家用风扇控制器的设计

皖曲号就课程设计报告书系别:机电系专业:电子信息科学与技术学生姓名：XX学号：XXXXXXXX课程设计题目：家用电风扇控制器设计起迄日期：4月21日~4月30日课程设计地点：综合楼C座411.511指导教师：刘世林下达任务书日期：2014年4月20日目录TOC\o"1-5"\h\z.前言3.实验设计目的4.实验设计内容及要求4.实验设计方案4（-）方案论证4（二）电路设计5（三）程序流程图8（五）结论11（六）性价比11.课设体会11.参考文献12.致谢12.附录14已做出实物，但二极管发光较小，同学们可以改进一下前言电风扇在我国，是80年代开始兴起的一种小型的家用电器，刚开始它的功能单一，而且耗电量大，随着技术的不断更新，它的功能更加强大，更加趋于人性化。作为一种老式的家电，电风扇具有价格便宜，摆放方便，体积轻巧等特点,面临庞大的市场需要的同时，也要提高电风扇的市场竞争力。使之在技术含量上有所提高，使风速不仅功能多样，操作简便，而且更加安全可靠。本设计采用了单片机作为该电风扇系统的控制核心，使得家用电扇更加满足用户的需求。在国际市场上，单片机产品的类型很多。其中Intel公司的产品比较领先占有较大销售份额。在我国Intel公司的MCS-48系列，MCS-51系列，MCS-96系列的各种机型用得最多，占主流地位。本设计在仿真时以ATMEL公司的AT89C51单片机为核心，在实际电路中则用的是学校的STCT2c5A60s2,通过按键扫描电路和显示电路建立一个控制系统，使电风扇人为的变换档位，能够满足人们的需求。实现按“风速”键，其状态由“弱”一“中”一“强”一“弱”一……往复循环改变，每按一下按键改变一次状态；并且按“风种”键，其状态由“正常”一“睡眠”一“自然”一“正常”一……往复循环改变；强、中、弱的状态改变对应电风扇电机转速的快慢，而正常、睡眠、自然的状态改变对应于电机运转的状态，即睡眠对应电机转八秒停八秒，自然对应电机转四秒停8秒，正常则电机一直转动。一、实验设计目的：通过本次课程设计，掌握所学的微型计算机的应用系统硬件设计、程序设计与调试、重要可编程芯片的工作过程，加深对微型计算机工作原理的理解，并学会将所学的知识应用到实际中，达到在应用中掌握知识的目的。二、实验设计内容及要求:设计并制作一个家用风扇控制器。控制器面板为：按钮三个，分别为风速、类型和停止，LED指示灯六个，指示风速强、中、弱，类型为睡眠、自然和正常。设计要求：1、电扇处于停转状态时，所有指示灯不亮，只有按下“风速”键时，才会响应，进入起始工作状态；电扇在任何状态，只要按停止键，则进入停转状态。2、处于工作状态时，有：(1)初始状态为：风速-“弱”，类型-“正常”；(2)按“风速”键，其状态由“弱”“中”“强”“弱”……往复循环改变,每按一下按键改变一次；(3)按“类型”键，其状态由“正常”“睡眠”咱然”“正常”……往复循环改变;3、风速的弱、中、强对应于电扇的转动由慢到快。4、类型的不同选择，分别为：(1)正常电扇连续运转；(2)自然电扇模拟自然风，即转4s,停8s；(3)睡眠电扇慢转，产生轻柔的微风，运转8s,停转8s；风速与类型设置输出相应的控制信号；三、实验设计方案：(-)方案论证对于实现如以上那样对电扇的控制，可以有多种方法实现，现列出简单的两种方法，再从中选取最优秀的方案完成。方案一：采用电压比较电路作为控制部件。集成运放组成的比较电路判决电路控制风扇的转速。用常见的555芯片构成单稳态电路实现电机状态改变时需要的延时，当高于或低于某值时将风扇切换到相应档位。方案二：采用单片机作为控制核心，以软件编程的方式进行风速控制，并在端口输出控制信号。控制外围状态显示电路以及按键检测和按键控制电路。对于以上两种方案，各有其优缺点，对于方案一，采用电压比较电路具有电路简单、易于实现，采用的都是常见的元器件，在成本上占有一定的优势，以及无需编写软件程序的特点，但控制方式过于单一，不能自由设置上下限动作及定时时间，无法满足不同用户以及不同工作环境下的要求，故不采用此方案。对于方案二，采用单片机控制，可以实现更复杂的电路要求，而且单片机运行起来稳定，能满足不同环境，不同条件下的控制，而且在电路要求上面需要更改时只需做程序上的修改以及相应电路连接的改动就行，比方案一方便，而且成本上也不比方案一的成本高太多，故采用此方案。（二）电路设计本系统由四个模块组成，分别是输入模块、显示模块、电机控制模块以及单片机控制系统。其中单片机控制系统是核心，由AT89c51、晶振和复位电路组成。它通过处理输入的各种信息来对其它模块发出指令，进行相应的操作。输入模块由3个按键组成，分别控制电机的风速和风种选择，以及电扇总开关。显示模块由六个LED发光二极管组成，显示风速和风种。1、单片机控制系统对于单片机中央处理系统，根据要求，可以选择AT89c51单片机作为中央处理器，作为整个控制系统的核心，AT89c51内部包含了定时器，程序存储器、数据存储器等硬件，其硬件能符合整个控制系统的要求，不需要外接其它存储器和定时器件、方便，整个系统结构紧凑，抗干扰能力强，性价比高，AT89c51单片机温度测控仪采用ATMEL公司的AT89c51单片机，采用双列直插（DIP）,有40个引脚。该单片机采用ATMEL公司的高密度非易失性存储技术制造,与美国INTEL公司生产的MCS-51系列单片机的指令和引脚设置兼容。单片机应用系统的设计是与单片机直接接口的数字电路范围内电路芯片的设计。如存储器和并行接口的扩展、定时系统、中断系统扩展，一般的外部设备的接口，图1是单片机以及其外围复位电路，晶振电路等组成的最小单片机系统,选择频率为12MHz的晶振，根据时钟周期的计算式，算得时钟周期为1/12微秒（us）,根据机器周期=12*时钟周期，可算得机器周期为1微秒（us）：图1单片机最小系统2、按键电路按键电路如图2所示，设计中输入模块靠按键电路实现，按键共有三个，分别为停止、风速、风种；按键采用触发式按键，在单片机上只需检测输入端的触发电平，在按键连接时，需要在按键与地之间并联一个值不大的电容，以消除按键产生的按键抖动时带来的冲激等。（做实物是没用电容，用电容好象还有影响,不知是不是电路焊接有问题）图2按键电路3、显示电路显示部分采用的是六个LED发光二极管，二极管的输入端直接连单片机的I/O口输出端，前三个分别显示电扇的强、中、弱风速，后三个分别显示电扇的自然、正常、睡眠风种，当相应按键按下时，显示风速和显示风种的LED会点亮,连续按下时，显示会由“弱”一“中”一“强”、以及“正常”一“睡眠”一“自然”重复不断变化，同时在单片机的控制电机端输出相应的状态改变量以控制电机状态。图3是按键状态采集的电路。图3显示电路4、电机控制电路设计中采用PROTUES中自带的直流电机来代替电风扇，直流电机是靠输入的信号占空比来控制的，占空比越大转速就越高，所以在电路中控制风速就控制输入给直流电动机的占空比，对于控制电扇的风种，那就要控制给电机的占空比的时间就行，设计中的睡眠和自然状态是控制输入占空比的时序，控制电机的间断工作达到题目的要求。以下是电机控制电路图，用了一块L298做为电机的驱动芯片。图4电机控制电路（三）程序设计流程图程序的流程图表示程序各个步骤的内容以及它们的关系和执行的顺序，它说命了程序的逻辑结构，可以按照它顺利地写出程序，而不必在编写时临时构思，甚至出现逻辑错误，流程图不仅可以指导编写程序，而且可以在调试程序中用来检查程序的正确性，图5是本设计用流程图。

图5程序流程图（五）结论该设计基本能满足课设的要求，通过实验仿真的结果可得，按下按键改变风速的状态后，电机的转速会随着改变而改变，而在改变风种的状态后，电机也随着改变而做相应的响应，但是，在电路设计上面，或者是在单片机程序控制上面可能还有些缺陷或者需要改进的地方，在实际仿真的时候，得到的占空比以及最后的输出的信号等等都存在着一些失真，不是理论上的标准方波，在跳变过后任然有着少许上升或者下降的趋势，但是这个并不影响电机的运转响应。单片机的控制是在按键的响应下进行的，在输出方波信号时，采用的是51单片机内部自己带有的定时器中断，51单片机中的两个定时/计数器中断一个用来定时产生不同占空比的信号，另一个用来执行中断程序；期间在按键消抖时要用到延时程序，以免发生按键之后的跳变，延时程序是以循环耗时方式编写。（六）性价比设计中使用的电阻，电容，晶振，触发式按键，发光二级管等是市场是很容易买到的材料，价格便宜，AT89c51单片机现在作为大多数的教学用具，也很容易买到，而且不贵，一块单片机能烧写程序上千次，不容易损坏，而且具有寿命长、速度快、低功耗、低噪声、可靠性高的特点，整个设计性价比高。四、课设体会在写课设论文时我深深体会到搞设计的艰辛与困难，电风扇我们都熟悉，但要想把单片机技术运用到电风扇上是不简单的事情。这次课程设计让我学到了许多课本上没有的知识，使我受益匪浅，我不仅对单片机有了理论上的更进一步的认识，而且更是将理论运用到实践里去了，这对于我们来说是更珍贵的，在课堂上接受的教育远远没有真正做一个课程设计来的实际，但是也必须要有课堂上的理论才能完成，这一点是毫无疑问的。并且让我认识到无论做任何事情，都要认真对待，要知道自己要做什么，怎么样才能做到,是否能够做好，因此，这些都需要我们认真的分析，遇到困难要及时寻求老师的帮助。我相信，没有解决不了的问题。我会一步一个脚印，踏踏实实的向我的目标前进。在对单片机的控制当中，我对单片机的内部了解更清晰了，包括中断定时/计数等功能，在与同学讨论以及解决问题的过程中，也学习了很多。单片机的强大功能是毋庸置疑的，但是要熟练的运用控制它，是一个不简单的问题，在课程设计过程中遇到了很多的问题，诸如没有认识到延时对单片机运行代码的重要性等，这次的课程设计，也培养了我的创新精神，增强了解决问题的能力。在这过程中收获的东西是宝贵而且不可代替的，如果有机会，自己也应该多多练练，增强自己的专业素质能力。参考文献1戴梅萼，史嘉权.微型计算机技术及应用.北京：清华大学出版社，20032《微型计算机系统原理及应用（第四版）》，周明德，清华大学出版社，2002年3《80x86微型计算机组成、原理及接口》，顾滨，机械工业出版社，2001年4《16/32位微机原理、汇编语言及接口技术（第2版）》，钱小捷，机械工业出版社，2005年5微型计算机原理及应用（第三版）》，郑学坚，清华大学，2001年致谢在这两周的课程设计期间，我们小组两人互相讨论，共同研究，以及各方面的努力，最终使得设计及论文报告能顺利的完成。在论文即将完成之际，在此首先我要感谢我的学校皖西学院为我们提供了这次难得实践机会，同时也要感谢张斌老师的悉心指导和身边同学给予的支持、关心和帮助，最后还要感谢我的家人和朋友的支持，正是他们的支持，深深地感染着和鼓励着我们，为我们提供了条件，为我们的设计顺利完成提供了保证。虽然我们组在安装测试的过程中不是很顺利，但是在困难面前我们坚定不移地找原因和解决的方法，这充分体现了我们的团队合作精神，所以我也很感谢我的队友。在以后的人生中，我们仍将不断学习，相信这次的课程设计是我们人生中一笔宝贵的财富，我们将更有信心向未来迈进！最后再次向你们表达我们最诚挚的谢意，谢谢大家！学生：XX附录I总电路图

附录II元器件清单序号编号名称型号数量1Ui单片机STC-12C5A60S212R1-R6电阻270063R710Q14R82k2015R910kQ16Ml直流电机DC-MOTOR17C2-C3电容33P28Cl、C4-C7lOu59K1-K4触发按键button410XI晶振12MHz111L1-L6LEDbule612D1-D4发光二极管1N4003413U2电机驱动L2981附录附录III源程序d»ay(5);d»ay(5);P2=0x00;P2=0x00;#mcludeHreg51.hn#defineumtunsignedmt#defineucharunsignedcharvoiddelay(uintz);umta,b,count,m,n,num;sbitkevl=PlA0;sbitkev2=Plz1;sbitkev3=Pl'2;sbitpwm=PlA5;sbitcd=PlA6;sbitef=PlA7;voidclose()(count=0;}voiddisplay()(while(l)(if(keyl=O)(delay(5);if(keyl==O)P3=OxOO;closeQ;delay©);while(keyl=O);)elseif(key2=0){delay(5);if(key2==0)a++；if(a==l){P2=0x01;count=6;delay(5);}elseif(a==2){P2=0x02;count=10;delay(5);}elseif(a==3){P2=0x04;count=19;delay(5);}elseif(a=4)a=0;delay(lO);while(key2==0);)elseif(key3=O)i