风扇调速器

第1部分：系统整体方案设计与比较一、实验目的1、明确系统的整体设计方案2、培养系统分析能力二、实验内容针对本次实验内容，进行分析，提出几种设计方案，并综合考虑优缺点，选择合适的方案。三、实验原理与方法本次实验设计的是风扇电子调速系统，是为了能精确控制风扇的转速。四、实验步骤方案一：采用由PWM电路。用单片机控制使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。系统总体设计框图如图1.1所示。图1.1方案一系统原理框图方案二：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。系统总体设计框图如图1.2单片机控制达林顿管驱动芯片电机所示。图1.2方案二系统原理框图两种方案的比较：方案一中设计、操作简单，通过人工控制，改变风速的大小，但每次风力改变，必然有人参与操作，这样势必带来诸多不便。方案二中根据温度变化自控调节风速，带给人们更多的方便，但设计较为复杂，成本较高。根据自身的实际情况，我选择第一种设计方案。第2部分：原理图绘制及仿真软件训练一、实验目的1、掌握Protel、protues、View软件的使用方法2、掌握电路图的绘制和仿真二、实验内容1、练习使用Protel软件，了解一般的绘制系统方法2、练习使用View软件，对该软件有个大概的认识3、练习使用Protues软件，用常用的方法进行仿真三、实验原理与方法本次实验主要用到三种软件：Protues软件，Wave软件，Protel软件。（一）Protel软件介绍Protel是个庞大的EDA软件，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的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板级全方位电子设计系统，它包含了电路原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100％布通率。（二）Protues软件介绍ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。可以仿真、分析（SPICE）各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：①实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合；②支持主流单片机系统的仿真；③提供软件调试功能；④具有强大的原理图绘制功能。（三）SystemView软件介绍KEIL是众多单片机应用开发软件中最优秀的软件之一，它支持众多不同公司的MCS51架构的芯片，甚至ARM，它集编辑，编译，仿真等于一体，它的界面和常用的微软VC++的界面相似，界面友好，易学易用，在调试程序，软件仿真方面也有很强大的功能。因此很多开发51应用的工程师或普通的单片机爱好者，都对它十分喜欢。四、实验步骤（一）protel绘制原理图的步骤1、设置好原理图所用的图纸大小。虽然在设计过程中可以更改图纸的大小和属性，但养成良好的习惯会在将来的设计过程中受益。2、制作元件库中没有的原理图符号。因为很多元件在Protel99中并没有收录，这时就需要用户自己绘制这些元件的原理图符号，并最终将其应用于电路原理图的绘制过程之中。3、对电路图的元件进行构思。在放置元件之前，需要先大致地估计一下元件的位置和分布。4、元件布局。这是绘制原理图最关键的一步。虽然在简单的电路图中，即使并没有太在意元件布局，最终也可以成功地进行自动或手动布线，但是在设计较为复杂的电路图时，元件布局的合理与否将直接影响原理图的绘制效率以及所绘制出的原理图外观。5、对原理图内的图件进行电气连接。这里提到的线路可以是导线、接点或者总线及其分支线。当然，在比较大型的系统设计中，原理图的走线并不多，更多的时候是应用网络标号来代替直接的线路连接。这样做既可以保证电路的电气连接，又可以避免使整个原理图看起来杂乱无章。6、放置注释。这样做可以使电路图更加一目了然，增强了可读性。（二）protues仿真步骤1、元件查找及添加点击Proteus左侧工具栏按钮，进入元件模式，再次点按钮，即可调出元件库，在搜索关键词部分，键入所需元件的关键字，如果库中有相应元件，会在元件区域列出所选元件，双击它，将元件添加到电路图的DEVICES，单击DEVICES区所选元件，在电路图合适的空白区域，单击，即可放置相应元件，然后连线。2、电源和地的放置点击按钮(终端模式下)中的POWER和GROUND，单击POWER或GROUND即可在电路图中放置电源和地。3、系统仿真导入程序文件，进行仿真。（三）view软件使用步骤1点击“project—NewuVisionProject”新建一个工程弹出一个框，在CPU类型下我们找到并选中“Atmel”下的AT89S51或52，然后点击ok；2、建立一个源程序文本点击“File—new”新建一个文本，在下面空白区别写入或复制一个完整的C程序，然后保存；右击“sourcegroup1—addfiletogroup‘sourcegroup1’”创建的源程序文件加入到工程项目文件中；使编译器输出单片机需要的HEX文件。五、实验记录与结论使用protues设计的截图如图2.1所示AD[0..7]AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0Thisdesignmakesdemonstrateshowan8051canbeusedtodriveastandardalphanumericLCDdisplay.YouwillneedtheMCS8051andLCDDisplaymodelsinstalledtorunthissample.8051LCDDisplayDriverGNDVDDXTAL218XTAL119RST9P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115AD[0..7]A[8..15]ALE30EA31PSEN29P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78U18051PROGRAM=LCDDEMO.HEXU3NAND_2D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE11U274LS373D714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3LCD2LM032LX11.2MHzC133pC233p图2.1截图结果第3部分系统的软件及硬件电路设计一、实验目的根据方案一设计电路，设计风扇电子调速的各个单元电路，使其系统的个单元顺利运行。二、实验内容设计风扇电子调速系统硬件电路，该电路包括驱动电路模块，单片机控制模块及电源模块，用protues软件绘制电路图，及用wave软件，设计相应的程序。三、实验原理与方法（一）系统硬件电路模块设计1、驱动电路模块，如图3.1所示。图3.1驱动电路模块ULN2003是高耐压、大电流、内部由七个硅NPN达林顿管组成的驱动芯片。经常在以下电路中使用，作为：显示驱动、继电器驱动、照明灯驱动、电磁阀驱动、伺服电机、步进电机驱动等电路中。ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。ULN2003工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。ULN2003的封装采用DIP—16或SOP—16.ULN2003A在各种控制电路中常用它作为驱动继电器的芯片，其芯片内部做了一个消线圈反电动势的二极管。ULN2003的输出端允许通过IC电流200mA，饱和压降VCE约1V左右，耐压BVCEO约为36V。输出电流大，故可以直接驱动继电器或固体继电器(SSR)等外接控制器件，也可直接驱动低压灯泡。2、单片机控制模块，如图3.2所示。图3.2单片机控制模块PWM控制信号由80C52单片机产生，80c52单片机由CPU和8个部件组成，通过片内单一总线连接，其基本结构依然是通用CPU加上外围芯片的结构模式，但在功能单元的控制上采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。3、电源、复位部分电路，如图3.3所示。图3.3电源、复位部分电路（二）系统软件部分的设计1、PWM信号的产生与控制原理PWM（脉冲宽度调制）是通过控制固定电压的直流电源开关频率，改变负载两端的电压，从而达到控制要求的一种电压调整方法。在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并且根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来达到改变平均电压大小的目的，从而来控制电动机的转速。设电机始终接通电源时，电机转速最大为Vmax，设占空比为D=t1/T，则电机的平均速度为Va=Vmax*D，其中Va指的是电机的平均速度；Vmax是指电机在全通电时的最大速度；D=t1/T是指占空比。由上面的公式可见，当我们改变占空比D=t1/T时，就可以得到不同的电机平均速度Vd，从而达到调速的目的。2、程序的思路用定时器T1来产生时钟信号，通过改变PWM信号输出引脚高电平时间来控制占空比。T1定时器中断是让一个I0口输出高电平，在这个定时器T1的中断当中改变IO口的电平，也是让IO口输出低电平，通过按键来控制改变定时初值，就可以控制占空比。从而控制电机的转速。四、实验记录与结论1、硬件原理图如图3.4所示。图3.4硬件原理图2、程序源代码#includereg52.hunsignedchartimer1;inttime;sbitPWM=P1^2;voidsystem_Ini(){TMOD=0x10;TH1=0xfe;TL1=0x33;TR1=1;IE=0x8A;}/**************************************************Function:delay_us();Description:延时单位：微秒/**************************************************/voiddelay_us(unsignedintx){unsignedinti=0;for(i=0;ix;i++){;}}main(){time=50;system_Ini();while(1){P2|=0xff;if(P2==0xfe&&time100){delay_us(1200);if(P2==0xfe)time+=1;}if(P2==0xfd&&time0){delay_us(1200);if(P2==0xfd)time-=1;}if(timer1100)timer1=0;if(timer1time)PWM=0;elsePWM=1;}}/*************************************[t1(0.5ms)中断]中断中做PWM输出------------1000/(0.02ms*250)=200Hz*************************************/voidT1zd(void)interrupt3//3为定时器1的中断号{TH1=0xfe;//11.0592TL1=0x33;timer1++;}第4部分电路仿真及修改一、实验目的根据本实验的电路原理图，通过protues仿真过程得出电路仿真结果。二、实验内容用Proteus软件绘出系统仿真图，导入view产