基于单片机的智能温控风扇设计.doc

目录目录 摘摘 要要 -I ABSTRACT-II 引言引言-1 1 智能温控风扇设计的概述智能温控风扇设计的概述 -2 1.1 什么是智能温控风扇-2 1.2 本设计任务及要求-2 2 系统功能及总体结构系统功能及总体结构 -3 2.1 工作原理及框图-3 2.2 设计方案论证比较-3 2.2.1 控制器选用 -3 2.2.2 显示设备选用 -4 2.2.3 温度传感器选用 -4 2.2.4 电机驱动设备选用 -5 2.2.5 电源电路选用 -5 3 硬件硬件设设计计 -7 3.1 设计所需器件介绍-7 3.1.1 STC89C52 单片机 -7 3.1.2 按钮 -7 3.1.3 四位共阳数码管 -8 3.1.4 电机驱动芯片 L298N -8 3.1.5 DS18B20 温度传感器-9 3.2 系统硬件设计 -10 3.2.1 单片机最小系统电路-10 3.2.2 电源电路-11 3.2.3 数码管驱动显示电路-12 3.2.4 温度采集电路-13 3.2.5 电机驱动电路-13 4 软件设计软件设计-14 4.1 主程序设计 -14 4.2 数码管显示程序设计 -15 4.3 直流电机驱动程序设计 -15 4.4 温度采集程序设计 -16 5 系统测系统测试试-18 5.1 风速性能测试 -18 5.2 降温效果测试 -19 6 总结与展望总结与展望-20 致谢致谢 -21 参考文献参考文献 -22 附录附录 -23 主程序代码-23 摘要摘要 在人们的生活中，电风扇是必不可少的，如果没有电风扇，炎热的夏天， 将是难以煎熬，影响人体机能，使人体严重缺水，降低工作效率，甚至导致中 暑，严重危害人类健康。 随着人们的生活水平的提高，计算机的发展，出现了智能化的电风扇。能 够根据环境温度来自动调节电风扇的转速，不需要我们手动调节风扇转速，能 让我们更轻松的生活。 本设计是一种温控风扇系统，具有灵敏的温度检测和显示功能，阐述了智 能温控风扇的工作原理，硬件设计、软件实现的过程。系统原理简单，工作稳 定，具有一定的节能效果。设计以 STC89C52 为主控核心，利用 DS18B20 温度传 感器采集环境温度数据，当环境温度过高时，风扇的风速便会增大。通过数码 管显示当前环境温度，再利用电机驱动芯片 L298N 调节风扇的转速。 关键字：单片机 STC89C52； 电机驱动芯片 L298N； 数码管； DS18B20 温度传 感器 I ABSTRACT The electric fan plays an important part in peoples lives especially in hot summer. If there no electric fan in hot summer, it will be difficult suffering, affecting the body function, the body severe water shortages and decreased working efficiency and even lead to heat stroke, serious harm to human health . With the improvement of peoples living standards, the development of computers, the emergence of intelligent fan. Able to automatically adjust the fan speed according to the ambient temperature, we do not need to manually adjust the fan speed, allow us to be more relaxed life. This design is a temperature controlled fan system, with sensitive temperature detection and display function, and elaborated intelligent thermostatically controlled fan working principle , hardware design, software realization process. Principle of system is simple, stable, with a certain energy-saving effect. Designed to STC89C52 as control core, using the temperature sensor DS18B20 collecting temperature data, when the ambient temperature is too high, the fan wind speed will increase. Through the digital tube display the current ambient temperature and the motor driving chip L298N adjust the fan speed. Keywords: SCM STC89C52; Motor driver chip L298N; Digital pipe; DS18B20 temperature sensor. 基于单片机的智能温控风扇设计 0 引言引言 随着科学技术的进步与发展，电风扇得到了很大的发展，从古代的手动扇 子，到近代 1880 年，有一位美国人舒乐首次将叶片装在了电动机上，接上电源。 叶片飞速转动，这样的传统的电风扇诞生，再到近年来随着计算机技术的发展， 出现了智能电风扇，提高了人们的生活水平。 电子技术的飞速发展，给人类的生活带来了巨大的变革，特别是随着大规 模集成电路的产生而出现了微型计算机，更是将人类社会带入了一个新的时代。 利用微机的强大功能，人们可以完成各种各样的控制。然而，微机造价高，对 于大多数的工业控制来说，也并不需要微机那样强大的功能，于是单片机就运 用而生了。单片机其实就是一个简化的微机，将微机的 CPU,存储器，I/O 接口。 定时器/计算器等集成在一片芯片上就是单片机了，它主要用来完成各种控制功 能。相对微机来说，单片机价格低，非常适合于运用在简单的控制场合以降低 成本。另外，单片机是按照工业控制要求设计的，其具有很高的可靠性，可在 一些工业现场复杂的环境下运行。单片机依靠其高的可靠性以及高的性价比， 在工业控制，数据采集，智能化仪表，家用电器等方面得到极为广泛的应用。 基于单片机的智能温控风扇设计 1 1 智能温控风扇设计的概述智能温控风扇设计的概述 1.1 什么是智能温控风扇什么是智能温控风扇 传统的电风扇已经为人类服务了 100 多年了，但由于近年来计算机技术的 迅猛发展，随之迎来了风扇的智能化，从此智能温控风扇由此诞生。此类电风 扇能够根据当前环境的温度变化来自动调节风扇的转速，从而达到控制环境温 度的目的。 本次设计温控自动风扇系统采用高精度集成传感器，由温度传感器来检测 当前环境所处的温度用 DS18B20 系列单片机控制，能显示实时检测温度，使用 者可以设定开启温度以及自己每变速一档所需要的温度差。风扇的转速可以根 据温度的变化而改变，在温度比较低的时候可以自动减速，温度升高的时候可 以加快速度，这样的智能化控制比起传统的风扇能够更好地适应人们的需要。 【6】 1.2 本设计任务及要求本设计任务及要求 本文设计制作智能温控风扇，通过 DS18B20 温度传感器采集到的温度数据， 送到单片机处理，随着温度的增大，风扇的转速越来越快。功能实现如下： 1、电源通过交流电供电。 2、温度通过数码管实时显示。 3、DS18B20 温度传感器采集环境当前温度。 4、L298 驱动芯片驱动直流电机。 基于单片机的智能温控风扇设计 2 2 系统功能及总体结构系统功能及总体结构 2.1 工作原理工作原理及框图及框图 温控风扇中的温度传感器感应当前环境温度，通过单线通信协议传输 到单片机，单片机数据进行处理，通过三极管驱动数码管显示温度信息， 同时根据当前的温度值分析出来，通过 PWM 占空比的不同，调节风扇的 转速。整个工作过程：温度采集单片机控制数码管显示控制 电机转速。 本系统以 STC89C52 单片机为核心处理器，通过连接各部分外围电路 进行采集和控制。整个系统的框图，如下图 2-2 所示。 图 2-2 系统总体框图 2.2 设计方案论证比较设计方案论证比较 2.2.12.2.1 控制器选用控制器选用 控制器的选择合适与否决定了整个系统的工作稳定性和后续维护的方 便性，如果选择得当，不仅可以降低成本，而且降低开发周期，又能保证 工作的稳定性和方便了后续的产品维护。 方案1：采用纯硬件电路搭建。 这种方案有优势是只有硬件部分，没有软件部分。优点是可以省去软件的 设计开发成本。缺点是硬件电路会变的非常复杂，导致硬件成本上升，搭建出 来的电路稳定性差，板子的占用面积增大而浪费材料。 方案 2：采用单片机电路设计。 这种方案是需要软件、硬件的结合的。二者缺一不可，涉及到的知识较广， 不仅需要会设计硬件电路，时要对单片机资源非常熟悉，而且要精通计算机语 言，从这些要求可以看出对设计人员的要求是非常高的。这种方案的优点是可 单片机 最小系 统 数码管 显示 电机 驱动 温度 采集 电源 电 路 基于单片机的智能温控风扇设计 3 以简化硬件电路，减少了硬件的成本，降低了生产的工序，系统稳定性更好， 适合工厂批量生产。缺点是对开发人员的要求非常高，硬件、软件全部要精通。 综合经济和批量生产的考虑，选用方案2。 2.2.22.2.2 显示设备选用显示设备选用 显示部分是系统的输出设备，它能够为使用者当前相关的数据信息，有了 它，我们可以知道当前环境的情况。 方案 1：采用数码管显示： 数码管是由若干个LED灯拼起来的，是显示部分最常见的一种显示方式。 优点是成本低廉、经济耐用、寿命长，同时可以在非常恶劣的环境下连续 工作。得到了广泛的使用。它的显示更容易引人注意，甚至在数几米远的 地方都能看到显示的信息。控制也非常的简单。缺点是由于只是几个LED灯 构成，所以显示的信息量不多，且只能显示阿拉伯数字、简单的符号和简 单的英文字母。表达的意思的能力也非常有限，有的时候必须要借助于说 明书才能知道数字、符号或是英文字母在该产品中表示什么意思。 方案 2：采用液晶屏显示 液晶屏有字符型、图形两种。他们都是比较高级的显示方式了。主要原理 是电流刺激液晶分子产生点、线。背面有灯管或是 LED 灯，具有背光效果，提 供晚上观看信息。优点是显示信息比较丰富，不仅可以显示阿拉伯数字、简单 的符号和简单的英文字母。还可以显示图形，汉字等复杂信息。缺点是：由于 液晶的生产工艺比较复杂，所以成本自然高了，由于液晶显示是靠电流刺激液 晶分子来显示信息，所以只能适合近距离观看信息，即使背光灯打开，也只能 延长一点观看距离，不能远距离看信息。液晶屏的使用寿命相对数码管的要来 的短。 本设计值需要显示温度数据，信息量相对较少，综合考虑选用方案 1。 2.2.32.2.3 温度传感器选用温度传感器选用 温度传感器是整个设计的信号输入部分，选择合适与否，直接影响到系统 的精度。 方案 1：采用热敏电阻。 热敏电阻是对温度变化及其敏感的器件，主要用多晶、单晶、半导体灯材 料生产而成。优点是生产成本低廉，使用方便，没有复杂的通信协议，寿命长。 缺点是由于其输出的是模拟信号，而 STC89C52 单片机只能处理数字信号，必须 额外增加 AD 转换器，复杂了电路的结构，增加了不必要的成本。 基于单片机的智能温控风扇设计 4 方案 2：采用 DS18B20 数字温度传感器 数字传感器，顾名思义它能够直接输出数字信号直接给单片机处理，优点 就是可以大大简化电路，提升系统的稳定性。缺点是由于 DS18B20 数字传感器 需要单线通信协议，此协议对单片机读写过程中要求的时间比较严格，只要某 一点时间过长或者稍短都会影响采集数据的准确性，所以在编程方面难度较大。 另外数字温度传感器生产工艺也比较复杂，所以价格相对热敏电阻来的更高。 综合考虑，选用方案 2。 2.2.42.2.4 电机驱动设备选用电机驱动设备选用 电机驱动部分设计的输出部分，选择的合适与否，直接影响到风扇的转动 效果。 方案 1：采用三极管驱动。 此种方案利用三极管的开关特性来实现，有两种状态：导通和截止。如果 三极管导通，可以驱动电机转动；如果三极管截止，可以关闭电机。优点是此 种方案设计成本低廉，只占用一个单片机 I/O 口资源，所以能够节省单片机的 资源。缺点是风扇的转速受三极管影响大，长时间运行，三极管发热不可避免， 降低了使用寿命。 方案 2：采用专用的电机驱动芯片 此种方案利用芯片本身的特性来驱动电机。优点是一般电机驱动芯片输出 电流都较大，可以能驱动较大功率的电机，电机速度快而饱满。所以风扇效果 好。缺点是电机驱动芯片价格比较高，驱动程序相对复杂，且会多占用几个单 片机 IO 口资源。 本设计整体占用的单片机 I/O 口并不多，而 STC89C52 单片机多大 32 个 I/O 口，单片机 I/O 资源非常丰富。考虑到想要风扇效果更好。综合考虑下来， 选用方案 2。 2.2.52.2.5 电源电路选用电源电路选用 电源电路是整体系统工作的前提条件，设计的好与坏，直接影响到系统的 工作稳定性。 方案 1：直接采用电池供电。 此方案的优点减少硬件设计，降低成本。另外还有移动方便，装上电池即 可供电。缺点是使用成本高，不经济，电池使用没有电了，要进行更换，即使 使用充电电池，也是用寿命的。电池对环境的污染也比较大，不环保。现在国 家都在提倡低碳生活。 方案 2：采用交流电供电。 基于单片机的智能温控风扇设计 5 此方案把 220V 的交流电经变压器降压整流滤波稳压管输 出 5V 直流电。优点是这种 5V 直流电比方案 1 的直流电输出电流更大。驱动效 果好，可以完美驱动电机，风扇转速效果好。缺点是多了电源电路的硬件设计 部分，增加了成本。 鉴于驱动效果的考虑，选用方案 3。 基于单片机的智能温控风扇设计 6 3 硬件设计硬件设计 3.1 设计所需器件介绍设计所需器件介绍 3.1.13.1.1 STC89C52STC89C52 单片机单片机 STC89C52 是 51 系列的单片机，由 STC(宏晶)公司研发生产，8 位的 MCU， 相比传统的 51 单片机速度更快。可以支持程序的双速倍运行，同时完全兼容传 统的 8051 单片机，8K 的 FLASH，可以装载更大的程序。512 字节的 RAM，4K 的 EEPROM，可以使用 STC 的专用下载器下载，该下载器价格便宜，还可以使用串 口下载和 USB 转 TTL 模块下载。下载方式之多，价格都比较低廉。而不需要传 统的昂贵的下载器，节约的开发成本。STC89C52 单片机资源也非常丰富，有 32 个 IO 口资源，3 个 16 位的定时器/计数器，MAX810 复位电路，只需外接电阻、 电容和按键即可实现单片机的复位。4 个外部中断，1 个串口。同时支持低功耗 模式和掉电模式。1 个看门狗。单片机的引脚图，如图 3-1 所示。 图 3-1 STC89C52 单片机引脚图 3.1.23.1.2 按钮按钮 系统采用 5*5*7mm 的机械式按钮，主要用在单片机复位上的。外观实物如 图 3-3 所示。如图 1、3 脚内部是连接到一起的，2、4 脚内部也是连接到一起 的。用万用表 R*1 档，测量 1、3 脚和 2、4 脚，显示 0。测量 1、2 脚和 3、4 脚，显示。它们正常情况是断开的，只要当按键按下的时候，1、2 脚和 3、4 脚闭合，再用万用表测量，显示 0。 基于单片机的智能温控风扇设计 7 图 3-3 按键实物外观图 3.1.33.1.3 四位共阳数码管四位共阳数码管 这类数码管分共阳数码管和共阴数码管，本系统采用四位共阳数码管，共 阳数码管就是 LED 的阴极全部接到一起，数码管的每一位都有 a、b、c、d、e、f、g 这 7 段组成。四位的数码管，就是所有 LED 的阳极全部 并联到一起，4 个 a 到 h，全部并联到了一起，另外的 4 个位控制端引出来，就 是 4 个数码管的 VCC 端了，主要是控制数码管的位显示，可以控制第 1 个、第 2 个、第 3 个和第 4 个数码管亮和灭。四位共阳数码管的引脚图和实物图，如 图 3-4 所示。 图 3-4 四位共阳数码管引脚图实物图 3.1.43.1.4 电机驱动芯片电机驱动芯片 L298NL298N L298N 是 ST 公司生产的一款高电压、大电流的驱动芯片。是专用集成芯片。 该芯片有 15 个脚，驱动电机的能力非常强，最高驱动电流可达到 3A，正常持 续的工作电流 2A，足以驱动电机工作在饱满状态。芯片的工作电压很宽，最高 工作电压 48V，功率 25W。内部含有 2 个 H 桥，所以可以同时驱动 2 个电机。本 设计只需要用其中一个。采用输入控制端不同的电平组合来控制电机的正反转。 输入信号引脚可以直接接到单片机上，电路简单且使用方面。L298N 芯片引脚 图，如图 3-5 所示。如果 IN1 和 IN2 接到单片机 IO 口上，OUT1 和 OUT2 接电机 两端，当 IN1 为高电平，IN2 为低电平，电机正转；当 IN1 为低电平，IN2 为高 基于单片机的智能温控风扇设计 8 电平，电机反转；当 IN1 和 IN2 同时为高电平或者低电平时，电机停止。 图 3-5 L298N 电机驱动芯片引脚图 3.1.53.1.5 DS18B20DS18B20 温度传感器温度传感器 DS18B20 是美国 DALLAS 生产的一款单线式温度传感器，输出数字信号。 器件外观如图 3-6 所示。封装形式 TO-92，一共三个硬件，正面面向自己，从 左到右引脚分别是 GND、DQ 和 VCC。测量温度的范围很宽，最低可测到-55， 最高可测到 125。测温分辨率为 0.0625。单片机和 DS18B20 通信只需要一 根线就可以实现温度采集。非常节省单片机 IO 口资源。每个 DS18B20 都有自己 的唯一 64 位序列号，一根线上都挂在多个 DS18B20，可以实现多点温度测量。 DS18B20 读写时序，如图 3-7 所示。 【2】 图 3-6 DS18B20 温度传感器 基于单片机的智能温控风扇设计 9 图 3-7 DS18B20 读写时序 3.2 系统硬件设计系统硬件设计 3.2.13.2.1 单片机最小系统电路单片机最小系统电路 单片机最小系统电路是保证单片机能正常执行程序的最小电路的单元。最 小系统电路如图 3-8。由单片机是 STC89C52、12M 晶振、两个 30P 瓷片电容、 10K 电阻、按键和 10UF 电解电容组成。12M 晶振是晶体振荡器，提供单片机正 常工作的时钟振荡信号，其作用就好比是人的心脏。晶振就一个非常重要的指 标：负载电容量。选择负载电容量相等的电容和晶振并联在一起,会得到晶振的 谐振频率。一般情况晶振负载的电容是 15P，考虑到元器件引脚和连接走线产 生等效的电容，一般可以选择 20P-50P 的电容比较合适。本设计采用的是 30P 的瓷片电容。30P 瓷片电容的作用可以帮助晶振正常起振，提高振荡的稳定性。 10K 电阻、10UF 电解电容和按键组成了单片机复位电路，STC89C52 单片机 9 脚 RST 是高电平复位，低电平正常工作，复位电路就和电脑重新启动是一个性质 的。当单片机收到干扰程序跑飞的时候，单片机复位后就正常重头开始执行。 电路的复位过程是，当按键没有按下时，电源通过电容进行充电，当电容充满 电后，电容就相当于开路，单片机 RST 就是低电平，这时单片机正常工作。当 按键按下后，按键就相当于一根导线，将单片机 RST 和电源 VCC 相连了，单片 基于单片机的智能温控风扇设计 10 机 RST 就是高电平，单片机会产生复位动作。EA 接高电平，是让单片机复位后 从内部 ROM 的 0x0000 开始运行。 图 3-8 单片机最小系统电路 3.2.23.2.2 电源电路电源电路 电源电路是提供系统正常工作的能源。原理图如图 3-9 所示。工作过程是 将 220V 交流电进变压器转换成 12V 的交流电，送到桥式整流器转换成 12V 的脉 动直流电，再经过 470UF 电解电容输出平滑的直流电，送到 LM7805 三端稳压器 处理，最终输出 5V 的直流电源供系统使用。变压器由于主线圈比次线圈绕的圈 数多，主线圈接 220V 交流电，220V 电源在线圈中产生电动势互感到次绕组， 让次绕组上产生电压，根据线圈圈数比例，可以得出次线圈上 12V 交流电。桥 式整流器根据交流的正周期和反周期，让四个二极管两个的轮流导通，得出脉 冲直流电。470UF 电解电容 C4 是根据充放电特性，可以将脉动直流电变的平滑。 LM7805 是专用的输出直流 5V 电压的稳压器，只要保证输入电压最低 7V 就能正 常工作输出 5V 电压。图展 C5 和 C7 都是 0.1uf 瓷片电容，主要作用滤除高频尖 峰波。C6 是 470UF 电解电容，主要是起到缓冲作用，增加系统工作的稳定性。 当系统突然启动电机，电机启动的一瞬间需要消耗大量的电流，工作电源可能 来不及补充。这时 470UF 电解电容就能把电流释放出来供给系统使用。 基于单片机的智能温控风扇设计 11 图 3-9 电源电路 3.2.33.2.3 数码管驱动显示电路数码管驱动显示电路 数码管驱动显示电路如图 3-10 显示。由四位共阳数码管、220 电阻和逻 辑门 74HC04 组成。其中 220 是限流电阻，起到限流的作用，主要防止电流过 大烧坏四位共阳数码管。74HC54 非门类似于三极管的开关特性驱动控制数码管 位显示。数码管的 A、B、C 到 DP 接到单片机的 P0 口，单片机 P0 口可以直接控 制数码管显示信息。程序采用动态扫描的方式驱动该电路显示信息。当 P2.0 为 低电平，通过 74HC04 的 1 脚，2 脚输出为高电平，这时第一位数码管允许被点 亮。然后 P0 输出什么信息，第一位数码管就显示什么信息。反之当 P2.0 为高 电平，通过 74HC04 的 1 脚，2 脚输出为低电平，这时第一位数码管就不允许被 点亮，P0 不管输出什么样的信息，第一位数码管都不会显示信息。同样原理， P2.1、P2.2 和 P2.3 分别控制第二位、第三位和第四位数码管显示和不显示。 动态扫描的方式就是快速的变换第 1、2、3、4 位数码管的显示，他们是轮流显 示的过程，利用人的视觉暂留效应。当轮流显示的过程时间 在 0.05 到 0.2 秒 的时候，人眼就可以看到 4 个数字同时显示了出来，看不出任何的抖动。 【4】 图 3-10 数码管驱动显示电路 基于单片机的智能温控风扇设计 12 3.2.43.2.4 温度采集电路温度采集电路 温度采集电路如图 3-11 所示。由 DS18B20 温度传感器和 10K 电阻组成。 10K 电阻是上拉电阻，起到信号的稳定作用。该电路就是将温度传感器的输出 信号送到单片机 P1.7 口。 图 3-11 温度采集电路 3.2.53.2.5 电机驱动电路电机驱动电路 实物里电机驱动电路，采用 L298N 驱动模块作为驱动电路。在仿真软件里 采用的是三极管驱动的方式，都可以完成相应的功能。仿真里的原理图，如图 3-12 所示。当单片机 IO 口输出低电平时，PNP 三极管导通，继电器得电吸合， 常开开关闭合，直流电机运转。当单片机 IO 口输出高电平时，PNP 三极管截止， 继电器不工作，电机不运转。这是硬件方面控制电机转或者不转。电机如何调 速，这时就要引入 PWM 占空比控制。这是有单片机软件来控制的。比如在 10 秒 的时间内，1 秒运转，9 秒停止，这时占空比为十分之一；2 秒运行，8 秒停止， 这时占空比为十分之二；3 秒运行，7 秒停止，这时占空比为十分之三；以此类 推下去，当单片机控制占空比越来越高时，电机转速越快。反之就越慢。 【5】 图 3-12 电机驱动电路 基于单片机的智能温控风扇设计 13 4 软件设计软件设计 系统软件主要有定时器初始化、温度采集、数码管驱动、电机驱动这几个 部分组成。接下来介绍整理功能和各个部分的功能。 4.1 主程序设计主程序设计 主程序是整个程序的应用层部分。它是将各个子功能通过一些逻辑判断合 并起来构成的主程序。主程序流程图，如图 4-1 所示。当单片机上电复位后， 开始执行定时器初始化后，开始计时，为调速电机最预备；再启动温度采集， 开始采集温度传感器信息。当 1 秒时间到时，判断读取温度数据是否成功，若 成功更新温度显示；若失败，显示失败的错误信息。最后根据温度信息调节 驱动电机的转速。再进入下一个循环，不停的重复操作。 图 4-1 主程序流程图 YES 开始开始 定时器初始化定时器初始化 读取数据成功读取数据成功 结束结束 启动温度采集启动温度采集 1 秒时间到秒时间到 读取、更新温度显示读取、更新温度显示 调节驱动电机转速调节驱动电机转速 显示错误示错误 NO NO 基于单片机的智能温控风扇设计 14 4.2 数码管显示程序设计数码管显示程序设计 本设计采用数码管动态扫描的方式来驱动显示，在数码管驱动显示电路已 经介绍了动态扫描方式的原理了。动态扫描程序是如何执行的，如图 4-2 所示。 先显示温度十位，再显示温度个位，最后显示小数后一位。然后不停的循环显 示下去。我们就可以看到当前的温度值显示到数码管上了。 图 4-2 数码管显示流程图 4.3 直流电机驱动程序设计直流电机驱动程序设计 通过采集到的温度值，送到单片机进行分析并调节电机相应的转速。具体 的程序流程图，如果 4-3 所示。根据温度变化，来调节 PWM 占空比从而调节 电机的转速。 开始开始 显示温度十位显示温度十位 显示温度个位显示温度个位 显示小数后一位显示小数后一位 结束结束 基于单片机的智能温控风扇设计 15 图 4-3 直流电机驱动流程图 4.4 温度采集程序设计温度采集程序设计 温度采集是要根据 DS18B20 的读写时序完成的。温度采集流程图，如图 4- 4 所示。启动温度传感器后获取此传感器的序列号，再发送读命令，最后把 16 位二进制温度数据提取出来。再不停的循环操作。这些二进制温度数据给单片 机进行转换十进制数据处理。 增大 减小 不变 开始开始 结束结束 PWM 占空比减小占空比减小 温度变化温度变化 电机运行加快电机运行加快电机运行减慢电机运行减慢电机运行不变电机运行不变 PWM 占空比增大占空比增大PWM 占空比不变占空比不变 基于单片机的智能温控风扇设计 16 图 4-2 数码管显示流程图 启动温度传感器启动温度传感器 获取传感器列表获取传感器列表 发送读命令发送读命令 读取读取 16 位温度数据位温度数据 开始开始 结束结束 基于单片机的智能温控风扇设计 17 5 系统测试系统测试 测试分为两部分，一部分为测试风速是否随温度的升高而增大。另一部分 为风扇能否起到降温的效果。 5.1 风速风速性能测试性能测试 风速的改变通过肉眼是不能直观的看出，而购买测风仪器成本太高，所以 我在风扇前端加一个小吊坠，通过观察吊坠的摆动幅度的大小来判断风速的增 大。 当前室温 22.8 度，之后开启智能温控风扇，实物运行如图 5-1 常温效果图所示。 吊坠摆动效果不明显。 图 5-1 常温效果图 而当我用手触摸到传感器给其升温后，当前温度 24.5 度，如图 5-2 升温效 果图所示吊坠摆动幅度很大，说明风速增大了。 基于单片机的智能温控风扇设计 18 图 5-2 升温效果图 综上两图所述，通过观察吊坠前后摆动，智能风扇的风速是随温度的升高 而增大的。 5.2 降温效果测试降温效果测试 在风扇的下面我放置了一个温度传感器，通过观察风扇下的温度和传感器 的温度，我们就能知道是否起到了降温的效果。 如图 5-3 降温效果图所示，传感器显示温度为 23.3 度，这时风扇是打开的， 而风扇下温度显示是 22.6 度，温度降低了 0.7 度。 总结：风扇起到了降温的效果，但由于风扇小，降温效果不明显。 图 5-3 降温效果图 基于单片机的智能温控风扇设计 19 6 总结与展望总结与展望 本设计由 5 部分组成，分别为：单片机最小系统电路，电源电路，数码管 显示电路，温度采集电路，电机驱动电路。基本实现了，风扇根据周围环境温 度自动调节风速，达到降温的目的。 本设计由于时间原因存在着很多不足，比如对于风扇应该设置开关按钮。 虽然当环境温度低于一定温度时，风扇能自动关闭。但在用户不想用的时候， 用户应该可以手动关闭。再者应该设置手动调速电路，风扇不仅能自动调节风 速，用户还能手动设置风速。 对于本设计，虽然在某些方面存在着不足，但是对于一般精度要求的不高 的温度检测中的应用能够满足用户的需求，并且它的造价成本低，容易上手， 简单实用等特点。根据不同用户的需求，不同情况的需要，对其进行进一步的 扩展和改进。例如，对其装一个升温电路或者报警电路，并设计一个调速电路， 这样用户可以根据自己需要进行调节温度，而且有报警电路可以更加放心的监 控温度高低。 我相信成型的智能温控风扇将在未来广泛应用于城市、农村、学校、工矿 企事业单位及工业控制，是实现无人降温的理想产品，市场极为广阔，需求量 大。并且使用简单，不仅可以用于家庭还可以用于蔬菜大棚等特定场合。 【7】 基于单片机的智能温控风扇设计 20 参考文献参考文献 1 张林生.基于单片机控制的摄像头角度调整系统毛朝庆.科学与财富,2012 2 孟焕敖.数码管管脚排列与测试.电子制作,1999 3 陆雯.基于单片机的 PWM 控制直流电机转速方法.科技创新导报,2010 4 年庆娟, 鄂德海.基于单片机的 LED 动态显示设计与仿真.青海师范大学学报：自然科 学版,2011 5 南光群,闵小玲.PIC16F877 单片机在智能站用电源系统中的应用皮大能.微计算机信息, 2006 6 丁建军.基于 AT89C51 的智能电风扇控制系统.湖北工学院学报,2003 7 黄凤娟.基于单片机的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现.安徽大学,2006 8 马庆勇,吴中明.基于单片机的多功能时钟控制电路.电子科技,2009 9 Victor P. Nelson ，Digital Logical Circuits Analysis /sbit keng1 = P13; /sbit led1 = P15; sbit led2 = P14; sbit keng2 = P16; bit flag1s = 0; /1s 定时标志 unsigned int intT, decT; /温度值的整数和小数部分 unsigned char T1RH = 0; /T0 重载值的高字节 unsigned char T1RL = 0; /T0 重载值的低字节 unsigned char DIG_PLACE18 = 0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f ; unsigned char DIG_PLACE8 = 0 ; unsigned char DIG_CODE20 = 0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07, 0x7F, 0x6F, 0x77, 0x7C, 0x39, 0x5E, 0x79, 0x71,0x76,0x38,0x40,0x00; /0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、b、C、d、E、F 的显示码 void ConfigTimer1(unsigned int ms); unsigned char IntToString(unsigned char *str, int dat); extern bit Start18B20(); extern bit Get18B20Temp(int *temp); 基于单片机的智能温控风扇设计 22 void GengXin(unsigned char intT,unsigned char decT,unsigned char in ); void main() bit res; bit jian = 0; bit jia = 0; int temp; /读取到的当前温度值 /int intT, decT; /温度值的整数和小数部分 EA = 1; /开总中断 ConfigTimer1(1); /T1 定时 10ms Start18B20(); /启动 DS18B20 PWMOUT = 0; while (1) /* if (flag1s) /每秒更新一次温度 flag1s = 0; res =