智能电风扇控制器设计单片机课程设计.docx
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智能电风扇控制器设计单片机课程设计
单片机课程设计
设计题目：
智能电风扇控制器设计
neuq
序言
一、设计实验条件及任务…………………………………………..…2
1.1、设计实验条件
1.2、设计任务………………………………………………………2
二、小直流电机调速控制系统的总体方案设计………………….….3
2.1、系统总体设计…………………………………………….......3
2.2、芯片选择……………………………………………….…......3
2.3、DAC0832芯片的主要性能指标……………………….…....3
2.4、数字温度传感器DS18B20………………………………..…3
三、系统硬件电路设计…………………………………..…….…..….4
3.1、AT89C52单片机最小系统………………………….…….….5
3.2、DAC0832与AT89C52单片机接口电路设计….…………...6
3.3、显示电路与AT89C52单片机接口电路设计….………….…7
3.4、显示电路与AT89C52单片机电路设计……………...…...…8
四、系统软件流程设计…………………………………………….….7
五、调试与测试结果分析…………………………..……...………….8
5.1、实验系统连线图………………………………………....……8
5.2、程序调试…………………………………………,.……...…...8
5.3、实验结果分析……………………………………..……....…..8
六、程序设计总结……………………………………………...……..10
七、参考文献……………………………………..……………………11
附录…………………………………………………………..…......…...12
1、源程序代码………………………………………….……........12
2、程序原理图……………………………….................................23
序言
传统电风扇不能根据温度的变化适时调节风力大小，对于夜间温差大的地区，人们在夏夜使用电风扇时可能遇到这样的问题：
当凌晨降温的时候电风扇依然在工作，可是人们因为熟睡而无法察觉，既浪费电资源又容易引起感冒，传统的机械定时器虽然能够控制电风扇在工作一定后关闭，但定时范围有限，且无法对温度变化灵活处理。
鉴于以上方面的考虑，我们需要设计一种智能电风扇控制系统来解决这些问题，使家用电器产品趋向于自动化、智能化、环保化和人性化，使得由微机控制的智能电风扇得以出现。
本文介绍了一种基于AT89C52单片机的智能电风扇调速器的设计，该设计主要硬件部分包括AT89C52单片机，温度传感器ds18b20，数模转换DAC0809电路，电机驱动和数码管显示电路，系统可以实现手动调速和自动调速两种模式的切换，在自动工作模式下，系统能够能够根据环境温度实现自动调速；可以通过定时切换键和定时设置键实现系统工作定时，使得在用户需求的定时时间到后系统自动停止工作。
在日常生活中,单片机得到了越来越广泛的应用，本系统采用的AT89C52单片机体积小、重量轻、性价比高,尤其适合应用于小型的自动控制系统中。
系统电风扇起停的自动控制,能够解决夏天人们晚上熟睡时,由于夜里温度下降而导致受凉,或者从睡梦中醒来亲自开关电风扇的问题,具有重要的现实意义。
一、设计实验条件及任务
1.1、设计实验条件
单片机实验室
1.2、设计任务
利用DAC0832芯片进行数/模控制，输出的电压经放大后驱动小直流电机的速度进行数字量调节，并显示运行状态DJ-XX和D/A输出的数字量。
巩固所学单片知识，熟悉试验箱的相关功能，熟练掌握Proteus仿真软件，培养系统设计的思路和科研的兴趣。
实现功能如下：
1系统手动模式及自动模式工作状态切换。
2风速设为从高到低9个档位，可由用户通过键盘手动设定。
3定时控制键实现定时时间设置，可以实现10小时的长定时。
4环境温度检测，并通过数码管显示，自动模式下实现自动转速控制。
5当温度每降低1℃则电风扇风速自动下降一个档位，环境低于21度时，电风扇停止工作。
6当温度每升高1℃则电风扇风速自动上升一个档位。
环境温度到30度以上时，系统以最大风速工作。
7实现数码管友好显示。
二、小直流电机调速控制系统的总体设计方案
2.1、系统硬件总体结构
图2.1系统硬件总体框图
2.2、芯片选择
1、AT89C52芯片：
选用该单片机作为智能电风扇控制部件，用来实现电风扇调速核心功能。
2、74LS245芯片：
用来驱动数码管。
3、74LS373芯片：
锁存器，用来锁存输出的信号。
4、74LS240芯片：
八单线驱动器，缓冲输出的信号。
5、DAC0832芯片：
片选地址是FF80H，AOUT1插孔作为模拟量的输出。
6、8255芯片：
可编程并行I/O接口芯片，用以扩展单片机的IO口。
7、LED数码显示管：
用来显示电机旋转的速度是加速还是减速。
8、741：
运算放大器。
9、9014：
NPN型三极管。
2.3、DAC0832的主要性能指标
D/A转换的基本原理是应用电阻解码网络，将Ｎ位数字量逐位转换为模拟量并求和，从而实现将Ｎ位数字量转换为相应的模拟量。
其性能指标为：
（１）分辨率：
相对分辨率＝１／２Ｎ，Ｎ越大，分辨率越高（２）线性度（３）转换精度（４）建立时间（５）温度系数。
DAC0832引脚功能图如图2.2
图2.2数模转换DAC0832引脚功能
1、DI0～DI7：
8位数字信号输入端；
2、!
CS：
片选端；ILE：
数据锁存允许控制端，高电平有效；
3、!
WR1：
输入寄存器写选通控制端。
当！
CS=0、ILE=1、！
WR1=0时，数据信号被锁存在输入寄存器中。
4、!
XFER：
数据传送控制
5、!
WR2：
DAC寄存器写选通控制端。
当！
XFER=0，！
WR2=0时，输入寄存器状态传入DAC寄存器中
6、IOUT1：
电流输出1端，输入数字量全“1”时，IOUT1最大，输入数字量全为“0”时，IOUT1最小。
7、IOUT2：
D/A转换器电流输出2端，IOUT2+IOUT1=常数。
8、RFB：
外部反馈信号输入端，内部已有反馈电阻RFB,根据需要也可外接反馈电阻。
9、VCC：
电源输入端，可在+5V~+15V范围内。
10、DGND：
数字信号地。
11、AGND：
模拟信号地
2.4.数字温度传感器DS18B20
DS18B20“一线总线”数字化温度传感器支持“一线总线”接口,测量温度范围为-55～+125℃,在-10～+85℃范围内,精度为±0.15℃。
现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性,适合于恶劣环境的现场温度测量,如:
环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。
DS18B20可以程序设定9～12位的分辨率,精度为±0.15℃,温度采集具有准确性、实时性。
DS18B20的管脚排列如下:
DQ为数字信号输入/输出端;GND为电源地;VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。
如图2.3所示。
图2.3数字温度传感器DS18B20引脚图
DS18B20检测的温度高于一定值时,单片机引脚输出高电平,打开电风扇,当温度低于一定值时,单片机引脚输出低电平,控制电风扇停止转动。
在此区间，每升高一度，风扇转速档位加一，风扇转速与档位的关系如表2.1所示：
表2.1风扇转速与档位的关系
环境温度℃
低于21.0
21.0-21.9
22.0-22.9
23.0-23.9
24.0-24.9
转速档位
0
1
2
3
4
环境温度℃
25.0-25.9
26.0-26.9
27.0-27.9
28.0-28.9
29.0以上
转速档位
5
6
7
8
9
三、系统硬件电路设计
3.1、AT89C52单片机最小系统：
AT89C52已包含了定时器、程序存储器、数据存储器等硬件，其硬件能符合整个控制系统的要求，不需要外接其他存储器芯片和定时器件，方便地构成一个最小系统。
整个系统结构紧凑，抗干扰能力强，性价比高。
图3.1为AT89C52芯片最小系统。
一方面，单片机要通过I/O口中接收输入信号，另一方面要通过I/O口控制数码管的初始化、显示方式以及要显示的字符。
因此，设计必须以单片机为核心，显示器为外围设备。
硬件上，单片机通过电路板电路与液晶显示电路相连；软件上，单片机要下载完整的程序对二者进行适时的控制。
图3.1AT89C52芯片最小系统图
3.2.系统程序电路主程序CUP电路图：
AT89C52单片机P0、P2口扩充电路图如图3.2：
图3.2AT89C52系统管脚扩充图
3.3、DAC0832与AT89C52单片机接口电路设计
实验电路使用逻辑器件实现地址译码，地址FF80H接入数模转换器DAC0832片选段，通过数模转换后的模拟量通过运放放大驱动电机驱动，其电路图如图3.3所示：
图3.2DAC0832与AT89C52单片机接口及电机控制电路
3.4、显示电路与AT89C52单片机电路设计
实验电路使用IO扩充芯片8255及锁存芯片74LS245对六个数码管选通控制显示。
显示部分电路图如图3.3所示：
图3.3数码管显示部分电路图
四、系统程序流程设计
4.1、系统程序流程框图如图4.1
图4.1程序流程图
五、调试与测试结果分析
5.1、实验系统连线图
a、P3.0、P3.1、P3.2、P3.3分别连按键K1、K2、S1、S2
b、DS18b20数据线连P3.4
c、将DAC0832驱动电路AOUT接至直流电机
d、将P0口接至DAC0832数字输入端
e、将地址译码器电路（FF80H）接至DAC0832片选端
5.2、程序调试
程序上电时，直流电机默认以中档5档工作，系统默认工作在手动模式下。
数码管显示当前环境温度和电机运行档位。
当按下按键S1（P3.2）时，直流电机以加速转动，同时数码管显示档位速度，当速度达到最大时，继续按下键S1第5个数码管会显示“—”表示系统已达到最大风速
当按下按键S2（P3.2）时，直流电机以减速转动，同时数码管显示档位速度，当速度达到最小时，继续按下键S2第5个数码管会显示“—”表示系统已达到最小风速。
当按下系统模式控制切换键k1可以实现模式的切换，在自动模式下，数码管第一位显示“A”字样，表示工作于自动模式下，此时电机的转速由环境温度决定。
并且显示环境温度和当前温度下电机运行档位。
当按下定时键K2时，数码管闪烁的显示“000”，当按S1时，定时时间增加，数码管闪烁显示定时时间。
按S2键时，定时时间减少，同时数码管也闪烁显示定时时间。
再次按下K2键后，闪烁停止，定时开始，数码管显示定时剩余时间。
5.3、实验结果分析
电机运行正常时即可实现调速现象，按键的消抖使得调速现象更加明显。
按键S1实现电风扇加速运行，按键S2实现电风扇减速运行。
系统模式控制切换键k1可以实现模式的切换。
定时键K2实现定时设定和定时确定。
适当的控制按键，就可以实现所需要的效果。
六、程序设计总结
两周的单片机课程设计让我受益匪浅，无论从知识技能上还是团队合作方面。
上课的时候的学习从来没有见过真正的单片机，只是从理论的角度去理解枯燥乏味。
但在课程设计使用了单片机及其系统，能够理论联系实际的学习，开阔了眼界，提高了单片机知识的理解和水平。
在这次课程设计中又让我体会到了合作与团结的力量，当遇到不会或是设计不出来的地方，我们就会在QQ群里讨论或者是同学之间相互帮助。
团结就是力量，无论在现在的学习中还是在以后的工作中，团结都是至关重要的，有了团结会有更多的理念、更多的思维、更多的情感。
我们组的题目是智能电风扇控制器设计，基本要求是实现电机速度的控制，并且通过数码管显示出来。
由于我在学院的创新实验室有过一年多的编程经验，因此在实验箱上实现基本功能并没有很大难度，基本功能实现后，我们组想到了使设计更加智能化和多功能化，于是我们加入了数字温度传感器温度采集和自动控制，以及定时功能。
并通过程序设计，实现比较人性化的数码管显示。
在整个程序设计和电路设计调试过程中，遇到了不少问题，最终也和组员共同解决了。
主要的问题有：
●仿真和实际的电路调试有一定的出入，在仿真上按键能够很好的工作，但是在实际的电路调试过程中，按键往往不大灵敏，常出现按一下，系统反应多次的问题，最后通过延时时间的调整，使得按键较好的工作。
●由于数码管采用动态显示方式，延时扫描时间的不恰当使得数码管显示出现跳动或者不稳定的问题，通过延时时间的正确设置和对整体程序的分析，使数码管的显示稳定正常。
●随着系统功能的增加，程序变的复杂，调试起来对程序的分析带来了一定的难度，最后通过功能函数的模块化使得程序更加清晰和易更改。
将数字温度传感器的函数单独设在一个C文件中，采用多文件编译的方式，也增加了程序的易移植性。
●程序的要完全运行正确，不仅要弄清楚电路图，尤其是各接口的接法，还要注重每个小的细节，因为往往一个很小的错误，使得程序出现一些无法预料的结果，在程序的调试过程中，我们组出现了将‘=’错写为了‘==’，结果当然运行不出来。
单片机是很重要的一门课程，学好一门单片机，就凭这个技术这门手艺找一个好工作也不成问题。
尽管我们在课堂学到的内容很有限，但在以后的学习中单片机还需要好好的深入研究和学习。
七、参考文献
[1] 陈海宴.51单片机原理及应用.北京：
北京航空航天大学出版社,2012.
[2] 郭天祥.51单片机C语言教程.北京：
电子工业出版社,2005.
[3] 胡启明，葛祥磊.Proteus从入门到精通.北京：
电子工业出版社,2012.
[4]张兆明.基于AT89S52单片机的自动温控电风扇设计.测控技术,2009,03（210820）.
附录1：
系统程序
系统主函数
/**********************************************************************
**********************************************************************
@@设计题目：
智能电风扇控制器设计
@@设计者：
@@设计功能：
1.系统分为自动模式和手动模式，通过自动控制手动控制切换键K1（P3.1）可以实现电机转速控制，并用数码管显示其工作在何种状态。
2.手动状态可以通过S1、S2（P3.2加，P3.3减）实现9级风速增减调速，并通过数码管显示。
3.通过DS18B20可以实现风扇附近环境温度的检测，温度精确到0.1摄氏度，并通过数码管可以显示实时温度当系统工作切换到自动控制状态时，系统根据环境温度自动控制转速的快慢。
4.两种工作状态下，均可以通过定时设置功能键K1（P3.0）可以实现风扇定时工作，通过时间增减键（P3.2加，P3.4减）实现定时时间设定时间到后风扇停止工作
@@系统连线
P3.0、P3.1、P3.2、P3.3分别连按键K1、K2、S1、S2
DS18b20数据线连P3.4
@@系统参数：
1.转速档位（本参数为仿真参数）
共分为9个档位，从低到高为1-9档，通过数码管显示，对应电机两端电压分别为1.31V、2.62V、3.93V、5.24V、6.55V、7.86V、9.17V、10.5V、11.8V
2.温度参数
系统使用的DS18b20可以实现0.0625摄氏度的精度。
通过四舍五入，数码管显示可以实现0.1摄氏度的精度。
3.自动模式下环境温度与转速关系
环境温度范围与转速关系为：
21以下，停止；21-221档；22-232档；23-243档；24-254档；25-265档；26-276档；27-287档；28-298档；29以上，9档
4.定时时间参数
系统共设置7个定时时间，分别为1min,5min,10min,30min,1h,2h,5h
********************************************************************************************************************************************/
#include"reg51.h"
#include"ds18b20.h"
#include//用于访问绝对地址
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#defineON1
#defineOFF0
#defineConfirm2
#defineTimeGrade11//定时等级分别设置为1分钟，5分钟，10分钟，30分钟，1小时，2小时，5小时
#defineTimeGrade25
#defineTimeGrade310
#defineTimeGrade430
#defineTimeGrade560
#defineTimeGrade6120
#defineTimeGrade7300
#defineaddXBYTE[0xff23]//控制寄存器
#definePAXBYTE[0xff20]//位选为8255，A口
#definePBXBYTE[0xff21]//段选为8255，B口
#defineDAXBYTE[0xff80]//P0对应的地址
unsignedchartflag;//定时器时间标志
unsignedcharTimeGrade;//风扇定时等级
unsignedintTimeGo,TIME,t1flag;//风扇定时时间标志位
inttemp_T,temp_T_A;//采集温度值以及采集的温度绝对值
uintvolt_d=140,volt_a;
bitsecflag=0;
bitAuto=OFF;//定义自动控制允许位
ucharTC=OFF;//定义定时功能允许位
bitCh_Full=0;//定义调档以最大或者最小标志位
bitTBZF=0;//定义温度低于0时标志位
ucharcodetable[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10,0x88,0x8b,0xbf,0xff};
//共阳数码管编码表
ucharcodewei[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20};
voiddelayMS（uintz）;
voidInitial（void）;
voidTime_Set（void）;
voiddisplay（ucharaa,ucharbb）;
voidHandle_display（void）;
voidKey_check（void）;
voidAnto_Control_speed（void）;
voidTempTrans（void）;
voiddelayMS（uintz）//延时函数
{
ucharx,y;
for（x=z;x>0;x--）
for（y=110;y>0;y--）;
}
voiddisplay（ucharaa,ucharbb）//显示子程序
{
PA=~wei[aa];//位选
PB=table[bb];//段选
delayMS
（2）;
}
voidInitial（void）
{
EX0=1;//开外部中断0
EX1=1;//开外部中断1
EA=1;//开总中断
IT0=1;//下降沿触发中断0
IT1=1;//下降沿触发中断1
TMOD=0x11;
TH0=（65536-20000）/256;
TL0=（65536-20000）%256;
TH1=（65536-50000）/256;
TL1=（65536-50000）%256;
ET0=1;
TR0=1;
ET1=1;
}
voidHandle_display（void）//操作时数码管显示，包括温度，档位，定时时间和剩余时间
{
uchari,j;
volt_a=volt_d/28;
display（0,volt_a）;//数码管输出档位
if（TC==OFF）//为设置时间时初始状态
{
if（TBZF==1）
display（5,22）;//在数码管1显示温度为负
display（4,temp_T_A/100）;//数码管输出模拟量十位
display（3,temp_T_A%100/10+10）;//数码管输出模拟量个位
display（2,temp_T_A%100%10）;//数码管输出模拟量一位小数
}
else
{
Time_Set（）;
for（j=80;j>0;j--）
{
display（4,（TIME-TimeGo）/100）;//数码管输出模拟量十位
display（3,（TIME-TimeGo）%100/10）;//数码管输出模拟量个位
display（2,（TIME-TimeGo）%100%10）;//数码管输出模拟量一位小数
display（0,volt_a）;
}
if（TC==ON）
for（i=100;i>0;i--）
{
display（4,23）;//数码管输出模拟量十位
display（3,23）;//数码管输出模拟量个位
display（2,23）;//数码管输出模拟量一位小数
display（0,volt_a）;
}
}
}
voidKey_check（void）//按键扫描函数
{unsignedchartemp;
temp=P3&0x03;
if（temp!
=0x03）
delayMS（30）;
if（temp!
=0x03）//当P3.4和P3.5按下时
{
if（temp==0x01）//模式设置键被按下
Auto=~Auto;
elseif（temp==0x02）//定时设置键被按下
{
TC++;
if（TC==3）
TC=0;
}
}
}
voidTempTrans（void）
{
if
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