智能电风扇控制器设计_单片机课程设计(20页).doc

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1、-智能电风扇控制器设计_单片机课程设计-第 1 页单片机课程设计设计题目：智能电风扇控制器设计neuq目 录序言一、 设计实验条件及任务.21.1、设计实验条件1.2、设计任务2二、 小直流电机调速控制系统的总体方案设计.32.1、系统总体设计.32.2、芯片选择.32.3、DAC0832芯片的主要性能指标.32.4、数字温度传感器DS18B20.3三、 系统硬件电路设计.4 3.1、AT89C52单片机最小系统.5 3.2、DAC0832与AT89C52单片机接口电路设计.6 3.3、显示电路与AT89C52单片机接口电路设计.73.4、显示电路与AT89C52单片机电路设计.8四、 系统软

2、件流程设计.7五、 调试与测试结果分析.8 5.1、实验系统连线图.85.2、程序调试,.8 5.3、实验结果分析.8六、 程序设计总结.10七、参考文献. 11附录.12 1、源程序代码.12 2、程序原理图.23序 言传统电风扇不能根据温度的变化适时调节风力大小，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然在工作，可是人们因为熟睡而无法察觉，既浪费电资源又容易引起感冒，传统的机械定时器虽然能够控制电风扇在工作一定后关闭，但定时范围有限，且无法对温度变化灵活处理。鉴于以上方面的考虑，我们需要设计一种智能电风扇控制系统来解决这些问题，使家用电器产品

3、趋向于自动化、智能化、环保化和人性化，使得由微机控制的智能电风扇得以出现。本文介绍了一种基于AT89C52单片机的智能电风扇调速器的设计，该设计主要硬件部分包括AT89C52单片机，温度传感器ds18b20，数模转换DAC0809电路，电机驱动和数码管显示电路，系统可以实现手动调速和自动调速两种模式的切换，在自动工作模式下，系统能够能够根据环境温度实现自动调速；可以通过定时切换键和定时设置键实现系统工作定时，使得在用户需求的定时时间到后系统自动停止工作。在日常生活中,单片机得到了越来越广泛的应用，本系统采用的AT89C52单片机体积小、重量轻、性价比高,尤其适合应用于小型的自动控制系统中。系统

4、电风扇起停的自动控制,能够解决夏天人们晚上熟睡时,由于夜里温度下降而导致受凉,或者从睡梦中醒来亲自开关电风扇的问题,具有重要的现实意义。一、 设计实验条件及任务1.1、 设计实验条件单片机实验室1.2、 设计任务利用DAC0832芯片进行数/模控制，输出的电压经放大后驱动小直流电机的速度进行数字量调节，并显示运行状态DJ-XX和D/ A输出的数字量。巩固所学单片知识，熟悉试验箱的相关功能，熟练掌握Proteus仿真软件，培养系统设计的思路和科研的兴趣。实现功能如下： 系统手动模式及自动模式工作状态切换。 风速设为从高到低9个档位，可由用户通过键盘手动设定。 定时控制键实现定时时间设置，可以实现

5、10小时的长定时。 环境温度检测，并通过数码管显示，自动模式下实现自动转速控制。 当温度每降低1则电风扇风速自动下降一个档位，环境低于21度时，电风扇停止工作。 当温度每升高1则电风扇风速自动上升一个档位。环境温度到30度以上时，系统以最大风速工作。 实现数码管友好显示。二、小直流电机调速控制系统的总体设计方案2.1、系统硬件总体结构数字温度传感器电机驱动及电机执行电路DAC0832AT89C52调速调时S1键调速调时S2键LED数码管显示模式切换键K1定时功能键K2图2.1系统硬件总体框图2.2、芯片选择1、AT89C52芯片：选用该单片机作为智能电风扇控制部件，用来实现电风扇调速核心功能。

6、2、74LS245芯片：用来驱动数码管。3、74LS373芯片：锁存器，用来锁存输出的信号。4、74LS240芯片：八单线驱动器，缓冲输出的信号。5、DAC0832芯片：片选地址是FF80H，AOUT1插孔作为模拟量的输出。6、8255芯片：可编程并行I/O接口芯片，用以扩展单片机的IO口。7、LED数码显示管：用来显示电机旋转的速度是加速还是减速。8、741：运算放大器。9、9014：NPN型三极管。2.3、DAC0832的主要性能指标D/A转换的基本原理是应用电阻解码网络，将位数字量逐位转换为模拟量并求和，从而实现将位数字量转换为相应的模拟量。其性能指标为：（）分辨率：相对分辨率，越大，分

7、辨率越高（）线性度（）转换精度（）建立时间（）温度系数。DAC0832引脚功能图如图2.2图2.2 数模转换DAC0832引脚功能 1、DI0DI7：8位数字信号输入端； 2、!CS：片选端；ILE： 数据锁存允许控制端，高电平有效； 3、!WR1：输入寄存器写选通控制端。当！CS=0、ILE=1、！WR1=0时，数据信号被锁存在输入寄存器中。4、!XFER：数据传送控制 5、!WR2 ：DAC寄存器写选通控制端。当！XFER=0，！WR2 =0时，输入寄存器状态传入DAC寄存器中 6、IOUT1：电流输出1端，输入数字量全“1”时，IOUT1最大，输入数字量全为“0”时，IOUT1最小。 7

8、、IOUT2：D/A转换器电流输出2端，IOUT2+IOUT1=常数。 8、 RFB：外部反馈信号输入端， 内部已有反馈电阻RFB,根据需要也可外接反馈电阻。 9、VCC：电源输入端，可在+5V+15V范围内。 10、DGND：数字信号地。 11、AGND：模拟信号地2.4. 数字温度传感器DS18B20DS18B20“一线总线”数字化温度传感器支持“一线总线”接口,测量温度范围为-55+125,在-10+85范围内,精度为0.15。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性,适合于恶劣环境的现场温度测量,如:环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。DS18B2

9、0可以程序设定912位的分辨率,精度为0.15,温度采集具有准确性、实时性。DS18B20的管脚排列如下:DQ为数字信号输入/输出端;GND为电源地;VDD为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)。如图2.3所示。图2.3数字温度传感器DS18B20引脚图DS18B20检测的温度高于一定值时,单片机引脚输出高电平,打开电风扇,当温度低于一定值时,单片机引脚输出低电平,控制电风扇停止转动。在此区间，每升高一度，风扇转速档位加一，风扇转速与档位的关系如表2.1所示：表2.1 风扇转速与档位的关系环境温度低于21.021.0-21.922.0-22.923.0-23.924.0-24.9转速

10、档位01234环境温度25.0-25.926.0-26.927.0-27.928.0-28.929.0以上转速档位56789三、系统硬件电路设计3.1、AT89C52单片机最小系统：AT89C52已包含了定时器、程序存储器、数据存储器等硬件，其硬件能符合整个控制系统的要求，不需要外接其他存储器芯片和定时器件，方便地构成一个最小系统。整个系统结构紧凑，抗干扰能力强，性价比高。图3.1为AT89C52芯片最小系统。一方面，单片机要通过I/O口中接收输入信号，另一方面要通过I/O口控制数码管的初始化、显示方式以及要显示的字符。因此，设计必须以单片机为核心，显示器为外围设备。硬件上，单片机通过电路板电

11、路与液晶显示电路相连；软件上，单片机要下载完整的程序对二者进行适时的控制。图3.1 AT89C52芯片最小系统图3.2.系统程序电路主程序CUP电路图：AT89C52单片机P0、P2口扩充电路图如图3.2：图3.2 AT89C52系统管脚扩充图3.3、DAC0832与AT89C52单片机接口电路设计实验电路使用逻辑器件实现地址译码，地址FF80H接入数模转换器DAC0832片选段，通过数模转换后的模拟量通过运放放大驱动电机驱动，其电路图如图3.3所示：图3.2 DAC0832与AT89C52单片机接口及电机控制电路3.4、显示电路与AT89C52单片机电路设计实验电路使用IO扩充芯片8255及

12、锁存芯片74LS245对六个数码管选通控制显示。显示部分电路图如图3.3所示：图3.3 数码管显示部分电路图四、系统程序流程设计4.1、系统程序流程框图如图4.1图4.1 程序流程图五、调试与测试结果分析5.1、实验系统连线图a、P3.0、P3.1、P3.2、P3.3分别连按键K1、K2、S1、S2b、DS18b20 数据线连 P3.4c、将DAC0832驱动电路AOUT接至直流电机d、将P0口接至DAC0832数字输入端e、将地址译码器电路（FF80H）接至DAC0832片选端5.2、程序调试 程序上电时，直流电机默认以中档5档工作，系统默认工作在手动模式下。数码管显示当前环境温度和电机运行

13、档位。当按下按键S1（P3.2）时，直流电机以加速转动，同时数码管显示档位速度，当速度达到最大时，继续按下键S1第5个数码管会显示“”表示系统已达到最大风速当按下按键S2（P3.2）时，直流电机以减速转动，同时数码管显示档位速度，当速度达到最小时，继续按下键S2第5个数码管会显示“”表示系统已达到最小风速。当按下系统模式控制切换键k1可以实现模式的切换，在自动模式下，数码管第一位显示“A”字样，表示工作于自动模式下，此时电机的转速由环境温度决定。并且显示环境温度和当前温度下电机运行档位。当按下定时键K2时，数码管闪烁的显示“000”，当按S1时，定时时间增加，数码管闪烁显示定时时间。按S2键时

14、，定时时间减少，同时数码管也闪烁显示定时时间。再次按下K2键后，闪烁停止，定时开始，数码管显示定时剩余时间。5.3、实验结果分析 电机运行正常时即可实现调速现象，按键的消抖使得调速现象更加明显。按键S1实现电风扇加速运行，按键S2实现电风扇减速运行。系统模式控制切换键k1可以实现模式的切换。定时键K2实现定时设定和定时确定。适当的控制按键，就可以实现所需要的效果。六、程序设计总结两周的单片机课程设计让我受益匪浅，无论从知识技能上还是团队合作方面。上课的时候的学习从来没有见过真正的单片机，只是从理论的角度去理解枯燥乏味。但在课程设计使用了单片机及其系统，能够理论联系实际的学习，开阔了眼界，提高了

15、单片机知识的理解和水平。在这次课程设计中又让我体会到了合作与团结的力量，当遇到不会或是设计不出来的地方，我们就会在QQ群里讨论或者是同学之间相互帮助。团结就是力量，无论在现在的学习中还是在以后的工作中，团结都是至关重要的，有了团结会有更多的理念、更多的思维、更多的情感。我们组的题目是智能电风扇控制器设计，基本要求是实现电机速度的控制，并且通过数码管显示出来。由于我在学院的创新实验室有过一年多的编程经验，因此在实验箱上实现基本功能并没有很大难度，基本功能实现后，我们组想到了使设计更加智能化和多功能化，于是我们加入了数字温度传感器温度采集和自动控制，以及定时功能。并通过程序设计，实现比较人性化的数

16、码管显示。在整个程序设计和电路设计调试过程中，遇到了不少问题，最终也和组员共同解决了。主要的问题有：l 仿真和实际的电路调试有一定的出入，在仿真上按键能够很好的工作，但是在实际的电路调试过程中，按键往往不大灵敏，常出现按一下，系统反应多次的问题，最后通过延时时间的调整，使得按键较好的工作。l 由于数码管采用动态显示方式，延时扫描时间的不恰当使得数码管显示出现跳动或者不稳定的问题，通过延时时间的正确设置和对整体程序的分析，使数码管的显示稳定正常。l 随着系统功能的增加，程序变的复杂，调试起来对程序的分析带来了一定的难度，最后通过功能函数的模块化使得程序更加清晰和易更改。将数字温度传感器的函数单独

17、设在一个C文件中，采用多文件编译的方式，也增加了程序的易移植性。l 程序的要完全运行正确，不仅要弄清楚电路图，尤其是各接口的接法，还要注重每个小的细节，因为往往一个很小的错误，使得程序出现一些无法预料的结果，在程序的调试过程中，我们组出现了将=错写为了=，结果当然运行不出来。单片机是很重要的一门课程，学好一门单片机，就凭这个技术这门手艺找一个好工作也不成问题。尽管我们在课堂学到的内容很有限，但在以后的学习中单片机还需要好好的深入研究和学习。七、参考文献1陈海宴. 51单片机原理及应用. 北京：北京航空航天大学出版社,2012.2郭天祥. 51单片机C语言教程. 北京：电子工业出版社,2005.

18、3胡启明，葛祥磊. Proteus从入门到精通. 北京：电子工业出版社,2012. 4 张兆明.基于AT89S52单片机的自动温控电风扇设计.测控技术, 2009, 03(210820). 附录1：系统程序系统主函数设计题目：智能电风扇控制器设计设计者： 设计功能：1. 系统分为自动模式和手动模式，通过自动控制手动控制切换键K1(P3.1)可以实现电机转速控制，并用数码管显示其工作在何种状态。2. 手动状态可以通过S1、S2(P3.2加，P3.3减)实现9级风速增减调速，并通过数码管显示。3. 通过DS18B20可以实现风扇附近环境温度的检测，温度精确到0.1摄氏度，并通过数码管可以显示实时温

19、度当系统工作切换到自动控制状态时，系统根据环境温度自动控制转速的快慢。4. 两种工作状态下，均可以通过定时设置功能键K1(P3.0)可以实现风扇定时工作，通过时间增减键（P3.2加，P3.4减）实现定时时间设定时间到后风扇停止工作系统连线 P3.0、P3.1、P3.2、P3.3分别连按键K1、K2、S1、S2 DS18b20 数据线连 P3.4 系统参数： 1.转速档位 （本参数为仿真参数）共分为9个档位，从低到高为1-9档，通过数码管显示，对应电机两端电压分别为1.31V、2.62V、3.93V、5.24V、6.55V、7.86V、9.17V、10.5V、11.8V2.温度参数系统使用的DS

20、18b20可以实现0.0625摄氏度的精度。通过四舍五入，数码管显示可以实现0.1摄氏度的精度。3.自动模式下环境温度与转速关系环境温度范围与转速关系为：21以下，停止；21-22 1档；22-23 2档；23-24 3档；24-25 4档；25-26 5档； 26-27 6档； 27-28 7档；28-29 8档；29以上，9档 4.定时时间参数系统共设置7个定时时间，分别为1min,5min,10min,30min,1h,2h,5h#includereg51.h#include ds18b20.h#include /用于访问绝对地址#include #define uchar unsign

21、ed char#define uint unsigned int#define ON 1#define OFF 0#define Confirm 2#define TimeGrade1 1/定时等级分别设置为1分钟，5分钟，10分钟，30分钟，1小时，2小时，5小时#define TimeGrade2 5#define TimeGrade3 10#define TimeGrade4 30#define TimeGrade5 60#define TimeGrade6 120#define TimeGrade7 300#define add XBYTE0xff23 /控制寄存器#define PA

22、 XBYTE0xff20 /位选为8255，A口#define PB XBYTE0xff21 /段选为8255，B口#define DA XBYTE0xff80 /P0对应的地址unsigned char tflag; /定时器时间标志unsigned char TimeGrade;/风扇定时等级unsigned int TimeGo,TIME,t1flag; /风扇定时时间标志位int temp_T,temp_T_A; /采集温度值以及采集的温度绝对值uint volt_d=140,volt_a;bit secflag = 0;bit Auto = OFF; /定义自动控制允许位uchar

23、TC = OFF; /定义定时功能允许位bit Ch_Full = 0; /定义调档以最大或者最小标志位bit TBZF = 0; /定义温度低于0时标志位uchar code table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10,0x88,0x8b,0xbf,0xff; /共阳数码管编码表uchar code wei=0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20;void delayMS(uint z);void Init

24、ial(void);void Time_Set(void);void display(uchar aa,uchar bb);void Handle_display(void);void Key_check(void);void Anto_Control_speed(void);void TempTrans(void);void delayMS(uint z) /延时函数uchar x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);void display(uchar aa,uchar bb) /显示子程序PA=weiaa; /位选PB=tablebb; /段选delayMS

25、(2);void Initial(void)EX0 = 1; /开外部中断0EX1 = 1; /开外部中断1EA = 1; /开总中断IT0 = 1; /下降沿触发中断0IT1 = 1; /下降沿触发中断1TMOD = 0x11; TH0 = (65536-20000)/256; TL0 = (65536-20000)%256;TH1 = (65536-50000)/256; TL1 = (65536-50000)%256; ET0 = 1; TR0 = 1; ET1 = 1;void Handle_display(void)/操作时数码管显示，包括温度，档位，定时时间和剩余时间uchar i

26、,j; volt_a=volt_d/28;display(0,volt_a); /数码管输出档位 if(TC = OFF) /为设置时间时初始状态if(TBZF=1)display(5,22);/在数码管1显示温度为负display(4,temp_T_A/100); /数码管输出模拟量十位display(3,temp_T_A%100/10+10); /数码管输出模拟量个位display(2,temp_T_A%100%10); /数码管输出模拟量一位小数 else Time_Set();for(j=80;j0;j-)display(4,(TIME-TimeGo)/100); /数码管输出模拟量十

27、位display(3,(TIME-TimeGo)%100/10); /数码管输出模拟量个位display(2,(TIME-TimeGo)%100%10); /数码管输出模拟量一位小数display(0,volt_a);if(TC = ON)for(i=100;i0;i-)display(4,23); /数码管输出模拟量十位display(3,23); /数码管输出模拟量个位display(2,23); /数码管输出模拟量一位小数display(0,volt_a);void Key_check(void) /按键扫描函数unsigned char temp;temp=P3&0x03;if(tem

28、p != 0x03)delayMS(30); if(temp != 0x03) /当P3.4和P3.5按下时 if(temp=0x01) /模式设置键被按下 Auto=Auto; else if(temp=0x02) /定时设置键被按下TC+;if(TC=3)TC=0;void TempTrans(void)if(secflag = 1) secflag=0;temp_T=rd_temperature()/10;if(temp_T=300) volt_d=252;void Time_Set(void)if(TC = ON) switch(TimeGrade)case 0:TIME=0;brea

29、k;case 1:TIME=TimeGrade1;break;case 2:TIME=TimeGrade2;break;case 3:TIME=TimeGrade3;break;case 4:TIME=TimeGrade4;break;case 5:TIME=TimeGrade5;break;case 6:TIME=TimeGrade6;break;case 7:TIME=TimeGrade7;break;else if(TC = Confirm)TR1 = 1;display(5,22);elseTIME=0;TR1 = 0;/关闭定时器2TimeGo=0;if(TimeGo=TIME)&(

30、TC = Confirm)/定时时间到TC =OFF;/关闭时间显示标志TR1 = 0;/关闭定时器2TimeGo=0;/定时后已运行时间清零volt_d=0; /定时时间到后，风扇停止转动void main()Initial();while(1) TempTrans();if(Auto = OFF) /当系统为手动控制时子函数if(Ch_Full=1)display(1,22);/在数码管1显示一横线，表示档位已经最大或者最小 DA= volt_d; /把数字量赋给数模转换器Handle_display();if(Auto = ON)/系统为自动控制时函数display(5,20);/显示自

31、动控制允许标志DA= volt_d;Anto_Control_speed();Handle_display();void ex0() interrupt 0 /外部中断0子程序delayMS(200); if(TC = OFF)|(TC = Confirm) /如果不是时间设置时，实现风扇调速if(volt_d0)Ch_Full=0;volt_d-=28; else Ch_Full=1;else/如果时间设置标志位打开，则定时设置 TimeGrade-;void isr_t1(void) interrupt 3TH1 = (65536-50000)/256; TL1 = (65536-5000

32、0)%256; t1flag+; if(t1flag = 1200) t1flag = 0;TimeGo+;数字温度传感器DS18B20部分头文件#ifndef _DS18B20_H#define _DS18B20_H#include reg51.h#include intrins.hsbit DQ = P34;bit init_ds18b20(void);void delay(unsigned int t);void wr_ds18b20(unsigned char byt);unsigned char rd_ds18b20(void);int rd_temperature(void);#e

33、ndif数字温度传感器DS18B20部分C文件#include ds18b20.h#include math.hvoid delay(unsigned int t) while(t-);/DS18B20初始化函数bit init_ds18b20(void) bit initflag = 0; DQ = 1; delay(12); DQ = 0; delay(80); / 延时大于480us DQ = 1; delay(10); / 14 initflag = DQ; / initflag等于1初始化失败 delay(5); return initflag;/通过单总线向从器件写一个字节void

34、 wr_ds18b20(unsigned char byt) unsigned char i; for(i=0;i= 1; delay(5);/通过单总线从从器件读一个字节unsigned char rd_ds18b20(void) unsigned char i; unsigned char byt; for(i=0;i= 1; DQ = 1; if(DQ) byt |= 0x80; delay(5); return byt;/温度转换、读取及数据处理器函数int rd_temperature(void) unsigned char low,high; unsigned int tmpval

35、ue; int value; /存放温度数值 float t; init_ds18b20(); wr_ds18b20(0xCC); wr_ds18b20(0x44); /启动温度转换 delay(200); init_ds18b20(); wr_ds18b20(0xCC); wr_ds18b20(0xBE); /读取寄存器 low = rd_ds18b20(); /低字节 high = rd_ds18b20(); /高字节 tmpvalue = high; tmpvalue 0 ? 0.5 : -0.5); /大于0加0.5, 小于0减0.5value = t * 100/1.25+ (value 0 ? 0.5 : -0.5); return value;附录2 实验原理图