智能風扇控制系統(tǒng)設(shè)計

本科畢業(yè)論文（設(shè)計）(2015 屆)智能風扇控制系統(tǒng)設(shè)計院 系 電子信息工程學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 姓 名 朱仁斌 指導(dǎo)教師 陳曉婷 助教 2015 年 4 月學(xué)號：1108441095合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）- I -摘 要由于當今信息技術(shù)的高速發(fā)展，溫度的測量與控制系統(tǒng)在工業(yè)和農(nóng)業(yè)以及人們的日?；顒又谐洚斨粋€日趨重要的角色，它對我們的日常生活具有諸多的影響，因此溫度的采集以及其控制系統(tǒng)的開發(fā)與研究有十分重要的意義。所以溫度控制現(xiàn)在的社會中的生產(chǎn)制造對風扇的運用以及人們的生活和活動中都有應(yīng)用和涉及，比如在大量的工業(yè)生產(chǎn)制造中生產(chǎn)機械的散熱所需要用到風扇、又例如我們?nèi)粘Ｓ玫墓P記本電腦上的 CPU 風扇、家庭日常生活中用的風扇等等。伴隨著我們的生活與活動中對溫度需要精確控制的要求不斷的增加，風扇的智能控制的應(yīng)用也越發(fā)廣泛，因此一件可以通過自身系統(tǒng)智能的對溫度變化做出相應(yīng)控制的智能風扇控制系統(tǒng)越來越成為發(fā)展的需要。因此從此目的出發(fā)，我該篇論文介紹的主要是一類基于 AT89C51 單片機基礎(chǔ)上的風扇根據(jù)溫度智能調(diào)控速度的設(shè)計，本設(shè)計項目以 AT89C51 單片機為核心點，運用到能及時并且精確的采集環(huán)境溫度的溫度傳感器電路，同時采用了雙向晶閘管對電動機加以無級調(diào)速，通過將風扇的控制中加以智能控制技術(shù)，利用周圍生活或者生產(chǎn)的環(huán)境中的溫度對風扇進行溫度控制。并且可以通過收集到的外部溫度，通過達林頓反向驅(qū)動裝置來驅(qū)動風扇電機轉(zhuǎn)動。利用檢測到的外界溫度與人們一開始系統(tǒng)中設(shè)定溫度來對風扇電機的啟動和停止進行智能化得控制，同時能夠根據(jù)環(huán)境溫度的改變智能的改變風扇的轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)對溫度的控制要求。同時我們還運用到 LED 數(shù)碼管對檢測到的溫度與設(shè)定的溫度進行顯示，更有利于度溫度控制的掌控，以實現(xiàn)對環(huán)境溫度的智能控制，并做出相應(yīng)的措施來控制溫度變化。關(guān)鍵詞：單片機；DS18B20溫度傳感器； 溫控風扇；合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）- II -AbstractDue to the rapid development of modern information technology today, the temperature measurement and control system in industry and agriculture and People's Daily activities plays an increasingly important role, it has many effects on our daily life, so the temperature acquisition and control system of its research and development has the very vital significance. So the temperature control fan in today's society in the production and life activities of each people all have a wide range of applications and involve, for example, in most of the industrial production of large production machinery of the cooling fan, and in the system such as everyone's laptop on the application of intelligent CPU fan, family daily life with the fan, and so on. Along with our life and activity of requires precise temperature control requirements unceasing increase, the application of intelligent control fan more widely, so one can through to its own system of intelligent control of temperature change accordingly more and more become the needs of the development of smart fan control system. Purpose so from now on, I this paper introduces the main is a kind of based on AT89C51 single chip microcomputer based on fan according to the design of the temperature intelligent control speed, the design project is AT89C51 single chip processor as the emphasis, use the timely and accurate collection and the temperature of the ambient temperature sensor circuit, and adopts the bidirectional thyristor stepless speed regulation of motor, by rotating fan control in intelligent control technology, using life or production around the environment temperature for temperature control fan. And can be collected by the environment temperature, after the darlington reverse drive to drive the rotation of the motor. Detected using the environment temperature and the people at the request of the system set the temperature of the fan motor to automatically start and stop the intelligent control, can also according to the ambient temperature changes of intelligent fan speed, in order to realize the control of the temperature requirements. At the same time we also applied to the LED digital tube to detect temperature and setting temperature shows that better control of temperature control, in order to realize intelligent control of the environment temperature, and make corresponding measures to control the temperature change. Keywords: Microcontrollers; Temperature transducer; Temperature control fan;合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）- III -目 錄摘 要 IABSTRACT.II目 錄 III1 緒論 11.1 研究背景 11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.3 研究目的與意義 11.4 本章小結(jié) 22 系統(tǒng)總體設(shè)計 22.1 設(shè)計要求 22.2 系統(tǒng)方案規(guī)劃 22.2.1 硬件設(shè)計 .32.2.2 軟件設(shè)計 .32.3 本章小結(jié) 43 系統(tǒng)硬件設(shè)計 43.1 系統(tǒng)器件簡介 .43.1.1 DS18B20 單線數(shù)字溫度傳感器 .43.1.2 達林頓電路 .43.1.3 AT89C52 單片機概況 .53.1.4 LED 數(shù)碼管簡介 .63.2 各部分電路設(shè)計 63.2.1 開關(guān)復(fù)位與晶振電路 .63.2.2 獨立鍵盤控制原理 .73.2.3 數(shù)碼管顯示電路 .73.2.4 溫度采集電路 .83.2.5 風扇電機驅(qū)動和與之相應(yīng)的調(diào)速電路 .93.3 本章小結(jié) 94 系統(tǒng)軟件設(shè)計 9合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）- IV -4.1 程序設(shè)置 .94.2 溫度傳感器模塊 104.3 電機調(diào)速與控制子模塊 125 系統(tǒng)軟件調(diào)試 .135.1 用 KEIL C51 編寫程序 .135.2 用 PROTEUS 進行仿真 .144.5.1 PROTEUS軟件的使用 144.5.1 本實物在 PROTEUS上的仿真 .155.3 本章小結(jié) 206 系統(tǒng)硬件調(diào)試 .206.1 實物的整體結(jié)構(gòu) 206.2 實物接入電源調(diào)試 206.3 實物設(shè)定預(yù)設(shè)值調(diào)試 216.4 實物運行工作調(diào)試 226.5 本章小結(jié) 23結(jié)論與展望 .23致謝 .24參考文獻 .25附錄 A：系統(tǒng)原理圖 .26附錄 B：系統(tǒng) PCB 圖 .27附錄 C：系統(tǒng)源程序 .28合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）11 緒論1.1 研究背景狀況在現(xiàn)如今的社會生活中，風扇的應(yīng)用是十分廣泛的，它在日常的生活和生產(chǎn)中有著十分重要的作用，例如在工業(yè)生產(chǎn)制造中的生產(chǎn)機械里的散熱系統(tǒng)中對風扇的運用、又比如每個人的筆記本電腦上的散熱風扇、家庭日常生活中用來降溫的電風扇等。而在溫度控制方面的不斷進步和控制的精準，所以我們可以將已經(jīng)反向指向通過溫度控制以達到更精準的控制技術(shù)來降低風扇工作剛才中的噪音和相應(yīng)的無用功帶來的電力資源的浪費，溫度控制的風扇隨著研究的深入以及科研究所的進步，這項技術(shù)的優(yōu)越性將會被展示出來，可以適用在諸多場合和不同的環(huán)境中，給人們帶來便捷。在現(xiàn)在的研究成果中，溫控風扇的研究水平研究達到了很高的程度了，風扇已經(jīng)可以實現(xiàn)根據(jù)自身通過周圍環(huán)境溫度的改變進而智能的進行無級調(diào)速，這是該系統(tǒng)設(shè)計要實現(xiàn)的一個重要要求，簡單來說就是在外界溫度升到一風扇系統(tǒng)設(shè)定的最高值是它將自動啟動風扇運轉(zhuǎn)，同樣的當外界溫度降到相應(yīng)的設(shè)定最低值時則自動停止風扇的轉(zhuǎn)動，以此來實現(xiàn)通過溫度對風扇智能化控制。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前風扇的發(fā)展趨勢是節(jié)能、功能多樣化，在外觀和功能上追求個性化，像電腦控制、自然風、睡眠風、負離子功能這些本屬于空調(diào)的功能，也被眾多的風扇所使用，甚至還有增加照明、驅(qū)蚊等更多實用的功能。溫控風扇的研究使用很早就開始了，工業(yè)控制中最為普遍，筆記本中也使用的是溫控小風扇。目前的溫控風扇研究最多的以單片機或基于FPGA/CPLD為控制核心，由于其運行速度快、性能穩(wěn)定、數(shù)字化程度高、精度高、適應(yīng)性強等特點，對電器的自動控制具有重要的意義和價值，除此以外還添加了一些其他的技術(shù)功能，使得風扇更加人性化，對風扇行業(yè)的發(fā)展大有裨益。1.3 研究目的與意義近幾年，伴隨人們?nèi)粘５纳钜约翱萍妓降奶岣?，家庭使用的電器化產(chǎn)品無論是在功能、樣式等方面不斷完善，并且都向著安全、實用、節(jié)能、健康、多功能等方面進行發(fā)展和研究。同時電風扇因為其低廉的價格、低耗的用電量，以及其安裝和使用中便利，所以中國農(nóng)村的大部分地區(qū)以及一些校園里的教師辦公室和宿舍中依舊將電風扇作為降溫的工具。但是現(xiàn)如今市場上的電風扇大多數(shù)采用的都是全硬件電路的風扇，其電路十分復(fù)雜而起且功能非常單一。并且因為現(xiàn)在市場上的電風扇，大部分都是手動控制機械旋鈕來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和定時，經(jīng)常會發(fā)生沒有人時風扇依然工作運轉(zhuǎn)，溫度已經(jīng)很低了合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）2仍然在工作。因此，我們目的在于開發(fā)，設(shè)計一個新型的具有人體紅外和溫度傳感系統(tǒng)來檢測室內(nèi)有無人員以及室內(nèi)溫度。然后通過程序，與傳感器來自動控制電風扇工作與停止，以及工作時轉(zhuǎn)速的大小。從而達到我們所預(yù)期的智能控制和節(jié)能環(huán)保的目的。1.4 本章小結(jié)由于單片機的便捷，智能，高效，操作簡便，使得其更容易被人們接受使用，所以就有許多以單片機作為核心控制來實現(xiàn)溫度控制的系統(tǒng)也隨之產(chǎn)生，例如通過單片機為核心實現(xiàn)的通過溫度控制電機的系統(tǒng)。該系統(tǒng)控制電機的自動啟動和停止是通過對外界溫度改變感應(yīng)到的信號來實現(xiàn)控制的，并且可以使得風扇的轉(zhuǎn)速根據(jù)環(huán)境溫度的變化而進行相應(yīng)的調(diào)整，這樣就可以實現(xiàn)通過溫度對風扇的智能化控制。該研究和開發(fā)可以為人們的生活以及生產(chǎn)帶來了更多便捷之處，使得我們不僅可以提高人們的生活品質(zhì)、生產(chǎn)效益的同時還能為節(jié)能減排保護環(huán)境做出貢獻。2 系統(tǒng)總體設(shè)計2.1 設(shè)計要求本實物的設(shè)計采用了 AT89C52 單片機作為智能風扇的控制器，利用 DS18B20 溫度傳感器作為該設(shè)計的溫度采集元件，同時利用達林頓反向驅(qū)動器 ULN2803 來驅(qū)使風扇電機的轉(zhuǎn)動。同時我們檢測到的外界溫度以及根據(jù)我們所需要而設(shè)定的溫度都可以直接顯示在數(shù)碼管上。系統(tǒng)通過檢測到外界溫度與系統(tǒng)預(yù)設(shè)溫度的差別，來達到對電機的啟動停止以及轉(zhuǎn)速大小的智能控制。2.2 系統(tǒng)方案規(guī)劃本實物的總體方案和規(guī)劃是：通過 DS18B20 溫度傳感器對環(huán)境溫度進行檢測并且將相應(yīng)的溫度信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字溫度信號傳輸給 AT89C52 單片機進行溫度間差別的比對，同時也將外界溫度和設(shè)定溫度顯示在數(shù)碼管上。其中設(shè)定的溫度數(shù)值大小是以整數(shù)形式顯示出來的，實時外界溫度的溫度大小顯示上精確到一位小數(shù)。并且該設(shè)計產(chǎn)品通過 PWM脈寬調(diào)制方式來實現(xiàn)對直流風扇電機的轉(zhuǎn)速加以控制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下：合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）3溫度顯示D S 1 8 B 2 0復(fù)位電路 晶振電路達林頓驅(qū)動電路直流電機A T 8 9 C 5 2圖 2.1 系統(tǒng)構(gòu)成框圖2.2.1 硬件設(shè)計本設(shè)計實物需要使用到的器件有 AT89C52 單片機、DS18B20 溫度傳感器、LED 共陰數(shù)碼管、達林頓反向驅(qū)動器、直流電機。其他小的元器件有：電源，晶振，按鍵，撥碼開關(guān)，電阻和電容等。2.2.2 軟件設(shè)計軟件的程序設(shè)計主要包涵：主程序設(shè)計，DS18B20 的初始化函數(shù)和溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)以及溫度讀取函數(shù)，還有鍵盤掃描的函數(shù)，數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)函數(shù)和溫度處理函數(shù)以及對電機控制的函數(shù)。DS18B20 初始化函數(shù)的作用是對溫度傳感器做出初始化的實現(xiàn)；DS18B20 溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)是實現(xiàn)對環(huán)境溫度數(shù)據(jù)的實時采集；溫度讀取函數(shù)是主機對溫度傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的讀取以及換算，鍵盤掃描函數(shù)則是實現(xiàn)對初值的加減設(shè)定；溫度處理函數(shù)對檢測到的實時溫度進行分析處理解析，給電機轉(zhuǎn)速的變化提供信息；風扇電機控制函數(shù)則是通過溫度數(shù)值對電機轉(zhuǎn)速和啟停的進行控制。合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）42.3 本章小結(jié)本研究產(chǎn)品是要達到實現(xiàn)風扇直流電機的溫度控制的要求，將風扇電機改造成能夠根據(jù)環(huán)境溫度的實時變化情況去實現(xiàn)啟停及改變轉(zhuǎn)速的自動控制，因此我們需要讓這樣的風扇達到一個較高的溫度變化分辨率和穩(wěn)定可靠的風扇換擋以及停機控制器件。3系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1系統(tǒng)器件簡介3.1.1 DS18B20數(shù)字溫度傳感器我們該設(shè)計中用到的溫度傳感器是我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常使用的 DS18B20 溫度傳感器，該擁有體積小，器件成本低，抗干擾能力強，精度高，接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場合等優(yōu)勢，因此被選作作為這次溫控風扇的溫度傳感器，并且也十分適合運用到產(chǎn)品的設(shè)計中。DS18B20 主要特征有：第一：其適用的電壓范圍非常廣泛，電壓的范圍在：3.05.5V，并且在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。第二：其有著獨特的接口方式，該溫度傳感器在與微處理器連接時只需要一條線即可完成微處理器與其的雙向通訊。第三：它可以支持多點組網(wǎng)功能，因此可以實現(xiàn)多個溫度傳感器并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn)組網(wǎng)多點測溫。第四：它在使用中不需要其他外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在一個三極管的集成電路內(nèi)。第五：其溫度測量范圍在55+125 ，在-10+85 時精度為±0.5可見范圍非常廣泛。第六：它可編程的分辨率為 912 位，相對應(yīng)的可分辨溫度分別為 0.5、0.25、0.125 和 0.0625，因此可以實現(xiàn)溫度的高精度測量。第七：它在 9 位分辨率時最久在 93.75ms 內(nèi)就可以把相應(yīng)的溫度信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，12 位分辨率時最多在 750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，速度非常迅速。第八：測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，并且以“一 線總線“串行傳送給 CPU 控制中心，同時它還可以傳遞 CRC 校驗碼，使其具有很強的抗干擾和糾錯能力。第九：電源極性接反時，芯片并不會因為發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作，這樣也避免了因為操作不當造成的器件損壞。3.1.2 達林頓電路本設(shè)計實物是以單片機來實現(xiàn)對直流電機進行控制，因為單片機的 I/O 口上拉電流很微弱，灌電流也不過 510mA，遠不能勝任驅(qū)動風扇的功能故需要加驅(qū)動電路，為直流電機提供足夠大的驅(qū)動電流。傳統(tǒng)的功率輸出方式是使用繼電器和晶體管。在本系統(tǒng)驅(qū)動電路中，因為輸出需要通過快速通斷電來改變驅(qū)動功率，而繼電器的反應(yīng)速度相比電信號的變化顯示過慢。所以選用達林頓驅(qū)動器來驅(qū)動風扇直流電機。合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）53.1.3 AT89C52單片機概況AT89S52 單片機是一種低電壓高性能的 8 位 CMOS 微型控制器，擁有 8K 字節(jié)可在線編程的 flash 存儲區(qū)。它運用 Atmel 高密度非易失性的存儲技術(shù)，可以兼容 80C51 的指令集和管腳。該單片機上的 flash 支持 ISP 并且傳統(tǒng)的 flash 編程器也可以對其進行重新編寫程序。通用的 8 位 CPU 以及可在線編程，使得其可以為我們提供了一個靈活、高效的嵌入式應(yīng)用解決方案。該類單片機主要特征：第一：兼容 MCS-51 指令，使其使用面更廣，兼容性更高。第二：8K 字節(jié)支持在線編程的 Flash 儲存區(qū)，可以進行多次擦寫，使其編程起來更為便捷。第三：工作電壓在 4.0V-5.5V，范圍還是相當大。第四：256*8bit 的片內(nèi) RAM，空間比較充裕。第五：它有三個 16Bit 計數(shù)器和定時器。第六：該單片機中有 8 個中斷源。第七：它擁有全雙工 UART 串行通道。第八：該單片機可以在低電壓模式和電源睡眠模式兩種模式下工作。第九：其在電源睡眠模式下時，中斷觸發(fā)將返回原狀態(tài)。第十：其擁有兩個數(shù)據(jù)指針 DP。第十一：該單片機可以采用 Fast Programming Time 快速編程。第十二：其擁有著特有的電源關(guān)閉標志，并且該單片機是綠色包裝，無鉛和鹵化物。下圖片為AT89C51 封裝實物圖：圖 3.1 AT89C51 單片機封裝實物圖3. 1. 4 LED 數(shù)碼管簡介我的這個設(shè)計實物選取的 LED 數(shù)碼管是一個 7 段兩位帶小數(shù)點 10 引腳的 LED 數(shù)碼管，合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）6并且其引腳定義每一個筆劃都是相對應(yīng)一個字母并且表示 DP 是小數(shù)點。它可以通過分時以達到輪流控制每個 LED 數(shù)碼管的 COM 端，就可以使各個數(shù)碼管依次輪流受控顯示，這樣就是動態(tài)驅(qū)動原理。每個數(shù)碼管的點亮時間為 1ms2ms，但是因為人的視覺暫留現(xiàn)象以及發(fā)光二極體具有的余輝效應(yīng)，雖然實際上每位數(shù)碼管并不是同時亮，但是只要其掃描的速度足夠快，給人的現(xiàn)象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，而且并不會有閃爍感，如此看來動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是相同的，這樣就能夠節(jié)省很多的 I/O 口，并且這樣數(shù)碼管的功耗更低。下表是數(shù)碼管的選碼表：表 2.1.1 7 段 LED 的段選碼表顯示字符 共陰極段碼 共陽極段碼 顯示字符 共陰極段碼 共陽極段碼0 3fH C0H 8 7fH 80H1 06H F9H 9 6fH 90H2 5bH A4H A 77H 88H3 4fH B0H B 7fH 83H4 66H 99H C 39H C6H5 6dH 92H D 3fH A1H6 7dH 82H E 79H 86H7 07H F8H F 71H 8EH3.2各部分電路設(shè)計3.2.1 開關(guān)復(fù)位與晶振電路在一個完整的單片機控制系統(tǒng)中我們必須要設(shè)計出相應(yīng)的開關(guān)復(fù)位和晶振電路。因為單片機自身需要復(fù)位，同時外部擴展的 I/O 接口電路也需要相應(yīng)的復(fù)位開關(guān)，因此需要為該控制系統(tǒng)設(shè)計出一個同時擁有上電和復(fù)位按鈕的系統(tǒng)同步復(fù)位電路。在單片機上有 XTAL1 和 XTAL2 主要用于連接單片機內(nèi)部的 OSC 定時反饋回路的 。 該實物中的復(fù)位開關(guān)和晶振電路如下圖所示： 合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）7R91KC310uFVCCS1SW-DPDTVCCDS123J1PWR2.5C1470uF/25V+12Vin VoutGNDVR1 7805C2470uF/25V12 34Key44*4圖 2.2.1 系統(tǒng)復(fù)位與晶振電路3.2.2 獨立鍵盤的控制原理鍵盤中有 2 個獨立按鍵，其中一端是和單片機的 P1.3 和 P1.4 兩個端口相連，另外一個端口接地。在將系統(tǒng)通上電源后，獨立鍵盤開始掃描子程序，并以查詢?yōu)榉绞饺ゴ_認各按鍵，并且完成對初值溫度的設(shè)定。其中按鍵與單片機相連的為加按鍵，每按一次就是對初始設(shè)定值進行一次加一，接地的按鍵為減按鍵，每按一次就是對初始設(shè)定值進行一減一。其接線圖如下：12 34K ey 14 * 412 34K ey 24 * 412 34K ey 34 * 4設(shè) 定加減圖 2.2.2 獨立鍵盤連接電路3.2.3 數(shù)碼管顯示電路本實物設(shè)計中的數(shù)碼顯示器主要用于對溫度傳感器檢測到的實時溫度進行檢測和顯示的作用，它的精確程度達到 0.1 攝氏度，并且數(shù)碼管的溫度顯示范圍從 0 到 99 攝氏度；合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）8數(shù)碼管的后 2 位是用來顯示系統(tǒng)設(shè)定出的初始溫度值，并且其顯示的溫度值只能是整數(shù)，范圍也不能超過 0 到 99 攝氏度。e1d2pb3c4g546b73829f10a11112LED1LG5641BHVCCR101K R111K R121K R131K220*8Q18550 Q28550 Q38550 Q48550圖 2.2.3 數(shù)碼管顯示電路3.2.4 溫度采集電路DS18B20 數(shù)字溫度傳感器的工作原理主要是通過它內(nèi)部計數(shù)時鐘周期來的效果，用來完成對溫度測量功能。它一方面可以將檢測到的溫度信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號傳到單片機中與初始的設(shè)定值進行比對和處理，另一方面則是將檢測到的溫度信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號傳遞到數(shù)碼顯示管處，對實時溫度進行準確的顯示。以下是其與單片機的圖：GND 1DS 2Vcc 3U2DS18 B20VCCDS圖 2.2.4 溫度采集電路合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）93.2.5 風扇電機驅(qū)動和與之相應(yīng)的調(diào)速電路該實物設(shè)計中里首先從單片機的 I/O 口輸出一個 PWM 的脈沖信號。再利用達林頓反向驅(qū)動裝置來帶動直流風扇電機的轉(zhuǎn)動同時實現(xiàn)對風扇轉(zhuǎn)速的控制和調(diào)節(jié)。利用鍵盤去設(shè)置溫度值，再通過軟件去編寫單片機相應(yīng)的控制程序，然后通過單片機輸出的 PWM 脈沖信號，再通過三極管來驅(qū)動電機電路，以用來實現(xiàn)電機的啟動停止和轉(zhuǎn)速的控制。當溫度升高或者下降電機都會通過相應(yīng)的信號和設(shè)定的等級比對做出轉(zhuǎn)速提高或是下降的反應(yīng)。如果當環(huán)境的溫度低于相應(yīng)的設(shè)定溫度時，電機就停止轉(zhuǎn)動，但當溫度又達到預(yù)設(shè)溫度是，電機又會重新開始工作。下圖是電機驅(qū)動和調(diào)速電路的電路連接圖：Q58550Q78050R141KA -+B1動動動動VCCOUT動動動動動動動D1Diode 1N4007+12圖 2.2.5 風扇電機驅(qū)動與調(diào)速電路3.3 本章小結(jié)系統(tǒng)的硬件設(shè)計主要是單片機為處理中心，溫度傳感器為檢測中心實現(xiàn)對外部環(huán)境溫度的實時檢測并傳遞到相應(yīng)控制部門，數(shù)碼顯示管做為顯示中心主要用于對測量得到的外界實時溫度以及系統(tǒng)本身設(shè)定的初始溫度進行直觀的顯示，最后再通過這些作用到相應(yīng)的驅(qū)動電路和調(diào)速電路中去，則即可實現(xiàn)風扇的智能控制的效果。4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1程序設(shè)置該實物的軟件方面的設(shè)計主要含有以下幾個方面：單片機上的主程序的編輯，溫度傳感器上需要設(shè)計的初始化函數(shù)，溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)，其中溫度傳感器的初始化函數(shù)對其進行初始化的作用，溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)用來實現(xiàn)將檢測到的溫度信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的作用。鍵盤中的鍵盤掃描函數(shù)是用于對初始值的加減的設(shè)定。溫度處理函數(shù)主要是用于單片機合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）10核心對采集到的溫度信號進行分析處理，以用來對電機轉(zhuǎn)速進行控制。風扇電機的控制函數(shù)則是通過處理過的溫度數(shù)值對電機的啟停和調(diào)速進行控制。主程序流程圖如下圖所示：主程序開始程序初始化調(diào)用 D S 1 8 B 2 0 初始化函數(shù)調(diào)用 D S 1 8 B 2 0 溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)調(diào)用溫度讀取函數(shù)調(diào)用鍵盤掃描函數(shù)調(diào)用數(shù)碼管顯示函數(shù)調(diào)用溫度處理函數(shù)調(diào)用風扇電機控制函數(shù)結(jié)束4.1.1 主程序流程圖4.2 溫度傳感器模塊如下圖 4.2 所示，初始化，ROM 的操作指令以及存儲器的操作指令組成了 DS18B20溫度傳感器的溫度轉(zhuǎn)換工作，通過這三步來實現(xiàn)溫度傳感器的溫度檢測，傳遞等一系列功能。合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）11開始系統(tǒng)初始化進行測溫 設(shè)置參數(shù)初始化 D S 1 8 B 2 0啟動 D S 1 8 B 2 0 測溫內(nèi)部判斷調(diào)用讀子程序輸出顯示調(diào)用相應(yīng)的鍵值處理程序調(diào)用相應(yīng)的控制程序調(diào)用寫子程序結(jié)束異常正常圖 4.2 溫度傳感器模塊程序流程圖DS18B20 芯片功能命令表如表 2 所示。合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）12表 2 DS18B20 功能命令表命令 說明 協(xié)議READ ROM 讀取激光 ROM64 位 33HMATCH ROM 匹配 ROM 55HSKIP ROM 跳過 ROM CCHSEARCH ROM 搜索 ROM FOHALARM SEARCH 告警搜索 ECHWRITE SCRATCHPAD 把字節(jié)寫入暫存器地址 2 和 3 4EHREAD SCRATCHPAD 讀取暫存器和 CRC 字節(jié) BEHCOPY SCRATCHPAD 把暫存器內(nèi)容拷貝到非易失性存儲器中 48HCONVERT T 開始溫度轉(zhuǎn)換 44HRECALL E 把非易性存儲器中的值召回存儲器 B8HREAD POWER SUPPL Y 讀電源供電方式：0 為寄生電源，1 為外電源B4H4.3 電機調(diào)速與控制子模塊該單片機控制系統(tǒng)中調(diào)速的方式采用的是雙向可控硅過零觸發(fā)方式來實現(xiàn)對速度的調(diào)控，因為該調(diào)控方式中分級明確，控制精度高，所以適合用于智能風扇控制系統(tǒng)中，下圖是電機控制模塊中斷響應(yīng)流程圖如圖 4.3 所示。合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）13E X 0 中斷溫度大于等于下限值并且小于上限值控制可控硅截止設(shè)置 T 0 參數(shù)啟動定時中斷返回T 0 中斷控制可控硅導(dǎo)通停止 T 0 定時中斷返回圖 4.3 電機控制模塊中斷響應(yīng)流程圖5.軟件調(diào)試5.1 用 Keil C51 編寫程序Keil C51 是 一 款 主 要 用 于 51 系 列 的 單 片 機 C 語 言 的 軟 件 開 發(fā) 系 統(tǒng) 。 相 比 較 單 片機 的 匯 編 語 言 來 說 的 話 ， C 語 言 有 其 特 有 的 便 捷 之 處 更 適 合 51 系 列 單 片 機 的 系 統(tǒng) 編寫 ， 因 為 它 在 語 句 簡 單 便 捷 的 同 時 ， 它 的 編 寫 模 塊 的 可 移 植 性 更 強 了 ， 所 以 跟 容 易 被大 眾 接 受 和 學(xué) 習 ， 使 用 起 來 效 率 更 高 。 目 前 來 說 Keil 是 使 用 比 較 多 的 51 系 列 單 片機 的 開 發(fā) 軟 件 。下圖是 Keil C51 的使用界面，如圖 4.2.1。合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）145.2 用 Proteus 軟件進行仿真工作5.2.1 Proteus軟件的使用如下圖是 Proteus 軟件打開使用時的主界面，如圖 4.3.1。合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）15圖 4.3.1 Proteus 使用主界面5.2.2本實物在 Proteus上的仿真第一先啟動 Proteus 軟件然后創(chuàng)建一個新工程，然后通過原理圖導(dǎo)出相應(yīng)的元器件，再通過需要的要求對各原件的屬性進行修改然后再按照原理圖的連接方式再相應(yīng)把各原件連接起來。在根據(jù)原理圖連接好再把編程好的程序加載到其中去。最后根據(jù)系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能一步步進行仿真。第一：將溫度傳感器上的檢測到的溫度設(shè)為 26.4 攝氏度，然后再用鍵盤將系統(tǒng)預(yù)設(shè)的溫度調(diào)節(jié)為 22 攝氏度。隨后打開開始按鈕，系統(tǒng)就開始進行仿真，等一段時間過后等系統(tǒng)穩(wěn)定以后，可以觀察到此時風扇電機的轉(zhuǎn)速是+14.2r/s，如下圖 4.3.2 所示。合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）16圖 4.3.2 Proteus 仿真效果圖一第二：再將溫度傳感器檢測到的外部環(huán)境的實時溫度設(shè)為 28.4 攝氏度，再用鍵盤將系統(tǒng)的預(yù)設(shè)溫度調(diào)成 22 攝氏度。打開開始仿真按鈕，系統(tǒng)開始進行仿真，等過一段時間后系統(tǒng)穩(wěn)定后，可以觀察到此刻風扇電機的轉(zhuǎn)速為+23.3 r/s，如下圖 4.3.3 所示。合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）17圖 4.3.3 Proteus 仿真效果圖二第三：再將溫度傳感器檢測到的外部環(huán)境的實時溫度設(shè)為 33.4 攝氏度，再用鍵盤將系統(tǒng)的預(yù)設(shè)溫度調(diào)成 22 攝氏度。打開開始仿真按鈕，系統(tǒng)開始進行仿真，等過一段時間后系統(tǒng)穩(wěn)定后，可以觀察到此刻風扇電機的轉(zhuǎn)速為+32.0 r/s，如下圖 4.3.4 所示。合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）18圖 4.3.4 Proteus 仿真效果圖三基于上一步的仿真基礎(chǔ)上，再用鍵盤將系統(tǒng)預(yù)設(shè)溫度調(diào)節(jié)至 34 攝氏度，此時可知系統(tǒng)預(yù)設(shè)溫度值已經(jīng)大于溫度傳感器檢測到的外部環(huán)境的溫度，這時候我們可以觀察到電機的轉(zhuǎn)速主見變慢，最好轉(zhuǎn)速降到了 0，顯而可見可以符合系統(tǒng)設(shè)計時需要滿足的要求。如下圖 4.3.5 所示。合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）19圖 4.3.5 Proteus 仿真效果圖四經(jīng)過以上多步的仿真結(jié)果我們可以知道，在我們設(shè)定的系統(tǒng)溫度一定時，當外部環(huán)境溫度不斷升高時風扇的轉(zhuǎn)速也不斷加快，當我們測的外界環(huán)境溫度不斷降低時電機轉(zhuǎn)速逐漸減慢，當外界溫度一旦低于預(yù)設(shè)溫度值時，電機的轉(zhuǎn)速將降到零，所以該系統(tǒng)還是實現(xiàn)了設(shè)計處的設(shè)計要求了。然而缺陷也是有的，該系統(tǒng)并沒有實現(xiàn)無級調(diào)速，只能在大的等級范圍內(nèi)進行調(diào)速，通過上面的仿真我們可以看出該設(shè)計只能在四個等級里面進行速度變化。如果環(huán)境溫度的變化范圍非常小的話風扇電機轉(zhuǎn)速是不變的，所以只有當超過了某個設(shè)定界限以后轉(zhuǎn)速才有變化的設(shè)定的，這點上面還有待我們改善和提高的。合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）205.3本章小結(jié)由上述對軟件功能和在系統(tǒng)中起到作用的介紹，向我們展示了該系統(tǒng)中所需要掌握的軟件操作和設(shè)計。不僅要做到對軟件的充分了解和掌握，還要會利用個軟件間的聯(lián)系，將它們?yōu)榱藢崿F(xiàn)該系統(tǒng)的功能而充分聯(lián)系成一個整體，這樣才能充分發(fā)揮其功能所在。6硬件調(diào)試6.1實物的整體結(jié)構(gòu)如下圖是智能風扇控制系統(tǒng)的整體樣貌圖，如圖 5.1 所示：6.2實物接入電源調(diào)試當接通電源以后，打開實物上的電源按鈕后，數(shù)碼管就開始工作了，此時顯示的示數(shù)為此時外部環(huán)境的溫度。如下圖 5.2 所示。合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）216.3實物設(shè)定預(yù)設(shè)值調(diào)試通過鍵盤對系統(tǒng)預(yù)設(shè)值進行設(shè)置，通過開始接通電源時數(shù)碼管顯示的外部溫度環(huán)境我們可以知道現(xiàn)在外部的大概溫度，于是我將預(yù)設(shè)溫度設(shè)成 12 攝氏度，如下圖 5.3 所示。合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）226.4實物運行工作調(diào)試當我們將設(shè)定值調(diào)節(jié)到 12 攝氏度，并且確認以后，系統(tǒng)自動檢測到外度溫度高于預(yù)設(shè)溫度，所以風扇開始工作轉(zhuǎn)動，且當我再不斷調(diào)低設(shè)定值以后，風扇的的轉(zhuǎn)速還會不斷的加快，如下圖 5.4 所示。合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）236.5本章小結(jié)通過以上的各方面分析、計算、運行、調(diào)試等已經(jīng)基本上實現(xiàn)了該系統(tǒng)的設(shè)計初衷，實現(xiàn)了溫度控制風扇開關(guān)和轉(zhuǎn)速的功能，大體的框架和可能已經(jīng)實現(xiàn)。不過仍有部分瑕疵和不足的存在，有待日后的慢慢發(fā)現(xiàn)與改進。如此才能不斷完善和進步，這樣該系統(tǒng)才能越來越穩(wěn)定和滿足人們需求，日后才能為更多采用和提供便捷。結(jié)論與展望本次實物設(shè)計中巧妙的運用了單片機作為該系統(tǒng)的核心控制，同時利用了 DS18B20溫度傳感器來對外部環(huán)境溫度進行檢測，通過這兩個主要結(jié)構(gòu)加以與其他器件的系統(tǒng)的組合，設(shè)計出了可以根據(jù)環(huán)境中溫度的變化而進行智能調(diào)節(jié)的智能風扇，該風扇可以在一定的范圍內(nèi)進行智能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，同時可以通過數(shù)碼管對實時的外部環(huán)境溫度和設(shè)定溫度進行顯示。并且通過以上的仿真和實物的調(diào)試我們可以知道電機的轉(zhuǎn)速可以根據(jù)外部溫度與設(shè)定溫差的大小，進行相應(yīng)的變化。所以說該設(shè)計基本實現(xiàn)了智能風扇控制系統(tǒng)合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）24的要求。但是電機對于溫度小范圍調(diào)節(jié)不夠敏捷仍有缺陷，需要日后再次不斷的研究和完善，才能使其控制系統(tǒng)更為完善。既然該設(shè)計的功能要求上的通過溫度智能控制風扇轉(zhuǎn)速的要求也達到了。但是我們不能光局限在風扇這個方面，這個設(shè)計理念同樣適用于其他許多方面，我們要跟廣泛的將它運用起來，才能創(chuàng)造更多價值。例如我們可以發(fā)散一下思維將溫度信號轉(zhuǎn)化為不同的輸入信號，根據(jù)不同的輸入信號對電機轉(zhuǎn)速進行控制，這樣我們就可以將其投入工業(yè)生產(chǎn)中，進而可以實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)上的自動化，大大提高生產(chǎn)效率和安全性。又比如我們可以將這個也運用到電力系統(tǒng)中去，根據(jù)不同的負荷代表著不同的信號，通過這些不同的信號對發(fā)動機進行實時控制，以此來控制發(fā)電量，這樣將大大節(jié)約了電力能源的，優(yōu)化了電力系統(tǒng)的自動化調(diào)節(jié)。所以通過以后例子和想法，該系統(tǒng)在社會生活和生產(chǎn)中的開發(fā)和運用前景還是非常好的，同時也具有很重要的影響力。致謝在此畢業(yè)設(shè)計圓滿完成畢業(yè)論文也即將完成的最后我想非常真誠并且發(fā)自肺腑的感謝一下我的導(dǎo)師陳曉婷老師以及在我對我畢業(yè)創(chuàng)作制作實物時給予我?guī)椭忘c撥的王俊杰老師，謝謝你們在我對課題迷茫，不知所措時給予了我?guī)椭?，給我點明了方向，我才得以完成這樣的畢業(yè)設(shè)計，非常謝謝你們。本論文以及實物的制作和設(shè)計工作都是在陳老師的耐心指導(dǎo)下才能如此圓滿的完成了。不論是從畢業(yè)論文開始時的題目選擇、或是之后對畢業(yè)設(shè)計實物的研究計劃，路線的選擇，然后再到系統(tǒng)的研究和設(shè)計，每個方面都有陳老師熱情的幫助和耐心的教導(dǎo)。是她對學(xué)生的教育態(tài)度，認真負責的工作作風，深深地影響著我，激勵著我，成為我堅持下去的動力，一次次給我指明方向，鼓勵我繼續(xù)努力繼續(xù)前進。同時我也必須要感謝在這次論文的創(chuàng)作過程中陪伴在左右的朋友和同學(xué)，正是因為他們一直的陪伴才給我提供了源源不斷的動力和幫助，最終才能順利的完成該篇的設(shè)計。最后感慨一番：四年的大學(xué)生涯即將在這篇論文結(jié)束之后畫上句號了，可以說這篇論文匯聚我大學(xué)思念所學(xué)到的濃縮與匯聚，也算是大學(xué)生涯的一個縮影?？赡芩皇且黄浅３錾恼撐模拇_是我努力換來的成果，在我這里它是完美的。最后在此我也要感謝我的大學(xué)同窗的同學(xué)們，謝謝你們的陪伴，或許大學(xué)生活正因為有了你們才顯的更加有魅力，或許和你們在一起的時光才是大學(xué)最大的收獲，或許最后最讓我不舍的就是在大學(xué)中認識的你們，謝謝可以認識你們。四年的大學(xué)時光給我留下了無數(shù)美好的回憶，而它也將成為我今后人生旅途中新的起點。合肥師范學(xué)院 2015 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）25最后，感謝我的爸爸媽媽，謝謝你們對我傾盡全部的奉獻和關(guān)心愛護，真的無以回報，你們永遠健康快樂是我最大的心愿。參考文獻1 李學(xué)龍.使用單片機控制的智能遙控電風扇控制器J.電子電路制作，2003,9:1315.2 藍厚榮.單片機的 PWM 控制技術(shù)J.工業(yè)控制計算機 .2010,23(3):9798