智能风扇设计(经典实用)
2013年春季开放性实验题目名称： 智能风扇调速器设计 院系名称： 电气工程学院 专业班级： 电气F1102 学生姓名： 陈文根 学 号： 2 指导教师： 马利 成绩：评语：指导老师签名：日 期： 目录 目录1 系统概述4 1.1 AT89C51单片机简介41. 2 本设计任务和主要内容42 方案论证42.1 系统总体设计52.2传感器部分52.3主控制部分62.4调速方式的选择62.5温度控制模块设计62.6显示电路的设计73 硬件设计73.1 系统的原理方框图73.2 元器件选型83.3 硬件主电路114 软件设计144.1 软件设计思想及主流程144.2 流程框图及关键代码155 系统调试295.1 硬件测试295.2 软件测试305.3 整体测试31 设计心得32 参考文献331 系统概述1.1 AT89C51单片机简介传统电风扇多采用机械方式进行控制，功能少，噪音大，各档的风速变化大。随着科技的发展和人们生活水平的提高，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。AT89C51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，AT89C51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AT89C51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5个档位，可由用户通过键盘和遥控手动设定。(2)每当温度降低2,则电风扇风速自动下降一个档位。(3)每当温度升高2,则电风扇风速自动上升一个档位。(4)用户可以设定电风扇最低工作温度，当低于该温度时，电风扇自动停转。二、方案论证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。2.1 系统总体设计数字温度传感器键盘功能输入遥控功能输入AT89C51电机调速输出显示控制输出图1 系统总体结构框图经过详细分析和实现难度对比有以下基本理论依据：2.2传感器部分方案一：采用热敏电阻采用热敏电阻，可满足40摄氏度至90摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测1摄氏度的信号是不适用的。而且在温度测量系统中,采用单片温度传感器,比如AD590,LM35等.但这些芯片输出的都是模拟信号,必须经过A/D转换后才能送给计算机,这样就使得测温装置的结构较复杂.另外,这种测温装置的一根线上只能挂一个传感器,不能进行多点测量.即使能实现，也要用到复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。方案二：采用DS18B20温度传感器采用DS18B20数字温度传感器。DS18B20数字温度传感器芯片是以9位数字量的形式反映器件的温度值。DS18B20数字温度传感器通过一个单线接口发送或接受信息，因此在中央微处理器和DS18B20之间仅需一条连接线（加上地线）。用语读写和温度转换的电源可以从数据线本身获得，无需外部电源。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。 综合考虑，选择方案DS18B20进行温度测量。 2.3主控制部分方案一：采用SPCE061A单片机采用凌阳16位的SPCE061A单片机，处理速度较慢，内置2K SRAM，32K FLASH，要实现稍大的存储量 受到限制，而如果扩展大量的外围电路的话，则降低了系统的可靠性，消耗了大量的CPU资源。 方案二：采用AT89C51单片机AT89C51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128 bytes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。AT89C51单片机可灵活应用于各种控制领域。综合考虑，选择AT89C51单片机作为主控制器。2.4调速方式的选择方案一：采用PWM控制PWM是利用数字输出对模拟电路进行控制的一种有效技术，尤其是在对电机的转速控制方面，可大大节省能量。但前期投入大。方案二：采用可控硅控制实际中通过控制双向可控硅的导通角，使输出端电压发生改变，从而使施加在电风扇的输入电压发生改变，以调节风扇的转速，实现各档位风速的无级调速。从本设计要求综合考虑实际中选择方案二。2.5温度控制模块设计方案一：采用红外遥控器+红外遥控解码：红外遥控器的使用大大方便了用户，使他们可以在一定范围内实现对本系统的远程控制，符合当代人的生活习惯，而且红外遥控器的技术已经相当成熟，使用也比较方便。方案二：用键盘：假如使用键盘，用户就只能走进本控制系统去控制该系统已完成自己想要的操作。此方案设计与制作比较简单，且能完全完成既定功能。综合各方面因素，采选用方案二。2.6显示电路的设计方案一：LCD1602液晶屏：LCD1602液晶屏是16*2的字符型液晶，可以显示英文26个字母的大小写，阿拉伯数字09，及一些简单的符号。该液晶屏操作简单，显示功能强大。方案二：数码管：虽然数码管的显示位数有限，且只能显示一些简单的字符。但是在本课程设计中，所需要的数码管不多，少量数码管即可符合设计要求，估可采用。方案三：LCD12864液晶屏：该液晶屏是比LCD1602液晶屏更先进的液晶，可以显示图片信息，同样可以完成本设计系统的需要。但是该液晶屏相对比较贵。综上所述，我们选择了数码管作为显示模块。综上所述的论证，通过焊接、接线、编程等工作就可以制作智能调速风扇。3 硬件设计3.1 系统的原理方框图本系统由集成温度传感器、单片机、LED数码管、发光二极管、直流电机及一些其他外围器件组成。使用具有价廉易购的AT89C51单片机编程控制，通过修改程序可方便实现系统升级。系统的框图结构如下： 人工控制单片机AT89C51数码管显示温度双向可控硅调速机制被控对象（风扇）温度传感器DS18B20图2 系统原理框图3. 2 元器件选型经过案例分析选择以下元器件并给出其基本原理3.2.1 DS18B20数字温度传感器DS18B20数字温度传感器采集现场温度，将测量到的数据送入AT89C51单片机的P3.3口，经过单片机处理后显示当前温度值，并与设定温度值的上下限值作比较，若高于设定上限值或低于设定下限值则控制电机转速进行自动调整。-图3 DS18B20温度计原理3.2.2 AT89C51的引脚功能VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出
