1、基于 51 单片机智能风扇控制系统的设计与实现摘要：随着气温的逐渐上升，风扇的需求量也逐渐扩大。传统风扇不能根据外界温度的变化对风扇转速快慢进行调整，也不能对风扇的开关与否进行自动控制，这将会损耗大量的电力资源。针对这些问题，开发设计了智能风扇控制系统。该系统以 STC89C51RC 单片机最小系统为核心，利用 DS18B20 温度采集模块，LCD 1602 显示屏、 L298N 电机驱动模块、HC-SR501 人体感应模块、舵机控制模块、ESP8266 WIFI 控制模块组成智能风扇控制系统。当有人进入室内 , HC-SR501 人体感应模块会监测到有人出现,同时 DS18B20 温度采集模
2、块将采集到的温度与系统开始设置的阈值做比较,并将采集到的温度数据显示在 LCD 16 -02 显示屏上。当室温高于所设置的温度且有人存在的情况下,风扇将会自动吹风；当温度低于所设置的温度时风扇仍保持关闭状态。该系统采取了三种工作方式，第一种工作方式为按键控制，从左至右按键功能依次为摇摆、红外、定温、定时。第二种工作方式为红外遥控器控制，在遥控器上按下相应的功能按键，即可控制风扇。第三种工作方式为手机终端 APP 控制，通过手机客户端实现风扇的自动启动和停止，旋转方向，改变风扇的转速等。 关键词：STC89C51RC 单片机；智能风扇；人体感应；keil Uvision； IIntelligen
3、t Fan Control System Based on 51 Single Chip Design and ImplementationAbstract: With the gradual rise in temperature, the demand for fans has gradually expanded. However, the traditional fan can not adjust the speed of the fan according to the change of the outside temperature, and can not control t
4、he fan switch automatically. In response to this problem, we will develop intelligent control system of the fan.The system is based on the minimum system of the STC89C51RC MCU.The intelligent fan control system is composed of DS18B20 temperature acquisition module, LCD 1602 display, L298N motor driv
5、e module, HC-SR501 human body induction module, steering control module and ESP8266 WIFI control module. When the person enters the room, the human body infrared sensor module will detect people, while the DS18B20 temperature acquisition module will collect the temperature and the system begins to s
6、et the threshold to compare, and the collected temperature data is displayed on the LCD 1602 display. When the room temperature is higher than the set temperature and someone exists, the fan will automatically blow; when the temperature is lower than the set temperature ,the fan will still turn off
7、. The system takes three kinds of work, the first work for the key control, from left to right button function in order of swing, infrared, fixed temperature and timing. The second mode of operation for the infrared remote control, press the corresponding function button on the remote control, you c
8、an control the fan. The third type of work for the mobile terminal APP control, through the mobile client to achieve automatic fan start and stop, rotation direction, change the fan speed and so on.Key words: STC89C51RC Single-Chip; Intelligent Fan; Human Infrared Sensor Module; Keil Uvision ; 目 录一、
9、论文(设计)正文.11 绪论 .11.1 系统开发的背景 .11.2 系统开发的目的和意义 .11.3 国内外研究现状 .21.3.1 国内研究现状 .21.3.2 国外研究现状 .21.4 主要研究内容 .32 系统分析 .42.1 可行性分析 .42.2 系统需求分析 .52.2.1 功能需求分析 .52.2.2 性能需求分析 .62.2.3 系统实现方式 .73 系统硬件设计 .93.1 系统概述 .93.2 单片机最小系统电路 .93.2.1 STC89C51RC 单片机简介 .93.2.2 STC89C51RC 单片机常用寄存器 .103.3 LCD 1602 显示屏模块 .113.
10、4 DS18B20 温度传感器模块 .123.4.1 DS18B20 温度传感器的特性 .123.4.2 DS18B20 温度传感器的电路实现 .133.5 红外遥控模块 .133.6 HC-SR501 人体感应模块 .143.6.1 HC-SR501 人体感应模块工作原理 .143.6.2 HC-SR501 人体感应模块特性 .143.6.3 HC-SR501 人体感应模块的电路实现 .153.7 舵机控制模块 .153.7.1 舵机的特性 .163.7.2 舵机控制模块工作原理 .163.8 ESP8266 WIFI 控制模块 .173.8.1 ESP8266 WIFI 控制模块特性 .1
11、83.8.2 ESP8266 WIFI 控制模块 AT 指令 .183.9 系统其它电路 .213.9.1 复位电路 .213.9.2 晶振电路 .223.9.3 开关电路 .223.9.4 按键电路 .223.9.5 DS1302 时钟芯片电路 .233.9.6 L298N 电机驱动电路 .244 系统软件设计 .254.1 程序语言及开发环境 .254.2 主程序 .254.3 LCD 1602 显示屏控制程序 .264.4 DS18B20 温度监测控制程序 .274.5 红外遥控控制程序 .294.6 HC-SR501 人体感应控制程序 .304.7 舵机控制程序 .314.8 ESP8
12、266 WIFI 控制程序 .325 系统功能实现与测试 .345.1 系统显示界面与实物图 .345.2 LCD 1602 显示屏的测试 .345.3 DS18B20 温度传感器的测试 .355.4 红外遥控器的测试 .355.5 HC-SR501 人体感应的测试 .365.6 舵机控制测试 .375.7 ESP8266 WIFI 测试 .386 总结 .39参考文献 .40谢 辞 .41二、附录. 42宝鸡文理学院本科毕业设计开题报告 .42宝鸡文理学院本科毕业设计结题报告 .43宝鸡文理学院本科毕业设计答辩评分表 .44宝鸡文理学院本科毕业设计答辩过程记录 .4501 绪论1.1 系统开
13、发的背景在我国，电风扇是 80 年代开始兴起的一种小型的家用电器，开始时功能单一，而且耗电量大。随着技术的不断更新，功能更加强大，更加趋于人性化。作为一种老式的家电，电风扇具有价格便宜，摆放方便，体积轻巧等特点。由于大部分家庭消费水平的限制，电风扇作为一个成熟的家电行业的一员，尤其在中小城市以及乡村将来一段时间内仍然会占有市场大部分份额。面临庞大的市场需求，提高电风扇的市场竞争力，使之在技术含量上有所提高，是现在面临的主要问题。目前，国内市场虽然上出现了一些机械定时风扇，能够控制风扇在工作一定时间后关闭，但定时范围有限，且无法对温度变化灵活处理。其次，传统风扇不能根据外界温度的变化对风扇转速快
14、慢进行调整，也不能对风扇的开关与否进行自动控制。尤其对于昼夜温差相对较大的地区，在使用风扇时常常会遇到这样的问题：当凌晨气温已经下降，不再需要风扇进行降温。可是，当人们已经熟睡而无法察觉此时需要关闭风扇。这时候，对于一些体质较弱的人就会面临感冒的分险。这样一来，不仅对身体造成一定的影响，同时也浪费了一些不必要的电力资源。针对传统风扇存在的缺陷，开发设计了智能风扇控制系统以解决这些问题。1.2 系统开发的目的和意义 该系统开发的目的在于解决传统风扇耗电量大以及使用当中存在安全隐患，从而提高人们的生活质量，节约电力资源。该系统在传统风扇的基础上开发设计出了一些创新功能。例如，采用温度传感器实现了风
15、扇自动监测室内温度，当监测到的温度大于系统设置阈值时，风扇将开启；当监测到的温度小于系统设置阈值时，风扇将保持关闭状态。采用人体感应模块实现了无人时风扇自动关闭，有人时风扇自动开启。该系统采用按键、红外遥控、手机终端控制三种操作方式，用户可任意选择一种方式进行相应的操作，从而为用户提供了方便、快捷。该智能风扇克服了传统风扇的缺点，具有很好的稳定性，精确的温度控制，1低功耗，低成本等优点。随着我国电子技术的发展，该智能风扇将会走进千千万万普通人的家里，为广大人民带来生活上的便捷。1.3 国内外研究现状1.3.1 国内研究现状随着我国电子行业的不断发展，家用电器已经走进了千千万万普通人的家中。在改
16、革初期，平均 100 个家庭当中或许才有 1 个家庭拥有一两件家用电器。这对于当时的中国家庭来说已经是非常奢侈的消费品 。与现在相比，无论是从风扇的体积规模还是功耗性能方面与现在相比都有着天壤之别。如果将风扇整晚开启，耗费的电量是现在的十几倍。所以，在风扇行业发展的初期，市场还面临着很大的技术缺陷。随着改革的深入，市场经济也逐渐发展起来，风扇行业也开始了技术方面的更新。比如，将以前体积庞大的风扇改装为体积轻巧，外形美观的风扇，在功耗方面也做了很大的技术改良。如今，随着生活水平的上升，人们对风扇的需求不止停留在技术方面，风扇的创新性、节能性、便捷性等也都是人们在选购风扇时考虑的重要因素。同时，轻
17、巧靓丽的外观也是人们追求的一大目标。目前，风扇行业的工业技术也趋于成熟。今后，智能风扇将会完全代替传统的风扇，给人们带来方便、快捷、舒适的生活。1.3.2 国外研究现状国外在风扇行业的研究远远不如我国积极，但是不得不说在智能电器方面的研究早已走在我国前列。智能化电器采用微处理器及可编程器件，具有良好的现场保护和现场恢复功能。智能化电器包含三个方面，智能化的电器元件如智能化断电路、智能化接触器和智能化供配电系统。智能化电器在智能家居领域占据着十分重要的作用。在国外，风扇的自动无极调速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调速。当温度低于正常温度时，风扇将不会工作。当温度高于正常
18、温度时，风扇将自动开始工作。除此之外，国外一些家庭采用家庭智能化系统，已经步入了智能家居时代。通过网络，实现家居的远程遥控等便捷操作。美的公司推出的安全无叶风扇采用智能遥控的方式，可在 8m 的范围内随2意控制 。这款风扇最重要的是采用超静音隔离效果，克服了传统风扇噪音大2的缺点。同时，采用无叶技术也便于清洗，更加安全。智能风扇现也逐渐开始普及，但是在风扇的功能以及性价比方面仍然有着很大的发展空间。相信随着电子技术的发展，智能风扇将会为人们带来意想不到的便利。1.4 主要研究内容该系统以 STC89C51RC 单片机为核心，由温度采集模块，LCD 1602 显示屏、L298N 电机驱动模块、H
19、C-SR501 人体感应模块、舵机控制模块以及ESP8266 WIFI 控制模块构成。通过 DS18B20 温度传感器对环境温度进行数据采集，若采集到的温度值大于系统设置阈值，风扇将开启；若采集到的温度小于系统设置阈值，风扇将关闭。LCD 1602 显示屏主要显示日期，温度等数据。L298N 电机驱动模块主要为风扇的转向提供动力能源。HC-SR501 人体感应模块监测是否有人，若有人并且采集到的温度大于初始温度值，则风扇转动；反之，风扇关闭。舵机控制模块主要功能为控制风扇的转向。ESP8266 WIFI 控制模块用来发出 WIFI 信号，通过手机终端连接相应的 WIFI 信号，实现相应的系统功
20、能。该系统包括如下功能：(a)旋钮调节风速，可控制风扇转向；(b)具有电子表功能，时间可以自行调整，利用电容充电放电，时间可以断电不停，能保持一到两天的时间记录；(c)人体红外感应功能，无人时风扇将保持关闭状态；(d)定时开关功能；(e)具有温控功能，可通过按键等设定最低温度，低于最低温度风扇将保持关闭状态；(f)可通过红外遥控器和手机 APP 无线遥控；(g)USB 线直插使用；32 系统分析2.1 可行性分析传统风扇最大的缺点是不能实时根据外界的温度变化自动调节风扇的转速，开关与否等。该智能风扇的开发将有效解决传统风扇的不足，真正地实现风扇的运行情况受外界环境的控制。从而实现了低功耗，高性
21、能的智能风扇，既节省了大量的电力资源，又减少了不必要的人力消耗。该智能风扇适用于所有家庭，尤其针对老人小孩设计的当室内温度低于系统设置的阈值时自动关闭这一功能，保护了老人和小孩的身体健康。该智能风扇控制系统的开发成本低，开发时间短。既可弥补传统风扇的不足，又在此基础上增加了新的创意。如果大量投入生产，将会对人们的生活质量有着较大的提高。所以，该智能风扇将会有很好的发展空间和前景。该系统主要从技术可行性，经济可行性，法律可行性这三个方面来分析本次设计确实是切实可行的。技术可行性。该系统以 STC89C51RC 单片机为核心，由温度采集模块，LCD 1602 显示屏、L298N 电机驱动模块、HC
22、-SR501 人体感应模块、舵机控制模块以及 ESP8266 WIFI 控制模块构成。该系统的编程工具采用 keil Uvision4和 Eclipse，这两款编程工具在本科期间都有着深入的学习，可灵活掌握。该系统在 keil Uvision4 环境下采用 C 语言编程实现 STC89C51RC 单片机的有关功能，在 Eclipse 环境下采用 Java 语言编程实现手机终端 APP 的有关功能。这两种高级语言在编程方面都便于维护，方便对系统进行操作且生成目标代码质量高，程序执行效率高。经济可行性。从经济方面来看，该系统在经济方面的投入适当。该系统的开发成本符合一个小型风扇的成本。具体而言，硬件只需提供一块STC89C51RC 芯片以及温度传感器， HC-SR501 人体感应模块以及舵机控制模块。软件只需设计出相应的 APP 程序即可。综上，所需材料成本和人工费总计不超过 100 元。所以，该智能风扇的开发设计可大量投入工业生产。从法律方面来说，该系统的硬件部分和软件部分的设计都是由本人单独完
