1、基于单片机的智能电风扇的设计 摘要 本设计主要实现的功能是，使电风扇分为可切换的手动档和自动档，手动档下分为低速、中速、高速三档，自动档下可自主设置温度值，通过温度传感器采集并显示周围环境温度及设置温度，并依据设定好的温度自动调整风扇的转速，实现风扇的智能化。主要采用直流电机 PWM 调速系统以 AT89C51 为控制核心，由命令输入模块 、 LCD 显示模块及电机驱动模块等组成。 关键字：直流电机、 PWM、单片机 目录 一、系统方案的设计与分析 . 3 1 系统的总体框图 . 3 2 方案的论证与选择 . 3 2.1 输入模块的论证与选择 . 3 2.2 显示模块的论证与选择 . 4 3
2、理论分析与计算 . 4 3.1 PWM 调速原理 . 4 二 硬件电路设计 . 5 1 控制系统 . 5 2、驱动模块 . 6 3 显示模块 . 7 4、温度处理 . 9 三、软件设计 . 10 程序流程图 . 10 四、调试结果与分析 . 12 五、参考文献 . 13 六、总结 . 13 一、 系统方案的设计与分析 1 系统的总体框图 对于单片机中央处理系统的方案设计，根据要求，我们可以选用具有 4KB 片内 E2PROM 的 AT89C51 单片机作为中央处理器。作为整个控制系统的核心， AT89C51 内部已包含了定时器、程序存储器、数据存储器等硬件，其硬件能符合整个控制系统的要求，不需
3、要外接其他存储器芯片和定时器件，方便地构成一个最小系统。整个系统结构紧凑，抗干扰能力强，性价比高。 2 方案的论证与选择 2.1 输入模块的论证与选择 方案一：独立式键盘。特点 是 硬件结构简单，编程容易，但是占用的 I/O 口比较多。 键盘输入 温度显示 单片机系统 电机控制模块 数字温度传感模块 方案二：矩阵式键盘。特点 是 硬件结构复杂，编程复杂，对于按键较多的时候可以节省 I/O 口。 综上两方案，本设计选择方案一。 2.2 显示模块的论证与选择 方案一、 数码管显示，特点是耗电少，成本低、寿命长、故障少、可视距离远，但只能显示数字和字母。 方案二、 LCD1602 显示，特点是体积小
4、、功耗低、显示内容丰富，是单片机中常用的信息显示模块。 综上两方案，本设计选择方案二。 3 理论分析与计算 3.1 PWM 调速原理 基于单片机类由软件来实现：在 PWM 调速系统中占空比 D是一个重要的参数。在电源电压 U 不变的情况下，电枢电压的平均值取 决于占空比 D 大小，改变 D 的值可以改变电枢端电压的平均值从而达到调速的目的。改变占空比 D 的值有三种方法： A、 定宽调频 法 ：保持 1t 不变，只改变 t，这样使周期或频率也随之改变。 B、 调宽定频法：保持 t 不变，只改变 1t，这样使周期或频率也随之改变。 C、 定频调宽法：保持周期 T 或频率不变，同时改变 1t和 t
5、。 前两种方法在调速时改变了控制脉冲的周期或频率，当控制脉冲的频率与系统固有频率接近时，将会引起振荡 ，因此常采用定频调宽法来 改变占空比从而改变直流电动机电枢两端电压。利用单片机的定时计数器外加软件延时等方式来实现脉宽的自由调整。此种方式可简化硬件电路、操作性等优点。 二 硬件电路设计 1 控制系统 单片机 AT89C51 AT89C51 是一种带 4K 字节 FLASH 存储器 ， 带 2K 字节 闪存可编程可擦除 只读存储器 的 单片机 。 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
6、 时钟电路 。同时， AT89C51 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， 串行通信 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。 2、驱动模块 直流电机驱动芯片 L298 L298可接受标准 TTL逻辑电平信号 VSS， VSS可接 4 5 7 V电压。 4 脚 VS 接电源电压， VS 电压范围 VIH 为 2 5 46 V。输出电流可达 2 5 A，可驱动电感性负载。 1 脚和 15 脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流
7、采样电阻，形成电流传感信号。L298 可驱动 2 个电动机， OUT1， OUT2 和 OUT3， OUT4 之间可分别接电动机。 5， 7， 10， 12 脚接输入控制电平，控制电机的正反转。 EnA， EnB 接控制使能端，控制电 机的停转。 3 显示模块 LCD1602 显示模块 工业字符型液晶，能够同时显示 16x02 即 32 个字符是一种专门用来显示字母、数字、符号等的 点阵 型液晶模块。它由若干个 5X7 或者 5X11 等 点阵 字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示
8、图形。 特性： 3.3V 或 5V 工作电压，对比度可调 、 内含复位电路 ，提供各种控制命令 ,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能 ， 有 80 字节 显示数据存储器 DDRAM,内建有 192 个5X7 点阵 字型的字符发生器 CGRAM， 8 个可由用户自定义的 5X7的字符发生器 CGRAM。 特点： 微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧，常用在袖珍式仪表和低功耗应用系统中 。 4、温度处理 DSl820 数字温度计提供 9 位 (二进制 )温度读数指示器件的温度信息经过单线接口送 入 DSl820或从 DSl820送出因此从主机 CPU 到 DSl820 仅需一条线
9、(和地线 )DSl820 的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源。 DS18B20 的温度 检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。其一 个 工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。 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。 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 0000 0000 1010 0010 00A2H +0.5 0000 0000 0000
10、 1000 0008H 0 0000 0000 0000 0000 0000H 三、 软件设计 程序说明 本系统直接应用于 AT89C51的软件方法实现 PWM信号的输出，这比硬件实现 PWM 成本低，限制少，实现便捷。 PWM 脉冲信号是单片机采用延时程序产生的方波信号。PWM 脉宽控制是把一脉冲的脉宽均相等的脉冲序列作为 PWM波，改变脉冲的宽度或占空比来实现可调速。本设计中采用了定频调宽方式，在这种工作方式下电动机在运转时比较稳定，并且采用单片机产生 PWM 脉冲的软件实现上比较方便。 此外利用定时器让单片机 P1 口的 P1.0、 P1.1、 P1.2 控制L298 的 IN1、 IN2、 ENA 管脚，输出占空比不同的方波，然后经驱动芯片 L298 放大后控制直流电动机。在调速时， IN1 与 IN2引脚一个为低电平，一个为高电平，通过控制 L298 的 ENA，产生驱动电机的 PWM 信号，并 控制电机控制电机。 -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
