大学生科技创新实验结题报告

1、1、项目简介在现代的生活和生产中，电风扇被广泛的使用，发挥着举足轻重的作用，如夏天人们使用的散热风扇、工业生产中大型机械中的散热风扇以及现在笔记本电脑上广泛使用的智能CPU风扇等。而随着温度控制技术的发展，为了降低风扇运转时的噪音以及节省能源等，温度控制风扇越来越受到重视并被广泛的应用。在先阶段，温控风扇的设计已经有了一定的成效，可以使风扇根据环境温度的变化进行自动无极调速，当环境温度升高到到一定时能自动启动风扇，并随着环境温度的升高自动加快风扇的转速，当环境温度降到一定时能自动停止风扇的转动，实现智能控控。当人离开时，有可能存在忘记关风扇，而造成资源的浪费。因此，我们想让智能风扇实现可以感知人体，可以受手机控制，并且可以感知温度和湿度的功能。2、立项背景生活中，我们经常会使用一些与温度有关的设备。比如，现在虽然不少城市家庭用上了空调，但在占大部分人口的农村地区依旧使用电风扇作为降温防暑设备，白天温度依旧很高，电风扇应高转速、大风量，使人感到清凉；到了晚上，气温降低，当人入睡后，应该逐步减小转速，以免使人感冒。虽然电风扇都有调节不同档位的功能，但必须要人手动换档，入睡后就无能为力了，而

2、普遍采用的定时器关闭的做法，一方面是定时时间长短有限制，一般是一两个小时；另一方面可能在一两个小时后气温依旧没有降低很多，而风扇就关闭了，使人在睡梦中热醒而不得不起床重新打开风扇，增加定时器时间，非常麻烦，不能两全其美。为解决上述问题，我们设计了这套温控自动风扇系统。本系统采用高精度集成温度传感器，用单片机控制，能显示实时温度，并根据使用者设定的温度自动在相应温度时作出小风、大风、停机动作，精确度高，动作准确。电风扇的自动控制，让电风扇这一家用电器更加智能化。克服了普通电风扇无法根据外界环境温度自动调节转速的困难，因此，智能电风扇的设计具有重要的现实意义。随着单片机在各个领域的广泛应用，许多用单片机作控制的温度控制系统也应运而生，如基于单片机的温控风扇系统。它使风扇根据环境温度的变化实现自动启停，使风扇转速随着环境温度的变化而变化，实现了风扇的智能控制。它的设计为现代社会人们的生活以及生产带来了诸多便利，在提高人们的生活质量、生产效率的同时还能节省风扇运转所需的能量。3项目方案本设计的整体思路是：采用AT89C52作为控制器。第一，利用温度传感器DS18B20作为温度采集原件，检测环境

3、温度并直接输出数字温度信号给单片机进行处理。在LCD1602液晶显示屏幕上显示当前环境温度值以及预设温度值。其中预设温度值和检测到的当前环境温度为整数值。可以通过按键改变预设温度值，设置不同档位的温度的上下限。根据当前温度所在的档位，采用PWM脉宽调制方式来改变直流风扇电机的转速。此外，引入蜂鸣器实现高温度预警功能。第二，利用湿度传感器DTH11采集环境湿度，以便于人们调节环境湿度达到适宜的环境湿度。第三，红外热释电传感器模块可以通过人的有无来决定风扇的转动和停止。第四，利用蓝牙模块与手机通信，使得风扇的启动和档位可以通过手机调节。整体系统模型如下：（图一 系统模型）3.1温度传感器的选用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。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.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。我们加入了蜂鸣器，超过一定温度，蜂鸣器就报警，实现

4、实时检测特殊状况的功能。3.2主控芯片的选择采用单片机作为控制核心。以软件编程的方法实现整体功能。AT89C51是一款十分流行的控制芯片，价格便宜，性能稳定，它有大量的输出端口，并且有定时器中断，串口中断等等强大的功能，非常适合作为我们整体系统的主控模块。我们通过编写程序不但能将传感器感测到的温度通过LCD液晶显示屏显示出来，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。由红外模块和手动设置可以同时控制风扇的启停。还可以通过与手机之间的蓝牙通信来控制风扇的档位和转速。程序框图如下： （图二 程序框图）按键扫描，为了实现温度阈值的设定，我们设置了三个按键，按键一为功能选择按键，按下一次为上限温度调节，按下两次是下限温度调节，按下三次是保存设置，按键二为加一，每按下一次温度设定值增加一，按键二为减一，每按下一次减一。（图三 按键扫描框图）3.3 LCD液晶显示屏LCD1602是一种工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。LCD1602液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域

5、进行控制，即可以显示出图形。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。LCD液晶显示器，具备显示器件具有体积小、重量轻、功耗低，性价比高等优点，成为各种便携式电子产品的理想显示器。我们选用此模块作为温度和湿度，档位等信息显示模块。LCD1602一共有16个引脚，其中8个引脚作为数据端口，三个引脚是使能和命令控制引脚，其他引脚是供电与背光设置。根据芯片的数据手册，我们可以了解到LCD1602的工作原理，可以通过命令控制引脚来控制向LCD1602发送命令还是数据，通过发送命令可以设置数据显示的位置和格式。发送数据会被直接显示在预先设置好的位置。3.4调速方式由于单片机的引脚电流太小，我们通过三极管放大电路来驱动风扇，然后有单片机的引脚控制风扇的关和停，通过PWM控制风扇的转速。由于51单片机本身并没有集成PWM输出模块，所以我们通过定时器中断来实现PWM，我们将定时器设置为5ms中断一次，以20次中断为一个周期，调节控制电机转动引脚输出占空比来实现电机转速的调节。单片机根据档位，由单片机通过P1.7口输出与转速相应的PWM脉冲，经过驱动风扇直流电机控制电路，实现电机转速与启停

6、的自动控制。当环境温度升高时，档位升高，直流电机的转速会相应按照设定的等级有所提高；当环境温度下降时，档位降低，电机的转速会相应的下降；当环境温度低于设置温度时，电机停止转动，而环境温度又高于预设温度时，电机重新启动。3.5湿度传感器DHT11DHT11/12数字式温湿度传感器是含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此DTH11具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11/12传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。DHT11 器件采用简化的单总线通信。单总线即只有一根数据线，系统中的数据交换、控制均由单总线完成。单总线通常要求外接一个约 5.1k 的上拉电阻，这样，当总线闲置时，其状态为高电平。由于它们是主从结极，只有主机呼叫从机时，从机才能应答，因此主机访问器件都必须严格遵循单总线序列，如果出现序列混乱，器件将不响应主机。由于采用单线传输，Dth11模块需要极为严格的时序控制。通

7、过阅读DHT11模块的芯片手册，我们编写了相关程序，并调试成功。3.6热释红外电传感器针对现有风扇所导致的浪费，能量利用率低的问题，在现存风扇调查研究的基础上，设计一款人体追踪节能风扇，通过采用红外热释电传感器实现人体追踪，达到风扇面向人体工作的功能，从而有效实现节能减排的目的。热释电红外传感器在结构上引入场效应管，其目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用，因而需要用电阻将其转换为电压形式。故引入的N沟道结型场效应管应接成共漏形式来完成阻抗变换。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。3.7蓝牙模块HC05为了更加方便的使用我们的设备，我们可以设计了手机APP，通过蓝牙模块传输数据给单片机，单片机通过接受到的信息，来可以控制风扇的档位转速，调节各个档位的温度分界。蓝牙HC05是主从一体的蓝牙串口模块，简单的说，当蓝牙设备与蓝牙设备配对连接成功后，我们可以忽视蓝牙内部的通信协议，直接将将蓝牙当做串口用。非常的方便便捷，当建

8、立连接，两设备共同使用一通道也就是同一个串口，一个设备发送数据到通道中，另外一个设备便可以接收通道中的数据。4、项目实施的进展情况及初步取得的成果（这块要加，我们通过巴拉巴拉，实现了巴拉巴拉。）图四 Proteus原理图绘制（图七 硬件电路部分展示）5、特色与创新本次设计的系统以单片机为控制核心，以温度传感器DS18B20检测环境温度，实现了根据环境温度变化调节不同的风扇电机转速，LCD液晶显示屏能连续稳定的显示环境温度和档位以及环境的湿度，并能通过三个独立按键调节不同的设置温度，从而改变环境温度与设置温度的差值，进而改变电机转速。实现了基于单片机的温控风扇的设计。蜂鸣器可以感知最高温度，防止温度过高引起特殊事故的发生。我们增加了湿度传感器模块，实时检测房间中的温度，便于人们能够采取相应的措施来维持房间中的湿度的稳定和适宜。增加了蓝牙模块，可以通过手机APP来控制风扇的起停，转速，实现远距离控制，防止了人们不必要的麻烦，方便了控制流程。本系统设计可推广到各种电动机的控制系统中，实现电动机的转速调节。在生产生活中，本系统可用于简单的日常风扇的智能控制，为生活带来便利；在工业生产中，可以改

9、变不同的输入信号，实现对不同信号输入控制电机的转速，进而实现生产自动化，如在电力系统中可以根据不同的负荷达到不同的电压信号，再由电压信号调节不同的发电机转速，进而调节发电量，实现电力系统的自动化调节。综上所述，该系统的设计和研究在社会生产和生活中具有重要地位。6、项目实施过程中的收获与体会（1）大学主要是学习基础理论知识，并未真正地去应用和实践。但是经过设计，接触到了更多平时没有接触到的仪器设备、元器件以及相关的使用调试经验，发现了自己很多不足之处。我还体会到了所学理论知识的重要性（2）从理论设计和工程实践相结合、巩固基础知识与培养创新意识相结合、个人作用和集体协作相结合等多方面得到提高。（3）学会了怎样查阅资料和利用工具书。一个人不可能什么都学过，什么都懂，因此，当在设计过程中需要用一些不曾学过的东西时，就要去有针对性地查找资料，然后加以吸收利用，以提高自己的应用能力，而且还能增长自己见识，补充最新的专业知识。（4）实践能力得到了进一步提高，在调试过程中积累了一些经验。7、经费使用情况（共计402元）项目钱数项目钱数项目钱数7*9万用板 5元3p排针 1元湿度传感器DTH11 25元7015风扇 10元按键*4 14元 蜂鸣器3元STC89C51单片机 70元DC电源接口 10元 面包板 6元40脚IC座 2元自锁开关 15元 红外热释模块 5元0.56四位一体共阳数码管2元导线若干 10元 HC-05蓝牙模块

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