基于单片机的智能温控风扇设计论文

基于单片机的智能温控风扇设计论文学科分类号0807本科生毕业论文(设计)题目（中文）：基于单片机的智能温控风扇设计（英文）：TheDesignofIntelligentTemperatureControlledFanBasedonMCU学生姓名：刘胜珠学号：1210404032院别：电气与信息工程学院专业：通信工程指导教师：简小明讲师起止日期：2021.10-2021.52021年5月16日怀化学院本科毕业论文(设计、创作)诚信声明作者郑重声明：所呈交的本科毕业论文(设计、创作)，是在指导老师的指导下，独立进行研究所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，论文(设计、创作)不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的成果。对论文(设计、创作)的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确的方式标明。本声明的法律结果由作者承担。本科毕业论文（设计、创作）作者签名：年月日目录摘要..................................................................I关键字...................................................................IAbstract.................................................................IKeywords................................................................I1前言.(1)1.1智能风扇概况(1)1.2STC89C52单片机简介(1)1.3课题研究的意义(2)2设计的任务和要求(2)2.1设计任务(2)2.2设计要求(2)3设计方案的选择和论证(2)3.1温度传感器部分(2)3.2控制部分(3)4系统设计(5)4.1系统框架设计(5)4.2控制部分原理(5)4.4.1DS18B20温度传感器的温度处理方法(5)4.4.2温度传感器和显示电路组成(7)4.4电机调速电路(7)4.4.1电机调速原理(8)4.4.2电机控制模块设计(8)5控制器软件设计(9)5.1主程序(9)5.2温度传感器模块和显示模块(10)5.3电机调速和控制子模块(12)参考文献(13)致谢(14)附录A(15)基于单片机的智能温控风扇设计摘要在日常生活中发现传统风扇的使用有些不方便的地方，比如在很多的地区昼夜温差大，人们睡觉时一般依靠风扇的定时功能，这样可能出现风扇因定时到了而关闭，但温度并没有降低很多，也有可能温度降低了很多但定时没有到，风扇还在转动。为解决这个问题本文简绍了一种智能温控风扇系统，具有温度检测和显示功能，使用STC89C52单片机作为系统对风扇的转速进行控制。此风扇设计两个档位，由单片机根据DS18B20温度传感器传来的数字信号进行控制，当温度高于上限值时，风扇较快转动；当温度处于上限值与下限之间时，风扇较慢转动；当温度低于下限时，风扇停止转动。关键字单片机；智能控制；温度传感器TheDesignofIntelligentTemperatureControlledFanBasedonMCUAbstractTherearesomeinconvenientplacesintheuseoftraditionalfanindailylife,suchasmanyregionsofthetemperaturedifferencebetweendayandnight,peoplegenerallyrelyontimingfunctionoffan,thefanmaybeshutdownwhenthetimergoes,buttemperaturedidnotreducealotof,Inordertosolvethisproblem,thispaperintroducesafansystemcontrolledbytemperature,whichhasthefunctionoftemperaturedetectionanddisplay,andcontrolthespeedofthefanbyusingSTC89C52singlechipmicrocomputerasthesystem.Thefandesigntwostalls,itiscontrolledbyMCUaccordingtotemperaturesensorDS18B20digitalsignal,whenthetemperatureishigherthantheupperlimitvalue,fanfastrotation;whenthetemperatureisbetweenupperlimitandlowerlimits,fanslowermoving;whenthetemperatureisbelowthelimit,fanstopsrotatingKeywordsMCU;Intelligentcontrol;Temperaturesensor1前言1.1智能风扇概况虽然当今空调在不断的推广，使用越来越普及，但是电风扇并没有被淘汰，在市场上依然占有一席之地，它有着空调所不具备的优点，比如有些人对空调的使用有些不适应，出现一些所谓的空调病，而风扇的风比较温和，老少皆宜，而且风扇的价格比空调便宜很多，还节约电，使用和安装都非常的简单，这是风扇在市场上一直还有一席之地的主要原因。随着科技的发展，电子产品越来越趋于智能化，智能化产品在人们生活中也越来越受欢迎，因此由微机控制的智能电风扇将深受人们的喜爱。在人们的日常生活中，传统的风扇一般使用机械方式进行控制，功能比较少，一般只有手动调档和定时功能，到了季节交替时节昼夜温差大，白天温度高，电风扇应高转速、产生大风量，使人感到凉爽；到了晚上，气温降低，当人入睡后，应该逐步减小转速，降低风量，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，如果人睡着了就无能为力，传统风扇就普遍采用的定时器关闭的做法，而这样也是有些不足，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，如果增加定时器时间，而又非常的麻烦，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，可能使人感冒；还有一个很大的不便，就是人们彻夜使用风扇时，晚间入睡以后温度会下降很多，风扇的转速不能自动变小，也可能使人感冒。为了解决上述的问题，我们设计了这套智能温控风扇系统。使用DS18B20来检测周围环境的温度，将数字信号传给52单片机进行处理，同时使用数码管显示此时的温度，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、停机动作的智能控制。1.2STC89C52单片机简介STC89C52单片机的功能强大，而且功耗很低，成本低，在各种需要控制系统的地方能够灵活运用，片内具有4bytes能够反复擦写的只读存储器和128bytes的随机存取存储器，还有灵活的8位CPU和可编程flash,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统.STC89C52单片机有如下基本功能功能：具有4K的Flash快速存储器，128B的内部RAM，2个16位定时计数器，32个I/O口线，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。此外STC89C52单片机可以降到0Hz的静态逻辑操作，而且能够应用两种软件的省电工作模式。空闲方式时停止CPU运作，却能够允许定时，RAM、计数器，串行通行口和中断系统继续运行。掉电方式时能够保存RAM中的数据，但是振荡器会停止工作而且还会禁止其它所有的部件工作到下一个硬件的复位。1.3课题研究的意义在我们的日常生活中，有很多地方昼夜温差大，人们在熟睡时不方便调节风扇的档位大小，这时需要智能温控风扇系统，根据当时的温度自动调节风力大小或关闭，这与传统的风扇相比更人性化而且还节约用电。当然在其他地方也可以广泛应用。2设计的任务和要求2.1设计任务设计并制作一个基于单片机的智能温控风扇2.2设计要求本设计通过DS18B20对周围环境温度进行数据采集然后传给52单片机进行数据处理，使之形成一个随温度变化而自动做出相应动作的智能系统，这样风扇就能根据温度的变化而相应的自动变化档位，实现“温度高、风力大、温度低、风力弱”的性能。此外，用户通过按键来实现各种功能的控制，设置电风扇停止工作时的温度，只要温度比所设温度低时，电风扇就会自动的关闭，如果温度变化高于这个温度时电风扇就会自动的重新启动。本设计的重要内容如下：(1)风扇的档位有高低两个，用户可以通过键盘设置温度的上下限值。(2)当温度比所设温度下限值低时电风扇就会自动关闭。(3)当温度在所设温度下限和上限之间时电风扇慢速转动。(4)当温度高于所设温度上限值时电风扇快速转动。3设计方案的选择和论证3.1温度传感器部分方案一：用热敏电阻来设计温度传感器部分，首先把由温度变化而引起热敏电阻阻值的变化通过运大器放大、再把这个随温度变化的模拟信号通过AD转换芯片ADC0809变成数字信号供给单片机进行处理。方案二：用热电偶来设计温度传感器部分，外界温度的变化会引起热电偶内的电流，先用桥式电路进行整流，在用运算放大器放大电流信号，最后通过AD转换电路将模拟信号转变成数字信号传给单片机进行处理。方案三：用温度传感器DS18B20来设计温度传感器部分，因为传感器DS18B20集成元件把周围环境的温度转变成了数字信息直接送给单片机进行处理就行。对于方案一而言，虽然热敏电阻的价格比较便宜，制作成本低，可是他对周围环境温度的变化不怎么敏感，而且在温度数据的采集、放大和转换时还会产生失真与误差，此外因为热敏电阻的R-T是非线性的关系，外界温度变化引起的阻值变化本来就存在误差，如果在增加电路来纠正误差，这样不但使电路复杂而且对外界环境的温度变化更加的不敏感。所以放弃此方案。对于方案二而言，虽然热电偶比方案一中的热敏电阻对温度的变化敏感一些，而且在失真和误差方面也有很大的提高，但热电偶温度检测范围可以从-50摄氏度到1600摄氏度，此范围太广，对本设计不合适，对温度的变化还需更敏感。对于方案三而言，因为DS18B20是数字式的高集成温度传感器，特点就是集成化高，输出的又是数字信号，使得电路更加的简单，误差也更小，而且因为DS18B20检测温度在原理上与前两种方案有着本质的区别，这让它对温度的分辨力提高了很多。而且温度的数值在器件内直接转换成了数字信号输出，这使得系统程的序设计计更加的简单，此外因为DS18B20使用了先进的单总线技术，这使得单片机的接口变的简单很多，而且有较强的抗干扰能力。关于DS18B20的详细参数参看下面“硬件设计”中的器件介绍。3.2控制部分方案一：用热电偶或者热敏电阻将外界环境温度的变化转变成电信号的变化，再传给由集成运放构成的比较电路，来判断控制电风扇的档位，使得当环境的温度超过或者低于某值时，风扇会自动的切换到相应的档位。方案二：用单片机作为控制系统，编写相应的程序，使单片机根据输入的温度信号自动做出相应动作来控制电风扇的档位。对于方案一，虽然电压比较电路制作简单，也不要编写相应的程序，但它的控制方式却太过简单，不能够由用户设置上下限温度，因此不能满足不同用户的不同要求。对于方案二，用单片机作为控制核心，可以编写程序通过数码管显示出温度传感器检测的温度，除此之外用户还可以通过键盘自主的设置上下限温度值，这满足了用户的全方位需求。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。因此就选方案二。3.3显示部分方案一：使用五位共阳数码管显示温度，动态扫描显示方式。方案二：使用LCD液晶显示屏显示温度对于方案一，此方案成本低廉，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