1、河南質量工程職業學院畢業設計（論 文）一課程設計系別機電工程系專業電器商品檢驗班級10商才穹1班學生姓名高登鵬學 號0201100116指導教師王慶志定稿日期2012年5月11日目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 第1節引言 3 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 智能電風扇控制系統概述 3 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 本設計任務和主要內容 3 HYPERLINK l bookmark10 o Current Doc

2、ument 第2節系統主要硬件電路設計5 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 總體硬件設計 5 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 數字溫度傳感器模塊設計 5溫度傳感器模塊的組成 5 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document DS18B20的溫度處理方法 6 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 電機調速與控制模塊設計 7電機調速原理 7電機控制模塊硬件設計 8 HYPERLINK l bookmark48 o

3、Current Document 溫度顯示與控制模塊設計 9第3節系統軟件設計10數字溫度傳感器模塊程序設計 10電機調速與控制模塊程序流程 15程序設計原理 15主要程序 16第4節結束語2019參考文獻基于單片機的智能電風扇控制系統第1節引言電風扇曾一度被認為是空調產品沖擊下的淘汰品，其實并非如此，市場人士 稱，家用電風扇并沒有隨著空調的普及而淡出市場，近兩年反而出現了市場銷售復 蘇的態勢。其主要原因：一是風扇和空調的降溫效果不同一一空調有強大的制冷功 能，可以快速有效地降低環境溫度，但電風扇的風更溫和，更加適合老人兒童和體 質較弱的人使用；二是電風扇有價格優勢，價格低廉而且相對省電，安裝

4、和使用都 非常簡單。盡管電風扇有其市場優勢，但傳統電風扇還是有許多地方應當進行改良的，最 突出的缺點是它不能根據溫度的變化適時調節風力大小，對于夜間溫差大的地區， 人們在夏夜使用電風扇時可能遇到這樣的問題：當凌晨降溫的時候電風扇依然在工 作，可是人們因為熟睡而無法察覺，既浪費電資源又容易引起感冒，傳統的機械定 時器雖然能夠控制電風扇在工作一定后關閉，但定時范圍有限，且無法對溫度變化 靈活處理。鑒于以上方面的考慮，我們需要設計一種智能電風扇控制系統來解決這 些問題。智能電風扇控制系統概述傳統電風扇是220V交流電供電，電機轉速分為幾個檔位，通過人為調整電機轉速 達到改變風力大小的目的，亦即，每次

5、風力改變，必然有人參與操作，這樣勢必帶 來諸多不便。本設計中的智能電風扇控制系統，是指將電風扇的電機轉速作為被控制量，由單 片機分析采集到的數字溫度信號，再通過可控硅對風扇電機進行調速。從而達到無須人為控制便可自動調整風力大小的效果。設計任務和主要內容本設計以MCS51單片機為核心，通過溫度傳感器對環境溫度進行數據采集，從 而建立一個控制系統，使電風扇隨溫度的變化而自動變換檔位，實現“溫度高，風 力大，溫度低，風力弱”的性能。另外，通過鍵盤控制面板，用戶可以在一定范圍 內設置電風扇的最低工作溫度，當溫度低于所設置溫度時，電風扇將自動關閉，當 高于此溫度時電風扇又將重新啟動。本設計主要內容如下：

6、風速設為從高到低5個檔位，可由用戶通過鍵盤手動設定。當溫度每降低2c則電風扇風速自動下降一個檔位。當溫度每升高2c則電風扇風速自動上升一個檔位。 用戶可設定電風扇最低工作溫度，當低于該溫度時，電風扇自動停轉。第2節系統主要硬件電路設計總體硬件設計系統總體設計框圖如圖2-1所示圖2-1系統原理框圖對于單片機中央處理系統的方案設計，根據要求，我們可以選用具有4KB片內E2PROMJ AT89C51單片機作為中央處理器。作為整個控制系統的核心，AT89C51內部已包含了定時器、程序存儲器、數據存儲器等硬件，具硬件能符合整個控制系統 的要求，不需要外接其他存儲器芯片和定時器件，方便地構成一個最小系統。

7、整個 系統結構緊湊，抗干擾能力強，性價比高。是比較合適的方案數字溫度傳感器模塊設計溫度傳感器可以選用LM324A勺運算放大器，將其設計成比例控制調節器，輸出電壓 與熱敏電阻的阻值成正比，但這種方案需要多次檢測后方可使采樣精確，過于煩瑣。所以我采用更為優秀的DS18B2嗷字溫度傳感器，它可以直接將模擬溫度信號 轉化為數字信號，降低了電路的復雜程度，提高了電路的運行質量。溫度傳感器模塊組成本模塊以DS18B20乍為溫度彳感器，AT89C51作為處理器，配以溫度顯示作為溫度控制輸出單元。整個系統力求結構簡單，功能完善。電路圖如圖 2-2所示。系統工作原理如下：DS18B2Ca行現場溫度測量，將測量數

8、據送入 AT89C51的P3.7 口，經過單片機 處理后顯示溫度值，并與設定溫度值的上下限值比較，若高于設定上限值或低于設 定下限值則控制電機轉速進行調整U1X1一口 -1CRYSTALC1-L C222p-T 22pU2 GNDUM DQVCCDS18B2019卜 XTAL1P0.0/AD03918XTAL2P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A938-y7363534339RST322122P2.2/A102329PSENP2.3/A11P2.4/A12P2.5/A132430ALE2531

9、EA26P2.6/A1427P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXD281P1 0102P1 111312P12P3.2/INT0-P3.3/INTTP3.4/T04P13135P1 414615Pd AP3.5/T1P3.6WP3.7/RD7168717AT89C51圖2-2DS18B20溫度計原理圖DS18B20的溫度處理方法DS18B20直接將測量溫度值轉化為數字量提交給單片機，工作時必須嚴格遵守 單總線器件的工作時序。溫度值/ c數字輸出（二進制）數字輸出（十六進制）+85 C0000 0101 0101 00000550H+25.625 C0000 0001 1001 000

10、10191H+10.125 C0000 0000 1010 001000A2H+0.5 C0000 0000 0000 10000008H0 C0000 0000 0000 00000000H-0.5 C1111 1111 1111 1000FFF8H-10.125 C1111 1111 0110 1110FF5EH-25.625 C1111 1111 0110 1111FF6FH-55 C1111 1100 1001 0000FC90H表2-1部分溫度值與 DS18B20e出的數字量對照表電機調速與控制模塊設計電機調速是整個控制系統中的一個重要的方面。通過控制雙向可控硅的導通 角，使輸出端電

11、壓發生改變，從而使施加在電風扇的輸入電壓發生改變，以調節風 扇的轉速，實現各檔位風速的無級調速。電機調速原理可控硅的導通條件如下：1）陽-陰極間加正向電壓；2）控制極-陰極間加正向觸發電壓；3）陽極電流I a大于可控硅的最小維持電流Ih。電風扇的風速設為從高到低5、4、3、2、1檔，各檔風速都有一個限定值。在 額定電壓、額定功率下，以最高轉速運轉時，要求風葉最大圓周上的線速度不大于 2150m/min。且線速度可由下列公式求得3V hDn 10式中，V為扇葉最大圓周上的線速度（m/min）,D為扇中的最大頂端掃出圓的直徑 （mm）； n為電風扇的最高轉速（r/min）。代入數據求得n5 W15

12、55r/min,取rt =1250 r/min. 又因為：、田、擊“取低轉速 ” ”倜速比= 日吉好、擊100% 70%最局轉速取n1=875 r/min,則可得出五個檔位的轉速值:=1250r/min=1150r/minn3=1063r/minn2=980r/minn1 =875r/min又由于負載上電壓的有效值u 0 = u1.(sin 2 ：其中，U1為輸入交流電壓的有效值，a為控制角。解得:：5=0t=0ms=23.5=46.5=61.5=76.5t=1.70mst=2.58mst=3.43mst=4.30ms以上計算出的是控制角和觸發時間，當檢測到過零點時，按照所求得的觸發時 間延時

13、發脈沖，便可實現預期轉速。2.3.2電機控制模塊硬件設計電路中采用了過零雙向可控硅型光耦MOC3041集光電隔離、過零檢測、過零觸發等功能于一身，避免了輸入輸出通道同時控制雙向可控硅觸發的缺陷，簡化了輸出通道隔離2驅動電路的結構。所設計的可控硅觸發電路原理圖見圖2-3。其中RL即為電機負載，其工作原理是：單片機響應用戶的參數設置，在I/ O 口輸出一個高 電平，經反向器反向后，送出一個低電平，使光電耦合器導通，同時觸發雙向可控硅， 使工作電路導通工作。給定時間內，負載得到的功率為：P = -UI N 式中：P為負載得到的功率，kW0 n為給定時間內可控硅導通的正弦波個數。N為給定時間內交流正弦

14、波的總個數。U為可控硅在一個電源周期全導通時所對應的電壓有效值,V。I為可控硅在一個電源周期全導通時所對應的電流有效值,A0由式(1)可知，當U, I ,N為定值時，只要改變n值的大小即可控制功率的輸出，從而達到調節電機轉速的目的。U21918|XTAL1XTAL29RST2930-31PSENALE k1P1.0P1.13P1.2T- BP1.3P1.4P1.57P1.6P1.7-8-AT89C51P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4

15、/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD-TF36F34FF-21/f24r26Mh 2 3 4lo 67圖2-3電機控制原理圖2.4 溫度顯示與控制模塊設計通過HD7279A空制芯片組建一個單片機鍵盤輸入與顯示模塊，其中包括一個 2*8的鍵盤矩陣。和8段動態掃描數碼管顯示。與單片機通過接插件連接，可以用于系統的控制和輸出，其原理圖如圖2-4所示。OSCFD7G D6 5 4 3 2 G G G GG D D D D D1GDA B c D E F G P

16、D OGD8 5 0 3 7 6 12HA BD112 3 0 6 1AB-cHD -eTU1MAX72211圖2-4 HD7279A鍵盤和顯示器控制模塊電路原理圖第三節系統軟件設計數字溫度傳感器模塊程序設計本系統的運行程序采用匯編語言編寫，采用模塊化設計，整體程序由主程序和 子程序構成。圖3-1數字溫度傳感器模塊程序流程圖如圖3-1所示，主機控制DS18B2沈成溫度轉換工作必須經過三個步驟：初始 化、ROM操作指令、存儲器操作指令。單片機所用的系統頻率為12MHz根據DS18B20初始化時序、讀時序和寫時序分別可編寫4個子程序：初始化子程序、寫子程序、讀子程序、顯示子程序。DS18B205片

17、功能命令表如下:表2 DS18B20功能命令表命令功能描述命令代碼 TOC o 1-5 h z CONVERT開始溫度轉換44HREAD SCRATCHPAD讀溫度寄存器（共 9字節）BEHREAD ROM讀 DS18B20WU號33HWRITE SCRATCHPAD將警報溫度值寫如暫存器第 2、3字節 4EHMATCH ROM匹酉己 ROM55HSEARCH ROM搜索 ROMF0HALARM SEARCH警報搜索ECHSKIP ROM跳過讀序列號的操作CCHB4HREAD POWER SUPPLY 讀電源供電方式：0為寄生電源，1為外電源主要程序如下:MAIN:LCALL RST_DS18

18、B20LCALL GET_TEMPERMOV A,20HMOV C,08HRRC AMOV C,09HRRC AMOV C,10HRRC AMOV C,11HRRC AMOV 20H,ALCALL DISPLAYAJMPMAINRST_DS18B20:SETB P3. 7NOPCLR P3. 7MOV R1, #3RST1:MOV R0, #110DJNZ R0, $DJNZ R1,RST1SETB P3. 7NOPNOPMOV R0, #25HRST2:JNB P3. 7,RST3DJNZ R0,RST2LJMP RST4RST3: SETB FLAGLJMP RST5RST4:CLR FL

19、AGLJMP RST7RST5:MOV R0, #115RST6:DJNZ R0, $RST7: SETB P3. 7RETWR_DS18B20:;寫數據子程序MOV R2, #8CLR CWR1: CLR P3. 7MOV R3, #6DJNZ R3, $RRC AMOV P3. 7,CMOV R3, #25DJNZ R3, $SETB P3. 7NOPDJNZ R2,WR1SETB P3. 7RETRD_DS18B20:;讀數據子程序MOV R4, #2MOV R1, #20HREAD1:MOV R2, #8READ2:CLR CSETB P3. 7NOPNOPCLR P3. 7NOPNO

20、PNOPSETB P3. 7MOV R3, #9READ3:DJNZ R3,READ3MOV C, P3. 7MOV R3, #23READ4:DJNZ R3,READ4RRC ADJNZ R2,READ2MOV R1,AINC R1DJNZ R4,READ1RET電機調速與控制模塊程序流程程序設計原理采用雙向可控硅過零觸發方式，由單片機控制雙向可控硅的通斷，通過改變每 個控制周期內可控硅導通和關斷交流完整全波信號的個數來調節負載功率，進而達 到調速的目的。由于INT0信號反映工頻電壓過零時刻，因此只要在外中斷0的中斷服務程序中完成控制門的開啟與關閉，并利用中斷服務次數對控制量n進行計數和判斷

21、，即每中斷一次，對n進行減1計數，如果n不等于0,保持控制電平為“ 1”，繼續打開 控制門；如n=0,則使控制電平復位為“ 0”，關閉控制門，使可控硅過零觸發脈沖 不再通過。這樣就可以按照控制處理得到的控制量的要求，實現可控硅的過零控 制，從而達到按控制量控制的效果，實現速度可調。1）回路控制執行程序。主回路控制執行程序的任務是初始化數據存儲單元，確 定電機工作參數nmin / nmax,并將其換算成“有效過零脈沖”的個數；確定中斷優先 級、開中斷，為了保證正弦波的完整，工頻過零同步中斷INT0確定為高一級的中斷源。2）斷服務程序，執行中斷服務程序時，首先保護現場，INT0中斷標志置位，禁止主

22、程序修改工作參數，然后開始減 1計數，判斷是否關斷可控硅，最后INT0中 斷標志位清零，還原初始化數據，恢復現場，中斷返回。（設 1秒鐘通過波形數 N=10。中斷流程圖如圖3-2所示:開心nl及其顯示.CLR24H.0圖3-2電機控制模塊中斷響應流程圖主要程序外中斷INT0的部分中斷響應程序如下:ORG0003HINTD0:PUSHACCPUSHPSWPUSHDPHPUSHDPLSETB 24H.0MOVA,5FHJZTING1DECMOV5FH,ALJMP FAN2TING1: FAN2:MOVA,5BHJZ TING2DECAMOV5BH,ALJMPZONGTING2:ZONG:MOVA,59HJZ KAIDECAMOV59H,ALJMPEXITKAI:CLR24H.0JB26H.0,KA