基于單片機的智能電風扇的設計

基于單片機的智能電風扇的設計基于單片機的智能電風扇的設計摘要本設計主要實現(xiàn)的功能是，使電風扇分為可切換的手動檔和自動檔，手動檔下分為低速、中速、高速三檔，自動檔下可自主設置溫度值，通過溫度傳感器采集并顯示周圍環(huán)境溫度及設置溫度，并依據(jù)設定好的溫度自動調整風扇的轉速，實現(xiàn)風扇的智能化。主要采用直流電機PWM調速系統(tǒng)以AT89C51為控制核心，由命令輸入模塊、LCD顯示模塊及電機驅動模塊等組成。關鍵字：直流電機、PWM、單片機基于單片機的智能電風扇的設計全文共14頁，當前為第1頁?；趩纹瑱C的智能電風扇的設計全文共14頁，當前為第1頁。目錄一、系統(tǒng)方案的設計與分析 31系統(tǒng)的總體框圖 32方案的論證與選擇 32.1輸入模塊的論證與選擇 32.2顯示模塊的論證與選擇 43理論分析與計算 43.1PWM調速原理 4二硬件電路設計 51控制系統(tǒng) 52、驅動模塊 63顯示模塊 74、溫度處理 8三、軟件設計 10程序流程圖 10四、調試結果與分析 10五、參考文獻 11六、總結 11基于單片機的智能電風扇的設計全文共14頁，當前為第2頁。基于單片機的智能電風扇的設計全文共14頁，當前為第2頁。一、系統(tǒng)方案的設計與分析1系統(tǒng)的總體框圖鍵盤輸入鍵盤輸入溫度顯示單片機系統(tǒng)電機控制模塊數(shù)字溫度傳感模塊對于單片機中央處理系統(tǒng)的方案設計，根據(jù)要求，我們可以選用具有4KB片內E2PROM的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，方便地構成一個最小系統(tǒng)。整個系統(tǒng)結構緊湊，抗干擾能力強，性價比高。2方案的論證與選擇2.1輸入模塊的論證與選擇基于單片機的智能電風扇的設計全文共14頁，當前為第3頁。方案一：獨立式鍵盤。特點是硬件結構簡單，編程容易，但是占用的I/O口比較多。基于單片機的智能電風扇的設計全文共14頁，當前為第3頁。方案二：矩陣式鍵盤。特點是硬件結構復雜，編程復雜，對于按鍵較多的時候可以節(jié)省I/O口。綜上兩方案，本設計選擇方案一。2.2顯示模塊的論證與選擇方案一、數(shù)碼管顯示，特點是耗電少，成本低、壽命長、故障少、可視距離遠，但只能顯示數(shù)字和字母。方案二、LCD1602顯示，特點是體積小、功耗低、顯示內容豐富，是單片機中常用的信息顯示模塊。綜上兩方案，本設計選擇方案二。3理論分析與計算3.1PWM調速原理基于單片機類由軟件來實現(xiàn)：在PWM調速系統(tǒng)中占空比D是一個重要的參數(shù)。在電源電壓U不變的情況下，電樞電壓的平均值取決于占空比D大小，改變D的值可以改變電樞端電壓的平均值從而達到調速的目的。改變占空比D的值有三種方法：定寬調頻法：保持1t不變，只改變t，這樣使周期或頻率也隨之改變。調寬定頻法：保持t不變，只改變1t，這樣使周期或頻率也隨之改變?；趩纹瑱C的智能電風扇的設計全文共14頁，當前為第4頁。定頻調寬法：保持周期T或頻率不變，同時改變1t和t。基于單片機的智能電風扇的設計全文共14頁，當前為第4頁。前兩種方法在調速時改變了控制脈沖的周期或頻率，當控制脈沖的頻率與系統(tǒng)固有頻率接近時，將會引起振蕩，因此常采用定頻調寬法來改變占空比從而改變直流電動機電樞兩端電壓。利用單片機的定時計數(shù)器外加軟件延時等方式來實現(xiàn)脈寬的自由調整。此種方式可簡化硬件電路、操作性等優(yōu)點。二硬件電路設計1控制系統(tǒng)單片機AT89C51基于單片機的智能電風扇的設計全文共14頁，當前為第5頁?；趩纹瑱C的智能電風扇的設計全文共14頁，當前為第5頁。AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器，帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。128字節(jié)內部RAM，32個I/O口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。2、驅動模塊直流電機驅動芯片L298基于單片機的智能電風扇的設計全文共14頁，當前為第6頁。基于單片機的智能電風扇的設計全文共14頁，當前為第6頁。L298可接受標準TTL邏輯電平信號VSS，VSS可接4．5～7

V電壓。4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍VIH為＋2．5～46

V。輸出電流可達2．5

A，可驅動電感性負載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。L298可驅動2個電動機，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電動機。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉。EnA，EnB接控制使能端，控制電機的停轉。3顯示模塊基于單片機的智能電風扇的設計全文共14頁，當前為第7頁。LCD1602顯示模塊基于單片機的智能電風扇的設計全文共14頁，當前為第7頁。工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形。特性：3.3V或5V工作電壓，對比度可調、內含復位電路，提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標閃爍、顯示移位等多種功能，有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲器DDRAM,內建有192個5X7點陣字型的字符發(fā)生器CGRAM，8個可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM?；趩纹瑱C的智能電風扇的設計全文共14頁，當前為第8頁。特點：微功耗、體積小、顯示內容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中?；趩纹瑱C的智能電風扇的設計全文共14頁，當前為第8頁。4、溫度處理DSl820數(shù)字溫度計提供9位(二進制)溫度讀數(shù)指示器件的溫度信息經過單線接口送

入DSl820或從DSl820送出因此從主機CPU到DSl820僅需一條線(和地線)DSl820的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供而不需要外部電源。DS18B20的溫度檢測與數(shù)字數(shù)據(jù)輸出全集成于一個芯片之上，從而抗干擾力更強。其一個工作周期可分為兩個部分，即溫度檢測和數(shù)據(jù)處理。DS18B20直接將測量溫度值轉化為數(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。基于單片機的智能電風扇的設計全文共14頁，當前為第9頁。基于單片機的智能電風扇的設計全文共14頁，當前為第9頁。溫度值/℃數(shù)字輸出（二進制）數(shù)字輸出（十六進制）+85℃00000101010100000550H+25.625℃00000001100100010191H+10.125℃000000001010001000A2H+0.5℃00000000000010000008H0℃00000000000000000000H-0.5℃1111111111111000FFF8H-10.125℃1111111101101110FF5EH-25.625℃1111111101101111FF6FH-55℃1111110010010000FC90H三、軟件設計程序說明本系統(tǒng)直接應用于AT89C51的軟件方法實現(xiàn)PWM信號的輸出，這比硬件實現(xiàn)PWM成本低，限制少，實現(xiàn)便捷。PWM脈沖信號是單片機采用延時程序產生的方波信號。PWM脈寬控制是把一脈沖的脈寬均相等的脈沖序列作為PWM波，改變脈沖的寬度或占空比來實現(xiàn)可調速。本設計中采用了定頻調寬方式，在這種工作方式下電動機在運轉時比較穩(wěn)定，并且采用單片機產生PWM脈沖的軟件實現(xiàn)上比較方便。基于單片機的智能電風扇的設計全文共14頁，當前為第10頁。此外利用定時器讓單片機P1口的P1.0、P1.1、P1.2控制L298的IN1、IN2、ENA管腳，輸出占空比不同的方波，然后經驅動芯片L298放大后控制直流電動機。在調速時，IN1與IN2引腳一個為低電平，一個為高電平，通過控制L298的ENA，產生驅動電機的PWM信號，并控制電機控制電機?；趩纹瑱C的智能電風扇的設計全文共14頁，當前為第10頁。程序流程圖開始開始系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化DS18B20DS18B20初始化LCD1602初始化NY工作模式的選擇NY工作模式的選擇判斷P0^0是否按下自動控制系統(tǒng)內部設置溫度為自動控制系統(tǒng)內部設置溫度為20速度依據(jù)DS18B20內讀到的數(shù)據(jù)與20的差值作為占空比的設置依據(jù)手動控制速度控制依據(jù)判斷P0^1、P0^2、P0^3哪個被按下，設置占空比調用調用PWM控制速度程序基于單片機的智能電風扇的設計全文共14頁，當前為第11頁。結束基于單片機的智能電風扇的設計全文共14頁，當前為第11頁。結束四、調試結果與分析將各個模塊按照電路要求連接到相應的位置，并連接好所有的電源線和液晶顯示控制線，檢查線路是否正確無誤。然后將程序下載到單片機中。測試數(shù)據(jù)如下：手動控制占空比轉速(r/min)1檔1/4142檔1/2453檔3/482（P0^1接的是1檔，P0^,2接的是2檔，P0^3接的是3檔）自動控制(溫度‘C)占空比(%)轉速（r/min）200026301932605940100192結果說明：基于單片機的智能電風扇的設計全文共14頁，當前為第12頁。在實際測試中發(fā)現(xiàn)高電平所占比例越大，電機轉速越快。電機轉速測量值比預設的值要大，這里的原因主要是程序中語句導致的延時。因為程序語句本身就有一定的延時，加上C語言編程，一條C語句在進行編譯時能編譯成好幾條匯編語句，有的甚至十幾條，這樣