基于单片机的温度智能风扇设计大学本科毕业论文.docx

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基于单片机的温度智能风扇设计大学本科毕业论文

基于单片机的温度智能风扇

摘要

在电气高度集成化的今天，电扇被广泛应用于家庭、办公室、公共场所等地方。

主要原因有：

风扇跟其他电器相比如空调，它具有成本低廉、体积小巧、易操作等特点。

然而人们的要求越来越苛刻，普通的风扇很难再满足大众的需求。

本论文设计的是一种温度智能风扇，此风扇由四大部分组成：

温度采集模块、处理器、LCD显示模块、电机驱动模块。

温度采集采用DS18B20，该温测器件是数字化的传输方式把信号以高低电平方式采样给处理器AT89S52,这样给处理器提供的相当稳定的信号输送。

而设计的处理中心是单片机AT89S52,AT89S52是市场上应用较多的单片机，它是高度集成的处理器。

电机驱动模块用的是L298，该芯片是全四驱驱动，内部有2组电路可同时控制两个电机，体积小，价格低廉，性价比极高。

当单片机接收到DS18B20的信号后，就做出响应给电机，电机驱动后把PWM脉宽值和温度值都输送到液晶屏上。

最后的显示模块则是LCD1602，这款液晶屏的优点在于几乎没有闪烁，拥有高刷新率使得使用者观察时不会出现视觉模糊。

拥有这样四个模块的温度风扇从而体现出了实时检测、功能齐全、物美价廉的特点。

关键词:

 温度智能风扇；DS18B20；L298

Theintelligenttemperaturefanbasedon

Microcomputer

Abstract

Intheelectricalintegrationtoday,fansarewidelyusedinhome,office,publicplaces.Themainreasonsare:

comparedwithotherappliancessuchasair-conditioningfan,ithasthecharacteristicsoflowcost,smallvolume,easyoperationetc..However,peoplearebecomingmoredemanding,ordinaryfansareverydifficulttosatisfytheneedsofthemasses.

Sothisdesigndecisiontodesignakindofintelligenttemperaturefan,thefaniscomposedoffourparts:

thetemperatureacquisitionmodule,processor,LCDdisplaydrivermodule,motor.TemperatureacquisitionusingDS18B20,thetemperaturemeasuringdeviceisthetransmissionmodeofdigitalsignalwithhighlevelsamplingtotheprocessorAT89S52,whichisprovidedtotheprocessorsignalisquitestableconveying.TheprocessingcenterisdesignedtoAT89S52microcontroller,AT89S52iswidelyusedonthemarket,itisahighlyintegratedprocessor.ThemotordrivemoduleisusedinL298,thechipisfulloffour-wheeldrive,thereare2internalcircuitwithcontrolledgroupoftwomotor,smallsize,lowprice,highcostperformance.WhentheMCUreceivestheDS18B20signal,couldrespondtothemotor,motordriveafterthePWMpulsewidthandtemperaturevaluesaretransportedtotheLCDscreen.ThelastistheLCD1602displaymodule,theLCDscreenisthatalmostnoflicker,hashighrefreshrateallowstheusertoobservewhenwon'tappearblurredvision.Temperaturefanhasfourmoduleswhichreflectthecharacteristicsofreal-timedetection,completefunction,highqualityandinexpensive.

Keywords:

 LED; Intelligenttemperaturefan;DS18B20;L29

第一章引言

随着科学技术的发展，风扇早已普及到人们的生活中如：

宿舍、家庭、办公室等场合。

拥有手动操控，定时时间短的基本功能，已经渐渐满足不了大众的需求了。

然而，物联网技术的日益成熟，智能化的家用电器越来越符合人们的观念。

本设计应用了智能化的理念设计了温度智能风扇，其比较普通风扇有几个优点。

一、温度智能风扇可以实时采集温度；二、实时显示现场温度；三、手动自动相结合。

具有这些优点的智能风扇市场潜力巨大，也是日后的研究方向。

1.1温度智能风扇的简介

温度智能风扇是以单片机为微处理器，集温度采集模块，电机驱动模块和LCD显示模块于一身的高性价比风扇。

其优越性主要体现在两方面：

一方面自动根据室温来调节风速并显示实时温度，来保证熟睡的儿童或老人的身体状况；另一方面操作简单，显示清晰，采用低成本的高清显示屏且设计构架简易。

1.2温度智能风扇发展现状及趋势

当今社会已经完全进入了信息化时代，温度智能风扇也慢慢进入家庭生活中。

随着温度控制器在各行各业中的广泛的应用，具有对温度进行实时监控，并能同时控制电机运作来改变温度，为人们的日常生活带来了方便。

简易温度监测控制器是利用单片机系统来完成的一个小型的控制系统。

现大多用于大部分家庭，系统效率越来越高，成本也越来越低。

其发展趋势可以根据其性质进行相应的改进来运用与不同场合的监测控制，并带来大量的经济效益。

随着智能化程度的不断提高，开发一种多功能智能温控风扇已是大势所趋。

1.3温度智能风扇的研究意义

科技发达的当代，信息化程度极高，人们生活发生翻天覆地的变化，对于电器产品的要求也是随之攀升。

传统的风扇已远远不能满足生活的需求。

一般来说，传统手动控制风扇通过个人手动单一的切换，旋转按钮实现风扇风速的调整。

温度智能风扇的出现开始取代原有传统风扇的地位，其不仅自动智能划程度高，且绿色环保低能耗。

目前，绝大多数家庭风扇使用时都是由人员手动操作，往往会因为人员的离开或者熟睡忘记关掉风扇导致浪费，在本设计中，采用单片机为控制器，以温度传感系统来检测室内有无人员及室内温度，从而达到智能控制的目的。

第二章系统方案的设计

2.1系统结构

该方案的设计体系：

采用温度传感器DS18B20对室内温度进行检测，检测的温度信号以数字化方式出给处理器。

在LCD屏幕上显示当前温度，其中当前室温温度可精确到小数。

并采用L298芯片对电机驱动，实现直流风扇风速的改变的是运动PWM脉宽调制。

系统结构图如图1所示:

系统有四大模块组成：

LCD显示模块、温度采集模块、电机驱动模块以及处理器模块。

模块简单功能介绍：

DS18B20负责的是温度的实时采集，采集到数据后反馈给单片机。

处理器AT89S52是核心处理器接收到来自DS18B20的信号后相应并驱动L298模块，L298驱动后带动直接电机运转，直流电机是PWM脉宽调制的方法来控制转速的，最后把PWM占空比及当前的温度输送给LCD1602显示。

图1整体结构框图

2.2单片机选择

单片机是一块内部包含处理器、内部程序器、总线等多系统的器件，高集成度的单片机分处理小范围来看相当于微型处理器。

市场上目前最常见的单片机有如下几个系列：

51系列单片机，AVR系列单片机，PIC系列单片机。

而生产应用最为广泛的还是51系列的单片机。

为何人们对51系列单片机情有独钟，因为51系列单片机的特点：

突出点在于生产工作最多，实用，指令集精简规范化，内外部结构相当简单，性能多且可扩展。

所以使用的场合比其他系列的单片机要多的多。

对于如此的生产高要求，商家要求其功能越来越多，厂家就在此基础上扩展其性能，使得51系列的单片机运行更快，接口更多且简易，实用操作更为便捷。

对于AVR单片机，它是较新的单片机，是由atmel公司推出上市，它的特点在于：

指令集以周期性为主，便于查检；性能更高；运行效率比起51有很大程度的提高，但在价格与稳定性方面51系列单片机更胜一筹。

最后是美系单片机PIC，它是微芯公司的产品，上市不久，虽然不常用但其优点不容小视。

例如：

程序指令模块精简，性能高、人性化，I/O串口符合多种产品的接口，但价格比51单片机要高，实际操作使用不变。

综合以上各种系列单片机的各项指标及要求性能，我选择了51系列单片机。

因为对它我认识透彻，实际操作过许多次，容易排查。

2.3温度传感器选择

温度传感器的选择：

方案一：

使用铂电阻测温法。

查资料发现因为铂电阻阻值与温度有明显的线性关系，通过单片机将该关系的表达式组成数组后导致信号采集过程中出现失真及误差，处理器单片机输出的电压有着微小的变化，最后经过模数转化后的数字信号发生巨大变化，单片机处理不准。

方案二：

温测元件采用DS18B20，DS18B20是数字化的传递方式，传送过程中更稳定。

针对方案一，铂电阻有价格便宜、成本低、效果好的优点。

但铂电阻对温度的细微变化不太敏感，对于微小的温度变化难以直接测取。

所以不太适用于本设计的智能风扇。

而对于方案二，采用DS18B20作为设计的温度传感器，因为其优点是数字化的接口，方便与单片机的串口相接，而且对于温度的检测相当敏感，温度分辩率极高、稳定性也很优越，价格适中，所以决定采用方案二。

2.4显示电路选择

方案一：

利用4位共阴数码管的动态扫描来显示。

方案二：

利用LCD1602液晶屏显示。

对于4位数码管的动态扫描方式即方案一来说，该方案虽然十分实用，成本底，显示时不管白天黑夜都可以看的清楚，程序也简易。

唯一不足的地方是以动态扫描显示方式使四个LED逐个点亮，在此过程中会有闪烁而导致显示少量信息。

即使闪烁时间再短，人们一般也不愿意经常盯着数码管去观察，会出现视觉疲劳。

对于方案二，液晶体显示屏的有点在于其显示的不仅仅是数字，可以是数字，可以是符号，甚至可以是图形。

这是LED数码管无法比拟的。

但是许多液晶显示屛价格比LED数码管要高的多，驱动程序也复杂。

采用LCD1602液晶屏因为是小屏且这款屏在LCD中价格本来就属于低的，设计中还需显示符号，所以本系统采用方案二。

2.5电机驱动芯片选择

在直流电机驱动电路的设计中，主要考虑到其性能、功能、效率、可靠性、输出电流和电压范围等等。

综合以上参数决定使用L298来驱动。

L298是15个管角的单块集成电路，是SGS公司的产品。

它的优点是：

输出电流比较大，输出电压也很大以及全驱动的特点，设计用L298来接收逻辑电平，驱动直流电机。

对于4个通道全驱动的特点，L298可以通过这个来驱动电路。

其额定工作电流为1A，最大可达