng)速的無級調(diào)速。</p><p>　　2.3.1 電機調(diào)速原理</p>

18、<p>　　可控硅的導(dǎo)通條件如下：</p><p>　　1）陽-陰極間加正向電壓；</p><p>　　2）控制極-陰極間加正向觸發(fā)電壓；</p><p>　　3）陽極電流IA 大于可控硅的最小維持電流IH。</p><p>　　電風(fēng)扇的風(fēng)速設(shè)為從高到低5、4、3、2、1檔，各檔風(fēng)速都有一個限定值。在額定電壓、額定功率下，以最高轉(zhuǎn)

19、速運轉(zhuǎn)時，要求風(fēng)葉最大圓周上的線速度不大于2150m/min。且線速度可由下列公式求得</p><p>　　式中，V為扇葉最大圓周上的線速度(m/min),D為扇中的最大頂端掃出圓的直徑(mm)；n為電風(fēng)扇的最高轉(zhuǎn)速(r/min)。</p><p>　　代入數(shù)據(jù)求得 1555r/min,取 =1250 r/min.又因為：</p><p>　　取n1=875 r/

20、min.則可得出五個檔位的轉(zhuǎn)速值：</p><p>　　=1250r/min</p><p>　　=1150r/min</p><p>　　=1063r/min</p><p><b>　　=980r/min</b></p><p><b>　　=875r/min</b>&l

21、t;/p><p>　　又由于負(fù)載上電壓的有效值</p><p>　　其中，u1為輸入交流電壓的有效值，α為控制角。解得：</p><p>　　=0° t=0ms</p><p>　　=23.5° t=1.70ms</p><p>　　

22、=46.5° t=2.58ms</p><p>　　=61.5° t=3.43ms</p><p>　　=76.5° t=4.30ms</p><p>　　以上計算出的是控制角和觸發(fā)時間，當(dāng)檢測到過零點時，按照所求得的觸發(fā)時間延時發(fā)脈沖，便可

23、實現(xiàn)預(yù)期轉(zhuǎn)速。</p><p>　　2.3.2 電機控制模塊硬件設(shè)計</p><p>　　電路中采用了過零雙向可控硅型光耦MOC3041 ,集光電隔離、過零檢測、過零觸發(fā)等功能于一身,避免了輸入輸出通道同時控制雙向可控硅觸發(fā)的缺陷, 簡化了輸出通道隔離2驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)。所設(shè)計的可控硅觸發(fā)電路原理圖見圖2-3 。其中RL即為電機負(fù)載，其工作原理是:單片機響應(yīng)用戶的參數(shù)設(shè)置, 在I/ O 口輸

24、出一個高電平, 經(jīng)反向器反向后, 送出一個低電平,使光電耦合器導(dǎo)通, 同時觸發(fā)雙向可控硅, 使工作電路導(dǎo)通工作。給定時間內(nèi),負(fù)載得到的功率為:</p><p>　　式中: P 為負(fù)載得到的功率, kW; n 為給定時間內(nèi)可控硅導(dǎo)通的正弦波個數(shù); N 為給定時間內(nèi)交流正弦波的總個數(shù); U 為可控硅在一個電源周期全導(dǎo)通時所對應(yīng)的電壓有效值,V; I 為可控硅在一個電源周期全導(dǎo)通時所對應(yīng)的電流有效值,A。由式(1) 可

25、</p><p>　　知,當(dāng)U , I , N 為定值時, 只要改變n 值的大小即可控制功率的輸出,從而達(dá)到調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的目的。</p><p>　　圖2-3 電機控制原理圖</p><p>　　溫度顯示與控制模塊設(shè)計</p><p>　　通過HD7279A控制芯片組建一個單片機鍵盤輸入與顯示模塊，其中包括一個2*8的鍵盤矩陣。和8段動態(tài)掃描

26、數(shù)碼管顯示。與單片機通過接插件連接，可以用于系統(tǒng)的控制和輸出，其原理圖如圖2-4所示。</p><p>　　圖2-4 HD7279A鍵盤和顯示器控制模塊電路原理圖</p><p>　　第三節(jié) 系統(tǒng)軟件設(shè)計</p><p>　　3.1 數(shù)字溫度傳感器模塊程序設(shè)計</p><p>　　本系統(tǒng)的運行程序采用匯編語言編寫，采用模塊化設(shè)計，整體程序由

27、主程序和子程序構(gòu)成。</p><p>　　圖3-1 數(shù)字溫度傳感器模塊程序流程圖</p><p>　　如圖3-1所示，主機控制DS18B20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初始化時序、讀時序和寫時序分別可編寫4個子程序：初始化子程序、寫子程序、讀子程序、顯示子程序。</p><

28、p>　　DS18B20芯片功能命令表如下：</p><p>　　表2 DS18B20功能命令表</p><p><b>　　主要程序如下：</b></p><p><b>　　…</b></p><p>　　MAIN:；初始化</p><p>　　LCAL

29、L RST_DS18B20</p><p>　　LCALL GET_TEMPER</p><p><b>　　MOV A,20H</b></p><p><b>　　MOV C,08H</b></p><p><b>　　RRC A</b></p><p&g

30、t;<b>　　MOV C,09H</b></p><p><b>　　RRC A</b></p><p><b>　　MOV C,10H</b></p><p><b>　　RRC A</b></p><p><b>　　MOV C,11H&l

31、t;/b></p><p><b>　　RRC A</b></p><p><b>　　MOV 20H,A</b></p><p>　　LCALL DISPLAY</p><p><b>　　AJMPMAIN</b></p><p>　　RST_D

32、S18B20:</p><p>　　SETB P3. 7</p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　CLR P3. 7</b></p><p>　　MOV R1, #3</p><p>　　RST1:MOV R0, #110</p>

33、<p>　　DJNZ R0, $</p><p>　　DJNZ R1,RST1</p><p>　　SETB P3. 7</p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　MOV R0, #25H</

34、p><p>　　RST2:JNB P3. 7,RST3</p><p>　　DJNZ R0,RST2</p><p><b>　　LJMP RST4</b></p><p>　　RST3: SETB FLAG</p><p><b>　　LJMP RST5</b></p&g

35、t;<p>　　RST4:CLR FLAG</p><p><b>　　LJMP RST7</b></p><p>　　RST5:MOV R0, #115</p><p>　　RST6:DJNZ R0, $</p><p>　　RST7: SETB P3. 7</p><p><

36、;b>　　RET</b></p><p>　　WR_DS18B20:；寫數(shù)據(jù)子程序</p><p>　　MOV R2, #8</p><p><b>　　CLR C</b></p><p>　　WR1: CLR P3. 7</p><p>　　MOV R3, #6<

37、/p><p>　　DJNZ R3, $</p><p><b>　　RRC A</b></p><p>　　MOV P3. 7,C</p><p>　　MOV R3, #25</p><p>　　DJNZ R3, $</p><p>　　SETB P3. 7</p>

38、<p><b>　　NOP</b></p><p>　　DJNZ R2,WR1</p><p>　　SETB P3. 7</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　RD_DS18B20:；讀數(shù)據(jù)子程序</p><p>　　MOV R4

39、, #2</p><p>　　MOV R1, #20H</p><p><b>　　READ1:</b></p><p>　　MOV R2, #8</p><p><b>　　READ2: </b></p><p><b>　　CLR C</b><

40、/p><p>　　SETB P3. 7</p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　CLR P3. 7</b></p><p><b>　　NOP</b></

41、p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　SETB P3. 7</p><p>　　MOV R3, #9</p><p><b>　　READ3:</b></p><p>

42、　　DJNZ R3,READ3</p><p>　　MOV C, P3. 7</p><p>　　MOV R3, #23</p><p><b>　　READ4:</b></p><p>　　DJNZ R3,READ4</p><p><b>　　RRC A</b></

43、p><p>　　DJNZ R2,READ2</p><p><b>　　MOV @R1,A</b></p><p><b>　　INC R1</b></p><p>　　DJNZ R4,READ1</p><p><b>　　RET</b></p>

44、;<p>　　3.2 電機調(diào)速與控制模塊程序流程</p><p>　　3.2.1 程序設(shè)計原理</p><p>　　采用雙向可控硅過零觸發(fā)方式，由單片機控制雙向可控硅的通斷，通過改變每個控制周期內(nèi)可控硅導(dǎo)通和關(guān)斷交流完整全波信號的個數(shù)來調(diào)節(jié)負(fù)載功率，進而達(dá)到調(diào)速的目的。</p><p>　　由于INT0信號反映工頻電壓過零時刻，因此只要在外中斷0的中

45、斷服務(wù)程序中完成控制門的開啟與關(guān)閉，并利用中斷服務(wù)次數(shù)對控制量n進行計數(shù)和判斷，即每中斷一次，對n進行減1計數(shù)，如果n不等于0，保持控制電平為“1”，繼續(xù)打開控制門；如n=0，則使控制電平復(fù)位為“0”，關(guān)閉控制門，使可控硅過零觸發(fā)脈沖不再通過。這樣就可以按照控制處理得到的控制量的要求，實現(xiàn)可控硅的過零控制，從而達(dá)到按控制量控制的效果，實現(xiàn)速度可調(diào)。</p><p>　　1）回路控制執(zhí)行程序。主回路控制執(zhí)行程序的任

46、務(wù)是初始化數(shù)據(jù)存儲單元，確定電機工作參數(shù) /，并將其換算成“有效過零脈沖”的個數(shù)；確定中斷優(yōu)先級、開中斷，為了保證正弦波的完整，工頻過零同步中斷INT0確定為高一級的中斷源。</p><p>　　2）斷服務(wù)程序，執(zhí)行中斷服務(wù)程序時，首先保護現(xiàn)場，INT0中斷標(biāo)志置位，禁止主程序修改工作參數(shù)，然后開始減1計數(shù)，判斷是否關(guān)斷可控硅，最后INT0中斷標(biāo)志位清零，還原初始化數(shù)據(jù)，恢復(fù)現(xiàn)場，中斷返回。（設(shè)1秒鐘通過波形數(shù)N

47、=100）</p><p>　　中斷流程圖如圖3-2所示：</p><p>　　圖3-2 電機控制模塊中斷響應(yīng)流程圖</p><p>　　3.2.2 主要程序</p><p>　　外中斷INT0的部分中斷響應(yīng)程序如下：</p><p><b>　　ORG0003H</b></p>

48、<p><b>　　INTD0:</b></p><p><b>　　PUSHACC</b></p><p><b>　　PUSHPSW</b></p><p><b>　　PUSHDPH</b></p><p><b>　　PU

49、SHDPL</b></p><p>　　SETB24H.0 </p><p>　　MOVA,5FH</p><p>　　JZ TING1 </p><p><b>　　DECA </b></p><p>　　MOV5FH,A</p><p>

50、;<b>　　LJMPFAN2</b></p><p><b>　　TING1: …</b></p><p><b>　　FAN2:</b></p><p>　　MOVA,5BH</p><p>　　JZ TING2 </p><p>&l

51、t;b>　　DECA </b></p><p>　　MOV5BH,A</p><p><b>　　LJMPZONG</b></p><p><b>　　TING2:…</b></p><p><b>　　ZONG:</b></p>&

52、lt;p>　　MOVA,59H</p><p><b>　　JZ KAI</b></p><p><b>　　DECA</b></p><p>　　MOV59H,A</p><p><b>　　LJMPEXIT</b></p><

53、;p><b>　　KAI:</b></p><p>　　CLR24H.0</p><p>　　JB26H.0,KAI2</p><p><b>　　KAI2:</b></p><p>　　MOVA,66H</p><p>　　JZ EXIT1<

54、/p><p><b>　　EXIT1:</b></p><p>　　MOV5FH,5AH</p><p>　　MOV5BH,66H</p><p>　　MOV59H,#100</p><p><b>　　EXIT:</b></p><p>&l

55、t;b>　　POPDPL</b></p><p><b>　　POPDPH</b></p><p><b>　　POPPSW</b></p><p><b>　　POPACC</b></p><p><b>　　RETI</b&

56、gt;</p><p><b>　　結(jié) 束 語</b></p><p>　　首先，通過這次應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計，在很大程度上提高了自己的獨立思考能力和單片機的專業(yè)知識，也深刻了解寫一篇應(yīng)用系統(tǒng)的步驟和格式，有過這樣的一次訓(xùn)練，相信在接下來的日子我們都會了，而且會做得更好。</p><p>　　我所寫的系統(tǒng)主要根據(jù)目前節(jié)智能化電風(fēng)扇技術(shù)的發(fā)展趨勢和國內(nèi)實

57、際的應(yīng)用特點和要求，采用了自動化的結(jié)構(gòu)形式，實現(xiàn)對電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的自動控制。</p><p>　　系統(tǒng)以單片機AT89C51為核心部件，單片機系統(tǒng)完成對環(huán)境溫度信號的采集、處理、顯示等功能;用Protel軟件繪制電路原理圖和PCB電路印刷板圖，由Protues軟件進行訪真測試，利用MCS51匯編語言編制,運行程序該系統(tǒng)的主要特點是:</p><p>　　1)適用性強，用戶只需對界面參數(shù)進行設(shè)置

58、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。</p><p>　　2)系統(tǒng)成本低廉，操作非常簡單，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。</p><p>　　本系統(tǒng)在當(dāng)今提倡人性化設(shè)計和健康產(chǎn)品的環(huán)境下具有非常好的市場前景。 </p><p>　　本設(shè)計在模擬檢測

59、中運行較好，但采樣據(jù)不太穩(wěn)定。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。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 張鑫.單片機原理及應(yīng)用.電子工業(yè)出版社</p><p>　　[1] 明德剛.DS18B20在單片機溫控系統(tǒng)中的應(yīng)用.貴州大學(xué)學(xué)報，2006，2 </p>