电风扇智能控制系统设计数理与信息工程学院单片机原理及应用期末课程设计基于单片机的智能电风扇控制系统数理与信息工程学院单片机原理及应用期末课程设计题目专业电子信息工程班级姓名学号指导老师成绩年月数理与信息工程学院单片机原理及应用期末课程设计基于单片机的智能电风扇控制系统目录第节引言智能电风扇控制系统概述本设计任务和主要内容第节系统主要硬件电路设计总体硬件设计数字温度传感器模块设计温度传感器模块的组成的温度处理方法电机调速与控制模块设计电机调速原理电机控制模块硬件设计温度显示与控制模块设计第节系统软
电风扇智能控制系统设计 数理与信息工程学院《单片机原理及应用》期末课程设计——基于单 片机的智能电风扇控制系统 数理与信息工程学院 《单片机原理及应用》期末课程设计 题 目：专 业： 电子信息工程 班 级： 姓 名： 学 号：指导老师： 成 绩： 2007 年 1 月 1 数理与信息工程学院《单片机原理及应用》期末课程设计——基于单 片机的智能电风扇控制系统 目录 第 1 节 引 言 ?????????????????????????????3 智能电风扇控制系统概述 ????????????????????3 本设计任务和主要内容 ?????????????????????3 第 2 节 系统主要硬件电路设计 ?????????????????????5 总体硬件设计 ?????????????????????????5 数字温度传感器模块设计 ????????????????????5 温度传感器模块的组成 ???????????????????5 DS18B20 的温度处理方法 ??????????????????6 2.3 电机调速与控制模块设计 ????????????????????7 电机调速原理 ????????????????????????7 电机控制模块硬件设计 ????????????????????8 2.4 温度显示与控制模块设计 ????????????????????9 第 3 节 系统软件设计 ?????????????????????????10 数字温度传感器模块程序设计 ??????????????????10 电机调速与控制模块程序流程 ??????????????????15 程序设计原理 ???????????????????????15 主要程序 ?????????????????????????16 第 4 节 结束语 ????????????????????????????19参 考文 献???????????????????????????????20 2 数理与信息工程学院《单片机原理及应用》期末课程设计——基于单 片机的智能电风扇控制系统 基于单片机的智能电风扇控制系统 第 1节 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；二是电风扇有价格优 势，价格低廉而且相对省电，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适时调节风力大小，对于夜 间温差大的地区，人们在夏夜使用电风扇时可能遇到这样的问题：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，既浪费电 资源又容易引起感冒，传统的机械定时器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。鉴于以上方面的 考虑，我们需要设计一种智能电风扇控制系统来解决这些问题。 智能电风扇控制系统概述 传统电风扇是 220V 交流电供电，电机转速分为几个档位，通过人为 调整电机转速达到改变风力大小的目的，亦即，每次风力改变，必然有人 参与操作，这样势必带来诸多不便。 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。 设计任务和主要内容 本设计以 MCS51单片机为核心， 通过温度传感器对环境温度进行数据 采集，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。另外，通过键盘控制 面板，用户可以在一定范围内设置电风扇的最低工作温度，当温度低于所 设置温度时，电风扇将自动关闭，当高于此温度时电风扇又将重新启动 数理与信息工程学院《单片机原理及应用》期末课程设计——基于单 片机的智能电风扇控制系统 本设计主要内容如下： 风速设为从高到低 5 个档位，可由用户通过键盘手动设定。 当温度每降低 2 ℃则电风扇风速自动下降一个档位。 当温度每升高 2 ℃则电风扇风速自动上升一个档位。 用户可设定电风扇最低工作温度，当低于该温度时，电风扇自动 停转。 4 数理与信息工程学院《单片机原理及应用》期末课程设计——基于单 片机的智能电风扇控制系统 第 2 节 系统主要硬件电路设计 总体硬件设计 系统总体设计框图如图 2-1 所示 图 2-1 系统原理框图 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。是比较合适的方案 数字温度传感器模块设计 温度传感器可以选用 LM324A 的运算放大器，将其设计成比例控制调 节器，输出电压与热敏电阻的阻值成正比，但这种方案需要多次检测后方 可使采样精确，过于烦琐。所以我采用更为优秀的 DS18B20数字温度传感 器，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。 温度传感器模块组成 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。整个系统力求结构简单，功能完善。电路图 如图 2-2 所示。 系统工作原理如下： DS18B20进行现场温度测量， 将测量数据送入 AT89C51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 5 数理与信息工程学院《单片机原理及应用》期末课程设计——基于单 片机的智能电风扇控制系统 下限值则控制电机转速进行调整。 图 2-2 DS18B20温度计原理图 DS18B20的温度处理方法 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。 表 2-1 部分温度值与 DS18B20 输出的数字量对照表 温度值 /℃ 数字输出 （二进制） 数字输 出（十六进制）+85℃ 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 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 数理与信息工程学院《单片机原理及应用》期末课程设计——基于单 片机的智能电风扇控制系统 2.3 电机调速与控制模块设计 电机调速是整个控制系统中的一个重要的方面。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。 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； 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，以最高转速运转时，要求风叶最大圆周 上的线m/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 n5 ? 1555r/min, 取 n5 =1250 r/min. 又因为： 调速比＝最低转速 ?100％ ?70％最高转速 取 n1=875 r/min. 则可得出五个档位的转速值： n5 =1250r/min n4 =1150r/min n3 =1063r/min n2 =980r/min n1 =875r/min 又由于负载上电压的有效值 u0?u 其中， u1 为输入交流电压的有效值， α 为控制角。解得： ?5 =0 ° t=0ms ?4 =23.5 ° t=1.70ms ?3 =46.5 ° t=2.58ms 7 数理与信息工程学院《单片机原理及应用》期末课程设计——基于单 片机的智能电风扇控制系统 ?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 电机控制模块硬件设 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 , 简化了输出通道隔离 2 驱动电路的结构。所设计的可控硅触发电 路原理图见图 2-3 。其中 RL即为电机负载，其工作原理是 :单片机响应用 户的参数设置
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