電子設計競賽論文(智能排氣扇)

1電子設計競賽設計報告參賽題目智能排氣扇設計摘要本智能排氣扇以STC12C5A08S2為核心控制單元，通過遠紅外傳感器探測熱水器加熱火焰來判定熱水的開停。采用抗干擾能力強，精度高的數(shù)字溫度傳感器DS18B20感知溫度，結合晶閘管BT136，實現(xiàn)無級調速。系統(tǒng)通過1602液晶把溫度、濕度，轉速等實時信息反饋給使用者。使用者也可通過鍵盤實現(xiàn)排氣扇的本地控制。本設計通過霍爾傳感器進行轉速的采集，進而實現(xiàn)排氣扇卡死等故障的自我檢測。關鍵詞智能排氣扇遠紅外傳感器霍爾傳感器ABSTRACTTHEINTELLIGENTEXHAUSTFANISBASEONSTC12C5A08S2MICROCONTROLUNITWITHTHEHELPOFFARINFRAREDHEATSENSORS,ITCANDETECTTHEOPENINGOFTHEFLAMEANDDETERMINETHEACTIONOFWATERHEATERBYUSINGTHEANTIINTERFERENCEABILITY,HIGHACCURACYDIGITALTEMPERATURESENSORDS18B20ANDCOMBINEDWITHSCRBT136,THISINTELLIGENTEXHAUSTFANCANCONTROLSPEEDWHICHISBASEONTEMPERATUREUSERSCANGETTHEINFORMATIONOFTEMPERATURE,HUMIDITYANDSPEEDTHROUGH1602SCREENUSERSCANALSOCONTROLTHEEXHAUSTFANTHROUGHKEYBOARDTHISDESIGNCANDETECTIVETHESPEEDOFTHEEXHAUSTFANBYHALLELEMENT,SOTHATITCANWARNTHEUSERWHENTHEFANWORKABNORMALLYKEYWORDSINTELLIGENTEXHAUSTFANINFRAREDSENSORHALLSENSOR2目錄1前言321總體系統(tǒng)設計422微控制器方案523故障檢測方案524熱水開停檢測方案63單元模塊設計731單片機最小系統(tǒng)設計732DS18B20測溫電路933MQ2煙霧傳感器1034DHT11濕度傳感器11353144E開關型霍爾傳感器測速1136BT136無級調速電路1237總體電路布線1338模塊連接圖1439程序主要流程圖154調試與仿真165系統(tǒng)功能及參數(shù)176設計總結1831前言隨著經濟的發(fā)展，智能化漸漸步入普通百姓的家。現(xiàn)在市場上的各類智能化產品可謂層出不窮，最常見的有智能電飯煲，智能電冰箱G2656智能G8939G15927機G12573。G6164謂的智能化，G1866G11458的在G1122G3698G2164G1166與機器的G1126G2172，G19489G1314功G13803，G6564G2331G6940G10587，G4625G18339G17810G2052G1209G1166G1038G7424的G11458的。G13792G7424小G13464的G1328品G252“智能G6502G8680G6171”，G4613G7171G17993G5502上G17860G11458的設計的。G4557G1122G16025有熱水器的家G5249G7481G16840，G6502G8680G6171可謂G5529不可G4581的家電，G9994G13792G4439G2460G2376常常G15999G1166G1216G6164G5585G11065G13792G13582G4581G13512G6264。G980G6238G12227G9397G9796G4588，隨G7114G18129有可能G13622G5049的G6502G8680G6171，G6116G1114G9032G4472的G19556G5751。有G18504G1122G8504，G7424小G13464設計G1114智能G6502G8680G6171，G4439能G3827G4557G6171G2506G17728速G4466G7114G11429控，G5334常G6265G16698，G4557熱水開停檢測，G14270G2172G17828G15904G2656關G19393。G4439的G17728速G7693G6466G9032G4472溫度G13792G4462，G5415有有G4487G8680體產G10995G7114，G4439能G14270G2172G5390制G6502G8680。有G1114G4439，G1332在G9032G4472G18336G1889G1075G8821有G2530G20050G1055G5563。42總體方案設計及選擇21總體系統(tǒng)設計G7424G6502G8680G6171總體系統(tǒng)設計G3926上圖G6164G12046，G11013微控制器G1038G7692G5527，通G17819檢測傳感器G7481G2040G7041G6502G8680G6171的G5049G1328G10378G5589G2656G14731G2474G5529要數(shù)G6466，G17839G13792控制電機的G5049G1328。G12295G2399電G9316G1038G6984G1022系統(tǒng)G6564G1391G12295G4462的G1314G2399G11464流電。G6502G8680G6171的G1166機G1144G1126G11013G19202G11436G2656LCDG7481G4448G6116。通G17819G19202G11436，用戶能執(zhí)G15904基G7424的控制，G13792LCD能G6238溫度，濕度，G17728速G12573基G7424信息反饋給用戶。微控制器溫度測量濕度測量轉速測量煙霧檢測點火檢測G12295G2399電G9316電機驅G2172G19202G11436輸入LCD顯G120465方案G980高性能單片機ATMEGA16方案二G3698G5390型51單片機STC12C5A08S222微控制器方案性能要求（1）較強的抗干擾能力（2）低功耗（3）硬件集成AD及PWM4較高處理速度（5）成本合理。方案比較兩款單片機均能較好地實行上述要求（詳細電氣參數(shù)請參見附錄）但采用51內核的STC12C5A08S2具有比ATMEGA16更穩(wěn)定的市場來源，更低的成本（前者的約為后者二分之一）。最終決定采用STC12C5A08S2。23故障檢測方案方案一在排氣扇干路傳聯(lián)互感線圈，把次級線圈輸出信號通過整流濾波后經由運放放大，再通過AD口檢測。方案二再排氣扇扇葉上固定小磁體，通過霍爾傳感器檢測磁體單位時間內通過固定位置的次數(shù)得G2052G17728速，G994G11458G7643G17728速G17839行比較G17839G13792檢測G5334G5132。6排氣扇G6937G19568一G14336由G9796G4588G3593G3634扇葉G6122內G18108電G4388線路G17908成，G1866G15932G10628通G5132為扇葉G17728速G5334G5132G1000流過排氣扇電流過大。方案比較方案一的電G4388線路G16786G16757比較G3809G7446，成本高，G1000G4493G7143G2475G2052干擾G13792G2469G10995G16835G2172G1328。G11468比之G991，方案二G16786G16757比較G12628單，G993G1177能檢測G2052G6937G19568，G13792G1000G14731得G17728速，一G1042兩得。決定采用方案二。24熱水開停檢測方案方案比較G9921G8712器的G5332G1863G1147G10995的G10317G5461G10301理G18339G1039要有G6183G9791G3780G19911G2656G2164G9921的G9791G9988。G14521G7693G6466G3780G19911來G17839行G5332G1584G2040定，G2029硬件實G10628比較G3268G19602，G13792G1000G4493G7143G2475G2052G3134G3780干擾G13792G1147G10995G16835G2172G1328。G13792G4557G9791G9988的檢測G2029比較G4493G7143實G10628。本G16786G16757采用G17840G13430G3818G9791G9988傳感器來G17839行G9791G9988檢測，但有由G1122G1866G4493G7143G2475G2052G7446G1821干擾，實G19481G7171用要在硬件G2656G12255G5219兩方G19766G4557G1866G17839行抗干擾處理。方案一通過檢測G9869G9791G3780G19911來檢測G9921G8712G5332G1584方案二通過檢測G9869G9791G9791G9988來檢測G9921G8712G5332G158473單元模塊設計31單片機最小系統(tǒng)設計本G13007G13491G1209STC12C5A08S2為核G5527G6523G2058單G1815G1866G12661G14062G994一G14336的51G1872G4493，G1866G1039要G10317性G3926G991（1）G3G3698強G342351內核，一G1022機器G2620G7411G6203行一G7477G6363G1208。（2）G3G5049G1328電G239955V33V（3）G3G5049G1328G20069G10587G14551G3272035MHZ（4）G38KROM,256RAM（5）G332G1022通用IO口，G2499G6524G1825輸出，電流G1781020MA（6）G3G6915G6357ISP，IAPG1030口G13546G12255方G5347（7）G3集成EPROOM,G11487G19388G10411，內G18108RC（8）G3上電G14270G2172G3809位，G6493電檢測（9）G36路G3818G18108G1025G7041，G6915G6357上G2331G8851G16314G2469（10）G32路8位PWM（11）G38路10位ADG17728化8G1866引G14062G3926上圖所示，RXD,TXD為G1030口收G2469端，INT0，INT1為G3818G18108G16314G2469，WR,RD分別為G3818G18108寫選通,G3818G18108讀選通。P0,P1,P2,P3為輸入輸出接口。G2499G16786定為四種模G5347準雙向口,G6524G1825,高阻,G5332漏。P1口第二功能為AD口G2656ISPG991載口P0口G14270帶上拉電阻。XTAL2XTAL1為晶振引G14062。最小G13007G13491電路C3G994R1構成上電G3809位電路，XTAL1,XTAL2G994晶振G11468連，G20069G10587為12MHZ,C1,C2為起振電G4493EA接正極，G1209保證G4557內G18108ROMG13546G12255。電源電G2399為直流5V。晶振G20069G10587為12MHZ。932DS18B20測溫電路G12661G140621為電源地，G12661G140622為信號輸入，輸出接口G12661G140623為電源正。DS18B20的G1039要G10317G5461全數(shù)字溫度G17728換及輸出。先G17839的單總線數(shù)G6466通信。最高12位分辨G10587，精度G2499G17810土05攝氏度。12位分辨G10587時的最大G5049G1328G2620G7411為750毫秒。G2499選擇寄G10995G5049G1328方G5347。檢測溫度G14551G3272為55C125C67F257F內置EEPROM，限溫報警功能。64位G1821刻ROM，內置G1147品G5219列號，方便多機掛接。多樣封裝形G5347，適應G993同硬件G13007G13491。G5049G1328電G931635V/DCG12661G140622為G5332漏，要接上拉電阻，G1866G994單片機接線G3926G9911033MQ2煙霧傳感器G7643準G5049G1328G7477件A1A0A3A2A4A5A7A6A8A9A11A10VCA13A12A14A15A1715VACORDCVHA18A16A14A1550V02VACORDCRLA20A19A14A21A23A22RHA18A16A14A2131A25A243A25A27A26PHA18A16A28A29A17A31A30A30A32A33HG1038G2164熱電阻絲引腳。RLG1038負載電阻，與AB串聯(lián)，G5415檢查G2052有G4487器體G7114，AB兩端的阻值發(fā)G10995變化，引起電G2399變化，G1889經G11013單片機AD口檢測。要注意的G7171，MQ2需要G980G4462的預熱G7114間，剛開機G7114不能馬上讀G2474數(shù)G6466，否則會出錯。G8504外，MQ2受濕度影響比較大，在G9032G4472使用G7114G5529需G2164上適G5415的防潮措施。靈敏度G10317性曲線圖溫度20G11468G4557濕度65、氧氣濃度2111RL5K34DHT11濕度傳感器G3DHT11數(shù)字溫濕度傳感器G7171一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度G3809合傳感器。傳感器包括一G1022電阻G5347感濕G1815件G2656一G1022NTC測溫G1815件，并G994一G1022高性能8位單片機G11468連接。每G1022DHT11傳感器都在濕度校驗室G1025G17839行校準。校準G13007數(shù)G1209G12255G5219的形G5347儲存在OTP內存G1025，傳感器內G18108在檢測信號的處理過G12255G1025要調用這些校準G13007數(shù)。單線G2058G1030行口，較小的體積、較低的功耗，信號傳輸距離G2499G1781020米。G3DHT11的供電電G2399為355V。傳感器上電后，要等待1SG3G1209越過G993穩(wěn)定狀態(tài)在此G7411間無需G2469送任何G6363G1208。電源引G14062（VDD，GND）之間G2499G3698G2164一G1022100NFG3的電G4493，用G1209G2447G13818濾波。G3由G1122DHT11的溫度測G18339G2494能精G11842G2052G1022位，G13792實G19481G9032室溫度G2476化比較小，G5468G19602通過DHT11的G2476化G6523G2058PG58G48的G2356G12366比，G6937本G16786G16757G2494采用DHT11的濕度傳感器，G13792溫度的測G18339G2029G1144由DG5418G3720實G10628。G3353144E開關型霍爾傳感器測速3144E霍爾G5332G1863集成電路應用霍爾G6940應G2419理，采用G2334G4560體集成G6228G7427G2058G17908的磁敏電路，G4439G7171由電G2399調整器、霍爾電G2399G2469G10995器、G5058分放大器、G2502G4506G10317G16314G2469器，溫度G15929G1619電路G2656集電極G5332路的輸出級G13464成的磁敏傳感電路，G1866輸入為磁感應強度，輸出G7171一G1022數(shù)字12電G2399G16771號。G1866G1260G9869有體積小靈敏度高G2721應速度G5567溫度性能好精G11842度高G2499G19764性高G1868G3423應用無G16314G9869G5332G1863。本G16786G16757的G17728速測G18339通過霍爾傳感器來實G10628。在扇葉固定一G3371小磁體，扇葉每G17728一G2620，磁體G19764G17829傳感器一次，G5415傳感器感應G2052磁場后，GG14062輸出低電G5191，經由單片機的G3818G18108G1025G7041G6441G6429。通過G16757G12651兩次低電G5191的時間G5058，G2375G2499得出G17728速。36BT136無級調速電路上圖G1038G6502G8680G6171無級調速電路，G1866主要原理G7171通G17819改變G6502G8680G6171兩端G1144流電的導通角G7481控制G17728速。G1866中G6984流橋，R3，光耦U2構G6116G17819零檢測電路，G5415G1144流電電位下G19489G2052發(fā)光二極管截止G711413光電三極管截止，輸出G980G1022高電平信號，G11013單片機外部中G7041捕捉。R1，R3G1038限流電阻，R2G1038集電極電阻。MOC3021G1038閘管驅G2172光耦，在這G18336起隔離G1328用。37總體電路布線圖1圖214單片機G3818G3272電路G3926上圖（1）所示，P2口連接1602G9094晶G7186。示S1G2052S6為G1857G1022G10432G12447G6365G19074，用來調G14422排氣扇的G17728速及G1863機G5322時。圖（2）所示為G2520傳感器接線電路圖，G1393次分別為溫度傳感器、霍爾傳感器、濕度傳感器、G17840G13430G3818G9791G9988傳感器、G9907G19666傳感器G1209及G15574G21495器。38模塊連接圖A34A35A36A37A34A35A38A39A36A37A40A41A42A43A40A41A42A43A44A45A42A43A40A41A42A43A46A47A44A45A42A43排氣扇G1209STC12C5A08S2為核G5527處理G2520種信號，信號G12879G3423有數(shù)字信號，模G6323信號G1209及G14045G1926信號。模G6323信號由單片機AD讀G2474，G14045G1926信號由G3818G18108G1025G7041G6441G6429。電源模G3371為單片機及G2520傳感器模G3371G6564供穩(wěn)定低G2399電源。G10432G12447G19202G11436G37T13G25無級調速DHT1濕度檢測G48G52G162G9907G19666檢測霍爾傳感器測速DS18B20測溫LCD160G9094晶G7186示STC12C5A08S2最小G13007G13491G5332G1863電源模G33711539程序主要流程圖YNYYNA48A49A50A51A52A53A54A55A56A57A58A59A60A61A62A63A64A65A66A67A68A69A70A71A72A73A70A71A74A75A69A64A65LCDA76A77A78A79A80A81A82A83A48A84A85A51A52A66A86A73A66A67A68A69164調試與仿真G3排氣扇調G16809G5529G20047G14731得的參數(shù)有G3（1）G3一米G14551G3272的G9791G9988在G17840G13430G3818傳感器上G1147G10995的電G2399G3（2）G3G3838G19463G1821在G17840G13430G3818傳感器上G1147G10995的電G2399G3（3）G3G5332機后G9907G19666傳感器穩(wěn)定所需要的時間G3（G23）G3穩(wěn)定后無G9907G19666時G9907G19666傳感器電G2399G3（5）G3穩(wěn)定后有G9907G19666時G9907G19666傳感器電G2399G3（G25）G3電G20130扇的最大及最小G17728G3（G26）G3G20130扇G17728速G994G4560通G16294的G1863G13007G3調G16809過G12255用G15605G9903的G9791G9988G1207G7379G9921G8712器G9869G9791的G9791G9988，用G20333G9907的G9907G19666G1207G7379G9032室的有G4487器體。通過模G6323G9032室G10627G3671G17839行G16809調。數(shù)G6466傳感器經由排氣扇的G9094晶G7186示，為G12255G5219的G16809調G6564供G1393G6466。17上圖G1038無級調速電路在MULTISIM輸出波形的仿真結果。G980圖的導通角較大，G8504G7114風G6171G17728速較快，二圖導通角較小，G17728速較慢。5系統(tǒng)功能及參數(shù)G7424G6502G8680G6171G6164能G4466現(xiàn)的功能有（1）能通G17819火焰的亮滅檢測G4462點熱水的開關（2）能通G17819濕度的變化檢測多點熱水的開關。（3）能G7693G6466溫度控制G17728速。（4）能通G17819液晶屏顯G12046溫度，濕度，G17728速信息。（5）檢測G2052有G4487G8680體G14270G2172G6502G8680并G11013蜂鳴器G6265G16698。（6）G5415G6171G2506堵住G7114蜂鳴器G14270G2172G6265G16698。（7）用戶可通G17819G19202G11436手G2172調節(jié)G17728速及關機延G7114。（8）G5415G980段G7114間檢測不G2052火焰G7171能G14270G2172延G7114關機。性能參數(shù)火焰?zhèn)鞲衅饔蠫6940范圍04M（蠟G9903）煙霧傳感器有G6940范圍02M濕度傳感器G12946G11842度5溫度傳感器G12946G11842度01G6680G8675度系統(tǒng)功G13803G72715W電機功G1058730W18電機G17728速10002500R/MIN電機G17728速的調節(jié)范圍05G6680G8675度6設計總結G7424設計G6164用G2052的傳感器數(shù)G11458及G12193類比較多，G6164G1209傳感器的G17885G2474G19762常G18337要。G3921的傳感器能節(jié)G11477不G4581調試的G7114間，G3698G2164系統(tǒng)的G12295G4462性。無級調速G7171G7424設計電路中較G19602的部G2010，G3252G1038單片機G5529G20047G1946G11842G3332控制G6502G8680G6171的G17728速G1000G2656G5390電電路G4466現(xiàn)電G8680隔離。G980G14336家用電風G6171的無級調速G7171通G17819改變連接在晶閘管控制極的電G4493G1817G6930電G7114間G7481控制導通角，G13792G7424設計G18331用單片機G11464接控制導通角，這G7691不G1177能使調速G7368G2164G12946G11842，G13792G1000能G1817G2010G2045用單片機G11840G1226G17176G9316。G7424設計G9053及G2052G5381電G4557G5390電的控制，G19512G1114G1582G3921G5529要的隔離外，G5390電產G10995的G5190G6212G5529G20047G13783G15397。在調試G17819程中G6117G1216G17947G2052這G7691的G19394G20076，G5415電機G6183開G2530，G17728速測G18339G4613會出錯，比G8503常值高出G16780多。G1889三查錯G2530G6117G1216發(fā)現(xiàn)，G11013G1122模塊間的連線較G19283，電機的G17728G2172在連接G2052霍爾傳感器的外部中G7041引腳產G10995G1114G1017G18337的G5190G6212，產G10995G1114G20081外的計數(shù)。G6117G1216通G17819G13565G11713引線，并接G9400波電G4493，G5468G3921G3332G16311G1927這G1022G19394G20076。G1328G1038G20330G8437參G2164電G4388設計比G17199的大G980G4410G10995，G7424G8437比G17199使G6117G1216G14731G11