電氣工程與自動化畢業(yè)論文基于單片機的智能電風扇控制系統(tǒng)設計

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 設 計</p><p>　　基于單片機的智能電風扇控制系統(tǒng)設計</p><p>　　所在學院 </p><p>　　專業(yè)班級 電氣工程與自動化 </p><p>　　學生姓名 學號

2、</p><p>　　指導教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在我們的日常生活中，單片機由于它價格低廉，功能全面，體積小巧以及良好的可開發(fā)性，得到了越

3、來越多的設計者的喜愛。以單片機為控制核心的控制體系也廣泛的運用于人們的日常生活和工業(yè)生產中。</p><p>　　電風扇是一種常見的小型家用電器。由于其價格便宜，體積小巧，使用方便，深得消費者的喜愛，在今后的一段時間內，還會是市場的熱銷產品之一。但是老式的電扇科技含量較低，不能很好的滿足現代人的生活習慣。從人們口中得知，新一代的電扇應該是操作簡單，功能強大，而且更加安全可靠，能更加人性化的適應人們生活的需要一種家

4、用電器。</p><p>　　本次設計主要介紹了一種智能電風扇的設計方案。該方案基于目前被廣泛運用的AT89C51單片機系統(tǒng)，增加了能讓電扇根據溫度進行自我調節(jié)風速的功能，給用戶提供更人性化的體驗。</p><p>　　這種智能風扇，用戶有兩種方式可以選擇來控制電扇的調速方式，即智能調速方式和手動調速方式。當選擇智能模式的時候，電風扇可以通過溫度傳感器來測量環(huán)境的溫度，從而調節(jié)電扇的轉速，

5、達到更加人性化的效果。可通過用戶設置高、低溫度值，測得溫度值在高低溫度之間時打開風扇弱風檔，當溫度升高超過所設定的溫度時自動切換到大風檔，當溫度小于所設定的溫度時自動關閉風扇，控制狀態(tài)隨外界溫度而定。所設高低溫值保存在溫度傳感器DS18B20內部ROM中，掉電后仍然能保存上次設定值，性能穩(wěn)定,控制準確。當選擇手動模式的時候，則功能和普通的電扇相同。</p><p>　　關鍵詞：AT89C51單片機；溫度傳感器；智

6、能電風扇</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In our daily life, the microcontroller is being favored by more and more designers because of its low cost, full function, small size and good

7、developability. The control system of microcontroller centered is also widely used in people's daily life and industrial production.</p><p>　　Electric fan is a common small-sized household appliance. Bec

8、ause of its low cost, small size, easy to use, electric fan won the favor of many consumers, and in the next period of time, it will also become one of best-selling products. However, the old-fashioned low-tech electric

9、fan does not cater to the modern lifestyle. Known from what people say about, the new generation of electric fan, which should have been simple operated, powerful functioned, will be much safer, more reliable, and be ab&

10、lt;/p><p>　　This design mainly introduces a program of intellectual electric fan. This program based on AT89C51 microcontroller system, along with a function of speed self-regulating according to the changeable

11、 temperature, providing with more humanitarian experience. </p><p>　　This kind of intellectual electric fan includes two types ---- intellectual speed regulation and manual speed regulation. When choose inte

12、lligent speed regulation ones, they can adjust speed according to the environment temperature sensor, achieving more humane effect. Through the user high Settings, low temperature, high temperature temperature measured i

13、n between weak wind shift, and open fan when temperatures exceed the set temperature automatically switch to winds files, when the temperature</p><p>　　Key words: AT89C51 microcontroller; temperature sensor;

14、 intellectual electric fan </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1電風扇的介紹1</p><p>　　1.1.1電扇的發(fā)展背景及其發(fā)展前景1</p><p>

15、　　1.1.2當前電扇的不足處和改進想法1</p><p>　　1.2系統(tǒng)統(tǒng)設計方案1</p><p>　　1.3方案論證2</p><p>　　1.3.1 溫度傳感器的選用2</p><p>　　1.3.2 控制核心的選擇2</p><p>　　1.3.3調速方式的選擇3</p><

16、;p>　　1.3.4控制執(zhí)行部件的選擇3</p><p>　　第2章 硬件設計4</p><p>　　2.1 AT89C51單片機介紹4</p><p>　　2.2溫度傳感電路6</p><p><b>　　2.3電源電路9</b></p><p>　　2.4 數碼管顯示電路10

17、</p><p>　　2.5聲響、溫度采集、溫度設定以及復位電路10</p><p>　　2.6溫控自動電路11</p><p>　　2.7無級調速電路12</p><p>　　第3章 系統(tǒng)軟件設計14</p><p>　　3.1系統(tǒng)功能綜述14</p><p>　　3.2系統(tǒng)主流程圖

18、15</p><p>　　3.3鍵盤掃描子程序流程圖16</p><p>　　3.4設置上下限動作溫度值TH,TL子程序流程圖18</p><p>　　3.5溫度顯示子程序流程圖19</p><p>　　3.6 DS18B20復位與檢測子程序流程圖20</p><p><b>　　小結21<

19、/b></p><p><b>　　致謝22</b></p><p><b>　　參考文獻23</b></p><p>　　附錄1系統(tǒng)原理圖24</p><p><b>　　附錄2 程序25</b></p><p><b>　　第

20、1章 緒論</b></p><p><b>　　電風扇的介紹</b></p><p>　　在我們的生活中，我們經常用到一些能改變溫度的設備，比如說電風扇。它是一種由電動機驅動電扇葉子旋轉在使空氣加速流動的電器。電扇基本分為家用電風扇和工業(yè)排風扇。它的主要組成部分就是交流電機。交流電機把能量從電能轉化成機械能，推動扇葉轉動，進而使空氣流動，產生氣流。<

21、/p><p>　　1.1.1電扇的發(fā)展背景及其發(fā)展前景</p><p>　　電扇是一種誕生很早的小型家用電器，在市場的檢驗下經歷了很多年代，在空調產品的大力沖擊下，一度被人們以為要成為淘汰品，從而退出歷史舞臺，但是 ，事實是不是如預測那樣呢？根據市場的調查，近幾年來，家用電風扇不但沒有因為空調的普及而淡出市場，反正呈現出銷量增長的趨勢。并且，在相當長的一段時間里，電扇還會是市場的主角。這樣狀況

22、的出現不乏下面的原因：電扇有自己的固定用戶群體，一些體質較弱者還有就是老年人和兒童等，這類人群更合適用風扇進行降溫消暑。相對于空調等降溫設備來說，電扇價格便宜，電扇具有絕對的價格優(yōu)勢。大部分家庭因為消費水平限制，電扇在將來相當長的一段時間里還會占領市場的一大塊份額。電扇的體積小巧，幾乎不占地方，可以適應很多種復雜的環(huán)境，安裝和拆卸也十分方便，而且操作簡單。</p><p>　　1.1.2當前電扇的不足處和改進想法

23、</p><p>　　隨著人們生活水平和科技水平的不斷提高，對于家電的要求也是精益求精，對于家電的款式、功能等提出了越來越高的要求。讓家電朝著安全，健康，節(jié)能，功能繁多等發(fā)向發(fā)展成為了越來越多人的愿望。盡管電風扇有著其獨有的市場優(yōu)質，但是，傳統(tǒng)的電扇在人們不斷變化的要求中突顯出很多不足之處，讓人覺得不夠人性化。雖然可以換擋，但是需要手動進行，只有手動調速，功能單一，人睡著了就只能固定在某個檔位了 ，風速不會隨氣溫

24、的改變而改變。還有就是定時功能，一般只能定時1---2個小時。當定時時間到了的時候，可能氣溫還是比較高，電扇就停了，會讓人從睡夢中熱醒，而當室溫降低了很多，但是，電扇還是不停止或者按照原來的速度轉動，可能會讓人患上感冒?？偨Y的說，產生這些問題是原因是電扇不能很好的對環(huán)境的變化相應的做出風速的變化。為了解決風扇的自動控溫，讓風扇能隨溫度的變化對風速做出靈活的處理，我們設計了這套風扇智能控制系統(tǒng)，解決上述問題。</p><

25、;p><b>　　系統(tǒng)統(tǒng)設計方案</b></p><p>　　本次設計以AT89C51單片機為控制中心，主要通過溫度傳感器得到的溫度以及內部定時器設定的時間的長短來控制電風扇的開關以及速度的大小。主要目的是使電扇的功能更加強大，操作更加簡單，更加人性化。主要實現以下幾個功能：</p><p>　　①溫度控制功能：讓電扇可以感知環(huán)境溫度，以調節(jié)風扇風速的大小，達到

26、更加良好的工作效果。當然，用戶可以選擇這種智能調速方式，也可以不選擇這種方式而選擇普通調節(jié)方式來控制電扇的轉速。</p><p>　?、跓o級調速功能：通過AT89C51對雙向可控硅的控制，可實現風速的無級調速。</p><p>　?、鄱〞r工作功能，可以讓用戶根據自己的需要設定時間的長短，以提供更加人性化的服務。</p><p><b>　　方案論證<

27、/b></p><p>　　1.3.1 溫度傳感器的選用</p><p>　　溫度傳感器可由以下幾種方案可供選擇：</p><p>　　方案一：選用熱敏電阻作為感測溫度的核心元件，通過運算放大器放大由于溫度變化引起熱敏電阻電阻的變化、進而導至的輸出電壓變化的微弱電壓變化信號，再用AD轉換芯片ADC0809將模擬信號轉化為數字信號輸入單片機處理。</p&g

28、t;<p>　　方案二：采用熱電偶作為感測溫度的核心元件，配合橋式電路，運算放大電路和AD轉換電路，將溫度變化信號送入單片機處理。</p><p>　　方案三：采用數字式集成溫度傳感器DS18B20作為感測溫度的核心元件，直接輸出數字溫度信號供單片機處理。</p><p>　　對于方案一，采用熱敏電阻有價格便宜、元件易購的優(yōu)點，但熱敏電阻對溫度的細微變化不敏感，在信號采集、放

29、大、轉換過程中還會產生失真和誤差，并且由于熱敏電阻的R-T關系的非線性，其本身電阻對溫度的變化存在較大誤差，雖然可以通過一定電路予以糾正，但不僅將使電路復雜穩(wěn)定性降低，而且在人體所處溫度環(huán)境溫度變化中難以檢測到小的溫度變化。故該方案不適合本系統(tǒng)。</p><p>　　對于方案二，采用熱電偶和橋式測量電路相對于熱敏電阻其對溫度的敏感性和器件的非線性誤差都有較大提高，其測溫范圍也非常寬，從-50攝氏度到1600攝氏度

30、均可測量。但是依然存在電路復雜，對溫度敏感性達不到本系統(tǒng)要求的標準，故不采用該方案。</p><p>　　對于方案三，由于數字式集成溫度傳感器DS18B20的高度集成化，大大降低了外接放大轉換等電路的誤差因素，溫度誤差很小，并且由于其感測溫度的原理與上述兩種方案的原理有著本質的不同，使得其溫度分辨力極高。溫度值在器件內部轉換成數字量直接輸出，簡化了系統(tǒng)程序設計，又由于該傳感器采用先進的單總線技術（1-WRIE），

31、與單片機的接口變的非常簡潔，抗干擾能力強。</p><p>　　1.3.2 控制核心的選擇</p><p>　　方案一：采用電壓比較電路作為控制部件。溫度傳感器采用熱敏電阻或熱電偶等，溫度信號轉為電信號并放大，由集成運放組成的比較電路判決控制風扇轉速，當高于或低于某值時將風扇切換到相應檔位。</p><p>　　方案二：采用單片機作為控制核心。以軟件編程的方法進行溫

32、度判斷，并在端口輸出控制信號。</p><p>　　對于方案一，采用電壓比較電路具有電路簡單、易于實現，以及無需編寫軟件程序的特點，但控制方式過于單一，不能自由設置上下限動作溫度，無法滿足不同用戶以及不同環(huán)境下的多種動作溫度要求，故不在本系統(tǒng)中采用。</p><p>　　對于方案二，以單片機作為控制器，通過編寫程序不但能將傳感器感測到的溫度通過顯示電路顯示出來，而且用戶能通過鍵盤接口，自由

33、設置上下限動作溫度值，滿足全方位的需求。并且通過程序判斷溫度具有極高的精準度，能精確把握環(huán)境溫度的微小變化。故本系統(tǒng)采用方案二。</p><p>　　1.3.3調速方式的選擇</p><p>　　方案一：采用變壓器調節(jié)方式，運用電磁感應原理將220V電壓通過線圈降壓到不同的電壓，控制風扇電機接到不同電壓值的線圈上可控制電機的轉速，從而控制風扇風力大小。</p><p&g

34、t;　　方案二：采用晶閘管構成無級調速電路。</p><p>　　對于方案一，由于采用變壓器改變電壓調節(jié)，有風速級別限制，不能適應人性化要求。且在變壓過程中會有損耗發(fā)熱，效率不高，發(fā)熱有不安全因素。</p><p>　　對于方案二，以電位器控制晶閘管的導通角大小，可實現由最大風速到關閉的無級別調速，可將風力調節(jié)在關閉無風到最大風之間的任意風力，實現“自由風”。且在調速環(huán)節(jié)中基本無電力損耗。

35、故本系統(tǒng)采用方案二。</p><p>　　1.3.4控制執(zhí)行部件的選擇</p><p>　　方案一：采用數模轉換芯片AD0832控制，由單片機根據當前溫度值送出相應數字量到AD0832，由AD0832產生模擬信號控制晶閘管的導通角，從而配合無級調速電路實現溫控時的自動無級風力調節(jié)。</p><p>　　方案二：采用繼電器，繼電器的接有控制晶閘管導通角的電阻的接入電路

36、與否由單片機控制，根據當前溫度值在相應管腳送出高/低電平，決定某個繼電器的導通角控制電阻是否接入電路。</p><p>　　對于方案一，該方案能夠實現在風扇處于溫控狀態(tài)時也能無級調速，但是D/A轉換芯片價格較高，與其溫控狀態(tài)下無級調速功能相比性價比不高。</p><p>　　對于方案二，雖然在溫控狀態(tài)下只能實現弱/大風兩級調速，但采用繼電器價格便宜，控制可靠，且出于在溫控狀態(tài)時無級調速并不

37、是特別需要的功能，綜合考慮采用方案二。</p><p><b>　　第2章 硬件設計</b></p><p>　　本設計是對智能風扇的控制，主要采用的是AT89C51單片機和溫度傳感器。</p><p>　　2.1 AT89C51單片機介紹</p><p>　　單片機是集成在一個芯片上的計算機，由運算器、控制器、存儲器、

38、輸入輸出設備構成，是單片微型計算機SCMC（Single Chip Micro-Computer）的簡稱，它最早是被用在工業(yè)控制領域。單片機誕生于20世紀70年代末，經歷了SCM、MCU、SoC三大階段，它也是計算機技術、控制技術和大規(guī)模集成電路技術的綜合產物。</p><p>　　單片機具有優(yōu)良的硬件特性，它集成度高，系統(tǒng)結構簡單，實現模塊化，可靠性高，處理能力強，速度快。同時它的質量輕、體積小、價格便宜等優(yōu)點

39、也為學習和應用提供了便利條件。由于這些優(yōu)點，單片機已經成為世界上數量最多的計算機，在我們的日常生活中隨時都可以看見它的身影，我們所用的幾乎每件機械和電子產品中都有單片機的存在。從我們現在用的手機、各種智能IC卡、全自動滾筒洗衣機等家用電器到儀器儀表、醫(yī)用設備及航空航天的智能化管理過程控制等領域都有著廣泛的應用。目前得到廣泛應用的單片機是MCS-51 8位系列高檔單片機，它在RAM容量、系統(tǒng)擴展和I/O口功能等方面都比其它單片機有很大的提

40、高，并且它具有兼容性強、品種齊全以及軟硬件資源豐富等特點。今后，隨著單片機深入的應用和開發(fā)，各種各樣類型的芯片也會越來越多，它的發(fā)展不僅造就了計算機應用和智能化控制的科學家、工程師等一大批人才，也使當今社會獲得了顯著的經濟效益和社會效益，我們的日常生活以及社會的穩(wěn)定高速發(fā)展都離不開單片機的廣泛應用。</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，

41、俗稱單片機。該器件的特點是采用了比較先進的技術制造，即ATMEL高密度非易失存儲器制造技術，并且具與工業(yè)標準相兼容，如MCS-51指令集和輸出管腳等。ATMEL的AT89S51是將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，是一種高效微控制器，因為這個原因，很多嵌入式控制系統(tǒng)擁有了另一種靈活性高且價廉的方案可供選擇。</p><p>　　AT89C51的單片機管腳,如圖3.1所示</p><

42、p>　　圖2.1單片機管腳示意圖</p><p><b>　　管腳說明：</b></p><p>　　表2.1單片機管腳說明</p><p><b>　　2.2溫度傳感電路</b></p><p>　　傳感器是一種以一定精確度把被測量（主要是非電量）轉化成與之有確定關系、便于應用的某些物理量（

43、主要是電量）的測量裝置。它一本包括敏感元件、轉化元件和轉換店里三部分組成。而能檢測溫度的傳感器就包括熱電阻式傳感器、熱電偶傳感器和非接觸式測溫傳感器等幾種。</p><p>　　溫度的采集是整個系統(tǒng)的重點，也是難點，在眾多的溫度測量方法中，溫敏元件成本最低，但是后續(xù)電路復雜，模擬信號比較弱，得到的溫度值有較大誤差。為了提高整個系統(tǒng)的性能，使溫度具有較高的精度，本系統(tǒng)采用數字式溫度傳感器DS18B20進行溫度的測量

44、。</p><p>　　DS18B20是是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，它是DALLAS公司的最新單線數字溫度傳感器，具有體積更小、適用電壓更寬、更經濟的特點。能讓使用戶可輕松地組建傳感器網絡，并為測量系統(tǒng)的構建引入全新概念。它的測量溫度范圍為- 55～+ 125 ℃，在-10～+ 85 ℃范圍內，精度為±015 ℃，具有較大的溫度感知范圍?，F場測量的的溫度直接以串行的數字信號方式傳輸，

45、易于微機控制連接，具有極高的抗干擾性性能。因此適用于運行中的設備，電子產品等惡劣環(huán)境而且不易測量的的現場溫度的測量。和上一代產品不同，新的一代產品支持的電壓范圍為3～5.5 V， 使系統(tǒng)設計更為靈活、方便。而且克服了老一代產品價格昂貴，體積較大的缺點。DS18B20可以程序設定的分辨率為9～12位，并且精度可以達到±015 ℃。而且擁有更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍的選擇。分辨率的設定及用戶設定的報警溫度存儲在E2PROM

46、中，掉電后仍然會保存。DS18B20的功能是當前所有產品中最好的，也具有相當高的性格比，繼“一線總線”的前幾代產品后，DS18B20開創(chuàng)了溫度傳感器技術的新篇章。DS18B20使電壓、封裝</p><p>　　DS18B20性能特點：</p><p>　　獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信；</p><p>　　多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現多

47、點組網功能；</p><p><b>　　不需要外部器件；</b></p><p><b>　　可通過數據線供電；</b></p><p><b>　　零待機功耗；</b></p><p>　　溫度以9~12位數字量讀出；</p><p>　　用戶可自定

48、義的非易失性溫度報警設置；</p><p>　　負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，只是不能正常工作。</p><p>　　DS18B20 的內部結構</p><p><b>　　I/O</b></p><p><b>　　C</b></p><p><

49、b>　　VDD</b></p><p>　　圖2.2 DS18B20內部結構框圖</p><p>　　DS18B20 內部結構框圖如圖2.2所示，主要由四個部分組成：配置寄存器主要作用是確定溫度轉換的分辨率。DS18B20出廠的時候，每一個都會刻有一個64位的序列號并存在其ROM中，所以，在一根總線上可以有多個DS18B20同時工作，方便的構成單線多點的溫度測量系統(tǒng)。DS

50、18B20擁有可以由通過軟件改變其極值數值的高溫觸發(fā)器TH和低溫觸發(fā)器TL。高速暫存器內能儲存數據，共有八個字節(jié)容量的儲存，依次從低到高刻有儲存的分別是溫度低字節(jié)、溫度高字節(jié)、上限報警溫度TH、下限報警溫度TL、結構寄存器以及三個保留字節(jié)。</p><p>　　DS18B20的溫度數據用高低兩個字節(jié)的補碼來表示如下圖溫度數據字節(jié)表示表2.2所示，S =1時表示溫度為負，S = 0時表示溫度為正。</p>

51、;<p>　　表2.2溫度數據字節(jié)表示</p><p>　　DS18B20的溫度處理方法</p><p>　　DS18B20直接將測量溫度值轉化為數字量提交給單片機，工作時必須嚴格遵守單總線器件的工作時序。</p><p>　　表2.3度值與DS18B20輸出的數字量對照表 </p><p>　　本次選用3腳封裝模式的DS18B

52、20.通過外加電源給DS8B20供電，正負極分別接引腳VDD和GND。這種方式能夠增強DS18B20的抗干擾方式，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。</p><p>　　DS18B20和單片機的連接原理圖如圖2.3所示</p><p>　　圖2.3 DS18B20連接原理圖</p><p><b>　　2.3電源電路</b></p><p&

53、gt;　　電源電路采用LM7805集成穩(wěn)壓器作為穩(wěn)壓器件，用典型接法，220V電源整流濾波后送入LM7805穩(wěn)壓，在輸出端接一個470U和0.1U電容進一步濾除紋波，得到5V穩(wěn)壓電源。電路如圖2.4所示。</p><p><b>　　圖2.4 電源電路</b></p><p>　　從圖中看，變壓器輸入端裝有一個保險絲，如果變壓器或者后面的電路發(fā)生斷裂，保險內的金屬細絲

54、就會應為電流變大引發(fā)高溫而使之斷開。變壓器后面由4個二極管組成的一個橋式整流電路，整流后得到的是一個電壓波動很大的直流電源，所以在這里接一個電容。</p><p>　　電壓器輸出端的9V電壓經過橋式整流并通過電容濾波，在電容處2端的電壓大概是11V多點。假如從電容兩端直接連接負載，當負載的變化或者交流電源波動的時候，會使電壓發(fā)生較大幅度的變化，故需要在此接一個三端穩(wěn)壓器。</p><p>

55、　　三端穩(wěn)壓器是一種集成電路元件，內部由一些三極管和電阻等組成，在分析電路時候可以簡單的認為是一種能自動調節(jié)大小的電阻元件。當負載電流變大的時候，三端穩(wěn)壓器內的電阻會自動變小，而當負載變小的時候，三端穩(wěn)壓器里的電阻又會自動變大，這樣就能保證穩(wěn)壓器的輸出電壓保持基本不變。</p><p>　　我們選用的是7805，可以最大輸出1A的電流，內部還有限流式短路保護，可以防止三端穩(wěn)壓器被燒壞。</p>&l

56、t;p>　　2.4 數碼管顯示電路</p><p>　　LED是Light Emiting Diode(發(fā)光二極管)的縮寫。發(fā)光二極管是能將電信號轉化成光信號的電致發(fā)光器件。由條形發(fā)光二極管組成的“8”字行的LED顯示器，也稱數碼管。</p><p>　　通過數碼管中的發(fā)光二極管的亮暗組合，可以顯示多種數字、字母以及其他符號。數碼管也有7段和8段之分。8段和7段的區(qū)別是8段的數碼管是

57、在7段的發(fā)光二極管的基礎上再加一個圓點型的發(fā)光二極管，用于小數點的顯示。</p><p>　　數碼顯示管因為其發(fā)光響應快，亮度強，高頻信號號 ，體積小，價格低廉，使用壽命長，而且工作電壓低，驅動電流小等特點而被廣泛的應用。在使用中，為了給二極管加驅動電壓，它們解百納都有一個公共引腳，按接法不同，分為共陰極接法和共陽極接法2種。</p><p>　　并排使用的多為數碼顯示管成為LED顯示器。

58、LED顯示器多采用動態(tài)顯示方式，全部數碼管共用一套段碼驅動電路，各位數碼管的同段引腳短接后再接到對應段碼的驅動線上。顯示的時候，通過位控制信號采用掃描的方法逐位德循環(huán)點亮各位數碼管。事實上數碼管是間斷被點亮的，只是其間斷時間十分短，掃描周期在20ms以下，利用人眼視覺暫留，我們基本看不出它們的閃爍。動態(tài)顯示電路具有硬件簡單，功耗低和顯示靈活性強等優(yōu)點。</p><p>　　顯示部分如圖2.5包括： 5個八段（共陽

59、）數碼管、PNP型三極管、電阻等。其連接方式如下：應用單片機P0口連接八段數碼管，用P2口的P2.3—P2.7五個端口作為數碼管的片選信號輸出端口，其中要用8550（PNP型）三極管做驅動。又因為P0口做I/O口時要加上拉電阻,所以我們給P0各位各加一個10K的電阻到電源。為了防止燒壞數碼管，所以給數碼管各段各加一個300歐姆的限流電阻。要顯示的數據通過P0口送給數碼管顯示，通過P2口的P2.7—P2.3五個端口分別對數碼管進行位選。&

60、lt;/p><p><b>　　圖2.5 顯示電路</b></p><p>　　2.5聲響、溫度采集、溫度設定以及復位電路</p><p>　　電路如圖2.6所示，這一部分主要是由DS18B20，四個按鍵、一個電容一個三極管和一個蜂鳴器等構成。</p><p>　　聲響電路在每按下按鍵時會響一聲，當沒有把DS18B20接入到

61、電路中時，單片機就會通過蜂鳴器發(fā)出報警聲音。</p><p>　　溫度采集電路主要是由DS18B20構成，它可以把采集的溫度數據轉化成二進制數，經過單片機處理后輸出送數碼管顯示。 </p><p>　　溫度設定主要是通過按鍵S1、S2、S3來設定的。按鍵S1、S2、S3分別接入單片機的P1.4、P1.5、P1.6腳。S3是設定鍵用于對風速調節(jié)的上限和下限值TH、TL的設置。當按下S1時，可

62、以加1，長按可以快速加1，當按下S2 時，可以減1， 長按可以快速減1。</p><p>　　復位電路上電時，接通電源，電容C瞬間短路，+5V的電壓直接加到了單片機的RST/VPD端，該高電平使單片機全機復位。</p><p>　　若在單片機執(zhí)行程序的過程中，此時需要程序中斷，并重新開始執(zhí)行，這時只需按下復位鍵，就可以解決。按下復位鍵時，是直接把+5V的高電平電壓加到了RST/VPD端從而

63、復位，這樣的復位放生被稱為手動復位。復位后，有SBUF寄存器狀態(tài)不能確定，其他可以確定的是P0～P3這4個并行接口全為高電平，其他所有的寄存器全部清零。</p><p>　　單片機的晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步。振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時鐘信號，可以用與同一個晶振相連的不同鎖相環(huán)來提供。</p&g

64、t;<p>　　圖2.6 聲響、溫度采集、溫度設置及復位電路</p><p><b>　　2.6溫控自動電路</b></p><p>　　該電路為控制風速的人工控制與溫控兩種方式之溫控模式時的控制電路，當選擇為溫控時，單片機默認為弱風，當當前溫度低于所設的溫度下限TL時繼電器1吸合，關閉風扇，當當前溫度高于所設的溫度上限時繼電器2吸合，切換到強風檔。電路

65、如圖2.7所示。</p><p>　　圖2.7 溫控自動電路</p><p><b>　　2.7無級調速電路</b></p><p>　　采用可控硅移相調壓調速，由能量守恒原理U × I = F ×V得到在外部阻力不變的情況下，可以通過改變電壓U的值，從而改變速度V的值，因此只要控制可控硅導通角調節(jié)輸出電壓就可以達到調速目的

66、。由于這種方法成本較低，控制也相對比較簡單而得到了廣泛的運用。當前交流電機調速技術的研究也取得了極大的發(fā)展，在調速傳動領域交流電機已有取代直流電機地位的趨勢。</p><p>　　此電路如圖2.8所示，包括：雙向可控硅，雙觸發(fā)二極管、滑動變阻器、電容。</p><p>　　該電路為無級調速電路，通過調節(jié)滑動變阻器的阻值來改變通過雙向二極管的電流，控制雙向晶閘管的導通角，從而控制電機的轉速。

67、可實現由最大風速到關閉的無級別調速，可將風力調節(jié)在關閉無風到最大風之間的任意風力，實現“自由風”。</p><p>　　單片機控制晶閘管的方式：</p><p>　　假如扇的速度設置為四檔，從高到低設為4、3、2、1檔，各檔速度都有一個額定值。在一定電壓、一定功率下，以最高速度運轉時，規(guī)定風葉最大圓周上的線速度不大于2150m/min。由以下公式可以求得線速度的值</p>&

68、lt;p><b>　?。?-1）</b></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為電風扇的最高轉速(r/min)。</p><p>　　代入數據求得 1555r/min,取 =1250 r/min.又因為：</p><p>　　取n1=875 r/min.則可得出四

69、個檔位的轉速值：</p><p>　　=1250r/min</p><p>　　=1150r/min</p><p>　　=1063r/min</p><p><b>　　=980r/min</b></p><p><b>　　=875r/min</b></p>

70、<p>　　又由于負載上電壓的有效值</p><p><b>　　（2-2）</b></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°

71、 t=1.70ms</p><p>　　=46.5° t=2.58ms</p><p>　　=61.5° t=3.43ms</p><p>　　=76.5° t=4.30ms</p><p>　　從上面得出

72、的出的是控制角的大小和觸發(fā)時間的長短，當檢測到過零點時，按照所求得的觸發(fā)時間延時發(fā)脈沖，便可實現預期轉速。</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驅動電路的結構。其中RL即為電機負載，其工作原理是:單片機響應用戶的參數設置, 在I/ O 口輸出一個高電平, 經反向器反向

73、后, 送出一個低電平,使光電耦合器導通, 同時觸發(fā)雙向可控硅, 使工作電路導通工作。給定時間內,負載得到的功率為: </p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中: P 為負載得到的功率 kW; n 為給定時間內可控硅導通的正弦波個數; N 為給定時間內交流正弦波的總個數; U 為可控硅在一個電源周期全導通時所對應的電壓有效值,V; I 為

74、可控硅在一個電源周期全導通時所對應的電流有效值,A。由式可知,當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,從而達到調節(jié)電機轉速的目的。</p><p>　　圖2.8無級調速電路</p><p>　　第3章 系統(tǒng)軟件設計</p><p><b>　　3.1系統(tǒng)功能綜述</b></p><p>

75、　　程序實現的功能是上電復位時檢測溫度傳感器DS18B20是否存在或它工作是否正常,當不存在或工作不正常時從蜂鳴器發(fā)出報警聲,提示用戶檢查DS18B20,安裝或者更換。這部分功能由DS18B20復位與檢測子程序RESET完成。當檢測到傳感器工作正常后，發(fā)出溫度轉換命令及讀取溫度值命令，將從DS18B20讀取的二進制溫度值轉換為七段碼在LED上顯示出來。顯示功能由溫度顯示子程序DISP1子程序實現。</p><p>

76、;　　在溫控自動狀態(tài)，本系統(tǒng)可由用戶根據需要自由設置大小風檔的切換溫度值TH，TL，硬件設計上為通過3個按鍵，由按鍵掃描子程序KEYSCAN子程序提供軟件支持。按下一次設置鍵K3，進入低溫關風扇溫度值TL設置狀態(tài)，此時按下“加”鍵K1，TL值加一，長按K1不放可實現快速加1，按下“減”鍵K2，TL值減1，長按K2不放可實現快速減1。再按一次設置鍵K3，進入高溫切換大風檔溫度值TH設置狀態(tài)，此時按下“加”鍵K1，TH值加一，長按K1不放可

77、實現快速加1，按下“減”鍵K2，TH值減1，長按K2不放可實現快速減1。下限動作溫度值TL和上限動作溫度值的設置范圍為0-120攝氏度，滿足一般使用要求。再按一次設置鍵K3退出上下限溫度設置狀態(tài)，恢復到當前溫度顯示狀態(tài)。在當前溫度顯示狀態(tài)，按下“加”鍵K1一次顯示當前TL設定值，再按一下顯示當前TH設定值，如此循環(huán)，按設置鍵K3退回到當前溫度顯示狀態(tài)。每次設定的TL、TH值均拷備到DS18B20的EEROM內，在單片機掉電后設定值不會丟

78、失，在再次上電時從DS18B20的EEROM中讀回上次設定的上下限動作溫度值TH、TL，用戶要實現根據當前溫度實時的控制風扇的</p><p>　　下面部分主要介紹主程序和重要子程序的流程圖以及較復雜的流程圖程序說明。</p><p><b>　　3.2系統(tǒng)主流程圖</b></p><p>　　圖3.1 主程序流程圖</p>&

79、lt;p>　　3.3 鍵盤掃描子程序流程圖</p><p>　　圖3.2 按鍵掃描子程序流程圖</p><p><b>　　程序流程說明：</b></p><p>　　該程序實現的是鍵盤掃描功能。首先，判斷K1鍵有沒有按下，沒有按下去就直接判斷K2鍵的情況。當有按下K1鍵的時候就驅動蜂鳴器發(fā)出聲音，同時把TL（低溫觸發(fā)器）的值經轉化顯示早

80、LED顯示屏上，同時再次判斷K1鍵有沒有按下沒有的話直接顯示該值，有按下的話觸發(fā)蜂鳴器，使蜂鳴器發(fā)出聲，同時，把TH（高溫觸發(fā)器）的值顯示在LED顯示屏上。繼續(xù)判斷K1鍵有沒有被按下，沒有的話就顯示改數值。當K1鍵再次被按下時候，蜂鳴器發(fā)出聲音，開始掃描K2鍵，判斷K2鍵有無被按下。當K2鍵被按下時蜂鳴器發(fā)出聲音，掃描K3鍵。當K3鍵沒有被按下時候，程序返回，繼續(xù)掃描K1，如此反復。當K3鍵被按下的時候，蜂鳴器發(fā)出聲音，此時，可以設計T

81、H和TL的值，并且能將值記錄在18B20中。設置完畢，程序返回。</p><p>　　3.4設置上下限動作溫度值TH,TL子程序流程圖</p><p>　　圖3.3 設置上下限動作溫度值TH,TL子程序流程圖</p><p><b>　　程序流程說明：</b></p><p>　　此程序為設計上下限動作溫度值TH,TL的

82、值。首先程序入口，當K3鍵被按下的時候，顯示屏顯示閃爍。判斷K1鍵是否被按下，當K1鍵沒有被按下時候，直接掃描K2鍵。當K1鍵被按下的時候，設計TL（低溫觸發(fā)器）的值加1，此時再次判斷，當此時TL=121的時候，設置TL=0.然后在顯示TL，當TL不是121的時候，直接顯示TL的值。判斷K2鍵是否被按下，K2沒有被按下的時候，直接判斷K3鍵的情況。當K2被按下的時候，判斷原來設置的TL值是否為0，當TL=0,此時設置TL=119。當TL

83、不等于0的時候，把原先的TL的值減1，在顯示出來。判斷K3鍵是否被按下，當K3鍵沒有被按下的時候，直接程序跳轉到掃描K1鍵的程序，當K3鍵被按下時候，蜂鳴器發(fā)出聲音，當K3鍵被松開時候，再次掃描K1，K2鍵，重復上去程序，當K3鍵再次被按下時候，程序返回。</p><p>　　3.5溫度顯示子程序流程圖</p><p>　　圖3.4 溫度顯示子程序流程圖</p><p

84、>　　3.6 DS18B20復位與檢測子程序流程圖</p><p>　　圖3.5 DS18B20復位與檢測子程序</p><p>　　具體程序請見附錄2。</p><p><b>　　小結</b></p><p>　　本次設計是要把日常生活中我們大家都很熟悉的電扇運用單片機技術讓她變得更加人性化，說起來容易，做起

85、來真的不是一件簡單的事情。讓我深深體會到了設計的艱辛和困苦。</p><p>　　在此次設計中，是以單片機為整個設計的核心和主導，運用溫度傳感器測量溫度為自動控制風扇的速度做了可行性分析。事實證明，此方案是可行的。最后，本次設計實現了電扇的手動調速，溫度檢測控制，定時運行，溫度顯示等功能，讓電扇更加適應人們的生活，使其更加人性化。</p><p>　　當然，此次設計需要完善和改進的地方還有

86、很多。比如可以在電扇上裝有照明系統(tǒng)，人發(fā)出特定定的聲音時，可以啟動預制在電扇上的照明系統(tǒng)。還可以在電扇的顯示屏上在平時不用顯示溫度的時候可以顯示時間，也可以使用時間和溫度間隔幾秒相互交替顯示的功能。</p><p>　　在本次設計過程中，遇到的很多芯片是我們以前所沒有學習接觸過的，但是通過本次設計，在我查閱了大量的資料和老師同學的交流討論中，對于這些芯片有了一定深刻的印象，同時也加深了我對單片機和傳感器的了解。&

87、lt;/p><p>　　對于我來說，程序的設計是本次的一個大難題，最后程序的結果可能讓人不是很滿意，還有很多的欠缺。希望在以后的學習和工作中更加嚴格的要求自己，讓自己更加出色。</p><p><b>　　【參考文獻】</b></p><p>　　[1]李廣月.單片機基礎[M].第三版.北京：北京航空航天大學出版社,2007.</p>

88、<p>　　[2] 樓然苗.51系列單片機原理及設計實例[M].北京航空航天大學出版社2008年</p><p>　　[3]趙曉安.MCS-51單片機原理及應用[M].天津：天津大學出版社，2001.</p><p>　　[4]何立民.MCS-51系列單片機應用系統(tǒng)設計配置與接口技術[M] .北京：北京航天航空出版社，1998，</p><p>　　[5

89、]樊月珍.江發(fā)潮.基于AT89C51的交流電機調速控制系統(tǒng)設計[J] .微計算機信息, 2009.</p><p>　　[6] 李鑫等.基于AT89C52智能溫度控制器設計[J] .現在電子技術, 2006.</p><p>　　[7]章昕等.智能溫度報警系統(tǒng)的研制[J] .自動化技術應用, 2009. </p><p>　　[8]丁建軍等.基本AT89C51的智能

90、風扇控制系統(tǒng)[J] .湖北工學院學報, 2003.</p><p>　　[9]陳爾紹.傳感器使用裝置制作集錦[M] .北京：人民郵電出版社, 1999.</p><p>　　[10] 樓然苗.單片機實驗與課程設計(Proteus仿真版) .浙江大學出版社.2009年.</p><p>　　[11] 康華光.《電子技術基礎》.高等教育出版社，第六版.2009年.<

91、;/p><p>　　[12] 閆勝利.《Altium Designer 6.x中文版實用教程-原理圖與PCB設計》.電子工業(yè)出版社.</p><p>　　[13] 潘新民，王燕芳.《微型計算機控制技術》，2001.7，高等教育出版社.</p><p>　　[14] 谷樹忠, 閆勝利.《Protel DXP實用教程——原理圖與PCB設計》, 2003年.電子工業(yè)出版社.&

92、lt;/p><p>　　[15]Universal Serial Bus Device Class Definition For Human Interface Devices ,Version 1.0 Final USA Implementers Forum,1997.</p><p>　　[16]Universal Serial Bus HID Usage Tables, Release

93、 Candidate 1.0 USA Implementers Forum October .1997.</p><p><b>　　附錄1：系統(tǒng)原理圖</b></p><p><b>　　附錄2：程序</b></p><p>　　TIMER_L DATA 23H</p><p>　　TI

94、MER_H DATA 24H</p><p>　　TIMER_COUN DATA 25H</p><p>　　TEMPL DATA 26H</p><p>　　TEMPH DATA 27H</p><p>　　TEMP_TH DATA 28H</p><p>　　TE

95、MP_TL DATA 29H</p><p>　　TEMPHC DATA 2AH</p><p>　　TEMPLC DATA 2BH</p><p>　　TEMP_ZH DATA 2CH</p><p>　　BEEP EQU P3.7</p><p>　　D

96、ATA_LINE EQU P3.3</p><p>　　C1 EQU P3.4 ;C1控制口,接繼電器1</p><p>　　C2 EQU P3.5 ;C2控制口,接繼電器2</p><p>　　FLAG1 EQU 20H.0</p><p>　　FLAG2

97、 EQU 20H.1</p><p>　　;-------------------------------------------------</p><p>　　K1 EQU P1.4</p><p>　　K2 EQU P1.5</p><p>　　K3 EQU P1.6</p><p>

98、　　;=================================================</p><p>　　ORG 0000H</p><p><b>　　JMP MAIN</b></p><p>　　ORG 000BH</p><p>　　AJMP INT_T0</p><

99、p>　　;--------------------------------------------------</p><p>　　MAIN: MOV SP,#30H</p><p>　　MOV TMOD,#01H ;T0,方式1</p><p>　　MOV TIMER_L,#00H ;50ms定時值</p

100、><p>　　MOV TIMER_H,#4CH</p><p>　　MOV TIMER_COUN,#00H ;中斷計數</p><p>　　MOV IE,#82H ;EA=1,ET0=1</p><p>　　LCALL READ_E2</p><p>　　MOV 20H,#00

101、H</p><p>　　SETB BEEP</p><p>　　SETB C1 </p><p>　　setb C2 </p><p>　　MOV 7FH,#0AH ;熄滅符</p><p>　　CALL RESET ;復位與檢測DS18B20<

102、/p><p>　　JNB FLAG1,MAIN1 ;FLAG1=0，DS18B20不存在</p><p>　　JMP START</p><p>　　MAIN1: CALL RESET</p><p>　　JB FLAG1,START</p><p>　　LCALL BEEP_B

103、L ;DS18B20錯誤，報警</p><p>　　JMP MAIN1</p><p><b>　　START:</b></p><p>　　MOV A,#0CCH ; 跳過ROM匹配</p><p>　　CALL WRITE</p><p>　　MO

104、V A,#044H ; 發(fā)出溫度轉換命令</p><p>　　CALL WRITE</p><p>　　CALL RESET</p><p>　　MOV A,#0CCH ; 跳過ROM匹配</p><p>　　CALL WRITE</p><p>　　MOV

105、 A,#0BEH ; 發(fā)出讀溫度命令</p><p>　　CALL WRITE</p><p>　　CALL READ ;讀溫度數據</p><p>　　CALL CONVTEMP</p><p>　　CALL DISPBCD</p><p>　　CALL DIS

106、P1</p><p>　　CALL SCANKEY</p><p>　　LCALL TEMP_COMP</p><p>　　JMP MAIN1</p><p>　　;=====================================================</p><p>　　;DS18B

107、20 復位與檢測子程序</p><p>　　;FLAG1=1 OK, FLAG1=0 ERROR</p><p>　　;======================================================</p><p><b>　　RESET:</b></p><p>　　SETB DATA

108、_LINE</p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　CLR DATA_LINE</p><p>　　MOV R0,#64H ;主機發(fā)出延時600微秒的復位低脈沖</p><p>　　MOV R1,#03H</p><p>　　RESE

109、T1: DJNZ R0,$</p><p>　　MOV R0,#64H</p><p>　　DJNZ R1,RESET1</p><p>　　SETB DATA_LINE ;然后拉高數據線</p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　MOV

110、 R0,#25H</p><p>　　RESET2: JNB DATA_LINE,RESET3 ;等待DS18B20回應</p><p>　　DJNZ R0,RESET2</p><p>　　JMP RESET4 ; 延時</p><p>　　RESET3: SETB FLAG1

111、 ; 置標志位,表示DS1820存在</p><p>　　JMP RESET5</p><p>　　RESET4: CLR FLAG1 ; 清標志位,表示DS1820不存在</p><p>　　JMP RESET6</p><p>　　RESET5: MOV R0,#064

112、H</p><p>　　DJNZ R0,$ ; 時序要求延時一段時間</p><p>　　RESET6: SETB DATA_LINE</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　;==========================================

113、=================</p><p><b>　　;</b></p><p>　　;===========================================================</p><p>　　WRITE: MOV R2,#8 ;一共8位數據</p>&