畢業(yè)論文--基于單片機(jī)的智能電風(fēng)扇的設(shè)計(jì)

1、<p>　　基于單片機(jī)的智能電風(fēng)扇的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)的功能是，使電風(fēng)扇分為可切換的手動(dòng)檔和自動(dòng)檔，手動(dòng)檔下分為低速、中速、高速三檔，自動(dòng)檔下可自主設(shè)置溫度值，通過(guò)溫度傳感器采集并顯示周?chē)h(huán)境溫度及設(shè)置溫度，并依據(jù)設(shè)定好的溫度自動(dòng)調(diào)整風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的智能化。主要采用直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)以

2、AT89C51為控制核心，由命令輸入模塊、LCD顯示模塊及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等組成。</p><p>　　關(guān)鍵字：直流電機(jī)、PWM、單片機(jī)</p><p>　　一、系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)與分析</p><p><b>　　1系統(tǒng)的總體框圖</b></p><p>　　對(duì)于單片機(jī)中央處理系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，根據(jù)要求，我們可以選用具有4KB片

3、內(nèi)E2PROM的AT89C51單片機(jī)作為中央處理器。作為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，AT89C51內(nèi)部已包含了定時(shí)器、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等硬件，其硬件能符合整個(gè)控制系統(tǒng)的要求，不需要外接其他存儲(chǔ)器芯片和定時(shí)器件，方便地構(gòu)成一個(gè)最小系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，抗干擾能力強(qiáng)，性?xún)r(jià)比高。</p><p><b>　　2方案的論證與選擇</b></p><p>　　2.1輸入模塊的論

4、證與選擇</p><p>　　方案一：獨(dú)立式鍵盤(pán)。特點(diǎn)是硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，編程容易，但是占用的I/O口比較多。</p><p>　　方案二：矩陣式鍵盤(pán)。特點(diǎn)是硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，編程復(fù)雜，對(duì)于按鍵較多的時(shí)候可以節(jié)省I/O口。</p><p>　　綜上兩方案，本設(shè)計(jì)選擇方案一。</p><p>　　2.2顯示模塊的論證與選擇</p><

5、;p>　　方案一、數(shù)碼管顯示，特點(diǎn)是耗電少，成本低、壽命長(zhǎng)、故障少、可視距離遠(yuǎn)，但只能顯示數(shù)字和字母。</p><p>　　方案二、LCD1602顯示，特點(diǎn)是體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富，是單片機(jī)中常用的信息顯示模塊。</p><p>　　綜上兩方案，本設(shè)計(jì)選擇方案二。</p><p><b>　　3理論分析與計(jì)算</b></p&g

6、t;<p>　　3.1 PWM調(diào)速原理</p><p>　　基于單片機(jī)類(lèi)由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)：在PWM調(diào)速系統(tǒng)中占空比D是一個(gè)重要的參數(shù)。在電源電壓U不變的情況下，電樞電壓的平均值取決于占空比D大小，改變D的值可以改變電樞端電壓的平均值從而達(dá)到調(diào)速的目的。改變占空比D的值有三種方法：</p><p>　　定寬調(diào)頻法：保持1t不變，只改變t，這樣使周期或頻率也隨之改變。</p&

7、gt;<p>　　調(diào)寬定頻法：保持t不變，只改變1t，這樣使周期或頻率也隨之改變。</p><p>　　定頻調(diào)寬法：保持周期T或頻率不變，同時(shí)改變1t和t。</p><p>　　前兩種方法在調(diào)速時(shí)改變了控制脈沖的周期或頻率，當(dāng)控制脈沖的頻率與系統(tǒng)固有頻率接近時(shí)，將會(huì)引起振蕩，因此常采用定頻調(diào)寬法來(lái)改變占空比從而改變直流電動(dòng)機(jī)電樞兩端電壓。利用單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器外加軟件延時(shí)等方

8、式來(lái)實(shí)現(xiàn)脈寬的自由調(diào)整。此種方式可簡(jiǎn)化硬件電路、操作性等優(yōu)點(diǎn)。</p><p><b>　　二 硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1 控制系統(tǒng)</b></p><p>　　單片機(jī)AT89C51</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH 存儲(chǔ)器，帶2K字節(jié)閃存可編程

9、可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個(gè)I/O 口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。</p>&

10、lt;p><b>　　2、驅(qū)動(dòng)模塊</b></p><p>　　直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298</p><p>　　L298可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)VSS，VSS可接4．5～7 V電壓。4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍VIH為＋2．5～46 V。輸出電流可達(dá)2．5 A，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流

11、采樣電阻，形成電流傳感信號(hào)。L298可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電動(dòng)機(jī)，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電動(dòng)機(jī)。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。EnA，EnB接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　3 顯示模塊</b></p><p>　　LCD1602顯示模塊</p><p>　　工業(yè)字符型液晶，能夠

12、同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符是一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形。</p><p>　　特性：3.3V或5V工作電壓，對(duì)比度可調(diào)、內(nèi)含復(fù)位電路，提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功

13、能，有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 DDRAM,內(nèi)建有192個(gè)5X7點(diǎn)陣字型的字符發(fā)生器CGRAM，8個(gè)可由用戶(hù)自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM。</p><p>　　特點(diǎn)：微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中。</p><p><b>　　4、溫度處理</b></p><p>　　DSl820數(shù)字溫度計(jì)提供

14、9位(二進(jìn)制)溫度讀數(shù)指示器件的溫度信息經(jīng)過(guò)單線接口送 入DSl820或從DSl820送出因此從主機(jī)CPU到DSl820僅需一條線(和地線)DSl820的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供而不需要外部電源。DS18B20 的溫度檢測(cè)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個(gè)芯片之上，從而抗干擾力更強(qiáng)。其一個(gè)工作周期可分為兩個(gè)部分，即溫度檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理。</p><p>　　DS18B20直接將測(cè)量溫度值轉(zhuǎn)化為數(shù)字量提交給單片機(jī)，

15、工作時(shí)必須嚴(yán)格遵守單總線器件的工作時(shí)序。</p><p><b>　　三、軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　程序說(shuō)明</b></p><p>　　本系統(tǒng)直接應(yīng)用于AT89C51的軟件方法實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)的輸出，這比硬件實(shí)現(xiàn)PWM成本低，限制少，實(shí)現(xiàn)便捷。</p><p>　　PWM脈沖信號(hào)

16、是單片機(jī)采用延時(shí)程序產(chǎn)生的方波信號(hào)。PWM脈寬控制是把一脈沖的脈寬均相等的脈沖序列作為PWM波，改變脈沖的寬度或占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)可調(diào)速。本設(shè)計(jì)中采用了定頻調(diào)寬方式，在這種工作方式下電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)比較穩(wěn)定，并且采用單片機(jī)產(chǎn)生PWM脈沖的軟件實(shí)現(xiàn)上比較方便。</p><p>　　此外利用定時(shí)器讓單片機(jī)P1口的P1.0、P1.1、P1.2控制L298的IN1、IN2、ENA管腳，輸出占空比不同的方波，然后經(jīng)驅(qū)動(dòng)芯片L298

17、放大后控制直流電動(dòng)機(jī)。在調(diào)速時(shí)，IN1與IN2引腳一個(gè)為低電平，一個(gè)為高電平，通過(guò)控制L298的ENA，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電機(jī)的PWM信號(hào)，并控制電機(jī)控制電機(jī)。</p><p><b>　　程序流程圖</b></p><p><b>　　四、調(diào)試結(jié)果與分析</b></p><p>　　將各個(gè)模塊按照電路要求連接到相應(yīng)的位置，并連接好

18、所有的電源線和液晶顯示控制線，檢查線路是否正確無(wú)誤。然后將程序下載到單片機(jī)中。</p><p><b>　　測(cè)試數(shù)據(jù)如下：</b></p><p>　?。≒0^1接的是1檔，P0^,2接的是2檔，P0^3接的是3檔）</p><p><b>　　結(jié)果說(shuō)明：</b></p><p>　　在實(shí)際測(cè)試中發(fā)

19、現(xiàn)高電平所占比例越大，電機(jī)轉(zhuǎn)速越快。電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量值比預(yù)設(shè)的值要大，這里的原因主要是程序中語(yǔ)句導(dǎo)致的延時(shí)。因?yàn)槌绦蛘Z(yǔ)句本身就有一定的延時(shí)，加上C語(yǔ)言編程，一條C語(yǔ)句在進(jìn)行編譯時(shí)能編譯成好幾條匯編語(yǔ)句，有的甚至十幾條，這樣就增加了延時(shí)。同時(shí)由于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)有速度值的波動(dòng)，所以從按鍵輸入設(shè)定值或自動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)，無(wú)法達(dá)到最大速度界限。</p><p><b>　　五、參考文獻(xiàn)</b></p>

20、<p>　　[1] 樓然苗,李光飛.51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例[M],第二版,北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006.2</p><p>　　[2] 李軍.51系列單片機(jī)高級(jí)實(shí)例開(kāi)發(fā)指南[M],第二版,北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2004.6 </p><p>　　[3] 黃賢武，鄭筱霞，傳感器原理及其應(yīng)用 成都：電子科技大學(xué)出版社 2002.7</p><

21、;p>　　[4] 陳伯時(shí),電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng),第二版,北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000年6月,127～130</p><p><b>　　六、總結(jié)</b></p><p>　　這個(gè)設(shè)計(jì)的幾大模塊比較明確，在編寫(xiě)程序時(shí)，我選擇先編寫(xiě)出每一個(gè)模塊，讓每一個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)其基本的功能，然后再逐步合并模塊，來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的要求。在編寫(xiě)程序的過(guò)程中遇到了一些問(wèn)題，通過(guò)解決這些問(wèn)題，

22、我也有了一些收獲。</p><p>　　通過(guò)本次設(shè)計(jì)，使自己學(xué)到了很多課本上學(xué)不到的東西，也讓我領(lǐng)會(huì)到了單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用廣泛，同時(shí)也進(jìn)一步加強(qiáng)了自己動(dòng)手能力和運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)的能力，從中我學(xué)會(huì)了如何去思考和解決問(wèn)題。</p><p><b>　　附錄一：原理圖</b></p><p><b>　　附錄二：源程序</b><