电子技术综合设计

2014-2015学年第一学期《电子技术综合设计》课程答辩作品名称：电风扇智能调速器组长：廖阳专业班级：电气12-4班成员1：曾星岚专业班级：电气12-4班成员2：徐国庆专业班级：电气12-4班指导教师：袁小平中国矿业大学信电学院2015年1月1日我们设计一种温控风扇系统，具有灵敏的温度感测和显示功能，系统STC89C52单片机作为控制平台对风扇转速进行控制。可由用户设置高、低温度值，测得温度值在高低温度之间时打开风扇弱风档，当温度升高超过所设定的温度时自动切换到强风档，当温度小于所设定的温度时自动关闭风扇，控制状态随外界温度而定。所设高低温值保存在温度传感器DS18B20内部E2ROM中，掉电后仍然能保存上次设定值，性能稳定,控制准确。课题任务设计方案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号供单片机处理。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号。采用五位共阳数码管显示温度，动态扫描显示方式。采用晶闸管构成无级调速电路。采用继电器，继电器的接有控制晶闸管导通角的电阻的接入电路与否由单片机控制，根据当前温度值在相应管脚送出高/低电平，决定某个继电器的导通角控制电阻是否接入电路。系统总体设计系统总体结构框图关键电路设计系统工作原理如下：DS18B20数字温度传感器采集现场温度，将测量到的数据送入STC89C52单片机的P2.4口，经过单片机处理后显示当前温度值，并与设定温度值的上下限值作比较，若高于设定上限值或低于设定下限值则控制电机转速进行自动调整。1.温度传感器和显示电路电机调速是整个控制装置中的一个相当重要的方面。通过控制改变三极翻出的导，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。电风扇的风速从高到低设为2档，每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，线速度可由下列公式求得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=1250r/min.又因为：取n1=875r/min。则可得出五个档位的转速值：n1=875r/min，n2=980r/min，n3=1063r/min，n4=1150r/min，n5=1250r/min又由于负载上电压的有效值计算出控制角和触发时间，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.电机调速电路%70%100最高调速档的转速最低调速档的转速调速比103nDVπ22sin10UU3.风扇驱动电路温度模块控制电机开关，键盘改变设置的温度，然后和预设的温度进行比较，通过软件判断后由单片机的P3.4口输出脉冲信号，驱动风扇直流电机电路，实现电机的启动和转速的改变。当环境温度改变时，电机的转速会按照设定的程序相对进行改变，温度升高转速变快，温度降低，转速变慢，温度过低时自动停止，无人状态下也会自动停止。主程序部分系统的运行程序采用C语言编写，采用模块化设计，整体程序由主程序和显示、键盘扫描、以及电机控制等子程序模块组成。数字温度传感器模块和显示子模块如图所示，主机控制DS18B20数字温度传感器完成温度转换工作必须经过三个步骤：初始化、ROM操作指令、存储器操作指令。单片机所用的系统频率为12MHz。根据DS18B20数字温度传感器进行初始化时序、读时序和写时序分别可编写3个子程序：初始化子程序、写子程序、读子程序。电机调速与控制子模块1.中断服务程序：执行中断服务程序时，首先保护现场，INT0中断标志置位，禁止主程序修改工作参数，然后开始减1计数，判断是否关断可控硅，最后INT0中断标志位清零，还原初始化数据，恢复现场，中断返回。（设1秒钟通过波形数N=100）2.回路控制执行程序：主回路控制执行程序的任务是初始化数据存储单元，确定电机工作参数nmin/nmax，并将其换算成“有效过零脉冲”的个数；确定中断优先级、开中断，为了保证正弦波的完整，工频过零同步中断INT0确定为高一级的中断源。采用双向可控硅过零触发方式，由单片机控制双向可控硅的通断，通过改变每个控制周期内可控硅导通和关断交流完整全波信号的个数来调节负载功率，进而达到调速的目的子程序部分液晶显示子程序液晶LCD1602的子程序要按照说明上的时序图来完成。要想让LCD显示的话，首先要对LCD进行初始化。在完成LCD的初始化后，还需要定义字符的位置，并且定义写数据的函数。其第一行的地址是40H～4FH，第二行的地址是从80H～8FH，然后才能根据要显示字符的ASCⅡ码对该字符进行显示。其流程图如下所示：初始化函数写指令函数（位置）写数据函数（数字和字符）温度读取程序DS18B20温度读取程序负责把温度传感器DS18B20测得的外界数据经过AD转化为数字，然后将数据存入寄存器中，供温度处理程序进行下一步操作。其流程图如下所示：传感器初始化读取应答信号从DS18B20读取一个字节向DS18B20写入一个字节延迟至少750ms输出数据温度处理程序温度处理程序将上一把操作中读取的温度值进行转换，将二进制数转化为十进制数，然后输出数字，直接交给显示程序显示。流程图如下：等待转化完成初始化读取高八位和低八位启动温度测量等待初始化完成处理数据输出十进制整数键盘扫描子程序本设计配备两个输入按键，分别可以对设定温度进行加减，此子程序用来检测按键输入。流程图如下：扫描按键判断是否按下设定温度加一（减一）延时判断是否按下温度比较处理子程序温控风扇设定5个档位，根据温度的变化来变化风扇的转速。输出的型式采用高地电平的交替变换，档位越高，输出高电平的次数越多，相应的输出低点平的次数变少，反之，档位越低，输出的高电平次数越少，相应的输出的高电平的次数变多。低于设定温度时，风扇不转，大于最大挡位时满负荷运转。流程如下：系统调试部分硬件调试方法、步骤软件调试方法、仿真测量仪器测试数据系统调试1.按键电路的调试按键电路实现的功能是在按键按下后能执行设定温度的改变，这项采用实物调试，按键按下之后，温度随之改变。2.温度传感器电路的调试温度传感器DS18B20的调试在实物上进行，当用手指去加热温度传感器DS18B20的时候，LCD示数开始随温度的上升而改变，变化明显而且刷新频率适中，可以清晰的看到所显示的温度。3.电机电路的调试电机电路进行调试，不断的将设定温度降低，观察电机转速的变化。电机随设定温度与实际温度差值的改变而改变，转速变化较为平滑，达到了预期的效果。设计总结本次设计以STC89C52单片机为核心，单片机主要完成对外界环境温度信号的采集、处理、显示等功能;用AltiumDesigner6软件绘制电路原理图和PCB电路印刷板图，由Protues软件进行访真测试，利用MCS-51C语言编制。运行程序和系统的主要特点是:1.适用性强，用户只需对界面参数进行设置并启动系统正常运行便可满足不同用户对最适合温度的要求，实现对最适温度的实时监控。2.随时可以根据软件编写新的功能加入产品。操作界面可扩展性强，只要稍加改变，即可增加其他按键的使用功能。本系统温度控制采用DS18B20数字温度传感器作为感温元件。可控硅串接在电源与负载电风扇，借改变定周期内可控硅的导通与截止时间之比来实现调速功能。基于STC89C52单片机所设计与研制的电风扇智能调速系统，造价低且具有稳定性高、性能优越、节约电能等优点，在夜间无需定时，同样能给人们带来更多的方便。作品图片: