1、河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論 文）一課程設(shè)計系別機電工程系專業(yè)電器商品檢驗班級10商才穹1班學(xué)生姓名高登鵬學(xué) 號0201100116指導(dǎo)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(jié)引言 3 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)概述 3 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 本設(shè)計任務(wù)和主要內(nèi)容 3 HYPERLINK l bookmark10 o Current Doc

2、ument 第2節(jié)系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計5 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 總體硬件設(shè)計 5 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 數(shù)字溫度傳感器模塊設(shè)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(diào)速與控制模塊設(shè)計 7電機調(diào)速原理 7電機控制模塊硬件設(shè)計 8 HYPERLINK l bookmark48 o

3、Current Document 溫度顯示與控制模塊設(shè)計 9第3節(jié)系統(tǒng)軟件設(shè)計10數(shù)字溫度傳感器模塊程序設(shè)計 10電機調(diào)速與控制模塊程序流程 15程序設(shè)計原理 15主要程序 16第4節(jié)結(jié)束語2019參考文獻基于單片機的智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)第1節(jié)引言電風(fēng)扇曾一度被認為是空調(diào)產(chǎn)品沖擊下的淘汰品，其實并非如此，市場人士 稱，家用電風(fēng)扇并沒有隨著空調(diào)的普及而淡出市場，近兩年反而出現(xiàn)了市場銷售復(fù) 蘇的態(tài)勢。其主要原因：一是風(fēng)扇和空調(diào)的降溫效果不同一一空調(diào)有強大的制冷功 能，可以快速有效地降低環(huán)境溫度，但電風(fēng)扇的風(fēng)更溫和，更加適合老人兒童和體 質(zhì)較弱的人使用；二是電風(fēng)扇有價格優(yōu)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(fēng)扇有其市場優(yōu)勢，但傳統(tǒng)電風(fēng)扇還是有許多地方應(yīng)當進行改良的，最 突出的缺點是它不能根據(jù)溫度的變化適時調(diào)節(jié)風(fēng)力大小，對于夜間溫差大的地區(qū)， 人們在夏夜使用電風(fēng)扇時可能遇到這樣的問題：當凌晨降溫的時候電風(fēng)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(tǒng)的機械定 時器雖然能夠控制電風(fēng)扇在工作一定后關(guān)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(shè)計一種智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)來解決這 些問題。智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)概述傳統(tǒng)電風(fēng)扇是220V交流電供電，電機轉(zhuǎn)速分為幾個檔位，通過人為調(diào)整電機轉(zhuǎn)速 達到改變風(fēng)力大小的目的，亦即，每次

5、風(fēng)力改變，必然有人參與操作，這樣勢必帶 來諸多不便。本設(shè)計中的智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)，是指將電風(fēng)扇的電機轉(zhuǎn)速作為被控制量，由單 片機分析采集到的數(shù)字溫度信號，再通過可控硅對風(fēng)扇電機進行調(diào)速。從而達到無須人為控制便可自動調(diào)整風(fēng)力大小的效果。設(shè)計任務(wù)和主要內(nèi)容本設(shè)計以MCS51單片機為核心，通過溫度傳感器對環(huán)境溫度進行數(shù)據(jù)采集，從 而建立一個控制系統(tǒng)，使電風(fēng)扇隨溫度的變化而自動變換檔位，實現(xiàn)“溫度高，風(fēng) 力大，溫度低，風(fēng)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(nèi)設(shè)置電風(fēng)扇的最低工作溫度，當溫度低于所設(shè)置溫度時，電風(fēng)扇將自動關(guān)閉，當 高于此溫度時電風(fēng)扇又將重新啟動。本設(shè)計主要內(nèi)容如下：

6、風(fēng)速設(shè)為從高到低5個檔位，可由用戶通過鍵盤手動設(shè)定。當溫度每降低2c則電風(fēng)扇風(fēng)速自動下降一個檔位。當溫度每升高2c則電風(fēng)扇風(fēng)速自動上升一個檔位。 用戶可設(shè)定電風(fēng)扇最低工作溫度，當?shù)陀谠摐囟葧r，電風(fēng)扇自動停轉(zhuǎn)。第2節(jié)系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計總體硬件設(shè)計系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖2-1所示圖2-1系統(tǒng)原理框圖對于單片機中央處理系統(tǒng)的方案設(shè)計，根據(jù)要求，我們可以選用具有4KB片內(nèi)E2PROMJ AT89C51單片機作為中央處理器。作為整個控制系統(tǒng)的核心，AT89C51內(nèi)部已包含了定時器、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器等硬件，具硬件能符合整個控制系統(tǒng) 的要求，不需要外接其他存儲器芯片和定時器件，方便地構(gòu)成一個最小系統(tǒng)。

7、整個 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，抗干擾能力強，性價比高。是比較合適的方案數(shù)字溫度傳感器模塊設(shè)計溫度傳感器可以選用LM324A勺運算放大器，將其設(shè)計成比例控制調(diào)節(jié)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(yōu)秀的DS18B2嗷字溫度傳感器，它可以直接將模擬溫度信號 轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，降低了電路的復(fù)雜程度，提高了電路的運行質(zhì)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(tǒng)力求結(jié)構(gòu)簡單，功能完善。電路圖如圖 2-2所示。系統(tǒng)工作原理如下：DS18B2Ca行現(xiàn)場溫度測量，將測量數(shù)

8、據(jù)送入 AT89C51的P3.7 口，經(jīng)過單片機 處理后顯示溫度值，并與設(shè)定溫度值的上下限值比較，若高于設(shè)定上限值或低于設(shè) 定下限值則控制電機轉(zhuǎn)速進行調(diào)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(zhuǎn)化為數(shù)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(shù)字輸出（二進制）數(shù)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(shù)字量對照表電機調(diào)速與控制模塊設(shè)計電機調(diào)速是整個控制系統(tǒng)中的一個重要的方面。通過控制雙向可控硅的導(dǎo)通 角，使輸出端電

11、壓發(fā)生改變，從而使施加在電風(fēng)扇的輸入電壓發(fā)生改變，以調(diào)節(jié)風(fēng) 扇的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)各檔位風(fēng)速的無級調(diào)速。電機調(diào)速原理可控硅的導(dǎo)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(fā)電壓；3）陽極電流I a大于可控硅的最小維持電流Ih。電風(fēng)扇的風(fēng)速設(shè)為從高到低5、4、3、2、1檔，各檔風(fēng)速都有一個限定值。在 額定電壓、額定功率下，以最高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時，要求風(fēng)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(fēng)扇的最高轉(zhuǎn)速（r/min）。代入數(shù)據(jù)求得n5 W15

12、55r/min,取rt =1250 r/min. 又因為：、田、擊“取低轉(zhuǎn)速 ” ”倜速比= 日吉好、擊100% 70%最局轉(zhuǎn)速取n1=875 r/min,則可得出五個檔位的轉(zhuǎn)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(fā)時間，當檢測到過零點時，按照所求得的觸發(fā)時 間延時

13、發(fā)脈沖，便可實現(xiàn)預(yù)期轉(zhuǎn)速。2.3.2電機控制模塊硬件設(shè)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(fā)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(fā)的缺陷，簡化了輸出通道隔離2驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)。所設(shè)計的可控硅觸發(fā)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(yīng)用戶的參數(shù)設(shè)置，在I/ O 口輸出一個高 電平，經(jīng)反向器反向后，送出一個低電平，使光電耦合器導(dǎo)通，同時觸發(fā)雙向可控硅， 使工作電路導(dǎo)通工作。給定時間內(nèi)，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(nèi)可控硅導(dǎo)通的正弦波個數(shù)。N為給定時間內(nèi)交流正弦

14、波的總個數(shù)。U為可控硅在一個電源周期全導(dǎo)通時所對應(yīng)的電壓有效值,V。I為可控硅在一個電源周期全導(dǎo)通時所對應(yīng)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(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)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(shè)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(tài)掃描數(shù)碼管顯示。與單片機通過接插件連接，可以用于系統(tǒng)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(jié)系統(tǒng)軟件設(shè)計數(shù)字溫度傳感器模塊程序設(shè)計本系統(tǒng)的運行程序采用匯編語言編寫，采用模塊化設(shè)計，整體程序由主程序和 子程序構(gòu)成。圖3-1數(shù)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(zhuǎn)換工作必須經(jīng)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(tǒng)頻率為12MHz根據(jù)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(zhuǎn)換44HREAD SCRATCHPAD讀溫度寄存器（共 9字節(jié)）BEHREAD ROM讀 DS18B20WU號33HWRITE SCRATCHPAD將警報溫度值寫如暫存器第 2、3字節(jié) 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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(diào)速與控制模塊程序流程程序設(shè)計原理采用雙向可控硅過零觸發(fā)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(nèi)可控硅導(dǎo)通和關(guān)斷交流完整全波信號的個數(shù)來調(diào)節(jié)負載功率，進而達 到調(diào)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(wù)程序中完成控制門的開啟與關(guān)閉，并利用中斷服務(wù)次數(shù)對控制量n進行計數(shù)和判斷

21、，即每中斷一次，對n進行減1計數(shù)，如果n不等于0,保持控制電平為“ 1”，繼續(xù)打開 控制門；如n=0,則使控制電平復(fù)位為“ 0”，關(guān)閉控制門，使可控硅過零觸發(fā)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(xiàn)可控硅的過零控 制，從而達到按控制量控制的效果，實現(xiàn)速度可調(diào)。1）回路控制執(zhí)行程序。主回路控制執(zhí)行程序的任務(wù)是初始化數(shù)據(jù)存儲單元，確 定電機工作參數(shù)nmin / nmax,并將其換算成“有效過零脈沖”的個數(shù)；確定中斷優(yōu)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(wù)程序，執(zhí)行中斷服務(wù)程序時，首先保護現(xiàn)場，INT0中斷標志置位，禁止主

22、程序修改工作參數(shù)，然后開始減 1計數(shù)，判斷是否關(guān)斷可控硅，最后INT0中 斷標志位清零，還原初始化數(shù)據(jù)，恢復(fù)現(xiàn)場，中斷返回。（設(shè) 1秒鐘通過波形數(shù) 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(yīng)流程圖主要程序外中斷INT0的部分中斷響應(yīng)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