【正文】 智能溫控風(fēng)扇 11 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）系部電子工程系班級11通信技術(shù)姓名學(xué)號題目基于AT89C51單片機(jī)的智能溫控風(fēng)扇設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師論文提交日期0目 錄摘要 1第一章 緒論 2 2 2第二章 方案選擇 3 3 4 5 5第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 7 7 7 7 8 9 11 13 13 13 14 14 15 15第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 17 17 18 19 19第五章 系統(tǒng)調(diào)試 21 21 21 21 21總結(jié) 22致謝 23參考文獻(xiàn) 24附錄 25附錄1：protel原理圖 25附錄2：系統(tǒng)PCB板圖 26附錄3：源程序 2734摘 要在炎熱的夏天人們常用電風(fēng)扇來降溫，但傳統(tǒng)電風(fēng)扇多采用機(jī)械方式進(jìn)行控制，存在功能單一，需要手動換擋等問題。隨著科技的發(fā)展和人們生活水平的提高，家用電器產(chǎn)品趨向于自動化、智能化、環(huán)保化和人性化，使得智能電風(fēng)扇得以逐漸走進(jìn)了人們的生活中。智能溫控風(fēng)扇可以根據(jù)環(huán)境溫度自動調(diào)節(jié)風(fēng)扇的啟停與轉(zhuǎn)速，在實(shí)際生活的使用中，溫控風(fēng)扇不僅可以節(jié)省寶貴的電資源，也大大方便了人們的生活。本設(shè)計(jì)為一種溫控風(fēng)扇系統(tǒng)，具有靈敏的溫度檢測和顯示功能，采用單片機(jī)AT89C51為核心控制器對風(fēng)扇轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，使用溫度傳感器DS18B20檢測溫度數(shù)據(jù)，通過數(shù)碼管顯示實(shí)時(shí)溫度，根據(jù)采集的溫度，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)扇的自起自停。可由使用者設(shè)置高、低溫度值，測得溫度值在高低溫度之間時(shí)打開風(fēng)扇弱風(fēng)檔，當(dāng)溫度升高超過所設(shè)定的溫度時(shí)自動切換到大風(fēng)檔，當(dāng)溫度小于所設(shè)定的溫度時(shí)自動關(guān)閉風(fēng)扇，控制狀態(tài)隨外界溫度而定。關(guān)鍵詞：單片機(jī)AT89C51；溫度傳感器DS18B20；數(shù)碼管；電風(fēng)扇第一章 緒論近年來，雖然空調(diào)以其強(qiáng)大的制冷效果趕超過電風(fēng)扇，但隨著綠色生活，低碳生活意識的普及，空調(diào)的高耗電量、加劇溫室效應(yīng)、破壞臭氧層等弊端，使得低功耗低污染的電風(fēng)扇仍有很大市場需求。傳統(tǒng)電風(fēng)扇采用機(jī)械方式進(jìn)行控制，大部分只有手動調(diào)速，功能單一，存在隱患或不足。比如說人們常常離開后忘記關(guān)閉電風(fēng)扇，浪費(fèi)電且不說還容易引發(fā)火災(zāi)，長時(shí)間工作還容易損壞電器。對于夜間溫差大的地區(qū)，人們在夏夜使用電風(fēng)扇時(shí)可能遇到這樣的問題：當(dāng)凌晨降溫的時(shí)候電風(fēng)扇依然在工作，可是人們因?yàn)槭焖鵁o法察覺，既浪費(fèi)電資源又容易引起感冒，傳統(tǒng)的機(jī)械定時(shí)器雖然能夠控制電風(fēng)扇在工作一定后關(guān)閉，但定時(shí)范圍有限，且無法對溫度變化靈活處理。為解決上述問題，我們設(shè)計(jì)了這套溫控自動風(fēng)扇系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用高精度集成溫度傳感器，用單片機(jī)控制，能顯示實(shí)時(shí)溫度，并根據(jù)使用者設(shè)定的溫度自動在相應(yīng)溫度時(shí)作出小風(fēng)、大風(fēng)、停機(jī)動作，精確度高，動作準(zhǔn)確。它的廣泛應(yīng)用和普及將給人們的日常生活帶來極大的方便，其發(fā)展趨勢可根據(jù)其性質(zhì)進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)可以運(yùn)用與不同場合的溫度監(jiān)測控制，并帶來大量的經(jīng)濟(jì)效益。本設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為核心，通過溫度傳感器對外界環(huán)境溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，從而建立一個(gè)控制系統(tǒng)，使電風(fēng)扇隨溫度的變化而自動調(diào)節(jié)檔位，實(shí)現(xiàn)“溫度高、風(fēng)力大、溫度低、風(fēng)力弱”的性能。(1)風(fēng)速有小風(fēng)、大風(fēng)、停機(jī)共3個(gè)檔位，可由用戶通過按鍵設(shè)定。(2)每當(dāng)溫度低于下限值時(shí),則電風(fēng)扇風(fēng)速關(guān)閉。(3)每當(dāng)溫度在下限和上限之間時(shí),則電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速緩慢。(4)每當(dāng)溫度高于上限值時(shí),則電風(fēng)扇風(fēng)速全速運(yùn)轉(zhuǎn)。第二章 方案選擇溫度傳感器可由以下幾種方案可供選擇：方案一：選用熱敏電阻作為感測溫度的核心元件，通過運(yùn)算放大器放大由于溫度變化引起熱敏電阻電阻的變化、進(jìn)而導(dǎo)至的輸出電壓變化的微弱電壓變化信號，再用AD轉(zhuǎn)換芯片ADC0809將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸入單片機(jī)處理。具體方案如圖21圖21 熱敏溫度采集電路方案二：采用熱電偶作為感測溫度的核心元件，配合橋式電路，運(yùn)算放大電路和AD轉(zhuǎn)換電路，將溫度變化信號送入單片機(jī)處理。此方案原理和方案一的原理大同小異，AD轉(zhuǎn)換電路一樣，就是模擬量輸入的處理方式不一樣，熱電偶的還需要配合橋式電路，整體更加復(fù)雜點(diǎn)，但是此方案的測溫范圍更廣。方案三：采用數(shù)字式集成溫度傳感器DS18B20作為感測溫度的核心元件，直接輸出數(shù)字溫度信號供單片機(jī)處理。對于方案一，采用熱敏電阻有價(jià)格便宜、元件易購的優(yōu)點(diǎn)，但熱敏電阻對溫度的細(xì)微變化不敏感，在信號采集、放大、轉(zhuǎn)換過程中還會產(chǎn)生失真和誤差，并且由于熱敏電阻的RT關(guān)系的非線性，其本身電阻對溫度的變化存在較大誤差，雖然可以通過一定電路予以糾正，但不僅將使電路復(fù)雜穩(wěn)定性降低，而且在人體所處溫度環(huán)境溫度變化中難以檢測到小的溫度變化。故該方案不適合本系統(tǒng)。對于方案二，采用熱電偶和橋式測量電路相對于熱敏電阻其對溫度的敏感性和器件的非線性誤差都有較大提高，其測溫范圍也非常寬，從50攝氏度到1600攝氏度均可測量。但是依然存在電路復(fù)雜，對溫度敏感性達(dá)不到本系統(tǒng)要求的標(biāo)準(zhǔn)，故不采用該方案。對于方案三，由于數(shù)字式集成溫度傳感器DS18B20的高度集成化，大大降低了外接放大轉(zhuǎn)換等電路的誤差因素，溫度誤差很小，并且由于其感測溫度的原理與上述兩種方案的原理有著本質(zhì)的不同，使得其溫度分辨力極高。溫度值在器件內(nèi)部轉(zhuǎn)換成數(shù)字量直接輸出，簡化了系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)，又由于該傳感器采用先進(jìn)的單總線技術(shù)（1WRIE），與單片機(jī)的接口變的非常簡潔，抗干擾能力強(qiáng)。方案一：采用電壓比較電路作為控制部件。溫度傳感器采用熱敏電阻或熱電偶等，溫度信號轉(zhuǎn)為電信號并放大，由集成運(yùn)放組成的比較電路判決控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，當(dāng)高于或低于某值時(shí)將風(fēng)扇切換到相應(yīng)檔位。方案二：采用單片機(jī)作為控制核心。以軟件編程的方法進(jìn)行溫度判斷，并在端口輸出控制信號。對于方案一，采用電壓比較電路具有電路簡單、易于實(shí)現(xiàn)，以及無需編寫軟件程序的特點(diǎn)，但控制方式過于單一，不能自由設(shè)置上下限動作溫度，無法滿足不同用戶以及不同環(huán)境下的多種動作溫度要求，故不在本系統(tǒng)中采用。對于方案二，以單片機(jī)作為控制器，通過編寫程序不但能將傳感器感測到的溫度通過顯示電路顯示出來，而且用戶能通過鍵盤接口，自由設(shè)置上下限動作溫度值，滿足全方位的需求。并且通過程序判斷溫度具有極高的精準(zhǔn)度，能精確把握環(huán)境溫度的微小變化。故本系統(tǒng)采用方案二。方案一：采用數(shù)碼管顯示溫度，動態(tài)掃描顯示方式。采用LED數(shù)碼管這種方案。雖然顯示的內(nèi)容有限，但是也可以顯示數(shù)字和幾個(gè)英文字母，在這個(gè)設(shè)計(jì)中已經(jīng)足夠了，并且價(jià)格比液晶字符式要低的多，為了控制設(shè)計(jì)制作的成本，在此設(shè)計(jì)中選用LED數(shù)碼管顯示。方案二：采用液晶顯示屏LCD顯示溫度。顯示用液晶字符式，可以用軟件達(dá)到很好的控制，硬件不復(fù)雜，液晶字符顯示器可以顯示很豐富的內(nèi)容，但是液晶字符式價(jià)格昂貴。對于方案一，該方案成本低廉，顯示溫度明確醒目，在夜間也能看見，功耗極低，顯示驅(qū)動程序的編寫也相對簡單，這種顯示方式得到廣泛應(yīng)用。不足的地方是掃描顯示方式是使數(shù)碼管逐個(gè)點(diǎn)亮，因此會有閃爍，但是人眼的視覺暫留時(shí)間為20MS，當(dāng)數(shù)碼管掃描周期小于這個(gè)時(shí)間時(shí)人眼將感覺不到閃爍，因此可以通過增大掃描頻率來消除閃爍感。對于方案二，液晶體顯示屏具有顯示字符優(yōu)美，不但能顯示數(shù)字還能顯示字符甚至圖形的優(yōu)點(diǎn)，這是LED數(shù)碼管無法比擬的。但是液晶顯示模塊價(jià)格昂貴，驅(qū)動程序復(fù)雜，從簡單實(shí)用的原則考慮，本系統(tǒng)采用方案一。方案一：采用變壓器調(diào)節(jié)方式，運(yùn)用電磁感應(yīng)原理將220V電壓通過線圈降壓到不同的電壓，控制風(fēng)扇電機(jī)接到不同電壓值的線圈上可控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制風(fēng)扇風(fēng)力大小。方案二：采用三極管驅(qū)動PWM進(jìn)行控制。脈寬調(diào)制是按一定的規(guī)律改變脈沖序列的脈沖寬度，調(diào)節(jié)輸出量和波形的一種調(diào)節(jié)方式，在PWM驅(qū)動控制的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，最常用的是以矩形波PWM信號，在控制時(shí)需要調(diào)節(jié)PWM波的占空比。占空比是指高電平持續(xù)時(shí)間在一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)的百分比。在控制電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，占空比越大，轉(zhuǎn)速就越快，若全為高電平，占空比為100%時(shí)，轉(zhuǎn)速達(dá)到最大。對于方案一，由于采用變壓器改變電壓調(diào)節(jié)，有風(fēng)速級別限制，不能適應(yīng)人性化要求。且在變壓過程中會有損耗發(fā)熱，效率不高，發(fā)熱有不安全因素。對于方案二，PWM的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式的，無需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時(shí)，也才能對數(shù)字信號產(chǎn)生影響。對噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是PWM相對于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在某些時(shí)候?qū)WM用于通信的主要原因。從模擬信號轉(zhuǎn)向PWM可以極大地延長通信距離。故本系統(tǒng)采用方案二。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)由集成溫度傳感器、單片機(jī)、LED數(shù)碼管、三極管驅(qū)動電路及一些其他外圍器件組成。使用AT89C51單片機(jī)編程控制，通過修改程序可方便實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)升級。系統(tǒng)的框圖結(jié)構(gòu)如下：通過修改程序可方便實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)升級。系統(tǒng)的框圖結(jié)構(gòu)如下：數(shù)碼管驅(qū)動電路風(fēng)扇驅(qū)動電路風(fēng)扇復(fù)位電路溫度采集電路單片機(jī)晶振電路按鍵設(shè)置電路數(shù)碼管顯示圖31 系統(tǒng)框圖AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128 bytes的隨機(jī)存儲數(shù)據(jù)存儲器（RAM）；器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)；兼容標(biāo)準(zhǔn)MSC51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強(qiáng)大AT89C51可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個(gè)I/O 口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。圖32 AT89C51單片機(jī)引腳圖（1） 與MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容（2） 4K字節(jié)可重擦寫FLASH閃速存儲器（3） 1000次擦寫周期（4） 全靜態(tài)工作：0Hz24MHz（5） 三級程序存儲器鎖定（6） 1288位內(nèi)部RAM（7） 32個(gè)可編程I/O口線（8） 2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（9） 6個(gè)中斷源（10） 可編程串行UART通道（11） 低功耗閑置和掉電模式 VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FLASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須接上拉電阻。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為低八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷0） /INT1（外部中斷1） T0（計(jì)時(shí)器0外部輸入） T1（計(jì)時(shí)器1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于