1、 ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 专 科 毕 业 论 文 基于 AT89S52 的智能 电 风扇 控制系统 设计 The Control System Design of Intelligent Fan Based on AT89S52 院 系 名 称： 电子信息与电气工程学院 专 业 班 级： 08 电气自动化 1班 学 生 姓 名： 李占伟 学 号 : 200802070055 同 组 成 员 ： 江经坤、史 宣 指导教师姓名： 卢春华 指导教师职称： 讲 师 2011 年 5 月 I 目 录 摘 要 . I Abstract . II 引 言 . III 第
2、一章 系统方案设计 . 1 第二章 硬件设计 . 5 2.1 控制模块 . 5 2.1.1 AT89S52 概述 . 5 2.1.2 单片机最小系统设计 . 7 2.2 温度检测反馈模块 . 8 2.2.1 DS18B20 基础知识 . 8 2.2.2 温度检测电路的设计 . 11 2.3 人体检测模块 . 11 2.3.1 热释电红外传感器原理 . 11 2.3.2 人体检测电路的设计 . 12 2.4 电风扇 测速模块 . 13 2.4.1 霍尔传感器简述 . 13 2.4.2 电风扇测速电路的设计 . 13 2.5 电风扇调速模块 . 14 2.5.1 电风扇调速原理 . 14 2.5.
3、2 电风扇调速电路的设计 . 15 2.6 显示模块 . 15 2.6.1 数码管显示原理 . 15 2.6.2 显示电路设计 . 17 II 2.7 键盘模块 . 18 2.7.1 键盘的工作原理 . 18 2.7.2 独立式键盘的设计 . 18 2.8 计时模块 . 19 2.8.1 AT89S52 的内部定时器 /计数器 . 19 2.8.2 继电器控制电路的设计 . 20 2.9 状态标志模块 . 20 2.9.1 电源指示 . 20 2.9.2 电风扇启动提示 . 21 第三章 软件设计 . 22 3.1 温度检测子程序 . 22 3.1.1 程序流程图 . 22 3.1.2 子程序
4、设计 . 22 3.2 调速、测速子程序 . 25 3.2.1 程序流程图 . 25 3.2.2 子程序设计 . 25 3.3 显示子程序 . 29 3.3.1 程序流程图 . 29 3.3.2 子程序设计 . 29 3.4 定时子程序 . 31 3.4.1 程序流程图 . 31 3.4.2 子程序设计 . 32 第四章 系统测试 . 36 4.1 测试系统的组成 . 36 4.2 测试步骤与方法 . 36 III 4.2.1 单片机最小系统 . 36 4.2.2 温度检测模块 . 36 4.2.3 人体检测模块 . 36 4.2.4 电风扇测速模块 . 36 4.2.5 电风扇调速模块 .
5、37 4.2.6 定时模块 . 37 4.3 整体测试 . 37 结 论 . 38 致 谢 . 39 参考文献 . 40 附 录 . 41 附录 A 元件清单 . 41 附录 B 系统原理图 . 43 附录 C 系统 PCB 图 . 44 附录 D 实物图 . 45 附录 E 源程序 . 46 I 基于 AT89S52 的智能 电 风扇 控制系统 设计 摘 要： 本系统设计以 AT89S52 单片机为核心、通过温度传感器和热释电红外传感器实时采集环境信息、建立控制系统， 实现当室温达到设定开启风扇的温度并且人出现在热释电 红外传感器可测范围时，电风扇自动开启 、以初始风力运行 ， 当温度变化时
6、由系统控制双向可控硅实现智能调速； 人离开 一段时间 后 则会 自动关闭 电风扇 ；当室温 低 于 设定 温度时，即使人在热释电传感器可 测范围内，电风扇也处于关闭状态。 关键词： 温度传感器 热释电红外传感器 双向可控硅 II The Control System Design of Intelligent Fan Based on AT89S52 Abstract： This system design with AT89S52 SCM as core, through the temperature sensor and pyroelectric infrared sensor real
7、-time data acquisition environment information, establishing control system, realize when room-temperature reach a set of temperature and open fan man appeared in pyroelectric infrared sensor measurable range, electric fan automatic open, with initial wind run, When temperature changes by system con
8、trol bidirectional thyristor intelligent speed ； People to leave a period of time after will shut down automatically electric fan, When the room temperature below the set temperature, even when people in pyroelectric sensor measurable range, electric fan is closed. Key words： Temperature sensor； Pyr
9、oelectric infrared sensor； Bidirectional thyristor III 引 言 电风扇曾一度被认为是空调产品冲击下的淘汰品，其实并非如此，市场人士称，家用电风扇并没有随着空调的普及而淡出市场，近两年反而出现了市场销售复苏的态势。其主要原因：一是电风扇和空调的降温效果不同 空调有强大的制冷功能，可以快速有效地降低环境温度，但电风扇的风更温和，更加适合老人儿童和体质较弱的人使用；二是电风扇价格低廉且相对省电，低碳环保，安装和使用都非常简单。 尽管电风扇有其市场 优势，但传统电风扇还是有许多地方应当进行改良的，最突出的缺点是它不能根据温度的变化 实时适量 调节风
10、力大小，对于夜间温差 较 大的地区，人们在夏夜使用电风扇时可能 会 遇到这样的问题：当凌晨降温的时候电风扇依然在工作，可是人们因为熟睡而无法察觉， 既浪费资源又容易引起感冒，传统的机械定时 虽然能够控制电 风扇在工作一定后关闭，但定时范围有限，且无法对温度变化灵活处理；或者白天人们因事离开后而忘记关闭电风扇，长时间的工作很容易损坏电器甚至引发火灾。 鉴于以上 诸多 方面的考虑，我们需要设计一种 实用的 智能电风扇控制系统来解决 和改善 这 些问题。 本系统设计以单片机为核心、通过温度传感器和热释电红外传感器实时采集环境信息、建立控制系统， 实现当室温达到设定开启风扇的温度并且人出现在热释电 红
11、外 传感器可测范围时，电风扇自动开启 、以初始风力运行 ， 当温度变化时由系统控制双向可控硅实现智能调速； 人离开 一段时间 后 则会 自动关闭 电风扇 ； 人离开 一段时间 后 则 自动关闭 电风扇 ；当室温 低 于 设定 温度时，即使人在热释电传感器可测范围内，电风扇也处于关闭状态。 1 第一章 系统 方案 设计 图 1-1系统组成框图 1. 控制模块 方案一：单片机控制系统。以 ATMEL 公司生产的 AT89S52 单片机为核心的最小系统，配有稳压电源、复位电路、蜂鸣器、温度传感器、热释电红外传感器、霍尔传感器、显示模块、风扇调速模块等外围模块。 方案二： FPGA 最小系统。采用一块
12、 Xinlinx 公司生产的 Spartan-3 系列的XC3S200-4PQ208 芯片，配有稳压电源、蜂鸣器、复位电路、温度传感器、热释电红外传感器、霍尔传感器、显示模块等外围模块。 根据题目要求，控制器主要用于各个传感器信号的接收和辨认、定时功能 、 显示以及各部分功能的时序 分配等，综合比较实现的控制功能的简易性与可行性，同时考虑到单片机与 FPGA 系统的性价比，最后选择 AT89S52 单片机为核心的最小系统作为 本设计 控制系统。 2. 温度检测反馈模块 方案一： 选用 LM324A 运算放大器，将其设计成比例控制调节器，输出电压与热敏电阻温度检测与反馈模块 人体检测模块 控制模
13、块 电风扇 测速 模块 显示模块 键盘模块 计时模块 状态标志模块 电风扇调速模块 2 的阻值成正比， 再用 A/D 转换器将模拟信号转换为数字信号。 但这种方案 电路复杂、成本较高，且 需要多次检测后方可使采样精确，过于烦琐。 方案二：采用 DALLAS 公司生产的单总线数字温度传感器 DS18B20，其直接输出数字式温度信息，方便、抗干扰性强， 独特的单 线接口方式， 使其 在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。 测量温度范围为 -55 +125 ，在 -10+85 范围内，精度为 0 5 。 综合各方面考虑，本系统采用 采用更为优秀的 DS18B
14、20 数字温度传感器，降低了 成本和 电路的复杂程度，提高了电路的运行质量。 3. 人体检测模块 为使电风扇更具人性化、智能化，遂采用热释电红外传感器，循环扫描采集人体红外信息，以 实现当室温达到设定开启风扇的温度并且人出现在热释电 红外 传感器可测范围时，电风扇自动开启 ，当人离开可测范围一段时间后 关闭电风扇。 4. 电 风扇测速模块 方案一：采用霍尔转速传感器 A3144E。 方案二：采用电磁感应式无缘传感器。 霍尔转速传感器在稳定性、抗干扰能力、测量频率范围等方面都优于电磁感应式无源传感器，且其安装简单，实用方便，故本系统采用方案一。 5. 电风扇调速模块 方案一：抽头法。抽头调速的电
15、动机有主绕组、中间绕组、和副绕组三种线圈，根据中间绕组的接线位置不同分为 L型、 T 型和 H型。台扇、壁扇、落地扇多采用抽头法。然而随着原材料价格的波动，造成风扇电机的绕组匝数不足，影响了低档位绕组的每伏匝数，导致调速比达不 到标准要求。 方案二：电抗器法。通过串入不同感抗值的电抗器从而改变绕组每伏匝数来调速，特点是各档速度调节容易，绕线简单，维修方便，但是却不能随心所欲的调速。 方案三：电容法。通过改变加在副绕组的电压相角关系间接改变副绕组的电压实现控制电机绕组产生转矩的大小达到调速目的，其中主绕组时恒压，副绕组是变量。电容调速成本较低电磁噪声小，但是用寿命短且低档难启动吧， 3 方案四：
16、电子调速。利用可控硅的半导体原理，通过改变加到双向可控硅控制极触发脉冲的占空比来控制双向可控硅的导通时间，进而实现可能告知电机绕组的产生转 矩的时间，来控制、改变风扇转速的。其风速的大小不受限制、无档次，可实现无级调速。 比较分析，方案四的无级调速更适合本系统的智能温控电风扇设计，故采用此方案。 6. 显示模块 在系统工作过程中，需要对 定时 时间 和当前环境信息 进行显示， 有如下 两种显示方案 ： 方案一：使用液晶显示屏显示时间和 当前环境信息 。液晶显示屏（ LCD1602）具有轻薄，短小，耗电量低，无辐射危险，平面直角显示及影像稳定不闪烁， 可视 面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能
17、力强等特点。 方案二：使用传统的数码管显示。数码管具有低能耗、低损耗、低压 、长寿命、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温的特点；对外界环境要求低，易于维护，同时其精度比较高，测量快，精确可靠，操作简单。数码管采用 BCD编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少。 综合考虑，由于液晶显示可视距离太近，故 本设计 方案二 实现显示功能。 7. 键盘模块 方案一： 采用 4*4 矩阵键盘。 方案二：采用独立式键盘。 由于设计中用到的按键数目不多，所以可以直接用 AT89S52 的通用 I/O端口 P1口作为键盘接口。按键只需一端 经限流电阻接至 +5V、 另一端接 P1口即可 ，电路简单且易于编程 。故系统采用方 案二。 8. 定 时模块 本系统在需要时会对电风扇进行定时运行，有以下定时方案： 方案一：采用 DALLAS 公司生产的 DS1302 时钟芯片。芯片内含有一个实时时钟 /日历和31字节静态 RAM，采用同步串行通信，仅需用到三个口线： RES(复位 )、 I/O（数据）、 SCLK（串行时钟），可提供秒、分、时、日、月、年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整。
