2022年电风扇智能控制系统方案设计书.docx

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1、精品学习资源河南质量工程职业学院毕业 设 计（论文）题目课程设计机电工程系电器商品检验10 商检 1 班高登鹏0202100116王庆志2021 年 5 月 11 日系 别专 业班 级同学姓名学 号指导老师定稿日期欢迎下载精品学习资源目 录第 1 节 引 言31.1 智能电风扇掌握系统概述31.2 本设计任务和主要内容3第 2 节 系统主要硬件电路设计 52.1 总体硬件设计52.2 数字温度传感器模块设计52.2.1 温度传感器模块的组成52.2.2 DS18B20的温度处理方法62.3 电机调速与掌握模块设计72.3.1 电机调速原理72.3.2 电机掌握模块硬件设计82.4 温度显示与掌

2、握模块设计9第 3 节 系统软件设计 103.1 数字温度传感器模块程序设计103.2 电机调速与掌握模块程序流程153.2.1 程序设计原理153.2.2 主要程序16第 4 节 终止语19参考文献 20欢迎下载精品学习资源基于单片机的智能电风扇掌握系统第1节引 言电风扇曾一度被认为是空调产品冲击下的剔除品，其实并非如此，市场人士称，家用电风扇并没有随着空调的普及而淡出市场，近两年反而显现了市场销售复苏的态势；其主要缘由：一是风扇和空调的降温成效不同空调有强大的制冷功能，可以快速有效地降低环境温度，但电风扇的风更温顺，更加适合老人儿童和体质较弱的人使用；二是电风扇有价格优势，价格低廉而且相对

3、省电，安装和使用都特别简洁；尽管电风扇有其市场优势，但传统电风扇仍是有很多地方应当进行改良的，最突出的缺点是它不能依据温度的变化适时调剂风力大小，对于夜间温差大的地区， 人们在夏夜使用电风扇时可能遇到这样的问题：当凌晨降温的时候电风扇依旧在工作，可是人们由于熟睡而无法察觉，既铺张电资源又简洁引起感冒，传统的机械定时器虽然能够掌握电风扇在工作肯定后关闭，但定时范畴有限，且无法对温度变化敏捷处理；鉴于以上方面的考虑，我们需要设计一种智能电风扇掌握系统来解决这些问题；1.1 智能电风扇掌握系统概述传统电风扇是220V 沟通电供电，电机转速分为几个档位，通过人为调整电机转速达到转变风力大小的目的，亦即

4、，每次风力转变，必定有人参加操作，这样势必带 来诸多不便；本设计中的智能电风扇掌握系统，是指将电风扇的电机转速作为被掌握量，由单片机分析采集到的数字温度信号，再通过可控硅对风扇电机进行调速；从而达到无欢迎下载精品学习资源须人为掌握便可自动调整风力大小的成效；1.2 设计任务和主要内容本设计以 MCS51单片机为核心，通过温度传感器对环境温度进行数据采集，从而建立一个掌握系统，使电风扇随温度的变化而自动变换档位，实现“温度高，风 力大，温度低，风力弱”的性能；另外，通过键盘掌握面板，用户可以在肯定范畴 内设置电风扇的最低工作温度，当温度低于所设置温度时，电风扇将自动关闭，当 高于此温度时电风扇又

5、将重新启动；本设计主要内容如下： 风速设为从高到低 5 个档位，可由用户通过键盘手动设定； 当温度每降低 2就电风扇风速自动下降一个档位； 当温度每上升 2就电风扇风速自动上升一个档位； 用户可设定电风扇最低工作温度，当低于该温度时，电风扇自动停转；欢迎下载精品学习资源第2节系统主要硬件电路设计2.1 总体硬件设计系统总体设计框图如图2-1 所示键盘输入数字温度传感模块单片机系统电机掌握模块温度显示图 2-1 系统原理框图对于单片机中心处理系统的方案设计，依据要求，我们可以选用具有 4KB片内E2PROM的 AT89C51单片机作为中心处理器；作为整个掌握系统的核心， AT89C51内部已包含

6、了定时器、程序储备器、数据储备器等硬件，其硬件能符合整个掌握系统的要求，不需要外接其他储备器芯片和定时器件，便利地构成一个最小系统；整个系统结构紧凑，抗干扰才能强，性价比高；是比较合适的方案2.2 数字温度传感器模块设计温度传感器可以选用 LM324A的运算放大器，将其设计成比例掌握调剂器，输出电压与热敏电阻的阻值成正比，但这种方案需要多次检测后方可使采样精确，过于烦欢迎下载精品学习资源琐；所以我采纳更为优秀的 DS18B20数字温度传感器，它可以直接将模拟温度信号转化为数字信号，降低了电路的复杂程度，提高了电路的运行质量；2.2.1 温度传感器模块组成本模块以 DS18B20作为温度传感器，

7、 AT89C51作为处理器，配以温度显示作为温度掌握输出单元；整个系统力求结构简洁，功能完善；电路图如图2-2 所示；系统工作原理如下：DS18B20进行现场温度测量，将测量数据送入AT89C51的 P3.7 口，经过单片机处理后显示温度值，并与设定温度值的上下限值比较，如高于设定上限值或低于设定下限值就掌握电机转速进行调整；19U1XTAL1X118XTAL2CRYSTAL9C122pC222pRSTP0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6P0.7/AD7393837363534333229 PSEN30 A

8、LE31 EAP2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14P2.7/A152122232425262728R1 R24Rk374Rk474Rk574Rk674Rk774Rk874k74k712345678P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7AT89C51P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD1011121314151617U2Q12N2907Q22N29070.72GND DQV

9、CC123DS18B20图 2-2DS18B20 温度计原理图2.2.2 DS18B20 的温度处理方法DS18B20直接将测量温度值转化为数字量提交给单片机，工作时必需严格遵守单总线器件的工作时序；温度值 / 数字输出（二进制）数字输出（十六进制）欢迎下载精品学习资源+850000 0101 0101 00000550H+25.625 0000 0001 1001 00010191H+10.1250000 0000 1010 001000A2H+0.5 0000 0000 0000 10000008H0 0000 0000 0000 00000000H-0.5 1111 1111 1111

10、1000FFF8H-10.1251111 1111 0110 1110FF5EH-25.6251111 1111 0110 1111FF6FH-551111 1100 1001 0000FC90H表 2-1部分温度值与2.3电机调速与掌握模块设计DS18B20输出的数字量对比表电机调速是整个掌握系统中的一个重要的方面；通过掌握双向可控硅的导通角，使输出端电压发生转变，从而使施加在电风扇的输入电压发生转变，以调剂风扇的转速，实现各档位风速的无级调速；2.3.1 电机调速原理可控硅的导通条件如下：1） 阳- 阴极间加正向电压；2） 掌握极 - 阴极间加正向触发电压；3） 阳极电流 I A 大于可控

11、硅的最小维护电流 I H；电风扇的风速设为从高到低 5、4、3、2、1 档，各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，要求风叶最大圆周上的线速度不大于2150m/min；且线速度可由以下公式求得欢迎下载精品学习资源VDn103欢迎下载精品学习资源式中， 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；欢迎下载精品学习资源代入数据求得 n51555r/min, 取 n5=1250 r/min.又由于：欢迎下载精品学习资源调速比最低转速最高转速10070欢迎下载精品学习资源取 n1=875 r/min.就

12、可得出五个档位的转速值：n5 =1250r/min n4 =1150r/min n3 =1063r/min n2 =980r/min n1 =875r/min欢迎下载精品学习资源又由于负载上电压的有效值u 0u 1sin 22欢迎下载精品学习资源其中， u1 为输入沟通电压的有效值， 为掌握角；解得：5 =0 t=0ms=23.5t=1.70ms=46.5t=2.58ms=61.5t=3.43ms=76.5t=4.30ms4321以上运算出的是掌握角和触发时间，当检测到过零点时，依据所求得的触发时间延时发脉冲，便可实现预期转速；2.3.2 电机掌握模块硬件设计电路中采纳了过零双向可控硅型光耦M

13、OC3041 ,集光电隔离、过零检测、过零触发等功能于一身 , 防止了输入输出通道同时掌握双向可控硅触发的缺陷,简化了输出通道隔离 2 驱动电路的结构；所设计的可控硅触发电路原理图见图2-3；其中 RL 即为电机负载，其工作原理是: 单片机响应用户的参数设置 ,在 I/ O口输出一个高电平,经反向器反向后 ,送出一个低电平 , 使光电耦合器导通 ,同时触发双向可控硅 , 使工作电路导通工作；给定时间内 , 负载得到的功率为 :Pn UI N式中: P为负载得到的功率 , kW ； n为给定时间内可控硅导通的正弦波个数；N 为给定时间内沟通正弦波的总个数；U 为可控硅在一个电源周期全导通时所对应

14、的电压有效值 ,V ； I为可控硅在一个电源周期全导通时所对应的电流有效值,A ；由式欢迎下载精品学习资源1可知, 当 U , I , N为定值时 ,只要转变 n 值的大小即可掌握功率的输出, 从而达到调剂电机转速的目的；U219XTAL118XTAL29RSTP0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6P0.7/AD73938373635343332R129PSEN 3031ALEEAP2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14P2.7/A1

15、521222324252627284k7U116U3:AU4L2021L6C127p322R44k712P1.0P1.13P1.24P1.35P1.46P1.57P1.68P1.7P3.0/RXD P3.1/TXDP3.2/INT0 P3.3/INT1P3.4/T0 P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD10111213141516174009ZeroCrossing4R2RLMOC3031M4k7110kAT89C51图 2-3电机掌握原理图2.4温度显示与掌握模块设计通过 HD7279A掌握芯片组建一个单片机键盘输入与显示模块，其中包括一个2*8 的键盘矩阵；和 8 段动态扫描数码管显

16、示；与单片机通过接插件连接，可以用于系统的掌握和输出，其原理图如图 2-4 所示；欢迎下载精品学习资源M OCM OCM OCM OCM OCM OCM OCM OCAAAAAAAABBBBBBBBCCCCCCCCDDDDDDDDEEEEEEEEFFFFFFFFGGGGGGGGHHHHHHHH42 8131 21 1T TU ESL C DK S NIO ICU1MAX7221DR9 R10R11R12R13R14R15R16100k 100k 100k 100k 100k 100k 100k 100k7 6 5 4 3 2 1 0GI GI GI GI GI GI GI GID D D D

17、D D D DD G F E D C B AP8 5 01 3 7 6 1 22 71 51 12 32 02 61 41R12R020R2R030R2R040R2R050RR2060R2R070R2R080R200R图 2-4 HD7279A 键盘和显示器掌握模块电路原理图第三节 系统软件设计3.1 数字温度传感器模块程序设计欢迎下载精品学习资源本系统的运行程序采纳汇编语言编写，采纳模块化设计，整体程序由主程序和子程序构成；图 3-1数字温度传感器模块程序流程图如图 3-1 所示，主机掌握 DS18B20完成温度转换工作必需经过三个步骤：初始化、 ROM操作指令、储备器操作指令；单片机所用的

18、系统频率为12MHz；依据DS18B20初始化时序、读时序和写时序分别可编写4 个子程序：初始化子程序、写子程序、读子程序、显示子程序；DS18B20芯片功能命令表如下：表 2 DS18B20 功能命令表欢迎下载精品学习资源命令功能描述命令代码CONVERT开头温度转换44HREAD SCRATCHPAD读温度寄存器（共 9 字节）BEHREAD ROM读 DS18B20序列号将警报温度值写如暂存器第33HWRITE SCRATCHPAD2、3 字节4EHMATCH ROMSEARCH ROM ALARM SEARCH匹配 ROM搜寻 ROM警报搜寻55HF0H ECHSKIP ROM跳过读序

19、列号的操作CCHREAD POWER SUPPLY读电源供电方式： 0 为寄生电源， 1 为外电源B4H主要程序如下：MAIN:；初始化LCALL RST_DS18B20 LCALL GET_TEMPER MOV A,20HMOV C,08H RRC A MOV C,09H RRC A MOV C,10H RRC A MOV C,11H欢迎下载精品学习资源RRC A MOV 20H,ALCALL DISPLAY AJMPMAIN RST_DS18B20: SETB P3. 7 NOPCLR P3. 7MOV R1, #3RST1:MOV R0, #110 DJNZ R0, $DJNZ R1,R

20、ST1SETB P3. 7 NOPNOPMOV R0, #25H RST2:JNB P3. 7,RST3 DJNZ R0,RST2LJMP RST4RST3: SETB FLAG LJMP RST5 RST4:CLR FLAG LJMP RST7 RST5:MOV R0, #115欢迎下载精品学习资源RST6:DJNZ R0, $ RST7: SETB P3. 7 RETWR_DS18B20:；写数据子程序MOV R2, #8 CLR CWR1: CLR P3. 7 MOV R3, #6 DJNZ R3, $ RRC AMOV P3. 7,C MOV R3, #25 DJNZ R3, $ SE

21、TB P3. 7 NOPDJNZ R2,WR1SETB P3. 7 RETRD_DS18B20:；读数据子程序MOV R4, #2 MOV R1, #20H READ1:MOV R2, #8 READ2:欢迎下载精品学习资源CLR C SETB P3. 7 NOPNOPCLR P3. 7 NOPNOP NOPSETB P3. 7MOV R3, #9 READ3:DJNZ R3,READ3MOV C, P3. 7 MOV R3, #23 READ4:DJNZ R3,READ4RRC ADJNZ R2,READ2 MOV R1,A INC R1DJNZ R4,READ1 RET3.2 电机调速与掌

22、握模块程序流程3.2.1 程序设计原理欢迎下载精品学习资源采纳双向可控硅过零触发方式，由单片机掌握双向可控硅的通断，通过转变每个掌握周期内可控硅导通和关断沟通完整全波信号的个数来调剂负载功率，进而达到调速的目的；由于 INT0 信号反映工频电压过零时刻，因此只要在外中断0 的中断服务程序中完成掌握门的开启与关闭，并利用中断服务次数对掌握量n 进行计数和判定，即每中断一次，对 n 进行减 1 计数，假如 n 不等于 0，保持掌握电平为“ 1”，连续打开掌握门；如 n=0，就使掌握电平复位为“ 0”，关闭掌握门，使可控硅过零触发脉冲不再通过；这样就可以依据掌握处理得到的掌握量的要求，实现可控硅的过

23、零控制，从而达到按掌握量掌握的成效，实现速度可调；1） 回路掌握执行程序；主回路掌握执行程序的任务是初始化数据储备单元，确欢迎下载精品学习资源定电机工作参数nmin /nmax，并将其换算成“有效过零脉冲”的个数；确定中断优先欢迎下载精品学习资源级、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；2） 断服务程序，执行中断服务程序时，第一爱护现场，INT0 中断标志置位， 禁止主程序修改工作参数，然后开头减1 计数，判定是否关断可控硅，最终INT0 中断标志位清零，仍原初始化数据，复原现场，中断返回；（设1 秒钟通过波形数N=100）中断流程图如图 3-2 所示：

24、欢迎下载精品学习资源图 3-2电机掌握模块中断响应流程图3.2.2 主要程序外中断 INT0 的部分中断响应程序如下： ORG0003HINTD0: PUSHACC PUSHPSW PUSHDPH PUSHDPL SETB 24H.0MOVA,5FH欢迎下载精品学习资源JZTING1DECAMOVLJMPFAN25FH,ATING1: FAN2: MOVA,5BH JZ TING2 DECA MOV5BH,A LJMPZONG TING2:ZONG:MOVA,59H JZ KAI DECA MOV59H,A LJMPEXIT KAI: CLR24H.0JB26H.0,KAI2 KAI2: MO

25、VA,66H JZ EXIT1欢迎下载精品学习资源EXIT1: MOV5FH,5AH MOV5BH,66H MOV59H,#100 EXIT: POPDPL POPDPH POPPSW POPACC RETI欢迎下载精品学习资源结 束 语第一，通过这次应用系统设计，在很大程度上提高了自己的独立摸索才能和单片机的专业学问，也深刻明白写一篇应用系统的步骤和格式，有过这样的一次训 练，信任在接下来的日子我们都会了，而且会做得更好；我所写的系统主要依据目前节智能化电风扇技术的进展趋势和国内实际的应用特点和要求，采纳了自动化的结构形式，实现对电风扇转速的自动掌握；系统以单片机AT89C51 为核心部件，

26、单片机系统完成对环境温度信号的采集、处理、显示等功能；用Protel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 MCS51汇编语言编制 , 运行程序该系统的主要特点是: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意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) 系统成本低廉，操作特别简洁，随时可以依据软件编写新的功能加入产品；操作界面可扩展性强，只要稍加转变，即可增加其他按键的使用功能；本系统在当今提倡人性化设计和健康产品的环境下具有特别好的市场前景； 本设计在模拟检测中运行较好，但采样据不太稳固；功能上的缺憾是对于两个档之间的临界温度处理不好，并且档位太少；仍有待改进；参考文献1张鑫. 单片机原理及应用. 电子工业出版社1 明德刚 .DS18B20 在单片机温控系统中的应用. 贵州高校学报， 2006，22 黄朝民，肖明清，吴志强. 单片机原理与应用. 现代电子技术， 2006,123 刘进山 . 基于 MCS-51电风扇智能调速器的设计. 电子质量， 2004,10欢迎下载