基于单片机的智能电风扇控制系统毕业设计.docx
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基于单片机的智能电风扇控制系统毕业设计
四川信息职业技术学院毕业设计任务书
学生
姓名
彭涛
学号
1219042
班级
电信12-1
专业
电子与信息工程技术
设计题目
基于单片机的智能电风扇控制系统
指导教师姓名
职称
工作单位及所从事专业
联系方式
学生联系方式
张万良
副教授
信息学院电子工程系
138********
183********
设计内容：
1、单片机分析采集到的数字温度信号，再通过可控硅对风扇电机进行调速。
2、用户可以在一定范围内设置电风扇的最低工作温度和最高工作温度。
当温度低于所设置温度时，电风扇将自动关闭，当高于此温度时电风扇又将重新启动。
3、温度显示在LED数码管上
4、设计硬件电路，并制作实物。
5、撰写毕业设计论文。
进度安排：
要有较为详细的时间安排（时间具体到周）；
9.15-9.30（4-5周）确定任务，完成资料收集归纳，确定设计方案。
10.1-10.20（6-8周）完成电路原理图绘制，绘制PCB图，确定元器件的参数型号和数量。
10.21-11.3（9-10周）调试软件，完成系统仿真。
11.4-11.17（11-12周）完成硬件焊接和硬件调试。
11.18-12.1（13-14周）完成软硬件联调测试。
12.2-12.15（15-16周）完成论文写作，准备答辩材料答辩。
主要参考文献、资料（写清楚参考文献名称、作者、出版单位）：
[1]曹巧媛.单片机原理及应用.北京：
电子工业出版社，2002.2
[2]王伦.电风扇原理与维修技术[M].北京：
新时代出版社，1999
[3]张毅刚.新编MCS-51单片机应用设计.哈尔滨工业大学出版社，2006,10
[4]梁廷贵、王裕琛.可控硅触发电路语音电路分册[M].北京：
科学技术文献出版社，2003
审
批
意
见
教研室负责人：
年月日
备注：
任务书由指导教师填写，一式二份。
其中学生一份，指导教师一份
目 录
摘 要
本设计为一种温控风扇系统，具有灵敏的温度感测和显示功能，系统STC89C52单片机作为控制平台对风扇转速进行控制。
可由用户设置高、低温度值，测得温度值在高低温度之间时打开风扇弱风档，当温度升高超过所设定的温度时自动切换到大风档，当温度小于所设定的温度时自动关闭风扇，控制状态随外界温度而定。
所设高低温值保存在温度传感器DS18B20内部E2ROM中，掉电后仍然能保存上次设定值，性能稳定,控制准确。
关键词 单片机；温度传感器；智能控制。
第1章 概述
1.1 STC89C52单片机简介
STC89C52是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内4bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大。
STC89C52单片机可灵活应用于各种控制领域。
STC89C52单片机提供以下标准功能：
4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时、计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。
同时，STC89C52单片机可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时、计数器，串行通行口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
1.2 本设计任务和主要内容
本文以STC89C52单片机为核心，通过数字温度传感器对外界环境温度进行数据采集，从而建立一个控制系统，使电风扇随温度的变化而自动调节档位，实现“温度高、风力大、温度低、风力弱”的性能。
另外，通过红外发射和接收装置及按键实现各种功能的启动与关闭，并且可对各种功能实现遥控，用户可以在一定范围内设置电风扇的最低工作温度，当温度低于所设置温度时，电风扇将自动关闭，当高于此温度时电风扇又将重新启动。
本设计主要内容如下：
（1）风速设为从低到高共2个档位，可由用户通过键盘设定。
（2）每当温度低于下限值时,则电风扇风速关闭。
（3）每当温度在下限和上限之间时,则电风扇转速缓慢。
（4）每当温度高于上限值时,则电风扇风速全速运转。
第2章 方案选择
本系统实现风扇的温度控制，需要有较高的温度变化分辨率和稳定可靠的换档停机控制部件。
2.1 温度传感器的选用
温度传感器可由以下几种方案可供选择：
方案一：
选用热敏电阻作为感测温度的核心元件，通过运算放大器放大由于温度变化引起热敏电阻电阻的变化、进而导至的输出电压变化的微弱电压变化信号，再用AD转换芯片ADC0809将模拟信号转化为数字信号输入单片机处理。
方案二：
采用热电偶作为感测温度的核心元件，配合桥式电路，运算放大电路和AD转换电路，将温度变化信号送入单片机处理。
方案三：
采用数字式集成温度传感器DS18B20作为感测温度的核心元件，直接输出数字温度信号供单片机处理。
对于方案一，采用热敏电阻有价格便宜、元件易购的优点，但热敏电阻对温度的细微变化不敏感，在信号采集、放大、转换过程中还会产生失真和误差，并且由于热敏电阻的R-T关系的非线性，其本身电阻对温度的变化存在较大误差，虽然可以通过一定电路予以纠正，但不仅将使电路复杂稳定性降低，而且在人体所处温度环境温度变化中难以检测到小的温度变化。
故该方案不适合本系统。
对于方案二，采用热电偶和桥式测量电路相对于热敏电阻其对温度的敏感性和器件的非线性误差都有较大提高，其测温范围也非常宽，从-50摄氏度到1600摄氏度均可测量。
但是依然存在电路复杂，对温度敏感性达不到本系统要求的标准，故不采用该方案。
对于方案三，由于数字式集成温度传感器DS18B20的高度集成化，大大降低了外接放大转换等电路的误差因素，温度误差很小，并且由于其感测温度的原理与上述两种方案的原理有着本质的不同，使得其温度分辨力极高。
温度值在器件内部转换成数字量直接输出，简化了系统程序设计，又由于该传感器采用先进的单总线技术（1-WRIE），与单片机的接口变的非常简洁，抗干扰能力强。
关于DS18B20的详细参数参看下面“硬件设计”中的器件介绍。
2.2 控制核心的选择
方案一：
采用电压比较电路作为控制部件。
温度传感器采用热敏电阻或热电偶等，温度信号转为电信号并放大，由集成运放组成的比较电路判决控制风扇转速，当高于或低于某值时将风扇切换到相应档位。
方案二：
采用单片机作为控制核心。
以软件编程的方法进行温度判断，并在端口输出控制信号。
对于方案一，采用电压比较电路具有电路简单、易于实现，以及无需编写软件程序的特点，但控制方式过于单一，不能自由设置上下限动作温度，无法满足不同用户以及不同环境下的多种动作温度要求，故不在本系统中采用。
对于方案二，以单片机作为控制器，通过编写程序不但能将传感器感测到的温度通过显示电路显示出来，而且用户能通过键盘接口，自由设置上下限动作温度值，满足全方位的需求。
并且通过程序判断温度具有极高的精准度，能精确把握环境温度的微小变化。
故本系统采用方案二。
2.3 显示电路
方案一：
采用五位共阳数码管显示温度，动态扫描显示方式。
方案二：
采用液晶显示屏LCD显示温度
对于方案一，该方案成本低廉，显示温度明确醒目，在夜间也能看见，功耗极低，显示驱动程序的编写也相对简单，这种显示方式得到广泛应用。
不足的地方是扫描显示方式是使五个LED逐个点亮，因此会有闪烁，但是人眼的视觉暂留时间为20MS，当数码管扫描周期小于这个时间时人眼将感觉不到闪烁，因此可以通过增大扫描频率来消除闪烁感。
对于方案二，液晶体显示屏具有显示字符优美，不但能显示数字还能显示字符甚至图形的优点，这是LED数码管无法比拟的。
但是液晶显示模块价格昂贵，驱动程序复杂，从简单实用的原则考虑，本系统采用方案一。
2.4 调速方式
方案一：
采用变压器调节方式，运用电磁感应原理将220V电压通过线圈降压到不同的电压，控制风扇电机接到不同电压值的线圈上可控制电机的转速，从而控制风扇风力大小。
方案二：
采用晶闸管构成无级调速电路。
对于方案一，由于采用变压器改变电压调节，有风速级别限制，不能适应人性化要求。
且在变压过程中会有损耗发热，效率不高，发热有不安全因素。
对于方案二，以电位器控制晶闸管的导通角大小，可实现由最大风速到关闭的无级别调速，可将风力调节在关闭无风到最大风之间的任意风力，实现“自由风”。
且在调速环节中基本无电力损耗。
故本系统采用方案二。
2.5 控制执行部件
方案一：
采用数模转换芯片AD0832控制，由单片机根据当前温度值送出相应数字量到AD0832，由AD0832产生模拟信号控制晶闸管的导通角，从而配合无级调速电路实现温控时的自动无级风力调节。
方案二：
采用继电器，继电器的接有控制晶闸管导通角的电阻的接入电路与否由单片机控制，根据当前温度值在相应管脚送出高/低电平，决定某个继电器的导通角控制电阻是否接入电路。
（详见4.2.4）
对于方案一，该方案能够实现在风扇处于温控状态时也能无级调速，但是D/A转换芯片价格较高，与其温控状态下无级调速功能相比性价比不高。
对于方案二，虽然在温控状态下只能实现弱/大风两级调速，但采用继电器价格便宜，控制可靠，且出于在温控状态时无级调速并不是特别需要的功能，综合考虑采用方案二。
第3章 硬件设计
3.1 系统总体设计
图3-1 系统总体结构框图
3.2 控制装置原理
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STC89C52单片机的智能电风扇调速器的设计，该设计巧妙利用单片机控制技术、无级调速技术和温度传感技术，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数字温度信号，再通过可控硅对风扇电机进行调速。
从而达到无须人为控制便可自动调整风速的效果。
3.3 温度检测和显示电路
可以选用LM324A运算放大器作为温度传感器，将其设计成比例控制调节器，输出电压与热敏电阻的阻值成正比，但这种方案需要多次检测后方可使采样精确，过于烦琐。
所以我采用更为优秀的DS18B20数字温度传感器，它可以直接将模拟温度信号转化为数字信号，降低了电路的复杂程度，提高了电路的运行质量。
3.3.1 DS18B20的温度处理方法
DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。
与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。
可以分别在93.75ms和750ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源，因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单可靠性更高。
他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。
DS18B20简介：
（1）独特的单线接口方式：
DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。
（2）在使用中不需要任何外围元件。
（3）可用数据线供电，电压范围：
+3.0~+5.5V。
（4）测温范围：
-55~+125℃。
固有测温分辨率为0.5℃。
（5）通过编程可实
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