1、 本科毕业设计 （ 20 届） 智能电风扇控制系统的设计 所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 1 - 摘 要 本设计中的智能电风扇控制系统，是指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，再通过双向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力大小的效果。 本设计以 AT89C51 单片机为核心，采用 DS18B20 温度传感器，对环境温度进行数据采集，以此来调节风俗实现对电风扇的智能控制，从而建立一个控制系统，使电风扇随温度的变化而自动变换档位，实现“温度高，风力大，温度低，风力弱”的性能。最后通过仿
2、真软件进行最终的仿真。本设计具有完整的定时功能，有显示温度的功能，风速选择等各种功能。 关键词： AT89C51 单片机 ；温度测量；智能电风扇 - 2 - Abstract The design of the intelligent fan control system, refers to the fan motor speed control, as was the amount collected by the microcontroller of the digital temperature signal, then through the fan motor speed. To
3、achieve without artificial control will automatically adjust the size of the effect of the wind. The design AT89C51 microcontroller as the core the use of DS18B20 temperature sensor data collection on the ambient in order to adjust the fan speed to achieve the intelligent control, in order to establ
4、ish a control system that allows fans of the changes with the temperature automatically change Stalls, and “high temperature, wind, low temperature, the wind is weak” performance. Then use simulation software for system simulation. The design features a full time, showing the function of temperature
5、, wind speed and other features selected. The paper also records and put together the design, debugging and simulation problems arising in the process, give their own analysis for reference. Key Words: AT89C51 microcontroller; temperature measurement; smart fan; - 3 - 目 录 1 引言 . 1 1.1 智能电风扇控制系统的概述 .
6、 1 1.2 设计任务及主要内容 . 1 2 系统主要硬件设计 . 2 2.1 AT89C51 单片机的简介 . 2 2.2 数字温度传感器 设计 . 3 2.3 电机调速与控制模块的设计 . 5 2.3.1 电机调速原理 . 5 2.3.2 电机控制模块设计 . 6 2.4 温度显示与控制模块的设计 . 7 2.5 红外遥控装置的设计 . 8 3 软件设计 . 11 3.1 数字温度传感器模块程序设计 . 11 3.2 电机调速与控制模块程序流程 . 12 3.3 红外线发射及接收模块程序流程 . 13 4 结论 . 17 致 谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 18 附录 1 程序
7、清单 . 19 附录 2 毕业设计作品说明书 . 24 - 1 - 1 引言 目前在市场上流通的电风扇种类虽然很多，但是它们的造型却是千篇一律，缺少新意。在颜色和材料上，也没有太多创新。虽然有些卡通外形的电风扇看起来确实漂亮，色彩也很丰富，但是我们会发现它总是缺少一定的文化性，随着人们受教育程度的提高，产品所蕴涵的文化理念是相当重要的。对于电风扇产品来说，如果它既具有较好的使用功能，又具有较优 雅的外观造型，同时又蕴藏一种较深的文化内涵，那它一定是最受欢迎的。从功能上看，目前大多数电风扇的功能都比较单一，不能实现“一专多能”，这样往往会导致某些材料和空间的浪费。如果电风扇上再安装其它功能，这样
8、便实现了多功能化，既方便使用，又节约了能源，将会带来很大的收益。随着现今科技的不断发展进步，电风扇的发展也迎来了新的挑战。现今的遥控电风扇不单单只具备遥控功能，还包含了其他的高科技元素，例如负离子、全遥控、末端电记忆、数码无级调速等等功能。未来电风扇，在成本允许的条件下，可以将更好、更新的技术应用到其中，不断 提高他的服务功能和智能化水平，令人民的生活水平进一步提高 3。 1.1 智能电风扇控制系统的概述 在我们的印象中，传统电风扇是 220V 交流电供电，电机转速可以分为几个档位，通过人为调整电机转速达到改变风力大小的目的，所以说，每次转速的改变，必然有人为的参与操作，这样对人们造成了不便。
9、 然而本设计中的智能电风扇控制系统，是指将电风扇的电机转速作为被控制量，然后由单片机分析采集到的数字温度信号，再通过双向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力大小的效果。 1.2 设计任务及主要内容 本设计 以 AT89C51 单片机为核心，采用 DS18B20 温度传感器，对环境温度进行数据采集，以此来调节风速实现对电风扇的智能控制，从而建立一个控制系统，使电风扇随温度的变化而自动变换档位，从而达到“温度高，风力大，温度低，风力弱”的性能。 - 2 - 2 系统硬件设计 系统总体设计框图如图 2-1所示 单片机系统采用 AT89C51作为微处理器系统。由键盘改变温度的
10、上下限，然后由温度传感模块采集温度并发送温度至单片机系统。当温度大于温度上限，增加电机转速，当温度小于温度下限，减 小转速，每一个档位都可以设置温度值。输入可以用红外遥控控制。 2.1 AT89C51单片机的简介 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（ FPEROM Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8 位微处理器，俗称单片机。 AT89C2051 是一种带 2K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。该器件采用 ATMEL 高密
11、度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51指令集 和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中， ATMEL的 AT89C51 是一种高效微控制器， AT89C2051 是它的一种精简版本。 AT89C51 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列- 3 - 如 下 图 2-1 所示 : 图 2-1 AT89C51 引脚图 2.2 数字温度传感器设计 本模块以 DS18B20 作为温度传感器， AT89C51 作为处理器，配以温度显示作为温度控制输出单元。温度传感器采用 DS18B20 数字传感器。 DS18B20 数
12、字传感器是以 9 位数字量的形式反映器 件的温度值。 DS18B20 数字传感器通过一个单线接口发送或接收信息，因此在中央处理器和 DS18B20 之间仅需一条连接线。用于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。 DS18B20 数字传感器满足了设计的要求。 系统工作原理如下： - 4 - DS18B20 进行现场温度测量，将测量数据送入 AT89C51 单片机 的 P3.7 口，经过单片机处理后显示温度值，并与设定温度值的上下限值比较，若高于设定上限值或低于设定下限值则控制电机转速 进行调整。
13、 DS18B20 与单片机的连接图如图 2-2所示 : GNDDQVCCJ11 8 B 2 0E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D11R X
14、 D10U18 9 c 5 1C2C A PC1C A PY1C R Y S T A LV C C图 2-2 DS18B20 与单片机的连接图 DS18B20 直接将测量温度值转化为数字量提交给单片机，工作时必须严格遵守单总线器件的工作时序。 高速暂存存储器由 9 个字节组成，当温度转换命令发布后，经转换所得的温度值以二个字节补码形式存放在高速暂存存储器的第 0 和第 1 个字节。单片机通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格 式如表 2-1所示 。对应的温度计算：当符号位 S=0 时，直接将二进制位转换为十进制；当 S=1 时，先将补码变为原码，再计算十 进制值。 - 5 -
15、 表 2-1 部分温度值与 DS18B20 输出的数字量对照表 2.3 电机调速与控制模块的设计 电机调速是整个控制系统中的另一个重要的方面。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。 2.3.1 电机调速原理 可控硅的导通条件如下： 1）阳 -阴极间加正向电压； 2）控制极 -阴极间加正向触发电压； 温度值 / 数字输出（二进制） 数字输出（十六进制） +85 0000 0101 0101 0000 0550H +25.625 0000 0001 1001 0001 0191H +10.125 000
16、0 0000 1010 0010 00A2H +0.5 0000 0000 0000 1000 0008H 0 0000 0000 0000 0000 0000H -0.5 1111 1111 1111 1000 FFF8H -10.125 1111 1111 0110 1110 FF5EH -25.625 1111 1111 0110 1111 FF6FH -55 1111 1100 1001 0000 FC90H - 6 - 3）阳极电流 IA 大于可控硅的最小维持电流 IH。 电风扇的风速设为从高到低 5、 4、 3、 2、 1档，各档风速都有一个限定值。在额定电压、额定功率下，以最高转
17、速运转时，要求风叶最大圆周上的线速度不大于 2150m/min。且线速度可由下列公式求得 V= Dn 103 式中， V为扇叶最 大圆周上的线速度 (m/min),D 为扇中的最大顶端扫出圆的直径 (mm)； n为电风扇的最高转速 (r/min)。 代入数据求得 5n 1555r/min,取 5n =1250r/min.又因为： 调速比 =（最低转速 /最高转速） 100% 70% 取 n1=875 r/min.则可得出五个档位的转速值： 5n =1250r/min 4n =1150r/min 3n =1063r/min 2n =980r/min 1n =875r/min 又由于负载上电压的有效值 其中， u1 为输入交流电压的有效值，为控制角。解得： 5=0 t=0ms 4=23.5 t=1.70ms 3=46.5 t=2.58ms 2=61.5 t=3.43ms 1=76.5 t=4.30ms 以上计算出的是控制角和触发时间，当检测到过零点时，按照所求得的触发时间延时发脉冲，便可实现预期转速。 2.3.2 电机控制模块设计 电路中采用了过零双向可控硅型光耦 MOC3041,集光电隔离、过零检 测、过零触发等功能于一身 ,避免了输入输出通道同时控制双向可控硅触发的缺陷 , 简01 s i n 2()2uu
