基于单片机的智能风扇毕业设计.docx

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基于单片机的智能风扇毕业设计

毕业设计

题目智能遥控风扇

学生所在学院电气信息学院

专业电子信息工程

学号20200184

学生姓名田维政

指导教师唐明良

起止日期

摘要

风扇是给人们带来凉爽夏天的家用电器，智能温控调速风扇可自动依照室内环境温度操纵风扇转速。

一样的风扇只有机械档的人工调速，夏夜温度下降后人们容易因熟睡忘关风扇而受凉，当温度升高时，它又不能依照温度的转变改变转速。

为了使风扇更切近人们的生活，开发一种新型温感遥控风扇操纵智能系统是迫在眉睫的。

本系统以51系列单片机为操纵核心，由遥控板、红外接收头、温度传感器（DS18B20）使系统依照搜集的环境温度以遥控方式对系统进行变档调速等操纵。

主控模块以STC89C52单片机核心，输入部份以红外反射传感器、光敏传感器、温度传感器组成室内环境传感，遥控板键盘作入，单片机要紧完成红外数据接收、温度数据、实不时钟（DS1302）数据的搜集、分析及处置形成输出操纵信号和数据；输出部份要紧以PWM脉宽调制信号为中心，搭配一般继电器继电器模块、固态继电器模块、液晶显示模块、USB端口，大功率LED照明灯，及相应指示灯；输入输出模块同完成人机交互功能；单片机主控中心接收各类输入信号，驱动液晶显示，PWM波操纵固态继电器模块来调剂风扇无级转速，一般继电器模块来操纵USB端口、LCD电源，LED照明灯和各类指示灯。

本系统可实现模拟自然风，使风速更符合人的感受，更具人性化。

关键词：

PWM无级调速红外发射接收固态继电器DS18B20DS1302

1.引言

风扇已是日常生活中经常使用到的电器，风扇是通过通风换气来驱热的。

通风换气是风扇的要紧功能，也是消费者看中它的本质缘故。

和时兴的空调相较，风扇具有价钱低和耗电量小，不受空间限制，吹出的风更切近于自然等的优势，临时不可能被空调取代，拥有庞大的目标消费群。

现行市面上的风扇大多是手工操作，模拟调控为要紧操纵手腕，价钱低廉，功能简单，其智能及自动化程度远远跟不上现代人的生活需求和应用要求；而且在功耗方面，一样的风扇的电机是采纳电机抽头的小型电机来实现调速，这种调速方式单一，消费者选择的空间不大，而且在效率方面，节能方面的表面的确令人不中意。

面对着市场压力和消费者的需求，放眼市场，各类特设功能的风扇可谓五花八门，各类附加的新功能，彰显了个性，也在无形中提高了风扇的档次。

而智能温感遥控风扇也必将作为消费市场的新宠儿，为风扇行业增加新的亮点。

而将微操纵器嵌入到工业操纵中，将会成为一种不可阻挡的趋势，微操纵器壮大的操纵能力将会使工业产品的功能和性能取得专门大的提升。

也对应了时下流行的几个趋势，自动化和智能化，无线化，宽带化，低功耗化等趋势。

此刻风扇的现状：

大部份只有手动调速，功能单一，存在隐患或不足。

比如说人们常常离开后忘记关闭风扇，浪费电且不说还容易引发火灾，长时刻工作还容易损坏电器。

再比如说前半夜温度高风扇调的风速较高，但到了后半夜气温下降，风速可不能随着气温转变，容易着凉。

之因此会产生这些隐患，其全然缘故是缺乏对环境的检测。

假设有了智能温控调速风扇，使风扇系统朝着自动化、智能化，尤其是节能的方向进展。

它能够检测室内温度，并依照温度自动改变风扇的电机转数，实现不同风速的自动转换，按预设温度自启动，低温停止的功能。

该设计实现了家电产品的更新换代，提高了产品的附加值。

从而迎合人们对健康、平安、节能减排和绿色环保的新需求。

单片机和一样的数字和模拟芯片相较有着壮大的功能，而且编程简单，因此利用单片机来实现对操纵电机转速与类型设置十分理想；本设计的研究目的确实是实现对直流风扇电机的控速来模拟风扇操纵器，把握单片机硬件和软件的综合设计方式。

风扇的操纵有很多的方式，比如简单的有利用机械方式进行按时操纵，有效模拟电子技术和数字电子技术进行转速等操纵的。

随着人们生活水平的提高，人们对风扇的要求也愈来愈高，不但要求风速能够操纵，而且要求风种模式能够多种选择，随着单片机技术的不断进展，单片机已普遍应用于各类家用电器产品中，它不仅大大提高了原有产品的性能质量,而且产品本钱有所下降,生产也更简便。

通过单片性能够利用其本身的按时与中断功能编程实现风扇的风种操纵，包括有正常风，自然风与睡眠风等的模式；而风速的操纵也有多种方式，例如能够通过单片机操纵固态继电器（双向可控硅）的导通角来调剂风扇的输入电压，以实现风扇的无级速度调剂,从而实现多档控速,但那个地址采纳了通过单片机按时器输出脉宽调制PWM波操纵占空比并外加一个固态继电器来操纵风扇电机的转速，通过遥控板键盘输入设置有不同占空比对应着风扇各个档位风速。

各功能状态利用液晶、发光管和蜂鸣器对应输出显示。

本系统电路设计比较简单，主若是充分利用了STC89C52单片机的资源，软件编程实现各功能，本钱较低，有效性较强。

另外，在某些场合下，比如危险作业区，在人不适合作业的地址，比如有毒气产生的区域，高温或低温的地址，爆破点等危险场合，或是家庭居室中操纵，无线的应用将会取得超级普遍的应用，可见红外遥控的研究也是很有实践意义的。

1.2研究现状及进展趋势

风扇操纵，要紧有两点，一是操纵方式，二是系统电机调速方式，也确实是风速的调剂方式，还有一点确实是人机交互方式，风扇操纵的不同就要体此刻这两个方面。

风扇操纵系统目前在市场上要紧有几种类型，传统的类型即此刻大多数人在利用的手动操纵类型，该类型机子操纵方式是手动操纵，且只能在近距离中操纵。

其内部电机是带多抽头的交流电机，一个抽头对应一个档位，以此来区分风速级别，也有其他种机子，是用过零比较器去操纵可控硅的导通角，从而由可控硅去操纵电机的转速；此种类型的机子操纵方式单一且在某些特定场合会带来不便，另外其调速方式比较呆板，不能知足用户需求，而且当档位转变时，若是设计不行，会有电火花产生，存在平安隐患。

另外市面上还有效单片机结合传感器等类型的机子，比如，带温度操纵传感器的风扇，能依照室温操纵风扇转速，这种机子是将微操纵器壮大的操纵能力注入到了系统中，从而实现了自动化及智能化；区别只在于操纵方式由人工操纵变成了温度调控，另外由于有了微操纵器，电机的调速方式可采纳不同的调剂方式，如，采纳PWM多种算法等，电路的形式也有了多种选择，另外还能够增加其他的功能，如吹风的模式选择，按时关机，自动休眠以节省电能等，另外还有语音操纵的风扇操纵系统，亮点就在于它的人机交互改良了，由此微操纵器在系统中的应用的潜力庞大。

在电机调速方式上，随着家用电器产品变频技术的进展,单相电机的变频调速已成为一种可行的方式,在这种调速系统中,脉宽调制（PWM）技术仍然是提高调速性能的要紧手腕。

尽管PWM技术的实现方式很多,但是,为了降低产品的制造本钱,采纳微机操纵软件实现PWM操纵具有本钱低、调制方式灵活等特点,比较适合于家用电器产品的要求。

本文针对风扇电机的调速要求,提出了采纳直接PWM（DPWM）软件计算的方式,并在51系列单片机STC89C52上实现,该方式能够很容易地实现电机的调速,其PWM算法简单,易于实现,是一种较为有效的方式。

2.系统整体设计

2.1本设计的任务要求

（1）依照所确信的方案做出一个总的系统框图（其中包括各个电路模块）。

（2）设计出硬件电路和软件编程。

硬件部份包括有单片机最小系统，外接操纵电机转速的固态继电器部份，驱动USB端口，LED照明的一般6脚一般继电器部份，LCD数据显示部份，红外遥控部份，光电传感部份，红外反射传感部份，温度传感部份，实不时钟电路部份。

软件部份包括有初始化状态，温度搜集，实不时钟搜集，遥控解码，占空比操纵，按时器中断操纵，操纵输入输出数据显示部份，蜂鸣器信号产生部份。

（3）最后将预备好的原件依照电路图焊接好，将程序烧录到单片机中，然后测试运行，检查其操纵成效，风扇智能成效。

系统输入端包括红外检测模块、感光模块、实不时钟模块、温度检测模块和红外遥控模块一起组成搜集外部环境数据和外部输入数据，通过单片机进行数据分析与处置，然后操纵输出端，输出端包括运行指示灯，提示音模块，LCD显示模块，继电器开关，调速模块。

系统的整体设计框图如图2-1所示。

图2-1系统整体设计框架

3.1单片机系统模块的设计

3STC89C52单片机的简介

STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微操纵器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

STC89C52利用经典的MCS-51内核，但做了很多的改良使得芯片具有传统51单片机不具有的功能。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式操纵应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，许诺RAM、按时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电爱惜方式下，RAM内容被保留，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

最高运作频率35MHz，6T/12T可选。

（1）特性

●8位CPU；

●32根I/O线；

●8K字节程序存储空间；

●512字节数据存储空间；

●内带2K字节EEPROM存储空间；

●3个16位的按时器/计数器；

●4个外部中断；

●。

（2）STC89C52的芯片采纳PID封装，一共40个引脚，与外围电路组成单片机最小系统。

其中外围电路包括晶振电路、复位电路、电源滤波电路。

STC89C52最小系统如图3-1所示。

图3-1STC89C52最小系统

3.1.2单片机时钟电路的设计

时钟是时序的基础，STC89C52单片机内部有一个组成振荡器的高增益反向放大器，它的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。

这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，组成一个稳固的自激振荡器。

本设在XTAL1和XTAL2跨接晶振Y1和微调电容C1，C2。

电容选30pf，晶振频率选择12MHz。

由石英晶体组成的振荡器产生的脉冲频率很稳固且速度很高，且电路简单。

时钟电路如图3-2所示。

图3-2时钟电路

3.1.3单片机复位电路的设计

复位是单片机的初始化操作，除进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行犯错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱窘境，也需按复位键以从头启动。

单片机复位电路设计的好坏，直接阻碍到整个系统工作的靠得住性。

STC89C52芯片的第9脚RESET是复位信号的输入端，复位信号时高电平有效，有效时刻应持续2个机械周期以上，假设利用频率为12MHz的晶振，那么复位信号持续时刻超过2µs才能完成复位操作。

图3-3所示为复位电路，只要VCC上升时刻不超过1ms，通过在VCC和RESET引脚之间加一个10µf的电容，上电刹时，电容充电电流最大，电容相当于短路，RESET端为高电平，自动复位；电容两头的电压达到电源电压时，电容充电电流为零，电容相当于开路，RESET端为低电平，程序正常运行；当开关S按下，RESET端为高电平为高电平，系统复位。

图3-3复位电路

3.2液晶显示模块

3.2.1LCD1602的简介

1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有假设干个5X7或5X11等点阵字符位组成，每一个点阵字符位都能够显示一个字符。

每位之间有一个点距的距离每行之间也有距离起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此因此他不能显示图形。

（1）LCD1602的特性

●+5V电压，对照度可调；

●内含复位电路；

●提供各类操纵命令，如：

清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能；

●有80字节显示数据存储器DDRAM；

●内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM；

●8个可由用户自概念的5X7的字符发生器CGRAM[4]。

（2）LCD1602要紧技术参数

●显示容量:

16×2个字符；

●—；

●工作电流:

2.0mA（5.0V）；

●；

●×4.35（W×H）mm。

（3）LCD1602引脚功能说明

●第1脚：

VSS接地；

●第2脚：

VDD接5V正电源；

●第3脚：

VL为液晶显示器对照度调整端，接正电源时对照度最弱，接地时对照度最高，对照度太高时会产生“鬼影”，利历时能够通过一个10K的电位器调整对照度；

●第4脚：

RS为寄放器选择，高电平常选择数据寄放器、低电平常选择指令寄放器；

●第5脚：

R/W为读写信号线，高电平常进行读操作，低电平常进行写操作。

当RS和R/W一起为低电平常能够写入指令或显示地址，当RS为低电平R/W为高电平常能够读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平常能够写入数据；

●第6脚：

E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平，液晶模块执行命令；

●第7～14脚：

D0～D7为8位双向数据线；

●第15脚：

背光源正极；

●第16脚：

背光源负极。

3.2.2液晶显示模块的设计

本设计通过单片机操纵lcd1602显示室内温度及风扇的档位。

LCD1602第3脚VO为液晶显示器对照度调整端，接正电源时对照度最弱，接地时对照度最高，对照度太高时会产生“鬼影”，利历时能够通过一个10K的电位器调整对照度。

第4脚RS为寄放器选择，高电平常选择数据寄放器、低电平常选择指令寄放器。

第5脚R/W为读写信号线，高电平常进行读操作，低电平常进行写操作。

当RS和R/W一起为低电平常能够写入指令或显示地址，当RS为低电平R/W为高电平常能够读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平常能够写入数据。

第6脚E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平常，液晶模块执行命令。

如下图P0口接lcd1602的八位数据接口，P2.五、P2.六、P2.7别离接LCD1602的RS、RW、EN端，液晶显示电路如图3-4所示。

图3-4液晶显示电路

3.3温度搜集模块的设计

3.3.1DS18B20简介

DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改良型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相较，它能直接读出被测温度，而且可依如实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。

DS18B20测温原理如图3-5所示。

图中低温度系数晶振的振荡频率受温度阻碍很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。

高温度系数晶振随温度转变其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。

计数器1和温度寄放器被预置在－55℃所对应的一个基数值。

计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄放器的值将加1，计数器1的预置将从头被装入，计数器1从头开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄放器值的累加，现在温度寄放器中的数值即为所测温度。

图3-5DS18B20测温原理

3.3.2DS18B20的特点

（1）独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；

（2）多个DS18B20能够并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；

（3）不必外部器件；

（4）可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5Ｖ；

（5）零待机功耗；

（6）温度以9或12位数字；

（7）用户可概念报警设置；

（8）报警搜索命令识别并标志超进程序限定温度（温度报警条件）的器件；

（9）负电压特性，电源极性接反时，温度计可不能因发烧而烧毁，但不能正常工作。

DS18B20用于搜集温度，并将搜集到的温度传送给单片机。

DS18B20能够采纳两种方式供电，一种是寄生电源供电方式，单片机端口接单线总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉；另一种是采纳电源供电方式。

DS18B20的2脚为数字信号输入/输出端，此管脚必需接上拉电阻，使其在无数据传输时一直处于高电平状态，以此维持信号的稳固传输，1脚为电源地，3脚为外接供电电源输入端。

单片机依照温度作相应处置，并输出处置结果。

温度搜集电路如图3-6所示。

图3-6温度搜集电路

3.4继电器模块的设计

3.4.1继电器简介

继电器（relay）是一种电子操纵器件，它具有操纵系统（又称输入回路）和被操纵系统（又称输出回路），通常应用于自动操纵电路中，当输入量（电、磁、声、光、热）达到定值时，输出量将发生跳跃式转变。

它事实上是用较小的电流去操纵较大电流的一种“自动开关”。

故在电路中起着自动调剂、平安爱惜、转换电路等作用。

3.4.2电磁式继电器工作原理

电磁继电器的工作原理和特性电磁式继电器一样由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。

只要在线圈两头加上必然的电压，线圈中就会流过必然的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。

当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作使劲返回原先的位置，动触点与原先的静触点（常闭触点）释放。

如此吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。

关于继电器的“常开、常闭”触点，能够如此来区分：

继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。

3.4.3继电器电路的设计

输入端信号先由PNP型三极管放大，经放大后的电压由稳压二极管稳压，稳压后的电压足够驱动继电器线圈，同时信号输入时伴有LED指示，继电器线圈有电压后，产生磁场并吸合开关K1，操纵电路导通；当没有输入信号时，三级管没有输出信号，继电器线圈不能够驱动，不能产生磁场，从而不能吸合开关K1，操纵电路断开。

继电器电路图如图3-7所示。

图3-7继电器电路

3.5调速电路的设计

3.5.1固态继电器简介

固态继电器（亦称固体继电器）英文名称为SolidStateRelay，简称SSR。

它是用半导体器件代统电接点作为切换装置的具有继电器特性的无触点开关器件，单相SSR为四端有源器件，其中两输入操纵端，两个输出端，输入输出间为光隔离，输入端加上直流或脉冲信号到必然电流值后，输出端就能够从断态转变成通态。

从而代替传统的电磁式继电器。

实现对单相或三相机的正反转操纵，或其它操纵。

无触点无动作噪音.开关速度快无火花干扰和靠得住性高等优势。

按负载电源的类型不同，固态继电器分交流和直流两种，按触发类型又分为过零触发型和随机触发型。

电路要紧由输入（操纵）电路，驱动电路和输出（负载）电路三部份组成，其中驱动电路能够包括隔离耦合电路、功能电路和触发电路三部份。

3.5.2MGR-1D4810型固态继电器特点

过零触发型AC—SSR为四端器件，其内部电路原理如图3-8所示。

左面为输入操纵端（直流），直流操纵信号先通过光电耦合器，耦合后的信号在通过过零电路，最后通过功率操纵电路操纵右端220V（交流）输出信号。

其参数特性如下：

（1）单相固态继电器；

（2）操纵方式：

直流控交流（DC-AC）；

（3）负载电流：

10A；

（4）负载电压：

480V/AC；

（5）操纵电压：

3-32V/DC；

（6）操纵电流DC：

3-25mAAC：

12mA。

图3-8内部电路原理

当有正向驱动信号时，光电耦合（OPC）电路中发光二级管由驱动信号点亮，光电三级管接收光信号从而产生相应电信号，发生耦合现象，幸免电气干扰；然后通过由4只二极管（IN4001）组成的桥电路，正反向操纵双向可控硅操纵端，当操纵端有信号输入，双向可控硅导通，在半个交流周期导通220V交流电，从而实现直流操纵交流。

MGR-1D4810型固态继电器内部电路图如图3-9所示。

图3-9固态继电器内部电路

3.5.3固态继电器调速原理

固态继电器输入端加上直流或脉冲信号到必然电压值后，输出端就能够从断态转变成通态。

利用固态继电器这一工作原理，假设利用单片机输出可调脉冲电压信号（脉冲电压大于固态继电器驱动电压），通过改变矩形脉冲的占空比（PWM），来调剂通断时刻，间接实现改变输出端有效电压值，从而改变风扇的转速。

3.6红外遥控模块的设计

3.6.1红外遥控原理

μm，比红光波长还长的光叫红外线。

红外光按波长范围分为近红外、中红外、远红外、极红外4类。

红外线遥控是利用近红外光μm之间的近红外线来传送操纵信号的。

用近红外作为遥控光源，是因为目前红外发射器件（红外发光管）与红外接收器件（光敏二极管、三极管及光电池）的发光与受光峰值波长一样为0.8um~0.94um，在近红外光波段内，二者的光谱正好重合，能够专门好地匹配，能够取得较高的传输效率及较高的靠得住性。

经常使用的红外遥控系统一样分发射和接收两个部份。

红外遥控的发射电路是采纳红外发光二极管，它事实上是一只特殊的发光二极管，目前大量利用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右，由于其内部材料不同于一般发光二极管，因此在其两头施加必然电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。

红外光通过调制的红外光波；红外接收电路由红外接收二极管、三极管或硅光电池组成，它们将红外发射器发射雕红外光转换为相应的电信号，再送后置放大器，以供后续电路进行解码等操作。

3.6.2红外发射端

发射端一样由指令键（或操作杆）、指令编码系统、调制电路、驱动电路、发射电路等几部份组成。

当按下指令键或推动操作杆时，指令编码电路产生所需的指令编码信号，指令编码信号对载体进行调制，再由驱动电路进行功率放大后由发射电路向外发射经调制定指令编码信号。

发射端所利用的晶振频率455kHz。

在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数为12，以455kHz÷12≈≈38kHz，因此发射载波频率为38kHz。

（1）技术参数

●遥控距离：

10~18米（直线无障碍距离）；

●发射管红外波长：

940Nm；

●晶振：

振荡频率455KHz；

●红外载波频率：

38KHz。

（2）指令码

指令码和遥控板按键一一对应的值。

每一个指令码代表一个编码数据，然后把数据调制到红外线载波上，通过红外线发射端发送出去。

按键指令码对应表如附录1所示。

3.6.3MYS-1838红外接收端

接收端一样由接收电路、放大电路、调制电路、指令译码电路、驱动电路、执行电路（机构）等几部份组成。

由于红外发光二极管的发射功率一样都较小（100mW左右），因此红外接收二极管接收到的信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路。

接收电路将发射器发出的已调制的编码指令信号接收下来，并进行放大后送解调电路，解调电路将已调制的指令编码信号解调出来，即还原为编码信号。

指令译码器将编码指令信号进行译码，最后由驱动电路来驱动执行电路实现各类指令的操作操纵。

最近几年不论是业余制作仍是正式产品，大多都采纳成品红外接收头。

（1）技术参数

●工作电压：

3V—5V ；

●接收距离：

10m—20m。

（2）封装及其电路

MYS-1838型接收头采纳铁皮屏蔽。

三只引脚别离是3脚：

电源正（VDD），2脚：

电源负（GND）和1脚：

数据输出（VOUT）。

封装如图3-10所示，电路如图3-11所示。

图3-10MYS-1838封装图3-11MYS-1838电路

3.7实不时钟模块电路的设计

3.7.1DS1302时钟芯片简介

DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实不时钟芯片，它能够对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V