畢業(yè)設(shè)計論文-基于單片機的智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)

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6、tionParagraphFccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPoctionParagraSelec基于單片機的智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)PAGE PAGE 17SelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointselectionParagraaa

7、aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaphFormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesTSelectionParbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbagraphFoLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointse11111111111111111111111111111111

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12、raphFormatLineSpacingLinesToPoctionParagraSelec目 錄 第1節(jié) 引 言31.1 智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)概述 31.2 本設(shè)計任務(wù)和主要內(nèi)容 3第2節(jié) 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計 52.1 總體硬件設(shè)計 52.2 數(shù)字溫度傳感器模塊設(shè)計 5 2.2.1 溫度傳感器模塊的組成 5 2.2.2 DS18B20的溫度處理方法 62.3 電機調(diào)速與控制模塊設(shè)計 7 2.3.1 電機調(diào)速原理7 2.3.2 電機控制模塊硬件設(shè)計82.4 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103.1 數(shù)字溫度傳感器模塊程序設(shè)計103.2 電機調(diào)速與控制模塊程序流程153.2.1

13、 程序設(shè)計原理 153.2.2 主要程序16第4節(jié) 結(jié)束語19 參考文獻20基于單片機的智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng) 引 言 隨著空調(diào)機在日常生活中的普遍應(yīng)用，很容易想到電風(fēng)扇會成為空調(diào)的社會淘汰品，其實經(jīng)過市場的考驗和證實，真實的并不是這樣的,在空調(diào)產(chǎn)品的沖擊也，空調(diào)產(chǎn)品仍然具有很強大的生命力，電風(fēng)扇在市場的考驗中并沒有淡出市場，反而銷售在不停的復(fù)蘇中具有強大的發(fā)展空間。據(jù)市場調(diào)查，電風(fēng)扇的不停復(fù)蘇主要在以下原因：一是電風(fēng)扇雖然沒有空調(diào)機的強大的制冷功能，但電風(fēng)扇是直接取風(fēng)，風(fēng)力更加溫和，比較適合老年人、兒童以及體質(zhì)虛弱的人使用。二是電風(fēng)扇經(jīng)過多年的市場使用，較符合人們的使用習(xí)慣，而且結(jié)構(gòu)簡單、操作方

14、便、安裝簡易。三是電風(fēng)扇比起空調(diào)產(chǎn)品而言，其價格低廉，相對省電，更易的進入老百姓的家庭。在激烈的市場競爭下，雖然電風(fēng)扇具有廣闊的市場空間，但不斷新生產(chǎn)品的出現(xiàn)，要使產(chǎn)品更具市場優(yōu)勢，僅僅是靠傳統(tǒng)型的電風(fēng)扇是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因此要對傳統(tǒng)的電風(fēng)扇根據(jù)市場的需要進行不斷的更新，不斷的改進，以使自己的產(chǎn)品立于不敗之地。傳統(tǒng)的電風(fēng)扇較為突出的缺點是： = 1 * GB3 風(fēng)扇的風(fēng)力大小不能根據(jù)溫度的變化自動的調(diào)節(jié)風(fēng)速，對于那些晝夜溫差比較大的地區(qū)，這個自動調(diào)節(jié)風(fēng)速就顯得優(yōu)其的重要了，特別是人們在熟睡時常常沒有覺察到夜間是溫度變化，那樣既浪費電資源又容易引起感冒。 = 2 * GB3 傳統(tǒng)的風(fēng)扇是用機械式的定

15、時方式，機械式的定時方式常常會伴隨著很大的機械運動的聲音，特別是在夜間影響人們的睡眠質(zhì)量，另個機械式的定時有一定的局限性，定時范圍有限，而且機械式的容易壞。 = 3 * GB3 傳統(tǒng)的電風(fēng)扇沒有遠(yuǎn)程遙控控制電風(fēng)扇的功能，對平時調(diào)節(jié)風(fēng)扇風(fēng)速或其它對風(fēng)扇的調(diào)節(jié)，而又不想走近風(fēng)扇帶來很多的不便。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 日常我們使用的都是220V的交流電，而我們常用的電風(fēng)扇一般也是220V的交流電，在傳統(tǒng)的電風(fēng)扇中，電風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速是分為幾個檔位的，也就是說每一個檔位就相當(dāng)于一個開關(guān)，用于改變對電機的不同供電方式來改變電動機的轉(zhuǎn)速以改變

16、風(fēng)力的大小。本設(shè)計中的智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)，是以電風(fēng)扇的電機工作狀態(tài)作為被控量，并引入微機系統(tǒng)，通過對電風(fēng)扇的工作狀態(tài)以及周圍環(huán)境的信號分析采集，由微機系統(tǒng)對所得的信號處理后，再通過各種可控的電子元器件對風(fēng)扇的電動機進行控制，同時智能的微機自動控制能力。設(shè)計任務(wù)和主要內(nèi)容本設(shè)計是以51單片機為主要控制核心，用51單片機系統(tǒng)對用戶設(shè)定信號數(shù)據(jù)的采集以及分析，能過各種可控型電子元器件對電風(fēng)扇各種工作狀態(tài)的控制，以達到用戶需求。設(shè)計的主要內(nèi)容風(fēng)速從高到低設(shè)置5個檔位，并且每個檔位都可以由用戶設(shè)置是否加入睡眠控制方式，睡眠方式就是讓風(fēng)扇循環(huán)的轉(zhuǎn)一段時間停一段時間。長范圍可控的定時方式，可以設(shè)置12小時以

17、內(nèi)的定時開機與定時關(guān)機。風(fēng)扇可以自動的根據(jù)環(huán)境的溫度調(diào)節(jié)風(fēng)扇風(fēng)速的檔位，溫度上升3自動上升一個檔位，溫度每降低3自動下降一個檔位。加入遠(yuǎn)程紅外遙控，可以用遙控器控制電風(fēng)扇的各種工作狀態(tài)。設(shè)置數(shù)碼管顯示當(dāng)前的工作狀態(tài)，使其更具人性化。加入串口控制功能，對于工業(yè)應(yīng)用的風(fēng)扇，可以通過RS232接口用電腦上位機控制風(fēng)扇，同時可以對控制芯片重新編程，以實現(xiàn)不強大的功能 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所示鍵盤輸入溫度顯示單片機系統(tǒng)電機控制模塊數(shù)字溫度傳感模塊圖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)E2PROM的AT89C

18、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)存儲器等硬件，其硬件能符合整個控制系統(tǒng)的要求，不需要外接其他存儲器芯片和定時器件，方便地構(gòu)成一個最小系統(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

19、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。電路圖如圖2-2所示。系統(tǒng)工作原理如下：DS18B20進行現(xiàn)場溫度測量，將測量數(shù)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。圖2-2 DS18B20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。溫度值/ 數(shù)字輸出（二進制） 數(shù)字輸出（十六進制） +85 000

20、0 0101 0101 0000 0550H +25.625 0000 0001 1001 0001 0191H +10.125 0000 0000 1010 0010 00A2H+0.5 0000 0000 0000 1000 0008H 0 0000 0000 0000 0000 0000H-0.5 1111 1111 1111 1000 FFF8H -10.125 1111 1111 0110 1110 FF5EH -25.625 1111 1111 0110 1111 FF6FH -55 1111 1100 1001 0000 FC90H表2-1 部分溫度值與DS18B20輸出的數(shù)字量

21、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

22、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 1555r/min,取 =1250 r/min.又因為：取n1=875 r/min.則可得出五個檔位的轉(zhuǎn)速值： =1250r/min =1150r/min =1063r/min =980r/min =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： =0 t=0ms =23.5 t=1.70ms =46.5 t=2.58ms =61.5 t=3.43ms =76.5 t=4.30ms 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

23、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(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, 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; 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)交流正弦波

24、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。由式(1) 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,從而達到調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的目的。圖2-3 電機控制原理圖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。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3.1 數(shù)字溫度傳感器模塊程序設(shè)計本系

25、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芯片功能命令表如下：表2 DS18B20功能命令表命令 功能描述 命令代碼CONVERT 開始溫度轉(zhuǎn)換 44HREAD SCRATCHPAD 讀溫度寄存器（共9字節(jié)） BEH READ ROM 讀DS18B20序列

26、號 33HWRITE SCRATCHPAD 將警報溫度值寫如暫存器第2、3字節(jié) 4EH MATCH ROM 匹配ROM 55H SEARCH ROM 搜索ROM F0H ALARM SEARCH 警報搜索 ECHSKIP ROM 跳過讀序列號的操作 CCHREAD POWER SUPPLY 讀電源供電方式：0為寄生電源，1為外電源 B4H主要程序如下：MAIN:；初始化LCALL RST_DS18B20LCALL GET_TEMPERMOV A,20HMOV C,08HRRC AMOV C,09HRRC AMOV C,10HRRC AMOV C,11HRRC AMOV 20H,ALCALL D

27、ISPLAYAJMPMAINRST_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 FLAGLJMP RST7RST5:MOV R0, #115RST6:DJNZ R0, $RST7: SETB P3. 7RETWR_DS18B20:；寫數(shù)據(jù)子程序MOV R2, #8CLR CWR1:

28、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. 7NOPNOPNOPSETB P3. 7MOV R3, #9READ3:DJNZ R3,READ3MOV C, P3. 7MOV R3, #23READ4:DJNZ R3,READ4RRC ADJNZ R2,R

29、EAD2MOV 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，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) /，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(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3-2所示