智能电风扇控制系统的设计

题目：智能电风扇控制系统的设计作过程当中首先会使用DS18B20传感器对周边环境温度进行检查，并将检测到本文所设计的系统的基本运行步骤如下：DS18B20首先对周边的温度进行对风扇转速进行控制，并一同将转速数据在屏幕当中进行显示。8本系统当中能键K1控制，另外的两个按键K2、K3可以对温度进行相应的升高或者降低的调节，温度信息精确到小数点后一位。当按下K1时可调节TH,再次按下K1可调节TL。按下K2加一度，按下K3减一度。在本文所涉及的系统当中额外增加了一个红外感应探头用于对周边人员情况进行一定的检测，当周边没有人且持续了一段时间之后，系统会自动控制将风扇进行关闭。除此之外本文所设计的系统当中使用了PWM脉宽调制进行电机的控制，以实现控制风扇转速的目的。根据系统的结构，可以绘制出如图1所示的整体结构图。红外探头复位晶振2.2方案论证本文所要进行的设计的核心目的就是令风扇能够根据周围温度的不同进行自动的调节转速，如果周围温度低于设定值的话风扇会自动停止，且温度的设定值可以用独立按键改变。在风扇感应到其工作区域一段时间内没有人的话即会自动关闭运行。除此之外还需要系统拥有较高的温度分辨率以及较高的可靠性。3硬件设计3.1器件的选择3.1.1温度传感器的选择通过对本文所要设计内容进行了深入的分析，得到如下的两种温度检测方案：方案一：在本方案当中将采用热敏电阻对周边的温度进行检测，周边温度的不同会使其阻值发生一定的变化，因此会使其输出电压发生细微的改变，通过将电压变化信号转换为数字信号之后传输到单片机当中从而实现整个控制过程。方案二：在本方案当中将采用数字式集成温度传感器DS18B20对周边的温度进行检测，此类传感器的成熟度比较高，除了能够对温度进行非常精确的检测之外，其输出的信号能够直接传递到单片机当中进行使用。8SOSI封装NCNCNCNCNC工作时能耗也比较小，除此之外其还能够与MCS-51直接用于良好的兼容性，且3.1.3显示器件的选择方案二：LCD液晶显示屏1602。3.1.4调速方式的选择方案一：本方案当中使用DAC0832芯片进行电机调速，在工作的过程当中出方式：(1)利用软件延时进行输出信号的调节。当高电平延时结束的时候相应的(2)利用定时器进行不同信号的输出控制。该方法与前述的方法类似，不(3)使用单片机内置的PWM控制器进行控制，该方式只适合于部分型号的单片机，因本文所使用的单片机当中并无PWM控制器，因此该方方案一：达林顿反向驱动器ULN2803。第一种方案当中的驱动器拥有的较高的性能，在控制方面也相对比较容易。在本文所要设计的系统当中各个硬件构成较为简单，主要包含了控制模块、需要在晶振的引脚上加接两个30pf的电容接地，通过这种方式才尽可能的减少此系统当中所需的电路图如图5所示。9248通过上图的结构能够得到，XTAL1脚与晶振互联，以此来实现反馈电路的功能。在这当中的C1、C2为30pF,C3为10uF,R1为10k,晶振频率是12MHz。3.2.2独立控制键盘电路其连接电路图如图6所示：K1、K2、K3是三个独立按键，其各自与单片机的I/0端口P1.5、P1.6、P1.7和大地连接，当按下按键后由高电平变为低电平，电路接通。在工作过程是TL,K2和K3能够在进行温度设定的时候对设定值3.2.3LCD显示电路体见图7,此显示器的第一行可以显示系统检测到的温度与档位，而温度信号可359k3.2.4温度采集电路在系统当中引入DS18B20并将主控芯片与相应的温度传感器进行有效连接信号进行有效处理后并完成计数，在此过程中，必须使系统内部对应于-55℃完成基权值的预置，一旦计数结果呈现出0状态并且相应的震荡周期未终止，即可认定所测温度范围溢出，温度寄存器内部便会执行加1运算，依次往复进行循环直到该震荡周期完结终止，此时寄存器内部的数值即为所测的温度，由于存储机理为二进制的形式，依靠信号读取指令便可确定相应的温度。12值得注意的是，温度振荡器本身存在一定的非线性，具体应用当中只有对其进行有效的补偿，才能确保输出的精度。7]该电路具有数字形式的信号输出，在与单片机进行实时通讯的过程当中还需引入一定的上拉电阻，如图8所示相关引脚连接示意图。 ALE 19二953.2.5风扇驱动电路该电机的运转控制是基于调整模拟形式的占空比来实现的，依靠相关的I/O接口即可实现该信号与驱动模块的衔接，从而对相应的电机完成驱动运转，除此之外，利用该手段还能够有效进行调速。关于预置的温度可以凭借键盘进行相应的输入，随后基于红外探测技术进行相关温度信号的识别工作并完成与预设值之间的对比，通过对比结果的有效分析便可实现所需输出的脉冲信号的确定，从而驱动电机实现所需转速的控制。[13当外部温度发生一定的改变时，电机转速便会遵循预定程序进行有效变更，二者在一定程度上呈现出正比关系，也就是说相应的转速会随着温度的提升而不断增大，当温度过低的情况发生，那么系统就会立即终止运作，除此之外，倘若红外技术不能检测到相关人员，也会进行终止，只有当相关人员存在，并且实测温度高于某一预定数值的条件下，电机才会相应运转，从而带动风扇进行吹风，相关电路配置如图9所示。黑色负极红色正极2345820二3.2.6电路总图10K风扇(黑色负极红色正极黑色负极红822nn24二22图10总电路图本系统在编程时主要用到C语言，也可以选择汇编语言，二者都有一定的优缺点和适用范围，具体比较情况如下。[2]编程便捷、效率高且易于上手是C语言固有的特点形式，不但在编译层面较为方便，而且对其进行修改也不困难。所谓汇编语言本质上是一种机器形式的语言，受限于相关硬件的配备，相对于C来讲后期处理调试相对繁琐，入门需求较高，最大的优点在于固有的内涵清晰明了，在执行效率方面要远高于C语言，仅在某些特殊场合应用较为广泛。9对于初学者而言，综合考虑，采取C语言来进行相关程序的编写，在一定程度上可以该任务的有效执行。4.1主程序流程图开始程序初始化调用DS18B20初始化函数转换函数调用温度读取函数调用按键扫描函数调用数码管显示函数调用温度处理函数调用风扇电机控制结束4.2液晶显示子程序只有对时序图进行充分了解之后才能进行相关程序的编写，为了有效避免一些干扰项误差实现切实有效精准显示，必须预先进行显示器的相关初始化，除此之外，还要对相关的处理函数以及字符位置进行有效确定，即从40H～4FH开始编写，如图12所示显示功能的实现流程。开始初始化函数写指令函数(位写数据函数(数字和字符)结束4.3DS18B20温度传感器子程序4.3.1温度读取程序通过对传感器所接收到的相关温度信号完成切实有效的相关转换并加以处理即为该程序的功用所在，最终形成相应的数字信号形式输出。如图13所示为该部分的相关框图。图13DS18B20程序流程图如图14所示，显示屏读相关数据的基本框架，在完成上一步转换处理的基础之上，将该数字形式的相关信号输出读出来并在显示器当中呈现。开始初始化等待初始化完成启动温度测量等待转化完成读取高八位和低八位处理数据输出十进制整数结束4.7软件设计中的问题与分析4.7.1LCD显示程序的问题具体需要呈现在显示屏上的各项数据大致可以归纳为：风扇当前的档位情况、外部环境以及预置温度状况等，将相应的输出顺序进行切实有效的排布，不仅能够在一定程度上表明系统预置的合理程度，还能够使其数据完成良好的显示功能。在现实情况当中，相关的数据输出或多或少都会存在延时的现象，这就需要针对于所编写出的程序进行切实有效的调试工作，依次逐步清理各种各种的故障问题，将延迟现象进行最大限度的压缩。4.7.2DS18B20的显示程序问题本文所设计的系统大部分有效数据都会在DS18B20当中来呈现，在此过程当按下K1时，可调节TH,按下K2键TH加1,按下K3键TH减1。再次按下K1键可调节TL,按下K2键TL加1,按下K3键TL减1。如图所示。5.2温度传感器电路的调试通过主控芯片的P1.6实现DS18B20与其实现一定程度的通讯，单片机样板上的这些引脚VCC、P1.6、GND,均为插针连接形式的接口，仅需对其进行相应的插拔即可，操作相对便捷。通过对其进行外部加热的手段进行DS18B20的相关调试工作，结果表明显示屏上前两位数字明显增加，即可说明DS18B20与单片机完美兼容能够正常运行。在此过程当中还要注意DS18B20当中各个引脚之间的相对位置，切勿出现接反的现象造成芯片损坏。5.3电机电路的调试通过对相关温度的预设数值进行变更，去观察风速是否发生改变也就是说其转速有没有变，根据观察结果表明，电机电路达到预期的效果。其中TH为一档二挡切换温度界限，T为系统检测温度，TL为电机启动温度。当T大于TH则为二挡，否则为一档。当T大于TL,电机启动，T小于TL,电机停止。调试数据如下表。根据观察结果表明，电机电路达到预期的效果。TP0000221122212210002212211表1对软硬件进行了相应的检测但糟糕的事仍然没有解决，其次，利用桥式电路随后基于红外探测技术进行相关温度信号的识别工作并完成与预设值之间相关人员存在，并且实测温度高于某一预定数值的条件下，电机才会相应运转。其中风扇当前的档位情况、外部环境以及预置温度状况等还能够相应显示出来，5.6.2系统功能分析温度采集电路是确保该系统稳定运行的重中之重，首先就要进行外围温度检测，间接控制主控芯片完成调速；其次重要的就属过主控芯片将PWM在一定程度上实现平均电压转化，来具体执行电机相关转速控制，再有就是LCD1602显示功能需要实施有效显示当前内部与外部温度作.2003.9:13-15.[2]郭天祥.新概念51单片机C语言教程[M].北京：电子工业出版社.2009.342-344.[3]蓝厚荣.单片机的PWM控制技术[J].工业控制计算机.2010.23(3):97-98.[4]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M](第2版).北京：清华大学出版社.2004.49-77.[5]胡全.51单片机的数码管动态显示技术[J].信息技术.2009.13:25-26.[6]李钢，赵彦峰.1-Wire总线数字温度传感器DSI8B20原理及应用[J].现代电子技术.2005.28(21):77-79.[7]马云峰.单片机与数字温度传感器DS18B20的接口设计[[J].计算机测量与控制.2007.10(4):278-280.[8]王会明，侯加林.智能电风扇控制器的研制[J].电子与自动化.1998.5(4):[9]谭浩强.C程序设计[M](第三版).北京：清华大学出版社.2005.3[10]孙号.Proteus软件在设计电子电路中的应用[J].仪表技术.2009.8:74-75.[11]楼俊军.基于Proteus和Keil的单片机演奏乐曲的实现[J].科技信息.2010.23:50.[12]王文海，周欢喜.用Proteus实现51单片机的动态仿真调试[J].IT技术.2006,20:10-11.[13]丁建军，陈定方，周国柱.基于AT89C51的智能电风扇控制系统[J].湖北工学院学报.2003,18(2):60-63.[14]刘进山.基于MCS-51电风扇智能调速器的设计[J].DesignofIntelligentEl(Class1Gread2015Physics,WeinanNorm