基于單片機的智能風扇控制器設計【畢業(yè)論文】

1、<p>　　本科畢業(yè)設計(論文)</p><p><b>　　( 屆)</b></p><p>　　論文題目 基于單片機的智能風扇控制器設計</p><p>　　(英文) An Intelligent Controller for Fan Based on Single Chip Microcomputer &l

2、t;/p><p>　　所在學院 電子信息學院 </p><p>　　專業(yè)班級 電子信息工程 </p><p>　　學生姓名 學號 </p><p>　　指導教師 職稱 </p>&l

3、t;p>　　完成日期 年 月 日</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　提出了以C8051F005為控制器，利用可控硅調速的智能風扇控制器的設計方案。該系統(tǒng)可以實現對風扇的風速調節(jié)和風類型轉換的控制，可以設定風扇的工作模式。單片機通過控制可控硅導通角，來實現風扇的無級調速，并利用單片機內部的溫度傳感器

4、采集環(huán)境溫度，對風扇進行智能控制。詳細分析了系統(tǒng)的五大模塊：單片機模塊、過零檢測模塊、可控硅觸發(fā)模塊、鍵盤遙控模塊和LCD顯示模塊，詳細的論述了風扇控制器對風扇的控制過程。過零檢測模塊可以檢測出交流電壓的過零點，作為單片機發(fā)出觸發(fā)脈沖的參考點；鍵盤和遙控模塊可以對控制器進行設定，用于選擇風扇的工作方式；LCD顯示模塊用于顯示風扇風速，風類型，當前工作模式和環(huán)境溫度等信息。 </p><p>　　關鍵詞：風扇；C8

5、051F005；可控硅</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　First discusses the development and the application of fan.Put forward the design scheme that an intelligent fan controller based on C80

6、51F005 single-chip use Thyristor to control its spend. The program choice the C8051F005 single-chip to control thyristor’s conduction angle , then to realize the stepless speed regulation of fan. And it can use the sing

7、le-chip internal temperature sensor to collect the environmental temperature, to realize Auto-control of fan.Using internal timer of SCM to c</p><p>　　Key Words: fan; C8051F005 ; thyristor;</p><

8、;p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 引言1</b></p><p>　　1.1 電風扇的應用和發(fā)展1</p><p>　　1.2 本文主要內容及課題要求2</p><p>　　第二章 風扇控制器設計方案3</p><p>

9、　　2.1 風扇轉速控制原理3</p><p>　　2.2 總體設計方案4</p><p>　　2.3 單片機模塊5</p><p>　　2.4 過零檢測模塊5</p><p>　　2.5 可控硅觸發(fā)模塊5</p><p>　　2.6 LCD顯示模塊5</p><p>　　2.7 鍵

10、盤模塊5</p><p>　　第三章 硬件設計7</p><p>　　3.1 電機調速電路設計7</p><p>　　3.1.1 過零檢測電路7</p><p>　　3.1.2 可控硅觸發(fā)電路8</p><p>　　3.2 人機接口電路設計9</p><p>　　3.1.1顯示部分設

11、計9</p><p>　　3.1.2鍵盤部分設計9</p><p>　　3.3 C8051F005單片機電路10</p><p>　　3.3.1C8051F005基本配置10</p><p>　　3.3.2時鐘電路11</p><p>　　第四章 軟件設計13</p><p>　　4

12、.1 軟件設計的要點13</p><p>　　4.2主程序流程設計13</p><p>　　4.3風扇工作模式設計13</p><p>　　4.3.1自動控制程序設計錯誤!未定義書簽。</p><p>　　4.3.2自然風程序設計錯誤!未定義書簽。</p><p>　　4.3.3睡眠風程序設計錯誤!未定義書

13、簽。</p><p>　　4.4 人機接口軟件設計14</p><p>　　4.3.1顯示部分設計 14</p><p>　　4.3.2鍵盤部分設計14</p><p>　　第五章 制作和調試19</p><p>　　5.1硬件電路制作19</p><p><b>　　5.2

14、調試19</b></p><p>　　5.2.1過零檢測信號和可控硅觸發(fā)脈沖信號調試19</p><p>　　5.2.2自然風模式和睡眠風模式調試20</p><p>　　5.2.3顯示部分調試22</p><p><b>　　第六章 結論24</b></p><p><

15、;b>　　致 謝25</b></p><p><b>　　參考文獻27</b></p><p>　　附錄1畢業(yè)設計作品說明書27</p><p><b>　　第一章 引言</b></p><p>　　1.1 電風扇的應用及發(fā)展</p><p>　　

16、電風扇，通常是指帶有兩片或以上數量的扇葉，由電動機驅動扇葉旋轉產生氣流，從而達到通風納涼效果的一種常用家電[1]。電扇作為一種家電，是最久遠的，也是普及最廣泛的，無論是從家庭到工廠，還是城市到農村，幾乎世界的每個角落都有電風扇的身影。即使近年來空調的迅速發(fā)展及普及，曾一度被認為是夕陽產業(yè)的電風扇業(yè)，至今仍然茁壯的成長著。電風扇和空調相比有很多優(yōu)點，它比空調的耗能要小，特別是隨著國際能源短缺和人們節(jié)能觀念的深入，電風扇更受重視。另外，電風

17、扇吹風比較自然，開門窗也不受影響，而空調房間都是密閉的，空氣流通差，很容易感染疾病。由此可見，電風扇還有很大的發(fā)展空間[2]。其實這些都不是最重要的原因，最重要的是電風扇行業(yè)沒有停滯不前，反而異軍突起，結合自身的優(yōu)缺點，不斷的改進，不斷的創(chuàng)新，不斷的完善。</p><p>　　電扇的起源可以追溯到1830，是一個叫詹姆斯·拜倫的美國人從鐘表的結構中受到啟發(fā)，發(fā)明了一種可以固定在天花板上，用發(fā)條驅動的機械

18、風扇。1880年，美國人舒樂首次將葉片直接裝在電機上，接通電源，葉片飛速轉動，陣陣涼風撲面而來，這就是世界上第一臺電風扇。1882年之后，電扇開始商業(yè)化投產，當時電扇是那種只有兩片扇葉的臺式電風扇。1908年，美國的?？税l(fā)動機及電氣公司，研制成功世界上最早的齒輪驅動左右搖頭的電風扇，這種電風扇不再需要三百六十度轉頭送風。中國的第一臺電風扇生產自1916年，發(fā)明者楊濟川在上海四川路橫浜橋開辦生產變壓器的工廠，以“中華民族更生”之意，取名為

19、華生電器制造廠，至1925年華生電扇正式投產，很快成為著名品牌[3]。在經歷一個多世紀的發(fā)展之后，出現了品種繁多，功能各異的電扇。目前有臺扇，吊扇，壁扇，塔扇，空調扇等不同功能和品種的風扇。風速從之前的一種速度到現在的多級，甚至是無級調速。風類型從最初的單一勻速普通風到現在的自然風和睡眠風。還有深受年輕朋友喜愛和追捧的無葉電扇，帶有增氧加濕功能的電扇，都應運而生，遙感技術，聲控技術，自動控制技術，都被應用到電風扇之中，使得電扇更<

20、/p><p>　　1.2 本文的主要內容及課題要求</p><p>　　本文主要探討是一個基于單片機的智能風扇控制器的設計制作。首先給出總體設計思路及系統(tǒng)框圖，然后分析系統(tǒng)各個模塊的功能和具體實現方法或電路，接著完成硬件電路的設計和軟件編程，最后得出結論和心得。課題要求以C8051F005單片機為控制核心，可以對風扇進行自動控制（溫控），也可以通過按鍵及遙控器，對風扇進行傳統(tǒng)控制，能完成微風、

21、常風、強風以及自然風等不同模式的轉換，LCD顯示器可以顯示當前風扇運行狀態(tài)。</p><p>　　第二章 風扇控制器設計方案</p><p>　　2.1 風扇轉速控制原理</p><p>　　風扇的調速方式有以下幾種比較常見的幾種。①脈寬調制（pulse width Modulation，PWM）是一種常用的調速方法。其基本原理是用改變電機電樞電壓的接通和斷開的時

22、間比(占空比)來控制電機的速度,在脈寬調速系統(tǒng)中當電機通電時,其速度增加,電機斷電時其速度降低。只要按照一定的規(guī)律改變通斷電的時間,就可使電機的速度保持在一穩(wěn)定值上[4]。②交流電機的SPWM變頻調速方式，變頻調速系統(tǒng)的核心是變頻器，系統(tǒng)主要是通過變頻器產生SPWM控制脈沖列來實現對交流電機調速的。所謂SPWM，就是在PWM的基礎上改變了調制脈沖方式，脈沖寬度時間占空比按正弦規(guī)率排列，這樣輸出波形經過適當的濾波可以做到正弦波輸出 [5]

23、。③可控硅調速方式。這是現在市場上電風扇采用最多的調速方式，本次設計采用該調速方式，將在下節(jié)中詳細介紹。</p><p>　　可控硅調速方案：該調速方式是通過控制雙向可控硅導通角，使輸出端電壓發(fā)生改變，從而使施加在電風扇的輸人電壓發(fā)生變化，在0-180°相位范圍內，當導通角變小時，流經電機定子線圈的電流有效值增大，電機轉速減慢，當導通角變大時，流經電機定子線圈的電流有效值減小，電機轉速加快，從而調節(jié)電風

24、扇的轉速，實現仿自然風、睡眠風等各擋風速的無級調速[6]。</p><p>　　圖2-1 可控硅導通角</p><p>　　如圖2-1，在t1時刻CPU收到同步信號后，計數器開始計數，計數結束后，CPU控制發(fā)出觸發(fā)脈沖，觸發(fā)可控硅導通，由圖中可知，計數器的計數值越大，延時越長，可控硅的導通角越大，電機轉速越小，反之電機轉速越大。</p><p>　　通過該方案，可以

25、對風扇進行無級調速，也就是從0到最大速度的不間斷調節(jié)，對比傳統(tǒng)風扇有限級的風速調節(jié)，具有很大的優(yōu)勢，但是對電網的干擾較大，采用過零檢測，可以最大限度減少干擾。雖然低速運轉時，電機會產生抽動現象，但是風扇一般不需要太低的轉速，轉速太低，電風扇風力下降過多，失去電風扇使用意義，所以可以通過在軟件設計中，設置最低轉速，該轉速高于電機抖動的臨界轉速，以防止電機抖動影響使用效果。</p><p>　　目前風扇控制器的實現辦

26、法有好多種，例如基于單片機風扇控制器，基于FPGA風扇控制器，數字邏輯式的控制器等，但是整體的系統(tǒng)結構大致相同，分別有溫度傳感器模塊（對環(huán)境溫度檢測并將信息傳送給控制核心處理），鍵盤操作及顯示模塊（用于對風扇操作及顯示風扇當前的工作信息），控制核心部分（通過預先設定或編程以實現對風扇的控制），電機及電機驅動模塊（風扇的接口電路）。</p><p><b>　　2.2總體設計方案</b><

27、;/p><p>　　本次設計采用C8051F005單片機作為控制核心，電路主要有五個模塊組成，單片機模塊，可控硅觸發(fā)模塊，過零檢測模塊，按鍵遙控模塊和顯示模塊。使用單片機自帶溫度傳感器，檢測環(huán)境溫度，單片機可以根據環(huán)境溫度，實現對風扇的自動控制，也可以通過鍵盤及遙控器，對風扇進行傳統(tǒng)控制。LCD顯示器可以顯示當前風扇運行狀態(tài)。過零檢測電路可以將正弦信號過零點檢測出來，作為發(fā)出觸發(fā)脈沖時刻的參考點。單片機可以通過定時器

28、控制可控硅觸發(fā)電路，定時長短即可控硅導通角大小，從而可控制風扇轉速。</p><p>　　圖2-2 風扇控制器設計框圖</p><p><b>　　2.3 單片機模塊</b></p><p>　　單片機模塊是C8051F005芯片，按鍵和液晶顯示模塊的引腳接在它P0端口上。C8051F005芯片內部的溫度傳感器，通過一個ADC通道，將采集到的

29、溫度信息，反饋給單片機。過零檢測電路產生的一個下降沿，單片機對下降沿產生中斷響應，然后內部定時器開始計時，計時結束后，由單片機內部發(fā)出一個觸發(fā)脈沖，使可控硅導通。</p><p>　　2.4 過零檢測模塊</p><p>　　該部分的功能是將正弦信號的過零點檢測出來， 作為確定發(fā)出觸發(fā)脈沖時刻的參考點。通過穩(wěn)壓二極管將220V 交流穩(wěn)壓在6V，再通過4個二極管整流，對交流電進行整流，用一個

30、三極管作為比較器，檢測出過零點，為了保護后面的弱電電路，采用光電耦合器EL817，將強電和弱電隔離。</p><p>　　2.5 可控硅觸發(fā)模塊</p><p>　　該電路主要包括輸入電路、光電耦合器MOC3021、開關電路( 包括雙向晶閘管) 、保護電路(RC 吸收網絡) 。光電耦合的作用是為了使強電和弱電隔離, 以保障使用安全。由于電風扇為感性負載, 故需要用RC 電路來吸收可控硅&l

31、t;/p><p>　　關斷瞬間產生的高電壓, 以使可控硅不被擊穿[6]。</p><p>　　2.6 LCD顯示模塊</p><p>　　該部分采用HS12232-9液晶模塊，通過8位并行連接方式與C8051F005單片機相連。它能顯示風扇當前的運行狀態(tài)，包括風速，風類型，控制模式，當前環(huán)境溫度。</p><p>　　2.7 按鍵功能定義<

32、/p><p>　　根據設計任務，該系統(tǒng)初步設定有3個功能鍵，它們的功能如下：</p><p>　　K1“風速+”鍵： </p><p>　　當風扇在運行時，此按鍵為風速設定鍵，不斷按此鍵，風速逐級遞增。</p><p><b>　　K2“風速-”鍵：</b></p><p>　　當風扇在運行

33、時，此按鍵為風速設定鍵，不斷按此鍵，風速逐級遞鍵。</p><p>　　K3“風扇控制模式”鍵</p><p>　　不斷按此鍵，風扇控制類型為“正?！薄白匀弧薄八摺薄白詣?” →“正?！?。</p><p><b>　　自然風模式說明：</b></p><p>　　風速從高到低變化，再從低到高變化。</p&g

34、t;<p><b>　　睡眠風模式說明:</b></p><p>　　風速從中風開始，間隔一段時間，風速降低一級，直到風速為零。</p><p><b>　　自動控制模式說明：</b></p><p>　　根據環(huán)境溫度，自動改變風扇轉速。</p><p><b>　　第三章

35、硬件設計</b></p><p>　　3.1 電機調速電路設計</p><p>　　電機調速電路主要包括過零檢測電路和可控硅觸發(fā)電路。</p><p>　　3.1.1 過零檢測電路</p><p>　　圖3-1 過零檢測電路</p><p>　　圖3-1中220v的交流電通過穩(wěn)壓二極管IN4367,被穩(wěn)壓到

36、6.8V，再通過4個二極管IN4007組成的整流電路，輸出接光耦EL817的輸入端，光耦輸出端接三極管9013的基極和地，三極管射極接地，三極管集電極通過一個上拉電阻接5V直流電，當電壓大于三極管的導通電壓，三極管導通，集電極電壓為零，否者三極管截止，集電極電壓為5V，所以每次過零點時，集電極端都輸出一個短暫的脈沖信號，將集電極輸出接單片機外部中斷口P1.4，當正弦電壓從正值經過零點變?yōu)樨撝禃r， 單片機對輸出的下降沿產生響應， 然后啟動

37、單片機內部定時器， 定時的長短即觸發(fā)角的大小。圖3-2為三極管基極輸入波形和集電極輸出波形[7]。</p><p>　　圖3-2 基極和集電極輸出波形</p><p>　　3.1.2 可控硅觸發(fā)電路</p><p>　　圖3-3 可控硅觸發(fā)電路</p><p>　　如圖3-3為可控硅觸發(fā)電路，port端接單片機的P2.6，單片機可以發(fā)出觸發(fā)脈

38、沖，觸發(fā)雙向可控硅的導通，從而閉合電機回路，觸發(fā)脈沖的發(fā)送可以編程來實現控制，光電耦合的作用是為了使強電和弱電隔離， 以保障使用安全。由于電風扇為感性負載， 故需要用RC 電路來吸收可控硅關斷瞬間產生的高電壓， 防止可控硅被擊穿[8]。</p><p>　　3.2 人機接口電路設計</p><p>　　3.2.1顯示部分設計</p><p>　　液晶顯示部分是本系統(tǒng)

39、的人機交互界面，負責實時顯示系統(tǒng)運行的各種參數，包括風速、模式、當前環(huán)境溫度等參數。本系統(tǒng)使用的是HS12232-9液晶模塊。該液晶具有低功耗、供應電壓范圍寬等特點，有16common和61segment的輸出，并可外接驅動IC擴展驅動，同時具有2560位顯示RAM，還有與68系列或80系列相適配的MPU接口，并有專用的指令集，可以完成文本顯示或圖形顯示的功能。下面表3-1是其各引腳說明[9]。</p><p>

40、　　表3-1 液晶模塊的引腳對應關系</p><p><b>　　CS:片選信號</b></p><p><b>　　RS：串行接口代碼</b></p><p><b>　　R/W:讀/寫控制</b></p><p>　　D0—D7:8位數據</p><p&

41、gt;　　3.2.2鍵盤部分設計</p><p>　　鍵盤輸入部分，采用系統(tǒng)電路板上的3個按鍵，鍵盤接口與HD7279A芯片連接。HD7279A是一片具有串行接口的、可驅動8位共陰式數碼管（或64只獨立LED）的智能顯示驅動芯片，該芯片同時還可連接多達64鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成LED顯示、鍵盤接口的全部功能。</p><p>　　HD7279A內部含有譯碼器，可直接接受BCD碼或16進

42、制碼，并同時具有2種譯碼方式，此外，還具有多種控制指令，如消隱、閃爍、左移、右移、段尋址等。HD7279A具有片選信號，可方便地實現多于8位的顯示或多于64鍵的鍵盤接口。</p><p>　　本系統(tǒng)電路板板根據實際需要只設計了16個按鍵，其原理電路如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 HD7279電路原理圖</p><p>　　3.3 C8051F005單

43、片機電路</p><p>　　3.3.1 C8051F005基本配置</p><p>　　本系統(tǒng)板采用的單片機是C8051F005芯片，是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片，具有與8051兼容的高速CIP-51內核，與MCS-51指令集完全兼容，內置32KB的FLASH程序存儲器、具有256B內部RAM和2048B的XRAM。C8051F005單片機具有片內調試電路，可通過JTAG接口可以進行非

44、侵入式、全速的在系統(tǒng)調試。該單片機供電電壓為2.7~3.6V,本設計采用3.3V電壓。</p><p>　　通過對芯片的引腳進行配置，通過P0、P1、P2、P3口連接液晶模塊、紅外遙控接收等模塊。圖3-5是C8051基本配置原理圖，圖中只畫出了晶振、復位和JTAG下載電路。</p><p>　　圖3-5 C8051基本配置</p><p>　　3.3.2 時鐘電路&

45、lt;/p><p>　　時鐘電路用于產生單片機工作所需要的時鐘信號,C8051F005內帶有時鐘電路, 因此，只要在片外通過XTAL1和XTAL2引腳接入定時控制組件，即可構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。XTAL1和XTAL2的功能如下:</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。&l

46、t;/p><p>　　XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。由于輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p>　　圖3-6 C8051時鐘電路原理圖</p><p>

47、　　如圖3-6，C8051F005單片機有一個內部振蕩器和一個外部振蕩器驅動電路，每個驅動電路都能產生系統(tǒng)時間。單片機在復位后從內部振蕩器啟動。內部振蕩器的啟動是瞬間完成的。內部振蕩器可以被使能/禁止,其振蕩頻率可以用內部振蕩器控制寄存器（OSCICN）改變，IFCN1-0是內部振蕩器頻率控制位，IOSCEN是內部振蕩器使能位CLKSL是系統(tǒng)時鐘源選擇位。</p><p><b>　　第四章 軟件設計&

48、lt;/b></p><p>　　4.1 軟件設計的要點</p><p>　　在編寫程序的前,我們先要了解我們所使用的編程平臺,還有軟件編程過程中有要注意的幾個小地方。</p><p>　　Silicon Labs的開發(fā)工具實質上就是計算機IDE調試環(huán)境及計算機USB到C8051F單片機JTAG口的協(xié)議轉換器的組合。Silicon Labs C8051系列所有

49、的單片機片內均設計有調試電路，該調試電路通過邊界掃描方式獲取單片機片內信息，通過四線的JTAG接口與開發(fā)工具連接以便于進行對單片機在片內編程調試。Silicon Labs支持觀察和修改存儲器和寄存器支持斷點、觀察點、堆棧指示器、單步、運行和停止命令，調試的時候不需要額外的目標RAM、程序存儲器、定時器、通訊通道，并且所有的模擬和數字外設都正常工作。</p><p>　　4.2 主程序流程設計</p>

50、<p>　　主程序主要完成系統(tǒng)各部分的初始化,掃描外部的按鍵,當有按鍵按下時，判斷鍵值，并執(zhí)行相應的控制程序。其中初始化包括振蕩器、交叉開關、外部中斷、A/D轉換、定時器、液晶及菜單界面的初始化。如圖4-1即為主程序流程圖。</p><p>　　圖4-1 主程序流程圖</p><p>　　4.3 風扇工作模式設計</p><p>　　4.3.1自動控制程

51、序設計</p><p>　　自動控制模式，即系統(tǒng)根據室溫自動來改變風速。適合長時間開啟電扇的場合或時間來使用。程序預先會設置一個最低溫度和最高溫度。當室溫低于這個最低溫度時，開啟自動控制模式風扇也是不會工作的。只有當高于最低設定溫度時風扇才會工作，在一定范圍內，溫度越高風扇風速越高，當超過最高設定溫度時，風扇風速達到最高，即使溫度繼續(xù)升高，風速也不會變化。</p><p>　　在溫度信號采

52、集和處理過程中，為了使所得溫度數據更加準確，在單位時間內多次采集數據，然后求平均值，將這個平均值作為參考溫度，然后改變導通角大小，從而來控制風速。</p><p>　　具體單片機控制導通角方法為：控制導通角大小的脈沖可以通過單片機的一個I/O口來發(fā)出，為方便下面相關內容的敘述，特稱該I/O口為PORT口。過零檢測電路可以找出交流電的過零點，過零檢測電路的輸出又與單片機的外部中斷接口相連，每到過零點，檢測電路輸出一

53、個脈沖，通過脈沖的沿降來觸發(fā)單片機的外部中斷，中斷發(fā)生后，單片機內部的定時器就啟動， 等到定時器溢出以后，PORT口被置1，經過延時500us的短延時后，PORT口重新被置0，完成一個脈沖的發(fā)送。如此一來，只要改變定時器的定時初值，就可以改變一個交流電周期內PORT口發(fā)出的脈沖的具體時間，從而控制可控過導通角大小。軟件流程圖如下圖4-2。</p><p>　　圖4-2自動控制模式流程圖</p>&l

54、t;p>　　4.3.2自然風程序設計</p><p>　　電扇的自然風模式，是根據自然風風速,時大時小的特點，通過單片機控制電機運轉規(guī)律，來大致模擬自然風的效果。</p><p>　　交流電被整流后，頻率為之前的兩倍，周期縮短到之前的一般。一般市電的頻率為50HZ，周期為20ms，整流后周期即為10ms?？紤]到電機的反應能力，不可能在一個交流電周期內變化可控硅導通角，來實現電機轉速的

55、變化。</p><p>　　為此程序專門為自然風模式設置一個定時器溢出次數計數變量，當工作模式切換鍵，切換到自然風模式，此時計數變量開始計數，當再次按下工作模式切換鍵時，該計數變量重新賦值為0。在本設計中，定時器的開啟是跟外部中斷有關系的，當過零檢測電路檢測到過零點時，發(fā)起外部中斷，此時開啟定時器，所以每10ms開啟一次定時器，也就是說每10ms，定時器會溢出一次，所以只要溢出次數越多，時長越長。根據此，可以計算

56、風扇在自然風模式下工作的時長。可以每隔一段時間改變一次導通角，即改變風扇風速，改變方式按照一定規(guī)律并且是周期性的循環(huán)改變，從而達到自然風的效果。軟件流程圖如下圖4-3。</p><p>　　圖4-3自然風模式流程圖</p><p>　　4.3.3睡眠風程序設計</p><p>　　睡眠風模式是定時模式的一種衍生，在過去，很多電風扇是沒有睡眠風模式的，類似的有定時功能

57、，而且很多是通過機械定時的，會發(fā)出吱吱的聲響，影響睡眠質量。</p><p>　　所以設計一個簡單好用的睡眠風模式很有必要，程序同樣設定一個區(qū)別與自然風模式的定時器溢出次數計數變量。作用跟自然風模式的溢出計數變量一樣，這里就不加贅述。區(qū)別于自然風模式的是導通角改變規(guī)律，不是按照周期來循環(huán)改變的，而是從小到大改變，即風速從大到小變化，最后風扇停止運行。</p><p>　　軟件流程圖如下圖4

58、-4。</p><p>　　圖4-4睡眠風模式流程圖</p><p>　　4.4 人機接口軟件設計</p><p>　　4.4.1顯示部分設計</p><p>　　本設計的顯示部分主要用來顯示工作模式、風速、室溫3個信息。由于本設計采用的LCD顯示器只有2行可以顯示，所以程序設計第一行顯示工作模式，第二行顯示風速和室溫，每次模式切換的時候，都

59、會刷新工作模式的顯示，每次導通角變化的時候，都會刷新風速的顯示，每次室溫的變化，都會刷新室溫的顯示。</p><p>　　4.4.2鍵盤部分設計</p><p>　　本設計的鍵盤主要是完成風扇風速、工作模式等參數的設置。其軟件設計流程圖如圖4-5所示。</p><p>　　圖4-5 鍵盤流程圖</p><p>　　整個軟件設計思路，檢測是否有

60、鍵按下，然后在主程序中對命令進行識別，最后執(zhí)行對應的控制程序。</p><p><b>　　第五章 制作和調試</b></p><p>　　5.1 硬件電路制作</p><p>　　硬件電路主要由三部分組成，第一部分為單片機綜合開發(fā)板，第二部分為過零檢測電路，第三部分為可控硅觸發(fā)電路，其中單片機綜合開發(fā)板自帶溫度傳感，液晶顯示模塊，矩陣鍵盤。本

61、設計為方便起見，使用開發(fā)板自帶溫度傳感，液晶顯示模塊，矩陣鍵盤。通過單片機I/O口外接過零檢測電路和可控硅觸發(fā)電路。</p><p><b>　　5.1 調試</b></p><p>　　5.2.1過零檢測信號和可控硅觸發(fā)脈沖信號調試</p><p>　　為了安全起見，先不采用220V的市電，而是用信號源發(fā)出50HZ的正弦波信號來模擬220V的

62、市電。將該正弦波信號接入過零檢測電路，用示波器在過零檢測電路輸出檢測信號。輸出信號接單片機I/O口，同時單片機根據程序內容會輸出不同的可控硅觸發(fā)脈沖。下面圖5-1，圖5-2，圖5-3為調試時所得的幾個典型圖片。</p><p>　　圖5-1過零檢測和觸發(fā)脈沖波形圖</p><p>　　圖5-2過零檢測和觸發(fā)脈沖波形圖</p><p>　　圖5-3過零檢測和觸發(fā)脈沖波

63、形圖</p><p>　　其中CH1為過零檢測電路輸出信號，CH2為接入過零檢測電路的正弦波模擬信號，CH3為單片機輸出的可控硅觸發(fā)脈沖信號。圖5-1顯示導通角較小的時候，圖5-2顯示導通角稍大點的時候，圖5-3顯示導通角較大點的時候。</p><p>　　5.2.2自然風模式和睡眠風模式調試</p><p>　　自然風模式和睡眠風模式的共同點是，按一定規(guī)律改變導通

64、角，在實際自然風模式中，是間隔幾秒改變一次導通角，睡眠風模式中，是間隔幾十分鐘改變一次導通角，為了方便在一張圖片中展示調試結果，特地將間隔時間縮短至幾個正弦波信號周期。下圖5-4,5-5,5-6為典型的調試結果圖。</p><p>　　圖5-4自然風模式下變化觸發(fā)脈沖位置</p><p>　　圖5-5自然風模式下負載兩端的交流電波形</p><p>　　圖5-6普通

65、模式下負載兩端交流電波形</p><p>　　圖5-4類似上面的圖5-1,5-2,5-3，不同的是CH3可控硅觸發(fā)脈沖在一個半波中的位置有所不同，如圖4觸發(fā)脈沖位置是間隔2個變化一次的。圖5是觸發(fā)脈沖和可控硅觸發(fā)電路輸出波形，其中CH1為可控硅觸發(fā)脈沖，CH3為可控硅觸發(fā)電路輸出波形，同樣可控硅觸發(fā)電路輸出波形也是間隔2個變化一次的。圖5-6是為了對照圖5-5，是一個導通角不變化的可控硅觸發(fā)電路輸出波形圖。<

66、;/p><p>　　5.2.3顯示部分調試 </p><p>　　為了說明顯示功能的正常，特意截取幾個典型的顯示圖片。具體如下面圖5-7, 5-8, 5-9，5-10，5-11所示。</p><p><b>　　圖5-7液晶顯示圖</b></p><p><b>　　圖5-8液晶顯示圖</b></

67、p><p><b>　　圖5-9液晶顯示圖</b></p><p>　　圖5-10液晶顯示圖</p><p>　　圖5-11液晶顯示圖</p><p>　　其中圖5-7，5-8，5-9，5-10, 5-11為不同模式，不同風速，不同室溫的顯示圖形，其中圖10和圖11為了特地說明自動模式下的最低溫度限定，低于最低溫度時，風速為

68、0。</p><p><b>　　第六章 結論</b></p><p>　　經過一學期的努力，對風扇控制器進行了方案論證，系統(tǒng)設計，對硬件電路板進行調試，基本實現了設計時提出的功能和要求。由于水平有限，再加時間倉促，有部分軟件還有瑕疵和bug，本課題還有大量工作要做。</p><p>　　本設計方案按照任務書的要求進行設計。首先充分利用單片機內

69、部硬件和軟件功能，這樣可以減少總體設計的復雜性；其次通過交叉開關譯碼表配置鍵盤和顯示模塊的端口，這樣可以減少我們設計硬件電路出現端口配置混亂現象；最后對每個功能設計實行分段編寫再整合，使程序層次分明。</p><p>　　此外，本系統(tǒng)存在以下幾個不足之處：</p><p>　　1、在本設計中，硬件電路搭建簡陋，沒有采用印刷電路板，導致電路板線路走線比較亂，直接增加后期調試的難度。 <

70、/p><p>　　2、軟件部分編寫還不夠完善，使得系統(tǒng)功能不能全部完成。這就需要以后進一步的完善和改進。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　時光飛逝,大學四年的生活即將結束，雖然我完成了所有學業(yè)，但對于即將結束的大學生活還是十分的不舍。在萬里學院四年的日子里，特別要感謝所有指導教育過我的老師和領導，他們不但在學習過程

71、中給我?guī)椭膭钗依^續(xù)探索新的知識，還在閑暇的時候教會我為人處事的道理和原則。</p><p>　　在論文即將完成之際，我內心十分激動。在此我對大學四年學習中曾給與我關心和幫助的老師和同學們表示衷心的感謝。</p><p>　　首先我要感謝我的導師張老師，張老師誨人不倦，認真負責的態(tài)度，使我在學術上有了長足的進步，人生觀上也產生了極大的影響，為我今后的為人處事樹立了良好的榜樣。在我完成課題

72、的過程中，張老師總是時刻督促我并且不厭其煩的為我講解設計過程中出現的問題，并為我的畢業(yè)設計提出了許多指導性的意見，使我受益不少。</p><p>　　在此，謹向所有為本文的順利完成提供便利的人們表示誠摯的謝意。</p><p>　　最后，向審閱本文的專家、教授致敬！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p

73、>　　[1] 楊丕達.國內電風扇產品的現狀分析[J].日用電器,2009，12，27（12）：39-41.</p><p>　　[2] 譚煜民.電風扇的現代設計方法及發(fā)展現狀[J].沿海企業(yè)與科技,2009,5，108(5):42-44.</p><p>　　[4]秦龍.MSP430單片機常用模塊與綜合系統(tǒng)實例精講[M].北京.電子工業(yè)出版社，2007.7.</p>&

74、lt;p>　　[5] 余永權，汪明慧，黃英.單片機在控制系統(tǒng)中的應用[M].北京.電子工業(yè)出版社，2003.10.</p><p>　　[6]沈權.基于單片機MC6805的電風扇控制器的設計[J].科技風,2010,01，（01）：227-228.</p><p>　　[8] 黃錦鋒，周華安，謝沙天，胡錦.基于AT89C52 的風扇溫控調速器的設計[J].工業(yè)控制計算機，2008,9

75、,21（9）:89-90.</p><p>　　[10]李昔華，王延川.電風扇智能控制模塊的設計[J].渝州大學學報，2000,6,17（02）:21-24.</p><p>　　[11] Kouki Matsuse,Hisao Kubota .Analysis of PWM Current Source GTO Inverter with PWM-Controlled Thyristor

76、 Rectifier for Induction Motor Drive[J]. IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS, VOL. 26, NO. 2, MARCH/APRIL 1990.</p><p>　　附錄1畢業(yè)設計作品說明書</p><p><b>　　作品名稱</b></p><p>

77、<b>　　智能風扇控制器</b></p><p><b>　　作品功能</b></p><p>　　控制風扇風速，實現自然風模式，睡眠風模式，自動控制模式和普通模式功能。</p><p>　　自然風模式功能，風速從1到7順序變化，每間隔3秒變化一次，風速到7后變?yōu)?，進入下一個周期，周期時間為21秒。</p>

78、<p>　　睡眠風模式功能，風速由5到0順序變化，沒間隔15分鐘變化一次，風速到0后，關閉風扇。</p><p>　　自動控制模式功能，風速隨室溫變化而變化，設定25℃為最低溫度，35℃為最高溫度，即低于25℃風扇風速為0，高于35℃風扇風速達到最高且不再變化，中間沒升高2℃，風速加1。</p><p>　　普通模式功能，可以通過風速加和風速減按鍵來改變風速。每按一次風速加鍵

79、風速加1，每按一次風速減鍵風速減1。</p><p>　　顯示功能，第一行顯示工作模式，第二行顯示風速和室溫。</p><p><b>　　操作步驟</b></p><p>　　K1“風速+”鍵： </p><p>　　當風扇在運行時，此按鍵為風速設定鍵，不斷按此鍵，風速逐級遞增。</p><

80、;p><b>　　K2“風速-”鍵：</b></p><p>　　當風扇在運行時，此按鍵為風速設定鍵，不斷按此鍵，風速逐級遞鍵。</p><p>　　K3“風扇控制模式”鍵</p><p>　　不斷按此鍵，風扇控制類型為“正?！薄白匀弧薄八摺薄白詣?” →“正常”。</p><p><b>　　注