【導讀】生活中，我們經(jīng)常會使用到電風扇。比如，在炎熱的夏天人們用電風扇來降。溫；在工業(yè)生產中，大型機械用電風扇來散熱等。人工很難做到及時控制風扇的轉速，也很難有效利用寶貴的電資源。溫控電風扇可以根據(jù)環(huán)境溫度自。電資源，也大大方便了人們的生活和生產。的風扇、現(xiàn)在筆記本電腦上的廣泛應用的智能CPU風扇等。本文設計了基于單。根據(jù)檢測到的溫度與系統(tǒng)設定的溫度比較實現(xiàn)風扇電機的自動啟動和停。示檢測到的溫度與設定的溫度。系統(tǒng)的預設溫度的設置是通過兩個獨立按鍵來實?，F(xiàn)的，一個增大預設溫度，一個減小預設溫度。

　　

【正文】 察到此時風扇直流電機的轉速為 + r/s，如圖 46 所示。 第四章 軟件設計 24 圖 46 仿真效果圖三 在上一步仿真的基礎上（ 溫度傳感器 DS18B20 溫度設置為 攝氏度，系統(tǒng)預設的溫度為 23 攝氏度），用按鍵 S2 調節(jié)系統(tǒng)預設溫度至 31 攝氏度，此時可知預設溫度大于溫度傳感器檢測到的溫度，觀察到直流風扇電機的轉速逐漸變慢，最后轉速變?yōu)?0，符合系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能，如圖 47 所示。 25 圖 47 仿真效果圖四 通過以上仿真可以看出，直流風扇電機在系統(tǒng)設定的溫度一定情況下，其轉速隨著環(huán)境溫度（溫度傳感器檢測到的溫度）的增加而增大。當環(huán)境溫度低于系統(tǒng)預設的溫度時，風扇自動停止運轉，實現(xiàn)了系 統(tǒng)所設計的功能。當然，在此沒有實現(xiàn)風扇直流電機的無極調速，本系統(tǒng)實現(xiàn)的是電機在隨環(huán)境溫度變化的四個等級的速度變化，環(huán)境溫度在一定小范圍內變化時，風扇直流電機轉速是不變的，只有超過了設定的某一界限時轉速才會變化。 26 第五章 系統(tǒng)調試 軟件調試 按鍵顯示部分的調試 起初根據(jù)設計編寫的系統(tǒng)程序：程序的按鍵接口采用 P1 口，數(shù)碼管現(xiàn)實采用 P0 控制 LED 的段碼， P2 口控制 LED 的位碼，從而實現(xiàn)按鍵功能以及數(shù)碼管的顯示。經(jīng)過編譯沒有出錯，但在仿真調試時，數(shù)碼管顯示的只是亂碼，沒有正確的 顯示溫度，按鍵功能也不靈的，當按鍵按下時，顯示并不變化。 經(jīng)過查找分析，發(fā)現(xiàn)按鍵掃描程序沒有按鍵消抖部分，按鍵在按下與松手時，都會有一定程序的抖動，從而可能使單片機做出錯誤的判斷，導致按鍵條件預設溫度時失靈，甚至根本不工作。因此必須在按鍵掃描程序中加入消抖部分，即在按鍵按下與松手時加入延時判斷，以檢測按鍵是否真的按下或已完全松手。 數(shù)碼管不能正確的顯示，主要是因為所有數(shù)碼管的段碼都由 P0 口傳送，而數(shù)碼管顯示又采用了動態(tài)掃描的方式，但在程序中卻沒有設置顯示段碼的暫存器，導致當 P0 口傳送段碼時發(fā)生混亂，不能正確 識別段碼。應在系統(tǒng)中加入鎖存器，或是在程序中設定存儲段碼的空間。 在按鍵加入了消抖程序，數(shù)碼管顯示程序中加入了段碼的存儲空間后，數(shù)碼管能夠正常的顯示，按鍵也能正常的工作，達到了較好的效果。 傳感器 DS18B20 溫度采集部分調試 由于數(shù)字式集成溫度傳感器 DS18B20 的高度集成化，為軟件的設計和調試帶來了極大的方便，體積小、低功耗、高精度為控制電機的精度和穩(wěn)定提供了可能。軟件設計采用了 口為數(shù)字溫度輸入口，但是需要對輸入的數(shù)字信號進行處理后才能顯示，從而多了溫度轉換程序。通過軟件設計，實現(xiàn)了 對環(huán)境溫度的連續(xù)檢測，由于硬件 LED 個數(shù)的限制，只顯示了預設溫度的整數(shù)部分。 在溫度轉換程序中，為了能夠正確的檢測到并顯示溫控的小數(shù)位，程序中把檢測到的溫度與 10 相乘后，再按一個三位的整數(shù)來處理。如果把 變成 197來處理，這樣為程序的編寫帶來了方便。 27 電動機調速電路部分調試 本設計中，采用了達林頓反向驅動器 ULN2803 驅動直流電機，其可驅動八個直流電機，本系統(tǒng)僅驅動一個。軟件設置了 口輸出不同的 PWM 波形，通過達林頓反向驅動器 ULN2803 驅動直流電機轉動，通過軟件中程序設定，根據(jù)不同溫度輸出不同的 PWM 波，從而得到不同的占空比控制風扇直流電機。程序實現(xiàn)了 口的 PWM 波形輸出，當外界溫度低于設置溫度時，電機不轉動或停止轉動；當外界溫度高于設置溫度時，電機的轉速升高或是自動開始轉動，且外界溫度與設置溫度的差值越大，電機轉速就越高，即占空比增加。 本系統(tǒng)中風扇直流電機的轉速可實現(xiàn)四級調速。通過溫度傳感器檢測到的溫度與系統(tǒng)預設的溫度值的比較，實現(xiàn)轉速變換。當檢測到的溫度比預設的溫度每增加 5 攝氏度，風扇電機轉速增加一級。 硬件調試 按鍵顯示部分的調試 系統(tǒng)按鍵部分 實現(xiàn)了以下功能：按下 口鍵， LED 的后兩位顯示溫宿值增一；按下 口鍵， LED 的后兩位顯示溫度值減一。調試過程中出現(xiàn)了當按鍵時間過長時，設置的溫度值不是增一或者減一，而是增加后減少了及幾個值，出現(xiàn)這種情況的主要原因可能是按鍵的去抖動延時時間過長造成，改進方法為將對應的按鍵去抖動延時時間適量增加，但也不應過長，否則將出現(xiàn)按鍵無效的情形。 系統(tǒng)顯示部分實現(xiàn)了以下功能： LED 顯示的前三位實現(xiàn)了環(huán)境溫度整數(shù)部分與小數(shù)部分的連續(xù)顯示， LED 的后兩位能根據(jù)按鍵的調整顯示所需的設計溫度。且 LED 的顯示效果很好， 很穩(wěn)定。 傳感器 DS18B20 溫度采集部分調試 將 DS18B20 芯片接在系統(tǒng)板對應的 口，通過插針在對應系統(tǒng)板的右下側三口即為對應的 VCC、 和 GND，可將芯片直接插在該插件上，因此極為方便。系統(tǒng)調試中為驗證 DS18B20 是否能在系統(tǒng)板上工作，將手心靠攏或者捏第五章 系統(tǒng)調試 28 住芯片，即可發(fā)現(xiàn) LED 顯示的前兩位溫度也迅速升高，驗證了 DS18B20 能在系統(tǒng)板上工作。由于 DS18B20 為 3 個引腳，因此在調試過程中因注意各個引腳的對應位置，以免其接反而使芯片不能正常工作甚至燒毀芯片。 電動機調速 電路部分調試 系統(tǒng)本部分的設計中重在軟件設計，因為外圍的驅動電路只是將送來的PWM 信號放大從而驅動電機轉動。系統(tǒng)軟件設置在 口輸出是電機轉動的PWM 占空比，當環(huán)境溫度高于設置溫度時，電機開始轉動，若此時用高于環(huán)境溫度的熱源靠近芯片 DS18B20 時，發(fā)現(xiàn)電機的轉速在升高，并越來越快，當達到一定值時，發(fā)現(xiàn)電機的轉速不再升高；將熱源遠離芯片 DS18B20 時，發(fā)現(xiàn)電機的轉速開始下降，轉速達到一定值時，若將環(huán)境溫度升高到環(huán)境溫度以上，發(fā)現(xiàn)電機又停止了轉動。系統(tǒng)采用的直流電機為 12V 的額定電壓，而驅動電路在采用單 片機電源時的輸出電壓最高不過 5V，因此在調試過程中只采用了 5V 的直流電機來調試，且得到了可觀的控制效果。 系統(tǒng)功能 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能 本系統(tǒng)能夠實現(xiàn)單片機系統(tǒng)檢測環(huán)境溫度的變化，然后根據(jù)環(huán)境溫度變化來控制風扇直流電機輸入占空比的變化，從而產生不同的轉動速度，也可根據(jù)按鍵調節(jié)不同設置溫度，再由環(huán)境溫度與設置溫度的差值來控制電機。當環(huán)境溫度低于設置溫度時，電機停止轉動；當環(huán)境溫度高于設置溫度時，單片機對應輸出口輸出不同占空比的 PWM 信號，控制電機開始轉動，并隨著環(huán)境溫度與設置溫度的差值的增加電 機的轉速逐漸升高。系統(tǒng)還能動態(tài)的顯示當前溫度與設置溫度，并能通過按鍵調節(jié)當前的設置溫度。 系統(tǒng)功能分析 系統(tǒng)總體上由五部分組成，即按鍵與復位電路、數(shù)碼管顯示電路、溫度檢測電路、電機驅動電路。首先考慮的是溫度檢測電路，該部分是整個系統(tǒng)的首要部分，首先要檢測到環(huán)境溫度，才能用單片機來判斷溫度的高低，然后通過單片機 29 控制直流風扇電機的轉速；其次是電機驅動電路，該部分需要使用外圍電路將單片輸出的 PWM 信號轉化為平均電壓輸出，根據(jù)不同的 PWM 波形得到不同的平均電壓，從而控制電機的轉速。電路的設計中采用了達林 頓反向驅動器ULN2803，實現(xiàn)較好的控制效果；再次是數(shù)碼管的動態(tài)顯示電路，該部分的功能實現(xiàn)對環(huán)境溫度和設置溫度的顯示，其中 DS18B20 采集環(huán)境溫度，按鍵實現(xiàn)不同設置溫度的調整，實現(xiàn)了對環(huán)境溫度和設置溫度的及時連續(xù)顯示。 30 第六章 結束語 本次設計的系統(tǒng)從硬件設計和軟件編寫到 Proteus 仿真，再到用單片機開發(fā)板的調試，直到最后的電路板焊接，每一個過程都使用到大學里學到的知識，整個過程把大學里的知識系統(tǒng)的串在了一起。本系統(tǒng)以單片機為控制核 心，以溫度傳感器 DS18B20 檢測環(huán)境溫度，實現(xiàn)了根據(jù)環(huán)境溫度變化調節(jié)不同的風扇電機轉速，在一定范圍內能實現(xiàn)轉速的連續(xù)調節(jié)， LED 數(shù)碼管能連續(xù)穩(wěn)定的顯示環(huán)境溫度與設置溫度，并能通過兩個獨立的按鍵調節(jié)不同的設置溫度，從而改變環(huán)境溫度與設置溫度的差值，進而改變電機轉速。實現(xiàn)了基于單片機的溫控風扇的設計。 本系統(tǒng)的設計可推廣到各種電動機的控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)電動機的轉速調節(jié)。在生產生活中，本系統(tǒng)可用于簡單的日常風扇的智能控制，為生活帶來便利；在工業(yè)生產中，可以改變不同的輸入信號，實現(xiàn)對不同信號輸入控制電機的轉速，進而 實現(xiàn)生產自動化，如在電力系統(tǒng)中可以根據(jù)不同的負荷達到不同的電壓信號，再由電壓信號調節(jié)不同的發(fā)動機轉速，進而調節(jié)發(fā)電量，實現(xiàn)電力自動化調節(jié)。綜上所述，本系統(tǒng)的設計在我們的日常生產和生活中將有著重要的意義。 31 參考文獻 [1] 林立 ,張俊亮 ,曹旭東 ,劉德軍 .單片機原理及應用 [M].電子工業(yè)出版社 ,2020. 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