【基于单片机暖气智能温控系统设计9500字（论文）】

[15]。方案三，采用L9110H进行驱动，它是专门为控制电机转动的速度和方向，以及为提高电机动力而设计的元件。它具有两通道，能够做到放大功率，并且它是一种专业作用的集成化电路模块。它主要集成在单片的IC上，具有较为分立的电路。针对上面的三种方案，若是采用方案一，因为L298N内部已经设置有了5V供电，它并不需要外来的5V输入，而且为了保证L298N的稳定，不便再去使用5V的电源来为单片机进行必要的供电。而且L298N的体积较大，会占用电路板上较大的空间。若采用方案二，因为电动机的电阻较小，所以说电流就会变得很大，分压之后不能够提高能效而且还会使得电路的设计更加的复杂。方案三，L9110H的价格便宜，可靠性高，体积小，电路设计也较为简单。综合考虑之下选择了L9110H作为本设计的驱动模块。图3-7L9110H3.6电机模块本设计采用了一个直流无刷电机来作为本次设计的电机模块。直流无刷电机是同步电机的一种类型，转子跟随着旋转磁场进行运转，它的运动与施加在绕组上的交流电压同步。这种电机被称为无刷直流电机，因为它可以取代无刷直流电机在许多应用。无刷直流电机体积小，重量轻，可靠性高且稳定。3.7按键电路模块单片机通过独立按键来对温度的上下限值与自动挡手动挡切换进行设定和控制，当按键按下时，与按键连接的单片机I/O口接地，给单片机提供一个低电平信号实现控制。该注意的是，按键在实物容易出现按键抖动问题，这容易造成单片机对控制信号的误识别。因此，要采用软件延迟的方法来去除按键抖动。过程如下：a.先设置I/O口为高电平b.读取I/O口电平确认是否有按键按下c.如有I/O电平为低电平后，延时几个msd.再读取该I/O电平，如果仍然为低电平，说明对应按键按下e.执行相应按键程序本次设计使用4个独立按键分别为温度更改，增加、减少温度或档位和自动挡手动挡切换。图3-8按键电路4软件设计在完成暖气温控系统的硬件设计后，还需要设计其软件来配合实现暖气智能温控系统的运行。本章将在暖气温控系统的硬件设计的基础上进行软件的设计。在硬件设计中，暖气温控系统的主控芯片采用的是STC89C52单片机，整个软件设计将采用C语言进行编写，并使用模块化设计。整个软件结构由按键模块，显示模块，WIFI模块，温度测量模块，电机模块。本次软件设计采用Keil进行编写，该软件具有一套完整的开发方案，在程序编写成功后，生成hex文件可通过开发板直接烧写给单片机，在程序需改与调试时很方便。4.1软件设计总体思想软件设计总团思路主要包括主程序、DS18B20初始化、DS18B20温度转换、温度读取、按键扫描、LCD1602液晶显示器显示、电机控制及ESP8226无线通信。由DS18B20的初始化函数来完成对DS18B20的初始化；根据DS18B20温度转换函数来完成对周围环境温度进行实时的测量；温度读取函数会读取并转换由主机对温度传感器测得的数据，按键扫描函数会根据按键的按下与否完成初值的设定；温度处理函数会对由DS18B20采集到的温度进行处理，为电机转速的进一步变化提供必需的条件；暖气电机控制函数则根据温度的数值完成对电机转速及启停的控制；ESP8226无线通信函数把温度数据上传到手机APP。主程序流程如图4-1所示。开始开始程序初始化调用DS18B20初始化函数调用DS18B20温度转换函数调用温度读取函数调用按键扫描函数调用LCD1602液晶显示函数调用电机控制函数调用ESP8226无线通信函数结束图4-1主程序图4.2DS18B20温度读取设计系统通上电之后，传感器开始工作。首先通过P3.6检测STC89C52单片机是否发出了读取信号，然后DS18B20对单片机信号做出响应，将信号传给单片机。DS18B20温度读取流程图如图4-2所示：图4-2DS18B20温度读取函数流程图4.3按键模块设计按键模块是人机交互的端口，该模块使用了单片机的4个接口。他们分别是设置键，增加，减少和模式转换键，分别于单片机的P3.2，P3.3,P3.4,P3.5相连。 此设计中按键电路的功能并不复杂。当本设计通上电之后,系统会实时的检测有没有按键按下，按下之后延迟10ms，然后会做出相应的改变。具体流程如图4-3所示：图4-3按键扫描流程图4.4LCD1602液晶显示器显示设计LCD1602启动之后，首先要初始化，之后和单片机进行双向通信，单片机控制显示屏亮度以及显示的内容，延时一定时间，将检测到的温度显示在LCD1602上。设置温度上下阈值时，根据人对按键的操作，实时地变换数值。单片机操控写入引脚写入要显示内容的命令。之后显示屏执行指令，将内容显示出来。LCD1602显示流程图如图4-4所示：图4-4LCD1602初始化流程图4.5电机控制设计电机由PWM控制。本设计设置了电机3个档位，0档位停止转动，1档位中速转动，2档位高速转动。首先是PWM的初始化，给一些变量赋值，然后是中断服务，当单片机下达地命令变化后变量值发生变化，然后实现电机转速大小的变化。4.6ESP8266无线通信设计当ESP8266模块和单片机连好之后，给无线模块供电，ESP8266模块的开关会打开。首先是进行串口的初始化，在这之后单片机开启总中断，当信号输出之后，就进入总中断，然后再开启串口中断，当需要发送数据的时候，就会进入串口中断。之后启动定时器1，一定时间后会发送温度，然后设置串口的工作方式，这里设置1，最后给定时器设置初值，整个流程进行完毕。串口的作用就是将单片机和ESP8266无线模块之间进行通信，它会将测到的温度发送给手机，并且能够在手机App上实现动态的变换。ESP8266通信的流程如图下4-5所示：图4-5ESP8266无线通信流程图5系统调试5.1实物焊接对于焊接部分，首先是考虑各个元件的大小尺寸，将元件放在合适的位置，使得整个设计看起来恰当合理。根据原理图，将LCD1602与电机放在最上方，其次是单片机，蜂鸣器，接下来是DS18B20，WIFI模块和L9110H，最后是按键。总体是分为四个部分，看起来简介美观。实物如下图5-1所示：图5-1实物图5.2实物测试在编写完代码并且完成焊接之后进行实物测试。本设计可以实现单片机实时地检测周围环境温度的变化，然后再根据环境温度的变化来控制直流电机输入占空比的变化，从而实现转速大小的变化。使用按键调整温度阈值的大小，使设置的温度满足人们冬天室内温度的需求。如果环境温度高于设定温度上限，单片机相应的输出端口输出不同占空比的PWM信号，就会控制电机停止转动，此时档位为0，使得周围温度慢慢的降下来。如果环境温度低于设定温度下限时，电机就会高速地旋转，此时档位为2，从而使周围环境的温度升高，当温度上升到我们设定的温度范围之内时，电机自动减速，从档位2下降到档位1，保持中速转动。还可以通过WIFI与手机互通，将测得的温度传送到手机上方便人们实时查看。图5-1按键电路按键如图5-1所示，当同上电源之后，按下最左边的白色按键开启系统，通过右边四个按键可以进行对温度阈值的设定以及电机转速的选择，这四个按键分别是设置键，增加，减小，模式切换。增加和减少不仅可以对温度的大小进行加减，而且还可以对档位的大小进行加减。图5-2温度更改如上图5-2所示，当按下左边第一个控制按键，温度下限的25的个位5开始闪烁，也就是说我们要对温度下限做出改变，当按下第二个按键则温度增加1度，就会变成26，若当个位为9时，我们再按下温度+1的按键则个位变成0，十位自动加一。第三个按键是温度减一，当我们按下之后设定的温度会减一，当个位为0时，再按下减一键则个位变成9，十位自动减一。当我们按下第四个按键时，Aut0会变成Manu，即自动挡变成手动挡，我们可以根据自己的需要选择需要的电机转动档位，如下图5-3所示。图5-3手动挡选择如上图5-3所示，当我们按下切换键后自动挡变成了手动挡，当前由DS18B20测得的温度为27℃，温度的上下限为25，30摄氏度，CIF：2表示当前电机的档位在2挡。27℃在25-30℃之间，正常的自动挡情况下LCD1602会显示CIF：1，因为此时我们选择的是手动挡，并且加了一档转速所以才会显示CIF：2。图5-4温度高于上限如图5-4所示，当温度为34摄氏度时，明显高于了所设置的上限33摄氏度，所以显示CIF：0，此时为自动挡Aut0，电机停止转动。图5-5温度低于下限如图5-5所示，此时的温度为30℃，低于温度下限31℃，此时显示CIF:2,此时电机的转速为2挡，右上角显示Aut0表示当前是自动挡，即当温度低于了温度下限，系统自动选择了2挡来升高温度。图5-6WI-FI显示如上图5-6所示，当我们通上电开启系统后，LCD显示屏会先显示我们的WI-FI名称为ESO8266_xiaoyu以及下面显示的是此WI-FI的密码0123456789。图5-7IP与端口如上图5-7所示，在打开系统之后按下第四个按键，就会出现上图所示画面，它显示的是我们要使用的Server地址192.169.1.110，以及端口数值5000。图5-8手机APP显示如上图，当我们连上由WI-FI模块发出的WI-FI信号，打开开关，就会在手机APP上显示连接中，已连接。如果我们没有连接到WI-FI而直接打开开关的话就会显示连接中，然后链接失败。如图，我们可以看到一大串的数据，这些数据是由此系统给手机APP发送的实时的温度信息，此时当前环境温度为27摄氏度。图5-9手机通信如上图5-9所示，我们可以看到当前LCD1602显示屏上的温度为27摄氏度。手机连上WIFI，通过调试工具输入Server地址和端口与单片机实现通信。手机上显示的T:27即当前所测量的温度为27摄氏度。5.3实物功能分析本设计由七部分组成，分别是单片机、按键电路、LCD1602显示、温度检测、电机驱动、WI-FI电路和电机。首先是温度检测，它能够实时地检测周围的温度并且能够做到实时的显示，清晰明了，但是它只能够显示测量温度的整数部分，不能把小数部分也显示出来。然后是电机驱动，它根据单片机发出的信号进行电流大小的变化来控制电机转速的大小。然后是WI-FI模块，它产生WI-FI信号，通过手机连接到此WI-FI，通过APP能够做到实时地传输数据，可以很方便的观察。按键电路能够做到更改温度阈值与档位大小的改变，并能够切换模式，当按下按键后，蜂鸣器会响，指示灯会亮。结论本系统的设计从硬件选择和软件编写，再到MCU开发板调试，直至最后的电路板的焊接，每个过程都充分用到了大学课程里所学的知识，整个知识体系的过程融为一体。该系统以STC89C52为控制核心，采用DS18B20来确定环境温度，并能根据环境温度的变化调节不同加热器的转速。在一定的范围内，可实现连续调速。LCD1602液晶显示器不仅可以连续稳定地显示环境温度和设定温度，还可以通过独立的按钮设定不同的设定温度，进而改变环境温度和所设定温度的差值，进而改变电机转速，实现了基于单片机的温度控制系统的设计。本设计的优点是可以实时的检测到室内的温度并能够通过WIFI传送到手机上，可以方便的观察到室内的温度，其次是本设计有手动挡调节也有自动挡的调节，当温度在设置的范围内时，如果我们还想要升高温度的话就可以通过手动挡进行调节。本设计的缺点是不能够显示所测得的具体数值，只能够显示整数部分，其次是不能够通过手机进行设置温度上下限，需要手动的修改。参考文献李慧.芬兰Leanheat创始人JukkaAho：为城市供暖装上“智慧大脑”，经济与管理科学，2021，P47-50；靳文睿，张靖，曹祥，张春路.采用城市供暖管网低温回水的热泵供暖系统性能分析，工程科技Ⅱ辑，2020，P66-69;麻少轩，岳巨恒，曹凤才.城市分户供暖系统的研究，信息科技，2020，P169-171;张白璐.城市供暖智能系统研究，工程科技Ⅱ辑，2020，P1-2；潘峰.浅谈城市供暖工作存在的问题与建议，工程科技Ⅱ辑，2020，P185;于培旺.单户的热水暖气原理与安装，工程科技Ⅱ辑，1987，P47-49;张绪强，韩坚洁，夏普凯特·买买提.基于AT89C51单片机的智能浇花系统设计[J].产业与科技论坛，2019,18（13）：44-45.楚二蒙，施其国，何守鑫.单片机的多点温度显示和报警系统设计[J].电子测试，2019（6）：28-29.李进东，熊宇，苏康友.基于单片机的温控风扇设计[J].信息与电脑（理论版），2019（11）：124-125.历俊.基于单片机的智能温控风扇系统的设计与实现[J].智能