智能电风扇控制器设计

智能电风扇控制器设计序言传统电风扇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，使家用电器产品趋向于自动化、智能化、环保化和人性化，使得由微机控制的智能电风扇得以出现。本文介绍了一种基于AT89C52单片机的智能电风扇调速器的设计，该设计主要硬件部分包括AT89C52单片机，温度传感器ds18b20，数模转换DAC0809电路，电机驱动和数码管显示电路，系统可以实现手动调速和自动调速两种模式的切换，在自动工作模式下，系统能够能够根据环境温度实现自动调速；可以通过定时切换键和定时设置键实现系统工作定时，使得在用户需求的定时时间到后系统自动停止工作。在日常生活中,单片机得到了越来越广泛的应用，本系统采用的AT89C52单片机体积小、重量轻、性价比高,尤其适合应用于小型的自动控制系统中。系统电风扇起停的自动控制,能够解决夏天人们晚上熟睡时,由于夜里温度下降而导致受凉,或者从睡梦中醒来亲自开关电风扇的问题,具有重要的现实意义。一、设计实验条件及任务1.1、设计实验条件单片机实验室1.2、设计任务利用DAC0832芯片进行数/模控制，输出的电压经放大后驱动小直流电机的速度进行数字量调节，并显示运行状态DJ-XX和D/A输出的数字量。巩固所学单片知识，熟悉试验箱的相关功能，熟练掌握Proteus仿真软件，培养系统设计的思路和科研的兴趣。实现功能如下：①系统手动模式及自动模式工作状态切换。智能电风扇控制器设计②风速设为从高到低9个档位，可由用户通过键盘手动设定。③定时控制键实现定时时间设置，可以实现10小时的长定时。④环境温度检测，并通过数码管显示，自动模式下实现自动转速控制。⑤当温度每降低1℃则电风扇风速自动下降一个档位，环境低于21度时，电风扇停止工作。⑥当温度每升高1℃则电风扇风速自动上升一个档位。环境温度到30度以上时，系统以最大风速工作。⑦实现数码管友好显示。二、小直流电机调速控制系统的总体设计方案2.1、系统硬件总体结构图2.1系统硬件总体框图2.2、芯片选择1、AT89C52芯片：选用该单片机作为智能电风扇控制部件，用来实现电风扇调速核心功能。2、74LS245芯片：用来驱动数码管。3、74LS373芯片：锁存器，用来锁存输出的信号。4、74LS240芯片：八单线驱动器，缓冲输出的信号。5、DAC0832芯片：片选地址是FF80H，AOUT1插孔作为模拟量的输出。6、8255芯片：可编程并行I/O接口芯片，用以扩展单片机的IO口。7、LED数码显示管：用来显示电机旋转的速度是加速还是减速。8、741：运算放大器。9、9014：NPN型三极管。2.3、DAC0832的主要性能指标D/A转换的基本原理是应用电阻解码网络，将Ｎ位数字量逐位转换为模拟量并求和，从而实现将Ｎ位数字量转换为相应的模拟量。其性能指标为：（１）分辨率：相对分辨率＝１／２Ｎ，Ｎ越大，分辨率越高（２）线性度（３）转换精度（４）建立时间（５）温度系数。DAC0832引脚功能图如图2.2图2.2数模转换DAC0832引脚功能1、DI0～DI7：8位数字信号输入端；2、!CS：片选端；ILE：数据锁存允许控制端，高电平有效；3、!WR1：输入寄存器写选通控制端。当！CS=0、ILE=1、！WR1=0时，数据信号被锁存在输入寄存器中。4、!XFER：数据传送控制5、!WR2：DAC寄存器写选通控制端。当！XFER=0，！WR2=0时，输入寄存器状态传入DAC寄存器中6、IOUT1：电流输出1端，输入数字量全“1”时，IOUT1最大，输入数字量全为“0”时，IOUT1最小。7、IOUT2：D/A转换器电流输出2端，IOUT2+IOUT1=常数。8、RFB：外部反馈信号输入端，内部已有反馈电阻RFB,根据需要也可外接反馈电阻。9、VCC：电源输入端，可在+5V~+15V范围内。10、DGND：数字信号地。11、AGND：模拟信号地2.4.数字温度传感器DS18B20DS18B20“一线总线”数字化温度传感器支持“一线总线”接口,测量温度范围为-55～+125℃,在-10～+85℃范围内,精度为±0.15℃。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性,适合于恶劣环境的现场温度测量,如:环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。DS18B20可以程序设定9～12位的分辨率,精度为±0.15℃,温度采集具有准确性、实时性。DS18B20的管脚排列如下:DQ为数字信号输入/输出端;GND为电源地;VDD为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)。如图2.3所示。图2.3数字温度传感器DS18B20引脚图DS18B20检测的温度高于一定值时,单片机引脚输出高电平,打开电风扇,当温度低于一定值时,单片机引脚输出低电平,控制电风扇停止转动。在此区间，每升高一度，风扇转速档位加一，风扇转速与档位的关系如表2.1所示：表2.1风扇转速与档位的关系三、系统硬件电路设计3.1、AT89C52单片机最小系统：AT89C52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。图3.1为AT89C52芯片最小系统。一方面，单片机要通过I/O口中接收输入信号，另一方面要通过I/O口控制数码管的初始化、显示方式以及要显示的字符。因此，设计必须以单片机为核心，显示器为外围设备。硬件上，单片机通过电路板电路与液晶显示电路相连；软件上，单片机要下载完整的程序对二者进行适时的控制。图3.1AT89C52芯片最小系统图3.2.系统程序电路主程序CUP电路图：AT89C52单片机P0、P2口扩充电路图如图3.2：图3.2AT89C52系统管脚扩充图3.3、DAC0832与AT89C52单片机接口电路设计实验电路使用逻辑器件实现地址译码，地址FF80H接入数模转换器DAC0832片选段，通过数模转换后的模拟量通过运放放大驱动电机驱动，其电路图如图3.3所示：图3.2DAC0832与AT89C52单片机接口及电机控制电路3.4、显示电路与AT89C52单片机电路设计实验电路使用IO扩充芯片8255及锁存芯片74LS245对六个数码管选通控制显示。显示部分电路图如图3.3所示：图3.3数码管显示部分电路图四、系统程序流程设计4.1、系统程序流程框图如图4.1图4.1程序流程图五、调试与测试结果分析5.1、实验系统连线图a、P3.0、P3.1、P3.2、P3.3b、DS18b20数据线连P3.4c、将DAC0832驱动电路AOUT接至直流电机d、将P0口接至DAC0832数字输入端e、将地址译码器电路（FF80H）接至DAC0832片选端分别连按键K1、K2、S1、S25.2、程序调试程序上电时，直流电机默认以中档5档工作，系统默认工作在手动模式下。数码管显示当前环境温度和电机运行档位。当按下按键S1（P3.2）时，直流电机以加速转动，同时数码管显示档位速度，当速度达到最大时，继续按下键S1第5个数码管会显示“—”表示系统已达到最大风速当按下按键S2（P3.2）时，直流电机以减速转动，同时数码管显示档位速度，当速度达到最小时，继续按下键S2第5个数码管会显示“—”表示系统已达到最小风速。当按下系统模式控制切换键k1可以实现模式的切换，在自动模式下，数码管第一位显示“A”字样，表示工作于自动模式下，此时电机的转速由环境温度决定。并且显示环境温度和当前温度下电机运行档位。当按下定时键K2时，数码管闪烁的显示“000”，当按S1时，定时时间增加，数码管闪烁显示定时时间。按S2键时，定时时间减少，同时数码管也闪烁显示定时时间。再次按下K2键后，闪烁停止，定时开始，数码管显示定时剩余时间。5.3、实验结果分析电机运行正常时即可实现调速现象，按键的消抖使得调速现象更加明显。按键S1实现电风扇加速运行，按键S2实现电风扇减速运行。系统模式控制切换键k1可以实现模式的切换。定时键K2实现定时设定和定时确定。适当的控制按键，就可以实现所需要的效果。六、程序设计总结两周的单片机课程设计让我受益匪浅，无论从知识技能上还是团队合作方面。上课的时候的学习从来没有见过真正的单片机，只是从理论的角度去理解枯燥乏味。但在课程设计使用了单片机及其系统，能够理论联系实际的学习，开阔了眼界，提高了单片机知识的理解和水平。在这次课程设计中又让我体会到了合作与团结的力量，当遇到不会或是设计不出来的地方，我们就会在QQ群里讨论或者是同学之间相互帮助。团结就是力量，无论在现在的学习中还是在以后的工作中，团结都是至关重要的，有了团结会有更多的理念、更多的思维、更多的情感。我们组的题目是智能电风扇控制器设计，基本要求是实现电机速度的控制，并且通过数码管显示出来。由于我在学院的创新实验室有过一年多的编程经验，因此在实验箱上实现基本功能并没有很大难度，基本功能实现后，我们组想到了使设计更加智能化和多功能化，于是我们加入了数字温度传感器温度采集和自动控制，以及定时功能。并通过程序设计，实现比较人性化的数码管显示。在整个程序设计和电路设计调试过程中，遇到了不少问题，最终也和组员共同解决了。主要的问题有：仿真和实际的电路调试有一定的出入，在仿真上按键能够很好的工作，但是在实际的电路调试过程中，按键往往不大灵敏，常出现按一下，系统反应多次的问题，最后通过延时时间的调整，使得按键较好的工作。由于数码管采用动态显示方式，延时扫描时间的不恰当使得数码管显示出现跳动或者不稳定的问题，通过延时时间的正确设置和对整体程序的分析，使数码管的显示稳定正常。随着系统功能的增加，程序变的复杂，调试起来对程序的分析带来了一定的难度，最后通过功能函数的模块化使得程序更加清晰和易更改。将数字温度传感器的函数单独设在一个C文件中，采用多文件编译的方式，也增加了程序的易移植性。程序的要完全运行正确，不仅要弄清楚电路图，尤其是各接口的接法，还要注重每个小的细节，因为往往一个很小的错误，使得程序出现一些无法预料的结果，在程序的调试过程中，我们组出现了将‘=’错写为了‘==’，结果当然运行不出来。单片机是很重要的一门课程，学好一门单片机，就凭这个技术这门手艺找一个好工作也不成问题。尽管我们在课堂学到的内容很有限，但在以后的学习中单片机还需要好好的深入研究和学习。七、参考文献[1]陈海宴.51单片机原理及应用.北京：北京航空航天大学出版社,2012.[2]郭天祥.51单片机C语言教程.北京：电子工业出版社,2005.[3]胡启明，葛祥磊.Proteus从入门到精通.北京：电子工业出版社,2012.[4]张兆明.基于AT89S52单片机的自动温控电风扇设计.测控技术,2009,03(210820).附录1：系统程序系统主函数/********************************************************************************************************************************************@@@@@@设计题目：智能电风扇控制器设计设计者：设计功能：1.系统分为自动模式和手动模式，通过自动控制手动控制切换键K1(P3.1)2.手动状态可以通过S1、S2(P3.2加，P3.3减)实现9级风速增减调速3.通过DS18B20可以实现风扇附近环境温度的检测，温度精确到0.1摄可以实现电机转速控制，并用数码管显示其工作在何种状态。通过数码管显示。氏度，并通过数码管可以显示实时温度当系统工作切换到自动控制状态时，系统根据环境温度自动控制转速的快慢。