行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不
包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得安阳工学院及
其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的
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印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论
摘要：温控风扇是利用温度的变化控制风扇启停及转速的智能系统，在现代社会中的生产 以及
人们的日常生活中都有广泛的应用，如工业生产大型机械散热系统中的风扇、现在笔 记本电脑
上的广泛应用的智能 CPU风扇等。本文设计了基于单片机 AT89C51 的温控风扇 系统，用单
片机为控制器，利用温度传感器DS18B20 作为温度采集元件，并根据采集到的 温度来控制风
扇电机。根据检测到的温度与系统设定的温度比较实现风扇电机的自动启动 和停止，并能根据
到的温度与设定的温度。系统的预设温度的设置是通过两个独立按键来实现的，一个增大 预设
生活中，我们经常会使用一些与温度有关的设备。比如，现在虽然不少城市家庭用上 了空
调，但在占中国大部分人口的农村地区依旧使用电风扇作为降温防暑设备，春夏（夏 秋）交替
时节，白天温度依旧很高，电风扇应高转速、大风量，使人感到清凉；到了晚上， 气温降低，
当人入睡后，应该逐步减小转速，以免使人感冒。虽然电风扇都有调节不同档 位的功能，但必
须要人手动换档，睡着了就无能为力了，而普遍采用的定时器关闭的做法， 一方面是定时时间
长短有限制，一般是一两个小时；另一方面可能在一两个小时后气温依 旧没有降低很多，而风
扇就关闭了，使人在睡梦中热醒而不得不起床重新打开风扇，增加 定时器时间，非常麻烦，而
且可能多次定时后最后一次定时时间太长，在温度降低以后风 扇依旧继续吹风，使人感冒；第
三方面是只有简单的到了定时时间就关闭风扇电源的单一 功能，不能满足气温变化对风扇风速
大小的不同要求。又比如在较大功率的电子产品散热 方面，现在绝大多数都采用了风冷系统，
利用风扇引起空气流动，带走热量，使电子产品 不至于发热烧坏。要使电子产品保持较低的温
度，必须用大功率、高转速、大风量的风扇, 而风扇的噪音与其功率成正比。如果要低噪音，
则要减小风扇转速，又会引起电子设备温 度上升，不能两全其美。为解决上述问题，我们设计
了这套温控自动风扇系统。本系统采 用高精度集成温度传感器，用单片机控制，能显示实时温
度，并根据使用者设定的温度自 动在相应温度时作出小风、大风、停机动作，精确度高，动作
空调有强大的制冷功能，可以快速有效的降低环境温度，但是电风扇更温和，更加适 合老
人和体质弱的人群使用；并且由于大部分家庭消费水帄的限制，电风扇作为一个成熟 的家电行
业中的一员，具有价格优势，价格低廉而且还相对省电，安装和使用都非常简单。 在中小城市，
尽管电风扇尤其市场优势，但面临庞大的市场需求时，也需要提高市场的竞争力，使 其在
技术含量上有所提高。传统电风扇有许多地方应当进行改良，最突出的缺点就是他不 能根据温
度变化适时调节风力大小。智能风扇控制技术，是目前在家电应用方面比较前沿 的技术。电风
扇是一种比较普及的家电，它与智能控制器技术相结合，实现了智能控制， 这类功能优化更新
对于智能控制技术发展特别有意义，为我们的日常生活提供了更多方 便。风扇的智能控制技术
主要体现在这几方面：利用按键来实现风扇工作时间及风速的控 制；周围温度来控制风扇的风
速，实现实时自动调节风速，且可显示周围的温度；语音控 制风扇的工作与否，这样可以节约
能源；以及基于红外技术来实现对风扇的控制，它主要 体现在较远距离的遥控控制；等等。新
型传感器的应用来实现对风扇的控制有着重大作用。 从目前应用来看，以后智能控制技术将有
如果能使电风扇具有对环境温度检测的功能，当环境温度升高或者下降时能自动调节 风速
甚至自动关闭风扇，这样一来就避免了传统风扇的一些缺点。我的设计就是围绕这一 点对现有
传统的电风扇是以220V的交流电供电，电机的转速分为几个档次，通过人为调整电 机的
转速来改变风力大小的目的。每次都人为改变风力的大小，必然会带来诸多的不便， 尤其是当
本设计中的智能风扇调速系统，是将风扇的转速转变为被控制量，由单片机分析采集 到的
数字温度信号，再通过单片机的输出电帄触发对风扇电机进行调速。这样就不用人工 控制风扇
本文以AT89C51 单片机为核心，通过数字温度传感器对外界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调节档位， 实现“温度高、风力大、 温度低、
风力弱”的性能。另外，通过红外发射和接收装置及按键实现各种功能的启动与 关闭，并且可
对各种功能实现遥控，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
本系统实现风扇的温度控制，需要有较高的温度变化分辨率和稳定可靠的换档停机控 制部件。
本系统由集成温度传感器、单片机、LED数码管、三极管驱动电路及一些其他外围器 件组
本系统通过温度传感器DS18B20 采集，然后通过单片机处理并在数码管上显示， 用于
对温度进行实时控制操作。当温度低于温度的下限值时，电机不转，当温度介于上限和下 限之间
时，电机转速缓慢，当温度大于上限值时，电机转速最快。可以实现根据环境温度 的变化来实现
有四个独立按键。第一个是复位键。第二个是功能键，按一次，可以进行上限温度设 置，按
两次，可以进行下限温度设置，按第三次恢复温度显示。第三个按键是增加键，可 以对上限温度
或下限温度进行增大调整。第四个按键是减小键，可以对下限温度或上限温 度进行减小调整。
方案一：选用热敏电阻作为感测温度的核心元件，通过运算放大器放大由于温度变化
引起热敏电阻电阻的变化，进而导至的输出电压变化的微弱电压变化信号，再用 AD转换
方案二：采用热电偶作为感测温度的核心元件，配合桥式电路，运算放大电路和 AD
方案三：采用数字式集成温度传感器 DS18B20 作为感测温度的核心元件，直接输出数字温 度信
对于方案一，采用热敏电阻有价格便宜、元件易购的优点，但热敏电阻对温度的细微 变化不
敏感，在信号采集、放大、转换过程中还会产生失真和误差，并且由于热敏电阻的 R-T关系的非
线性，其本身电阻对温度的变化存在较大误差，虽然可以通过一定电路予以 纠正，但不仅将使电
路复杂稳定性降低，而且在人体所处温度环境温度变化中难以检测到 小的温度变化。故该方案不
对于方案二，采用热电偶和桥式测量电路相对于热敏电阻其对温度的敏感性和器件的 非线性
误差都有较大提高，其测温范围也非常宽，从 -50 摄氏度到1600 摄氏度均可测量。 但是依然存
对于方案三，由于数字式集成温度传感器 DS18B20 的高度集成化，大大降低了外接放 大转
换等电路的误差因素，温度误差很小，并且由于其感测温度的原理与上述两种方案的 原理有着本
质的不同，使得其温度分辨力极高。温度值在器件内部转换成数字量直接输出， 简化了系统程序
方案一：采用电压比较电路作为控制部件。温度传感器采用热敏电阻或热电偶等，温 度信号
转为电信号并放大，由集成运放组成的比较电路判决控制风扇转速，当高于或低于 某值时将风扇
方案二：采用单片机作为控制核心。以软件编程的方法进行温度判断，并在端口输出 控制信
对于方案一，采用电压比较电路具有电路简单、易于实现，以及无需编写软件程序的 特点，
但控制方式过于单一，不能自由设置上下限动作温度，无法满足不同用户以及不同 环境下的多种
对于方案二，以单片机作为控制器，通过编写程序不但能将传感器感测到的温度通过 显示电
路显示出来，而且用户能通过键盘接口，自由设置上下限动作温度值，满足全方位
的需求。并且通过程序判断温度具有极高的精准度，能精确把握环境温度的微小变化。故 本系统
对于方案一，该方案成本低廉，显示温度明确醒目，在夜间也能看见，功耗极低，显 示驱动
程序的编写也相对简单，这种显示方式得到广泛应用。不足的地方是扫描显示方式 是使数码管逐
周期小于这个时间时人眼将感觉不到闪烁，因此可以通过增大扫描频率来消除闪烁感。
对于方案二，液晶体显示屏具有显示字符优美，不但能显示数字还能显示字符甚至图 形的优
点，这是LED数码管无法比拟的。但是液晶显示模块价格昂贵， 驱动程序复杂，从 简单实用的
方案一：采用变压器调节方式，运用电磁感应原理将 220V电压通过线圈降压到不同
的电压，控制风扇电机接到不同电压值的线圈上可控制电机的转速，从而控制风扇风力大 小。
对于方案一，由于采用变压器改变电压调节，有风速级别限制，不能适应人性化要求。 且在
对于方案二，PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进 行数模
转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑 1 改变为逻辑
0 或将逻辑0 改变为逻辑1 时，也才能对数字信号产生影响。对噪声抵抗能 力的增强是PWM相
通信的主要原因。从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。故本系统采用方案二。
系统主要器件包括DS18B20 温度传感器、AT89C51 单片机、四位LED共阴数码管、 风扇
(1) 中央处理器又称CPU,是整个单片机的核心部件，是 8 位数据宽度的处理器， 能处理
8 位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完 成运算和控制
