遥控调速电风扇控制系统设计Word下载.docx
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1.2课题的研究现状及发展趋势
最早发明了商品化的电风扇距今有100多年时间。
从种类上可划分为台扇、地扇、吊扇、壁扇。
控制方式也从最开始的旋钮、按钮控制到之后的触摸式操作。
目前市场上，开发比较早且实用的电风扇首推遥控风扇。
而本设计就是以电风扇为对象，随着“智能化”的兴起，为了不断满足人们日益增长的生活需求，设计了一种新型电风扇，红外通信由来已久，但是进入90年代，随着科学技术的不断进步和地球空间技术的发展，使人们对红外线技术的研究越来越深入，应用更加广泛，尤其是在红外遥感技术和通信技术领域，数字锁相技术和传感技术的进步巨大，大大加速了这个进程，目前无线产品在商业销售中的使用已相当普遍但大多数存在着很大的局限电路繁杂，计算难度大且多为模拟电路，抗干扰能力差，准确度低，电路的维护调试很不方便。
越来越多的远距离控制和数据通信系统引入了不可见的红外线作为传输媒介进行传输通信，组成了无线红外遥控通信系统，此方法以其成本低、精度高、保密性强、技术性能稳定的特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。
目前市场上流行的各类红外线通信系统都是以调制解调方式，在数字锁相
环技术的基础上加以应用，这种方法对发送信号进行编码、调制，其可靠性。
误差小、成本低、传输距离远、功耗低。
红外遥控的家电给我们的生活带来极大的方便，红外遥控是目前应用最广泛的一种通信和遥控手段，因而有广泛的实用价值，值得借鉴和推广。
第二章系统概述
2.1系统总体设计
系统总体结构框图
2.2系统控制的基本原理
传统电风扇供电采用的是220V交流电，电机转速分为几个档位，通过人工手动调整电机转速达到改变风速的目的，亦即，每改变一次风力，必然有人参与操作，这样就会带来诸多不便。
本文介绍了一种基于AT89C51单片机的智能电风扇调速器的设计，该设计巧妙利用红外线遥控技术、单片机控制技术、无级调速技术，把智能控制技术应用于家用电器的控制中，将电风扇的电机转速作为被控制量，由单片机分析采集到的各种输入信号，再通过可控硅对风扇电机进行调速，使用起来比传统的电风扇更加方便快捷和舒适。
第三章遥控电风扇的设计
3.1方案论证
3.1.1信号调制与红外信号方案.
方案一：
载波采用外部芯片信号源提供,如555振荡器,RC振荡器等后接施密特触发电路整形后科得到标准的38KHZ的载波,再用键盘产生键盘信号,在外部将这两个信号相与后输出调制波。
这种方案成本低，方法传统，但设计比较繁琐，不宜用作风扇设计。
方案二：
采用红外无线发射装置，由于红外线遥控不具有像无线电遥控那样穿过障碍物去控制被控对象的能力，所以，在设计家用电器的红外线遥控器时，不必要像无线电遥控器那样，每套（发射器和接收器）要有不同的遥控频率或编码（否则，就会隔墙控制或干扰邻居的家用电器），所以同类产品的红外线遥控器，可以有相同的遥控频率或编码，而不会出现遥控信号“串门”的情况。
这对于大批量生产以及在家用电器上普及红外线遥控提供了极大的方面。
由于红外线为不可见光，因此对环境影响很小，再由红外光波动波长远小于无线电波的波长，所以红外线遥控不会影响其他家用电器，也不会影响临近的无线电设备。
本系统可以将单片机作为发射方的主控中心，载波的产生，信号的采集，信号编码，信号与载波的调制，都可以由单片机完成，输出的调制波经外接的整形放大电路后发射出去。
这种方式虽然成本比较高，不过设计灵活，保密性好，可靠性高，扩展性强，因此本毕业设计决定采用此方案。
3.1.2电机调速方案
方案一：
这一种方案是采用单相交流电机或直流电机带动风扇转动，通过改变可控硅的导通角来控制电机的开关及其运行速度，而可控硅的导通角可以用可变电阻来调节，这样理想上可以实现电机的无级调速。
如图:
图3-1无级调速电机
但这种方式控制不精确，调速过程不经过单片机，造成操作的繁琐与多余，并且也不能较好地保护电路。
方案二：
采用多抽头的电机调速，通过可控硅的导通来控制电机的开关，一个导通角控制一个速度，故可以达到调速的目的。
如图：
图3-2多抽头调速电机
此方案大多可用于电风扇调速，工作方式简单，可行性高，成本低，因此本设计采用此方案。
3.2红外遥控部分设计
3.2.1遥控发射部分
为了能远距离的控制电风扇，本设计采用了红外遥控器。
通常红外遥控器由发射和接收两部分组成，发射部分由单片机80C2051等构成。
接收部分装在电风扇的控制器内，由89C51等构成。
发射部分如图：
图3-3红外发射电路
1.组成：
（1）CPU采用AT89C2051单片机，AT89C2051的功能:
和MCS-8051产品兼容、2KB可重编程闪速存储器、耐久性:
1000写/擦除周期、2.7V~6V的操作范围、全静态操作：
0Hz~24MHz、两级加密程序存储器、128×
8位内部RAM、15根可编程I/O引线、6个中断源、可编程串行UART通道、直接LED驱动输出、片内模拟比较器、低耗空载和掉电方式。
（2）输入部分为5个可复位按键。
分别控制风速，风类，时间，指示灯以及开关机。
（3）调制发射部分：
按键按下后，P3.0发送所获得的键盘数字信号与P3.3口发送的38K的载波进行相与，再经过两个非门将接收到的调制波形整形成方波，并将它们调制在一起,整形并缓冲放大,经过三极管进行放大驱动红外发射管,使其发射红外光。
（4）电源采用3节7号电池来为单片机提供+5V电源。
2.红外发射的编码方式
红外编码为：
全码=引导码+系统码+系统反码+数据码+数据反码。
89C2051的P1口构成键盘，每当有键按下时，单片机记下键值，并将其转换为二进制码，这时T1产生定时中断，驱动P3.3产生一个38K的方波，作为红外线的调制基波。
将发送的数据和P3.0进行逻辑与后，经过40106整形，用三极管驱动红外发射管发射。
3．发射原理
（1）发射部分包括编码调制电路、红外发送器。
使用89C2051芯片将按键信号调制在38KHz的载波信号上，有电平信号时，三极管导通，信号码通过三极管放大后发射出去。
遥控发射过程如图所示：
图3-4遥控发射过程
（2）按键功能说明:
K1：
低档、中档、高档；
键值为01H
K2：
彩灯：
键值为02H
K3：
自然风、睡眠风、正常风键；
值为03H
K4：
定时；
键值为04H
K5：
开/关机；
键值为05H
（3）当无键按下时，延时10秒后进入待机状态，系统处于低功耗模式。
当有按键按下时，INT0中断产生中断，同时唤醒CPU进行工作状态。
3.2.2遥控接收部分
1.组成部分:
红外接收部分包括光电转换放大器、解调、解码电路。
外接键盘输入，数码管输出以及电机驱动。
（1）电风扇控制板框图及原理图
控制板框图：
图3-5电风扇控制板框图
主电路原理图：
图3-6红外接收电路主电路
（2）CPU板将单片机、控制、键盘、显示组合在一起完成了人机对话。
用AT89C51单片机作为主芯片控制，采用红外TSOP1738接收头完成红外遥控功能，也可以手动操作键盘，通过单片机向双向可控硅发送信号控制电机档位，实现调速。
（3）电源部分：
220v交流电经变压器降压为12v-16v的电压，经过全波整流电路后再由三端稳压器7805稳压，最后输出5v电压，供给控制板。
（4）主电路包括输入部分和输出部分。
输入部分包括红外解码接收器，以及键盘输入电路；
输出部分包括LED数码显示，指示灯，电机驱动电路。
3.3硬件部分
3.3.1发射部分
1．键盘是5个按键通过独立式查询中断方式接法接入电路，一个键对应一个指令。
如图所示：
图3-7键盘电路
按键功能：
当没有键按下时，延时10s进入空闲状态，当有键按下时，产生中断，唤醒CPU，扫描并读子程序。
2．发射器件：
单片机T1产生中断，驱动P3.3口输出38KHZ载波信号，与键盘输入到P3.2口产生的中断信号，也就是键值相与，再经过CD40106整形成完整方波后驱动红外发射电路工作。
图3-8红外发射电路
3.3.2接收部分
1．输入部分分为红外接收模块和键盘
（1）红外接收模块为一个红外接收头，1脚接+5V电源，2脚接地，3脚输出脉冲信号。
当红外发射电路向接收头发射红外信号时，驱动电路工作，向单片机89c51P3.2口发送电平信号，驱动单片机芯片工作。
红外接收模块接收红外信号，再利用INT0产生中断，触发单片机工作。
图3-9红外接收模块
（2）键盘为5个独立按键产生中断信号，与发射电路的键盘是一一对应的。
中断信号接P3.3。
2．输出部分分为电机驱动模块和LED显示及指示灯
（1）电机驱动模块为三个双向可控硅触发电路，主要控制电路是MOC3401与双向晶闸管组成的触发电路，如果有电平信号经过，光电耦合器导通，在不同时刻触发可控硅导通，根据不同的触发脉冲时刻（也就是导通角α）为电机提供不同的电压驱动电机在低、中、高三个档位旋转。
RC电路和限流电阻充分保护晶闸管和电机，防止过压烧坏元器件。
图3-10电机驱动模块
（2）LED显示输出电路为三位数码管，采用动态显示方式，共阳极接法。
发光管一般限流在20毫安以下所以限流电阻=（电源电压-发光二极管耐压）/20,而发光二极管一般耐压2-2.5V，得出限流电阻阻值约为150Ω。
图3-11LED数码显示模块
根据程序内容前两位显示定时时间，后一位显示风类1-3。
显示输出流程图如下：
图3-12LED显示流程图
程序段为：
DISP:
MOVDPTR,#A2H;
指向P2口
MOVX@DPTR,A
R0,#30H;
指向显示缓冲区
MOVR3,#0000100B;
首位送R3
MOVA,R3
LD0:
MOVP2,A;
MOVDPTR,#TAB
MOVA,@R0;
取数
MOVCA,@A+DPTR;
查表
MOVDPTR,#80H;
指向P0口
MOV@DPTR,A
ACALLDL1;
延时1ms
INCRO;
指向下存储一单元
JBACC.0.LD1
RRA
MOVR3,A;
修改后的位选字送R3
AJMPLD0
LD1:
RET
TAB：
DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,
92H,82H,0F8H
DB80H,90H,88H,83H,0C6H,
0A1H,86H,8EH;
七段码表
DL1:
MOVR7,#02H;
延时子程序
DL2:
MOVR6,#0FFH
DL3:
DJNZR6,DL3
DJNZR7,DL2
（3）指示灯是用来指示吹风的模式，以及当前风扇所处的运行状态。
当某个按键按下时，所对应的指示灯接口也获得相应的电平信号，驱动对应的指示灯亮。
而且指示灯所显示的内容只需要更改单片机的程序即可，这里设置指示灯分别对应键盘的01H，03H，04H,05H。
指示灯接线如图:
图3-13指示灯电路
3．电源
采用控制板电源电路，其不但要给单相交流电机供电，还要经变压器，再经整流桥和稳压器件给单片机供5v电压，变压器功耗要在15w左右才符合要求。
图3-14电源电路
3.4软件设计
采用中断的理程序完成系统的操作，INT0中断处理完成键盘扫描以及发送。
3.4.1发射主程序流程
图3-15发射主程序流程
程序如下：
MAIN:
MOVR0,#7FH;
预使用单元清0
CLRA
MAIN0:
MOV@R0,A
DJNZR0,MAIN0;
清缓冲地址单元值
MOVSP,#60H
MOVP1,#00001111B;
将P1置输入
CLRKEYON
CLRIT0;
设置电平触发
SETBPT0
SETBEX0
SETBEA
MOV40H,#0FFH
MOV41H,#0FFH
MOV42H,#0FFH
CLRDATAOUT
CLRFMOUT;
38K的中断初始值
MOVTMOD,#02H;
T0的工作方式2
MOVTH0,#0F7H;
送初值
SETBFMOUT
CLRTR0;
1/3的高电平标志
MOVR2,#02H;
2/3的循环次数
DJNZ40H,LOOP1;
减1若不为0则跳转loop1
DJNZ41H,LOOP1
DJNZ42H,LOOP1
MOVPCON,#01H;
进入待机
LOOP1:
JMPMAIN
3.4.2设计方案
（1）工作方式：
分为手动和遥控两种方式，有三种吹风模式。
风类处理：
指令标志如下：
KEYONBIT05H;
按键中断位
RECBIT06H;
遥控中断位
LLOWBITP1.1;
低风控制位
MDIBITP1.2;
中风控制位
HIGHTBITP1.3;
高风控制位
LLAPBITP1.0
LED_LBITP1.4;
低档指示控制
LED_MBITP1.4;
中档指示控制
LED_HBITP1.4;
高档指示控制
LEDHALFBITP1.5;
半小指示控制
LEDOHBITP1.5;
1小时指示控制
LEDTHBITP1.5;
2小时指示控制
LEDFHBITP1.5;
4小时指示控制
LEDFLEIBITP1.6;
风类指示控制
LED_LAPBITP1.7;
开关指示控制
SJ00BIT20H.0;
半小时控制标志
SJ01BIT20H.1;
1小时控制标志
SJ02BIT20H.2;
2小时控制标志
SJ03BIT20H.3;
4小时控制标志
DANG01BIT20H.4;
弱风档标志位
DANG02BIT20H.5;
中风档标志位
DANG03BIT20H.6;
强风档标志位
ZRFBIT21H.0;
自然风的标志位
SMFBIT21H.1;
睡眠风的标志位
ZCFBIT21H.2;
正常风的标志位
LKEYONBIT22H.0;
按键中断标志
LRECBIT22H.1;
接收中断标志
KAIBIT22H.2;
开关机标志
PLAPBIT22H.3;
彩灯控制标志
自然风:
风力由弱渐强,然后停转6秒,再循环,在定时时间内不断重复此过程。
自然风的处理流程:
图3-16自然风流程
对应程序为：
WATERM:
JNBZRF,FAN1
CLRZRF
SETBLLOW;
处理自然风,关低中高
SETBMDI
SETBHIGHT
JBLREC,ZHUAN0;
查询
JBLKEYON,ZHUAN0;
CALLDY6S
CLRLLOW
查询
关低'
中'
高
CALLDY20MS
CLRMDI
CLRHIGHT
AJMPWATERM
ZHUAN0:
SETBSMF
FAN1:
睡眠风：
睡眠风时，考虑到人体的舒适，则在每一个风力阶段之间有一个间歇性的停转，时隔6秒，风力时间延长至10秒。
睡眠风的处理流程:
图3-17睡眠风循环
SKEEP:
JNBSMF,FAN2
CLRSMF
SLEEP1:
SETBLLOW;
处理睡眠风,关低'
JBLREC,ZHUAN1;
JBLKEYON,ZHUAN1;
CLRLLOW;
开低档
CALLDY10S
CLRMDI;
开中档
CLRHIGHT;
开高档
AJMPSKEEP
ZHUAN1:
CLRSMF
SETBZCF
FAN2:
正常风即不存在停转，可以保持一个风挡，也可以三风速进行无停转循环。
正常风的处理流程:
图3-18正常风循环
SPRING:
JNBZCF,FAN3
CLRZCF
SPRING1:
SETBLL
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