基于單面機的智能電風扇控制系統(tǒng)-畢業(yè)設計

1、<p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p><b>　?。?014屆）</b></p><p>　　題 目 基于單片機的智能電風扇控制系統(tǒng) </p><p>　　二級學院 機械工程學院 </p&g

2、t;<p>　　專 業(yè) 機械制造及自動化 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要……………………………………………………………………………………1</p><p>　　第一章 單片機智能系統(tǒng)概述及設計內(nèi)容 …………………………………………3</

3、p><p>　　1.1 智能電風扇控制系統(tǒng)概述………………………………………………………3</p><p>　　1.2設計任務和主要內(nèi)容……………………………………………………………3第二章 系統(tǒng)主要硬件電路設計 ……………………………………………………3</p><p>　　2.1總體硬件設計 ……………………………………………………………………3</p>

4、;<p>　　2.2 數(shù)字溫度傳感器模塊設計 ……………………………………………………4</p><p>　　2.2.1溫度傳感器模塊組成 …………………………………………………4</p><p>　　2.2.2 DS18B20的溫度處理方法……………………………………………5</p><p>　　2.3電機調(diào)速與控制模塊設計………………………………

5、………………………6</p><p>　　2.3.1 電機調(diào)速原理…………………………………………………………6</p><p>　　2.3.2 電機控制模塊硬件設計 ……………………………………………7</p><p>　　2.4 溫度顯示與控制模塊設計 ……………………………………………………8</p><p>　　第三章 系統(tǒng)軟件設

6、計 ……………………………………………………………8</p><p>　　3.1 數(shù)字溫度傳感器模塊程序設計…………………………………………………8</p><p>　　3.2 電機調(diào)速與控制模塊程序流程………………………………………………13</p><p>　　3.2.1 程序設計原理…………………………………………………………13</p><

7、;p>　　3.2.2 主要程序………………………………………………………………14</p><p>　　結(jié)論 …………………………………………………………………………………16</p><p>　　參考文獻 ……………………………………………………………………………17</p><p>　　致謝 …………………………………………………………………………………1

8、8</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　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，我們可以設計一種智能電風扇控制系統(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)境溫度進行數(shù)據(jù)采集，從而建立一個完善的控制系統(tǒng)，使電風扇隨空氣中溫度變化而自動變換檔位，實現(xiàn)“溫度高，風力大，溫

9、度低，風力弱”的性能。另外，風速設為從高到低5個檔位，當溫度每升高2℃則電風扇風速自動上升一個檔位；當溫度每降低2℃則電風扇風速自動下降一個檔位。通過鍵盤手動設定，可以在一定范圍內(nèi)設置電風扇的最低工作溫度，當溫度低于所設置溫度時，電風扇將自動關閉，當高于此溫度時電風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。</p><p>　　關鍵詞：MCS-51單片機；自動換擋；溫度控

10、制；按鍵控制</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the development of science and technology and the increase of people's living standard, household appliances products tend to automa

11、tion, intelligent, environmental 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

12、the temperature sensor to the environment temperature data collection, and establish a perfect control system, the electric fan automatic trans</p><p>　　Key words: MCS-51 single chip microcomputer; Automatic

13、 shift; Temperature control; The key control</p><p>　　第一章 單片機智能系統(tǒng)概述及設計內(nèi)容</p><p>　　1.1 智能電風扇控制系統(tǒng)概述</p><p>　　傳統(tǒng)電風扇是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)速達到改變風力大小的目的，每次風力改變，必然有人加以操作，這樣勢必帶來諸多不

14、便。</p><p>　　本設計中的智能電風扇控制系統(tǒng)，是指將電風扇的電機轉(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，在通過可控硅對風扇電機進行風速控制，從而達到無須人為控制便可自動調(diào)整風力大小的效果。</p><p>　　1.2 設計任務和主要內(nèi)容</p><p>　　本設計以MCS-51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

15、系統(tǒng)，是電風扇隨溫度的變化而自動變換檔位，實現(xiàn)“溫度高，風力大，溫度低，風力弱”的性能，當溫度低于所設置溫度時，電風扇將自動關閉，當高于此溫度時電風扇又將重新啟動。</p><p>　　本設計主要內(nèi)容如下：</p><p>　　1、風速設為從高到低5個檔位，可由用戶通過鍵盤手動設定。</p><p>　　2、當溫度每降低2℃這電風扇風速自動下降一個檔位。</p

16、><p>　　3、當溫度每升高2℃則電風扇風速自動上升一個檔位。</p><p>　　4、用戶可設定電風扇最低工作溫度，當?shù)陀谠摐囟葧r，電風扇自動停轉(zhuǎn)。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)主要硬件電路設計</p><p>　　2.1 總體硬件設計</p><p>　　系統(tǒng)總體設計框圖如圖所示</p><p

17、><b>　　系統(tǒng)原理框圖</b></p><p>　　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(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

18、比高。是比較合適的方案。</p><p>　　2.2 數(shù)字溫度傳感器模塊設計</p><p>　　溫度傳感器可以選用LM324A的運算放大器，將其設計成比例控制調(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，降低了電路的復雜程度，提高了電路的運行質(zhì)量。&l

19、t;/p><p>　　2.2.1 溫度傳感器模塊組成</p><p>　　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。電路圖如下所示。</p><p><b>　　系統(tǒng)工作原理如下：</b></p><p>　　DS18B20進行現(xiàn)場溫度測

20、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，并與設定溫度值的上下限值比較，若高于設定上限值或低于設定下限值則控制電機轉(zhuǎn)速進行自動調(diào)整。</p><p>　　2DS18B20溫度計原理圖</p><p>　　2.2.2 DS18B20的溫度處理方法</p><p>　　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

21、格遵守單總線器件的工作時序。</p><p>　　部分溫度值于DS18B20輸出的數(shù)字量對照表</p><p>　　2.3 電機調(diào)速與控制模塊設計</p><p>　　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通角，使輸出端電壓發(fā)生改變，從而使施加在電風扇的輸入電壓發(fā)生改變，以調(diào)節(jié)風扇的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)各檔位風速的無級調(diào)速。</p>&

22、lt;p>　　2.3.1 電機調(diào)速原理</p><p>　　可控硅的導通條件如下：</p><p>　　1）陽-陰極間加正向電壓；</p><p>　　2）控制極-陰極間加正向觸發(fā)電壓；</p><p>　　3）陽極電流IA大于可控硅的最小維持電流IH</p><p>　　電風扇的風速設為從高到低5、4、3、2、

23、1檔 ，各檔風速都有一個限定值。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：</p><p>　　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為電風扇的最高轉(zhuǎn)速(r/min)。代入數(shù)據(jù)求得5n≤1555r/min,取n5=1250 r/min.又因為：</p><p>

24、;　　取n1=875 r/min.則可得出五個檔位的轉(zhuǎn)速值：</p><p>　　5n=1250r/min</p><p>　　4n=1150r/min</p><p>　　3n=1063r/min</p><p>　　2n=980r/min</p><p>　　1n=875r/min</p><p

25、>　　又由于負載上電壓的有效值: </p><p>　　其中，u1為輸入交流電壓的有效值，α為控制角。解得：</p><p>　　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)時間延時發(fā)脈沖，便可實現(xiàn)預期轉(zhuǎn)速。</p><p>　　2.3.2 電機控制模塊硬件設計</p><p>　　電路中采用了過零雙向可控硅

26、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)。所設計的可控硅觸發(fā)電路原理圖，其中RL即為電機負載，其工作原理是:單片機響應用戶的參數(shù)設置,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,使光電耦合器導通,同時觸發(fā)雙向可控硅,使工作電路導通工作。給定時間內(nèi),負載得到的功率為:</p><p>　　式中

27、:P為負載得到的功率KW為給定時間內(nèi)可控硅導通的正弦波個數(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通時所對應的電壓有效值,V;I為可控硅在一個電源周期全導通時所對應的電流有效值A。由式可知,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。</p><p><b>　　電機控制原理圖</b></p><

28、;p>　　2.4 溫度顯示與控制模塊設計</p><p>　　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，其原理圖如圖所示：</p><p>　　HD7279A 鍵盤和顯示器控制模塊電路原理圖</p><p>　　第三章 系統(tǒng)軟件設計<

29、/p><p>　　3.1 數(shù)字溫度傳感器模塊程序設計</p><p>　　本系統(tǒng)的運行程序采用匯編語言編寫，采用模塊化設計，整體程序由主程序和子程序構(gòu)成。</p><p>　　數(shù)字溫度傳感器模塊程序流程圖</p><p>　　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)

30、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。</p><p>　　DS18B20芯片功能命令表</p><p><b>　　主要程序如下：</b></p><p>　　MAIN: ；初始化</p><p>　

31、　LCALL RST_DS18B20</p><p>　　LCALL GET_TEMPER</p><p><b>　　MOV A,20H</b></p><p><b>　　MOV C,08H</b></p><p><b>　　RRC A</b></p>&l

32、t;p><b>　　MOV C,09H</b></p><p><b>　　RRC A</b></p><p><b>　　MOV C,10H</b></p><p><b>　　RRC A</b></p><p><b>　　MOV C,

33、11H</b></p><p><b>　　RRC A</b></p><p><b>　　MOV 20H,A</b></p><p>　　LCALL DISPLAY</p><p><b>　　AJMPMAIN</b></p><p>　　

34、RST_DS18B20:</p><p>　　SETB P3. 7</p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　CLR P3. 7</b></p><p>　　MOV R1, #3</p><p>　　RST1:MOV R0, #110</p

35、><p>　　DJNZ R0, $</p><p>　　DJNZ R1,RST1</p><p>　　SETB P3. 7</p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　MOV R0, #25H

36、</p><p>　　RST2:JNB P3. 7,RST3</p><p>　　DJNZ R0,RST2</p><p><b>　　LJMP RST4</b></p><p>　　RST3: SETB FLAG</p><p><b>　　LJMP RST5</b><

37、;/p><p>　　RST4:CLR FLAG</p><p><b>　　LJMP RST7</b></p><p>　　RST5:MOV R0, #115</p><p>　　RST6:DJNZ R0, $</p><p>　　RST7: SETB P3. 7</p><p&g

38、t;<b>　　RET</b></p><p>　　WR_DS18B20: ；寫數(shù)據(jù)子程序</p><p>　　MOV R2, #8</p><p><b>　　CLR C</b></p><p>　　WR1: CLR P3. 7</p><p>　　MOV

39、R3, #6</p><p>　　DJNZ R3, $</p><p><b>　　RRC A</b></p><p>　　MOV P3. 7,C</p><p>　　MOV R3, #25</p><p>　　DJNZ R3, $</p><p>　　SETB P3. 7

40、</p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　DJNZ R2,WR1</p><p>　　SETB P3. 7</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　RD_DS18B20: ；讀數(shù)據(jù)子程序</p>&

41、lt;p>　　MOV R4, #2</p><p>　　MOV R1, #20H</p><p><b>　　READ1:</b></p><p>　　MOV R2, #8</p><p><b>　　READ2:</b></p><p><b>　　CLR

42、C</b></p><p>　　SETB P3. 7</p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　CLR P3. 7</b></p><p><b>　　NOP

43、</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　SETB P3. 7</p><p>　　MOV R3, #9</p><p><b>　　READ3:</b></p

44、><p>　　DJNZ R3,READ3</p><p>　　MOV C, P3. 7</p><p>　　MOV R3, #23</p><p><b>　　READ4:</b></p><p>　　DJNZ R3,READ4</p><p><b>　　RRC A

45、</b></p><p>　　DJNZ R2,READ2</p><p><b>　　MOV @R1,A</b></p><p><b>　　INC R1</b></p><p>　　DJNZ R4,READ1</p><p><b>　　RET<

46、/b></p><p>　　3.2 電機調(diào)速與控制模塊程序流程</p><p>　　3.2.1 程序設計原理</p><p>　　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)可控硅導通和關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。</p><p>　　由于INT0信號反映工頻電壓過零

47、時刻，因此只要在外中斷0的中斷服務程序中完成控制門的開啟與關閉，并利用中斷服務次數(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 復位“0”，關閉控制門，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)。</p><p>　　1）

48、回路控制執(zhí)行程序。主回路控制執(zhí)行程序的任務是初始化數(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。</p><p>　　2）斷服務程序，執(zhí)行中 斷服務程序時，首先保護現(xiàn)場，INT0中 斷標志置位，禁止主程序修改工作參數(shù)，然后開始減1計數(shù)，判斷是否關斷可控硅，最后INT0中斷標志位清零，

49、還 原初 始化數(shù)據(jù)，恢復現(xiàn)場，中斷返回。（設1秒鐘通過波形數(shù)N=100）</p><p>　　中斷流程圖如圖所示：</p><p>　　電機控制模塊中斷響應流程圖</p><p>　　3.2.2 主要程序</p><p>　　外中斷INT0的部分中斷響應程序如下：</p><p><b>　　ORG 0003

50、H</b></p><p><b>　　INTD0:</b></p><p><b>　　PUSH ACC</b></p><p><b>　　PUSH PSW</b></p><p><b>　　PUSH DPH</b></p&g

51、t;<p><b>　　PUSH DPL</b></p><p>　　SETB 24H.0</p><p>　　MOV A, 5FH</p><p>　　JZ TING1</p><p><b>　　DEC A</b></p><p>　

52、　MOV 5FH,A</p><p>　　LJMP FAN2</p><p><b>　　TING1: ?</b></p><p><b>　　FAN2:</b></p><p>　　MOV A, 5BH</p><p>　　JZ TING2</p&

53、gt;<p><b>　　DEC A</b></p><p>　　MOV 5BH, A</p><p>　　LJMP ZONG</p><p><b>　　TING2:?</b></p><p><b>　　ZONG:</b></p>&

54、lt;p>　　MOV A, 59H</p><p><b>　　JZ KAI</b></p><p><b>　　DEC A</b></p><p>　　MOV 59H, A</p><p>　　LJMP EXIT</p><p><b&g

55、t;　　KAI:</b></p><p>　　CLR 24H.0</p><p>　　JB 26H.0, KAI2</p><p><b>　　KAI2:</b></p><p>　　MOV A, 66H</p><p>　　JZ EXIT1</p>

56、;<p><b>　　EXIT1:</b></p><p>　　MOV 5FH,5AH</p><p>　　MOV 5BH,66H</p><p>　　MOV 59H,#100</p><p><b>　　EXIT:</b></p><p><

57、b>　　POP DPL</b></p><p><b>　　POP DPH</b></p><p><b>　　POP PSW</b></p><p><b>　　POP ACC</b></p><p><b>　　RETI</

58、b></p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　通過這次畢業(yè)設計我在很大程度上提高了自己的獨立思考能力和關于單片機知識的掌握，我們正處在節(jié)能化和智能化高速發(fā)展時代，發(fā)展單片機是未來的趨勢。在機械加工生產(chǎn)領域中想要得到有效率的生產(chǎn)能力和可觀的效益，單片機在這方面是個不可缺少的課題，它的很多知識都應用在機電一體化中?，F(xiàn)代人類生活中所用

59、的幾乎每件電子和機械產(chǎn)品中都會集成有單片機。</p><p>　　我們通過用MCS-51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，從而建立一個完善的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)電風扇隨空氣中溫度變化而自動變換檔位，可以再一定范圍內(nèi)設置電風扇的最低工作溫度，當溫度低于所設置溫度時，電風扇將自動關閉，當高于此溫度時電風扇又將重新啟動的系統(tǒng)。進一步實現(xiàn)了降低工作成本提高工作效率，響應了國家所提倡的節(jié)能減排口號。</p

60、><p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　[1]樓然苗 李光飛.51單片機設計實例[M] .北京航空航天大學出版社 2003.3</p><p>　　[2]余永權 汪明慧.單片機在控制系統(tǒng)中的的應用.電子工業(yè)出版社 2003.10</p><p>　　[3]陳伯時 .電力拖動自動控制系統(tǒng) .機械工業(yè)出

61、版社 2010.5</p><p>　　[4]楊靖用 .單片機控制的直流電機調(diào)速系統(tǒng)機床電路 2008.1</p><p>　　[5]陳正義 .單片機控制實習.人民郵電出版社 2006.7</p><p>　　[6]張鑫 .單片機原理及應用.電子工業(yè)出版社 2006.5</p><p>　　[7]明德剛 .DS18B20在單片機溫控系統(tǒng)中的應

62、用 2006.</p><p>　　[8]黃朝民.肖明清.吳志強 .單片機原理與應用.現(xiàn)代電子技術 2006.12</p><p>　　[9]劉進山 .基于MCS-51電風扇只能調(diào)速器的設計.電子質(zhì)量 2004.6</p><p>　　[10]陳杰.黃鴻等 .傳感器與檢測技術.北京高等教育出版社 2002.8</p><p>　　[11]陳麗

63、芳 .單片機原理與控制技術.東南大學出版社 2003.1</p><p>　　[12]劉迎春，葉湘濱 .傳感器原理設計與應用.國防科技大學出版社 2003.5</p><p>　　[13]何立民 .單片機應用技術編選.北京航空航天大學出版社 2004.9</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　

64、非常感謝**導師對我們的耐心指導，這次畢業(yè)設計不只是我們智慧的產(chǎn)物更飽含了*老師對我們的深情教導和知識點撥，讓我們能把這次畢業(yè)設計順利完成。通過這次畢業(yè)設計我對單片機又有了更深的了解，發(fā)現(xiàn)我們的很多機械產(chǎn)物都和單片機有著息息相關的聯(lián)系。再次感謝我的導師**對我論文的構(gòu)思以及內(nèi)容不厭其煩的指導和細心指點，使我在完成論文的同時也深受啟發(fā)和教育給予我很多教益。雖然只有短短的三年，但是在學校卻讓我感受到了家的溫暖，讓我對人生進一步有了明確的目標