基于單面機的智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計張開

1、XINYU UNIVERSITY畢業(yè)設(shè)計（論文） （2014屆）題 目基于單片機的智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)二級學(xué)院 機械工程學(xué)院 專 業(yè) 機械制造及自動化 班 級 11級機制二班 學(xué) 號 1101030245學(xué)生姓名 張 開 指導(dǎo)教師 彭 小 軍 目 錄摘要1第一章 單片機智能系統(tǒng)概述及設(shè)計內(nèi)容31.1 智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)概述33第二章 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計332.2 數(shù)字溫度傳感器模塊設(shè)計 4溫度傳感器模塊組成42.2.2 DS18B20的溫度處理方法5電機調(diào)速與控制模塊設(shè)計62.3.1 電機調(diào)速原理62.3.2 電機控制模塊硬件設(shè)計72.4 溫度顯示與控制模塊設(shè)計8第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 83.1

2、 數(shù)字溫度傳感器模塊程序設(shè)計83.2 電機調(diào)速與控制模塊程序流程133.2.1 程序設(shè)計原理133.2.2 主要程序14結(jié)論 16參考文獻(xiàn) 17致謝 18摘 要隨著科技的發(fā)展和人們生活水平的提高，家用電器產(chǎn)品趨向于自動化、智能化、環(huán)?；腿诵曰l(fā)展，我們可以設(shè)計一種智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)來解決這些問題。以MCS-51單片機為核心，通過溫度傳感器對環(huán)境溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，從而建立一個完善的控制系統(tǒng)，使電風(fēng)扇隨空氣中溫度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，風(fēng)速設(shè)為從高到低5個檔位，當(dāng)溫度每升高2則電風(fēng)扇風(fēng)速自動上升一個檔位；當(dāng)溫度每降低2則電風(fēng)扇風(fēng)速自動下降一個檔位。

3、通過鍵盤手動設(shè)定，可以在一定范圍內(nèi)設(shè)置電風(fēng)扇的最低工作溫度，當(dāng)溫度低于所設(shè)置溫度時，電風(fēng)扇將自動關(guān)閉，當(dāng)高于此溫度時電風(fēng)扇又將重新啟動系統(tǒng)。做到降低工作成本提高工作效率，實現(xiàn)現(xiàn)在國家所提倡的節(jié)能減排口號。關(guān)鍵詞：MCS-51單片機；自動換擋；溫度控制；按鍵控制AbstractWith the development of science and technology and the increase of peoples living standard, household appliances products tend to automation, intelligent, environ

4、mental protection and development of human nature, we can design a kind of intelligent electric fan control system to solve these problems. MCS-51 single chip microcomputer as the core, through the temperature sensor to the environment temperature data collection, and establish a perfect control sys

5、tem, the electric fan automatic transmission gear with the air temperature change, achieve low temperature, wind, temperature, wind weak performance. In addition, the wind speed is set to 5 from high to low gear, when temperature is rising every 2 electric fan speed automatically up a gear when temp

6、erature is every 2 below the fan speed automatic down a notch. By keyboard manual set, electric fan can be set to a certain range of the minimum operating temperature, when the temperature is lower than the set temperature, the fan will automatically shut down, when the temperature is higher than th

7、e electric fan and will restart the system. Now do to reduce the working cost efficiency, the realization of national advocate energy conservation and emissions reduction.Key words: MCS-51 single chip microcomputer; Automatic shift; Temperature control; The key control第一章 單片機智能系統(tǒng)概述及設(shè)計內(nèi)容1.1 智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)

8、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(dá)到改變風(fēng)力大小的目的，每次風(fēng)力改變，必然有人加以操作，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，在通過可控硅對風(fēng)扇電機進(jìn)行風(fēng)速控制，從而達(dá)到無須人為控制便可自動調(diào)整風(fēng)力大小的效果。1.2 設(shè)計任務(wù)和主要內(nèi)容 本設(shè)計以MCS-51單片機為核心，通過溫度傳感器對環(huán)境溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，從而建立一個控制系統(tǒng)，是電風(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，當(dāng)溫度低于所設(shè)置溫度時，電風(fēng)扇將自動關(guān)閉，當(dāng)高于此溫

9、度時電風(fēng)扇又將重新啟動。本設(shè)計主要內(nèi)容如下：1、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。2、當(dāng)溫度每降低2這電風(fēng)扇風(fēng)速自動下降一個檔位。3、當(dāng)溫度每升高2則電風(fēng)扇風(fēng)速自動上升一個檔位。4、用戶可設(shè)定電風(fēng)扇最低工作溫度，當(dāng)?shù)陀谠摐囟葧r，電風(fēng)扇自動停轉(zhuǎn)。第二章 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計2.1 總體硬件設(shè)計系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖所示系統(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)E2PROM的AT89C-51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)存儲等硬件，其硬件能符合整個控制系統(tǒng)的要求，不需要外接其

10、他存儲器芯片和定時器件，方便地構(gòu)成一個系統(tǒng)。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。2.2 數(shù)字溫度傳感器模塊設(shè)計 溫度傳感器可以選用LM324A的運算放大器，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，過程過于煩瑣。所以我采用更為優(yōu)秀的DS18B20數(shù)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。2.2.1 溫度傳感器模塊組成 本模塊以DS18B20作為溫度傳感器，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。電路圖如下所

11、示。系統(tǒng)工作原理如下：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(jìn)行自動調(diào)整。2DS18B20溫度計原理圖2.2.2 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(yán)格遵守單總線器件的工作時序。部分溫度值于DS18B20輸出的數(shù)字量對照表2.3 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。2.3.1 電機調(diào)速原理 可控硅的導(dǎo)通條件

12、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IA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：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5n1555r/min,取n5=1250 r/min.又因為： 取n1=875 r/min.則可得出五個檔位的轉(zhuǎn)速值： 5n=1250r/min 4n=1

13、150r/min 3n=1063r/min 2n=980r/min 1n=875r/min 又由于負(fù)載上電壓的有效值: 其中，u1為輸入交流電壓的有效值，為控制角。解得： 以上計算出的是控制角和觸發(fā)時間，當(dāng)檢測到過零點時，按照所求得的觸發(fā)時間延時發(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，其中RL即為電機負(fù)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

14、,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(fù)載得到的功率為:式中:P為負(fù)載得到的功率KW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A(chǔ)。由式可知,當(dāng)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(dá)到調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的目的。電機控制原理圖2.4 溫度顯示與控制模塊設(shè)計 通過HD7279A控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

15、單片機通過接插件連接，可以用于系統(tǒng)的控制和輸出，其原理圖如圖所示： HD7279A 鍵盤和顯示器控制模塊電路原理圖第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1 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。數(shù)字溫度傳感器模塊程序流程圖如圖所示，主機控制DS18B20完成溫度轉(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。DS18B20芯片功能命令表主要程序如下：MAIN: ；初始化LCAL

16、L RST_DS18B20LCALL 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 RST5R

17、ST4:CLR FLAGLJMP 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. 7NOPNOPCL

18、R P3. 7NOPNOPNOPSETB P3. 7MOV R3, #9READ3:DJNZ R3,READ3MOV C, P3. 7MOV R3, #23READ4:DJNZ R3,READ4RRC ADJNZ R2,READ2MOV R1,AINC R1DJNZ R4,READ1RET3.2 電機調(diào)速與控制模塊程序流程3.2.1 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(fù)載功率，進(jìn)而達(dá)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

19、，并利用中斷服務(wù)次數(shù)對控制量n進(jìn)行計數(shù)和判斷，即每中斷一次，對n進(jìn)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“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(dá)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)NminNmax，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，

20、首先保護現(xiàn)場，INT0中 斷標(biāo)志置位，禁止主程序修改工作參數(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(biāo)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=100） 中斷流程圖如圖所示：電機控制模塊中斷響應(yīng)流程圖3.2.2 主要程序外中斷INT0的部分中斷響應(yīng)程序如下：ORG 0003HINTD0:PUSH ACCPUSH PSWPUSH DPHPUSH DPLMOV A, 5FHJZ TING1DEC AMOV 5FH,ALJMP FAN2TING1: FAN2:MOV A, 5BHJZ TING2DEC AMOV 5BH, ALJMP ZONGTING2:ZONG:MOV A, 59HJZ KAIDEC AMOV 59H, ALJMP EXITKAI:JB 26H.0, KAI2KAI2:MOV A, 66HJZ EXIT1EXIT1:MOV 5FH,5AHMOV 5BH,66HMOV 59H,#100EXIT:POP DPLPOP DPHPOP