基于单片机的温控风扇调研报告

大连交通大学2016届本科生毕业设计（论文）调研报告调研报告1.课题的来源及意义传统电风扇具有以下缺点：风扇不能随着环境的变化自动调节风速，这对那些昼夜温差很大的地区是致命的缺点，尤其是人们在熟睡时不但浪费资源，还很容易使人感冒生病；传统电风扇机械的定时方式常常会伴随着机械运动的声音，特别是夜间影响人们的睡眠，而且定时范围有限，不能满足人们的需求。鉴于这些缺点，我们需要设计一款智能的电风扇温度控制系统来解决。温控风扇系统，是根据当时温度情况去自动开通和关闭电风扇，能很好的节约电能，同时也方便用户们的使用更具人性化。而且温控风扇系统在工业生产。日常生活中都有广泛的应用，如在工业生产中大型机械设备的散热系统，或限制笔记本电脑上的智能CPU风扇等基于单片机的温控风扇都能根据环境的温度高低自动启动或停止转动，并能根据温度的变化实现转速的自动调节，在现实生活中具有非常广泛的用途，而本次的研究是基于ATS89C51单片机以及DS18B20数字温度传感器的温控风扇系统，可使系统测量更加精确,电路更加简单，具有很高的研究价值。2.国内外的该方面发展和发展趋势现代信息技术的三大基础是信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。近百年来，温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段；(1)传统的分立式温度传感器(含敏感元件)；(2)模拟集成温度传感器／控制器；(3)智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。温度控制系统在国内外各个领域都占有重要的地位。温度控制系统是人类供热、取暖的主要设备的驱动来源，它的出现迄今已有两百余年的历史。期间，从低级到高级，从简单到复杂，随着生产力的发展和对温度控制精度要求的不断提高，温度控制系统的控制技术得到迅速发展。当前比较流行的温度控制系统有基于单片机的温度控制系统，基于PLC的温度控制系统，基于工控机（IPC）的温度控制系统，集散型温度控制系统（DCS），现场总线控制系统（FCS）等。各种温度系统都有自己的优缺点，用户需要根据实际需要选择系统配置，当然，在实际运用中，为了达到更好的控制系统，可以采取多个系统的集成，做到互补长短。温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从生产的温度控制大连交通大学2016届本科生毕业设计（论文）调研报告器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比有着较大差距。成熟产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主。它只能适应一般温度系统控制，难于控制滞后、复杂、时变温度系统控制。而适应于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟，形成商品化并在仪表控制参数的自整定方面，国外已有较多的成熟产品。但由于国外技术保密及我国开发工作的滞后，还没有开发出性能可靠的自整定软件。控制参数大多靠人工经验及现场调试确定。国外温度控制系统发展迅速，并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得成果。日本、美国、德国、瑞典等技术领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的温度控制器及仪器仪表，并在各行业广泛应用。目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方面快速发展。3.课题的研究目标、研究内容本文设计的温度测控系统,采用DS18B20数字温度传感器实时采集环境温度,采用4×4矩阵按键自由设定温度上限和下限,采用AT89C51单片机处理采集的温度数据和发送控制温度信号,将环境温度和设定温度通过数码管7SEG-MPX4-CA实时显示。设计的样机系统经实验表明,测温精度和控温精度均高达0.1℃,测温范围为-55~125℃,并可在-55~128℃范围内进行温度控制。温度控制系统在工业生产和日常生活中,主要是要求在一定的温度范围内保证温度恒定,并要求一定的精度,因此该系统可应用于家用电器、工业、汽车、冷库等许多领域。论文的主要研究内容包括：（1）简要介绍课题研究的背景和研究意义，详细论述基于单片机的温度控制系统存在的实际问题以及对温控系统存在优势的分析，提出了研究基于单片机的温度控制系统的必要性和可行性。（2）详细阐述温度控制系统的定义并对基于ST89C51单片机的温度控制系统进行深入的研究。（3）通过对基于基于单片机的温度控制的简要分析，提出本课题所要研究的系统的总体结构，并简要的介绍课题研究的系统硬件的构成方案。（4）简要的介绍温度控制概念及软件开发平台protel99sekeilproteus等（5）利用仿真的方法对系统的各个功能模块进行试验，得出试验结果。论文的主要研究方案有：1温度测量部分大连交通大学2016届本科生毕业设计（论文）调研报告方案一：采用温度传感器铂电阻PT1000，铂热电阻的物理化学性能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温元件且此元件线性较好。在0—100摄氏度时，最大非线性偏差小于0.5摄氏度。但铂热电阻输出的模拟信号需放大、滤波、A/D转换等处理后才可上传至微控制器，使硬件电路连接相对复杂。方案二：采用集成电路温度传感器LM35。LM35为电压输出型的集成温度传感器。它具有很高的工作精度和较宽的线性工作范围，它的输出电压与摄氏温度线性成比例。一般来说，LM35与用开尔文标准的线性温度传感器相比更有优越之处。LM35无需外部校准，可以提供+1/4摄氏度的常用室温精度。LM35应用系统包括LM35、信号调理电路、A/D采集电路和单片机4个部分。LM35传感器负责将温度转换成模拟电压值。但是转换出的电压值通常比较小，为此需要信号调理电路对信号进行放大、限幅等处理，再通过A/D采集电路对该电压信号进行数据采集。这个过程降低了系统的工作速度，并增添了许多硬件连接，系统设计相对复杂。方案三：采用智能温度传感器DS18B20。DS18B20是一线温度传感器。所谓“一线”是指DS18B20只用一条线进行输入输出，因而与之接口的微处理器也只需要一条口线与之通信。它不需要任何外围元件即可检测温度，并转换成数字量传给上位机（微处理器）。DS18B20测量温度范围为-55—+125摄氏度。在-10—+85摄氏度范围内，精度为+0.5摄氏度。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，适合在恶劣环境的现场进行温度测量。DS18B20具有测温系统简单，测温精度高，连续方便，占用口线少等优点。它可以使硬件开销降到最低点，并且内部包含存储器，单片机通过向DS18B20发启动命令使之进行一次温度测量，DS18B20将转换结果存在便笺式存储器中，便于单片机随时读取数据。因此，智能温度传感器DS18B20具备测温误差小，分辨力高，抗干扰能力强，能远程传输数据，用户可设定温度上、下限，具有越限自动报警功能，并且带串行总线接口，适配各种微控制器等优点。2.温度显示部分方案一：采用三位八段数码管显示。可显示测量温度的数值和小数点的显示，随对向摄氏度这样的图形符号无法显示。但使用起来相对方便，程序设计和硬件连接都很简洁，且价格便宜。方案二：采用液晶显示器件LCD（LiquidCrystalDisplay）。它具有：低压、微功耗，显示信息量大，易于彩色化，长寿命，无辐射、无污染等诸多优点。按显示方式可分为：大连交通大学2016届本科生毕业设计（论文）调研报告正像显示，负像显示，透过型显示，反射型显示，半透过型显示等。按显示方式可分为：段型显示（只能显示数字及个别字符），点阵型显示（可显示任何字符、数字、图形）。选择液晶可以显示符号和图形，读取温度值更加直观，但价格较贵，且软件控制繁琐。综合考虑指标，采用七段数码管。本次课题总时间为十四周，预计设计时间为八周，具体计划时间如下表第一周查询课题相关情况，接受课题，完成任务书、选题表、进度计划表考核表的填写工作，考虑毕业设计的总体进度。第八周进行电路设计，分析；语音播报电路设计；画电路原理图。第二周查阅课题相关信息，完成调研报告。第九周五一放假第三周大量翻阅资料，搜寻相关信息，着手完成外文翻译。第十周系统综合调试、查错、改错。第四周整理相关资料，完成外文翻译工作。第十一周开始攥写论文，对设计进行详细说明。第五周查阅资料，熟悉各种软件的使用。第十二周对论文进行修改，以达到相关要求标准第六周使用proteldview等软件完成总体的设计规划工作。第十三周对软件项目验收并接受指导教师和评阅人对毕业设计论文的评阅工作。大连交通大学2016届本科生毕业设计（论文）调研报告第七周温度检测电路设计修正和学习51单片机的相关知识，了解单片机系统的相关内容。第十四周设计完成，参加答辩。4.可行性分析考虑到性价比，开发工具及所学的专业知识等等，选择AT89S51作为主控制器。根据系统的技术指标，选择DS18B20作为温度传感器。该温度传感器具有多种精度测温模式，其中11位精度的测温模式可以达到0.0625的精度要求，满足系统的精度要求。采用三位LED数码管来显示温度，该显示电路采用动态显示方式，驱动简单，可以进行实时显示。为了可以设置温度标准值，外接三个按键作为键盘电路。它与单片机直接连接，受单片机控制作用。通过继电器控制空调的运行情况，从而达到调节空气温度的目的。综上所述，系统方案可行。硬件：计算机：CPU：Intel(R)Core(TM)i5460M,2.53GHZ内存：2GB硬盘：320GB光驱：DVD+COMBAO显卡：ATIHD5470512MB软件：protel99seproteus仿真操作系统：Windows7编程软件：MATLAB7.0文档设计工具：MicrosoftOffice2003主要参考文献：[1]魏玲.基于DS18B20的单总线测温系统设计[J].黑龙江冶金,2007(2):42-43.[2]孙彦伟,杨万济.基于改进遗传算法的电极调节系统PID参数优化[J].山东冶金,2007(29):87-88.[3]汪吉鹏，马云峰，等.微机原理与接口技术高等教育出版社，2001[M」.北京:大连交通大学2016届本科生毕业设计（论文）调研报告[4]郭庭吉.8051单片机实践与应用[M].北京:清华大学出版社,2002.[5]孙少伟，戴义保，章高琴.基于DS18B20组网测温的研究[J].自动化仪表，2010（06）[6]金春林，邱慧芳，张皆喜，MCS—5]系列单片机C语言编程与应用实例[M].北京；清华大学出版社，2012（05）[7]余锡存,曹国华.单片机原理及接口技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2007.[8]刘文涛.单片机C51语言典型应用设计[M].北京:人民邮电出版社,2005.[9]宋戈，黄鹤松，员玉良等.51单片机应用开发范例大全[M].人民邮电出版社:2012.[10]阮毅，陈伯时.电力拖动自动控制系统一运动控制系统[M].机械工业出版社:2009.大连交通大学2016届本科生毕业设计（论文）调研报告11