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基于 51 单片机 智能 温控 风扇 设计 说明书

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内容简介：

附件6 中期报告（学生用表）系（部）： 专业： 班级： 学生姓名 学号 指导教师 课题名称基于51单片机的智能温控风扇设计自上交开题报告之后，针对毕业设计所要研究的内容，展开了一系列的具体工作，具体工作如下：首先，查找与论文所研究的内容相关的期刊、文章或者其他前人所做的设计。在图书馆中翻阅了一部分书籍，还有一些所需的资料图书馆没有收藏，所以就在学校官网的电子图书馆查阅期刊，了解了单片机的种类和应用，掌握了单片机的工作原理，理清了我的设计方案和技术路线。目前已经完成的工作有：查找、阅读相关文献，明确思路；各个单元模块的设计及硬件选型；系统原理图的绘制及系统图的搭建；完成了部分软件程序的编写。目前我存在的问题是1. 在电路设计方面还存在一定的欠缺；2. 在软件和编程方面还存在一些不足；3. 在电路的接入和调试方面不熟练；4. 论文各部分之间的衔接不够强，有的地方缺少逻辑性；解决方案：我将去图书馆查找有关的专业书籍或者学校的电子图书馆，找到与该论文有关的资料，借鉴和提升自己的能力，我会查找上学期老师讲过的课本，重新找到我设计的智能温控风扇的有关知识；最后熟悉边缘知识，做到细心、耐心，算对每一个关键数据，对于写作过程中遇到的具体难题要多向指导老师请求援助。 下一步主要是弄清楚我的智能温控风扇设计的软件设计的准确和硬件设计的合理，他是如何实现我预想的工作流程，通过上学期学习的单片机原理及应用和可编程控制原理与应用技术，设计出控制系统，再进行硬件的调试，对已完成的论文修改稿进行多次审阅，从内容、结构、用语及格式等方面给予修改，在前人的研究成果上进行深度解读与分析，在这个基础上才能更好的完成该篇总结性论文。指导教师对前期工作的评价：指导教师签名：年 月 日注：1、本表可根据内容续页；2、指导教师评价及签名手写，其他内容电子版填写。附件3 任务书（指导教师用表）系（部）： 专业： 班级： 学生姓名 指导教师姓名 论文（设计）题目基于51单片机的智能温控风扇设计下达任务日期 任务起止日期 主要研究内容及方法1、完成用单片机控制电风扇电机工作；2、利用单片机内部定时器实现电风扇定时时间的设定；3、完成以51单片机为控制核心，根据环境温度与设定温度的差值自动调整风扇电机的转速，同时在显示屏实时显示当前环境的温度值。主要任务及目标1、设计一个智能温控风扇系统，根据环境温度与设定温度的差值控制风扇的启动及转速；2、可以实时显示当前的温度值；3、配备一个红外探头，探测出风扇范围内是否有人，来控制风扇的启停。主要参考文献1邹于丰.基于AT89C51单片机的温控器系列J.电子世界,2011年，第五期.2张海龙.基于单片机的风扇控制系统J.网络与信息,2009年,第四期.3潘勇、孟庆斌.基于DS18B20的多点温度测量系统设计J.电子测量技术，2008（9）.进度安排各阶段工作任务起止日期查阅文献，明确思路，制定设计方案，完成开题03.05-3.10硬件电路搭建，软件编程，完成初稿03.11-4.08系统调试或软件仿真，参加中期答辩04.09-4.15修改完善,完成论文终稿，制作出实物，准备答辩04.16-5.26任务下达人签名任务接收人签名教研室指导小组组长签名系部领导小组组长签名注：1、本表可根据内容续页； 2、本表一式两份，学生、系部存档各一份；3、签名需手写，其他内容电子版填写。附件7工作中期检查记录系（部）： 专业： 班级： 姓名 学号 指导教师 检查主要内容自上交开题报告之后，针对毕业设计所要研究的内容，展开了一系列的具体工作，具体工作如下：首先，查找与论文所研究的内容相关的期刊、文章或者其他前人所做的设计。在图书馆中翻阅了一部分书籍，还有一些所需的资料图书馆没有收藏，所以就在学校官网的电子图书馆查阅期刊，了解了51单片机的种类和应用，也清楚了设计路线。现在已经进入毕业设计的中期，目前已经完成的工作有：查找与论文相关的文献；各个单元模块硬件的选取；各部分电路的设计；软件的设计；硬件的调试。指导教师是否到位，有无指导记录，记录情况如何等。指导教师每个星期有固定的时间和学生见面交流，进行指导，检查设计完成的情况，并提出自己的建议，解决在设计过程当中遇到的各种问题和不足，平时也会用微信联系，解决学生设计中的问题，并作记录。目前存在的问题是1. 在电路设计方面还存在一定的欠缺；2. 在软件和编程方面还存在一些不足；3. 在电路的接入和调试方面不熟练；4. 论文各部分之间的衔接不够强，有的地方缺少逻辑性；解决方案：将去图书馆查找有关的专业书籍或者学校的电子图书馆，找到与该论文有关的资料，借鉴和提升自己的能力，查找上学期老师讲过的课本，重新找到设计的智能温控风扇的有关知识；最后熟悉边缘知识，做到细心、耐心，算对每一个关键数据，对于写作过程中遇到的具体难题要多向指导老师请求援助。毕业论文（设计）工作领导小组意见组长签名：年 月 日注：1、本表可根据内容续页；2、领导小组意见手写，其他内容电子版填写。附件5开题报告（学生用表）系（部）： 专业： 班级： 课题名称基于51单片机的智能温控风扇设计指导教师 学生 学号 1、 课题的来源及意义电扇是人们日常生活中常用的降温工具，从开始的吊扇到现在的USB风扇，无处不见电扇的踪迹。虽然如今空调已经走进千家万户，但是电扇的地位还是无可取代，作为一种节能环保，并且廉价简单的降温工具，电扇在很多人家中依旧发挥着自己独特的作用。为了顺应时代潮流，各种多功能的风扇逐渐在取代传统风扇。单片机作为一种智能化程度高，控制精度高，操作简单，廉价易得，抗干扰能力强等特点的产品，越来越多的应用于智能化产品之中。市场上智能风扇产品相继问世，制作方法也多种多样，功能也逐渐完善，普遍都具有了手动变速和定时关闭等功能，相对而言，具备人性化，智能化的风扇还是很少，使用也并不广泛，而且在电子工艺高度发展的今天，智能化的步伐也越来越快，尤其是在中国这个高速发展的国家，电扇的智能化也该向前迈进一个步伐。在现阶段，温控风扇的研究已经具有一定的规模了，传统电风扇具有以下缺点：风扇不能随着环境温度的变化自动调节风速，这对那些昼夜温差大的地区是致命的缺点，尤其是人们在熟睡时，不但浪费资源，还很容易使人感冒生病；传统电风扇机械的定时方式常常会伴随着机械运动的声音，特别是夜间影响人们的睡眠，而且定时范围有限，不能满足人们的需求。鉴于这些缺点，我们需要设计一款智能的电风扇温度控制系统来解决。温控风扇系统，是根据当时温度情况去自动开通和关闭电风扇，能很好的节约电能，同时也方便用户们的使用，更具人性化。而且温控风扇系统在工业生产、日常生活中都有广泛的应用，如在工业生产中大型机械设备的散热系统，或限制笔记本电脑上的智能CPU风扇等，基于单片机的温控风扇都能够根据环境温度的高低自动启动或停止转动，并能够根据温度的变化实现转速的自动调节，在现实生活中具非常广泛的用途，因此它的设计具有一定的价值意义。2、 国内外发展状况及研究背景目前，温控风扇的设计已经有了一定的成效，可以使风扇根据环境温度的变化进行自动无级调速，当温度升高到一定时能自动启动风扇，当温度降到一定时能自动停止风扇的转动，实现智能控制，如现在笔记本电脑中广泛应用的智能CPU风扇。还可通过无线通信，实现远程控制。温控风扇已广泛用于工业控制和生产生活中。 随着技术的进步，温控风扇将会得到进一步的发展，不断提高其智能控制的精确度，不断的降低其运转的噪音，甚至实现零噪声，不断的降低功耗以节能，以及充分提高其集成度使其嵌入到更多的机械设备中将是其发展的趋势。而本设计基于对人性化与智能化相结合的考虑，同时基于对价格的考虑，决定制作一个基于51单片机的智能温控风扇，该风扇具有随温度自动调节风速的功能，并且在无人时可以自动关闭，而且可以根据每个人的不同情况来设定基准温度，从而实现了人性化与智能化的双重目标。三、研究目标及内容1、设计目标：利用温度传感器DS18B20来检测当前环境温度，并直接输出数字温度信号给51单片机，实时温度显示在数码管上。将检测到的温度转化为数字信号，单片机对输入的数字信号进行分析处理，当感应到人体温度高于上限值时，风扇全速旋转；当温度低于下限时，风扇停转；当温度处于上限值与下限之间时，风扇转速越慢，当人走30秒后自动关闭风扇。设置温度辅以3个可调按键，一个设置键，一个提高设置温度，一个降低设置温度，设置温度的精准度能达到小数型式，检测到的环境温度也可以精确到小数点后一位。本系统还配备一个红外探头，探测出风扇范围内是否有人，若无人则不会开启或自动关闭风扇。系统的组成框图如图1所示。按键电路温度传感器人体感应模块AT89C51单片机驱动风扇温度显示图1 系统组成框图本设计主要分为硬件部分的设计、软件部分的设计以及系统调试。（1） 硬件设计：完成系统的硬件电路设计及系统原理图（2） 软件设计:用单片机C51语言进行编程，采用Keil Software公司的软件Keil uVision2进行程序的编辑调试。（3） 系统调试：软件调试部分分别进行按键显示部分的调试、传感器DS18B20温度采集的调试以及电动机调速部分的调试。硬件调试同样也分别进行按键显示部分的调试、传感器DS18B20温度采集的调试以及电动机调速部分的调试。四、本课题研究方法及进度安排研究方法：在合理的理论分析的基础上，设计出各个模块电路，制作实物。进度安排：2018年3月05日3月10日：选题、广泛收集整理资料、撰写开题报告，并完成总体方案设计，请导师检查开题报告。 2018年3月11日4月08日：硬件电路搭建，软件编程，完成论文初稿，请导师批改并修改完善。 2018年4月09日4月15日：系统调试或软件仿真，参加中期答辩。 2018年4月16日5月18日：修改完善,完成论文终稿，制作出实物。2018年5月19日5月26日：论文终审答辩，最后修订毕业论文。5、 研究方案的可行性分析和已具备的研究条件1、控制器的选择课题的控制器核心是51单片机芯片，控制核心对设计起着举足轻重的作用，所以我在以下两种方案中选择：(1) AT89C51单片机的指令简单，易学易懂，外围电路简单，硬件设计方便，io口操作简单，无方向寄存器，资源丰富，一般设计足够用了，价格便宜、容易购买，资料丰富容易查到，程序烧写简单，比较适用本设计。（2） AVR单片机技术体现了单片机集多种器件(包括FLASH程序存储器、看门狗、EEPROM、同/异步串行口、TWI、SPI、A/D模数转换器、定时器/计数器等)和多种功能(增强可靠性的复位系统、降低功耗抗干扰的休眠模式、品种多门类全的中断系统、具输入捕获和比较匹配输出等多样化功能的定时器/计数器、具替换功能的I/O端口)于一身，充分体现了单片机技术的从“片自为战向“片上系统SoC过渡的发展方向，但是指令系统复杂，位操作不方便。故排除次方案。2、温度传感器的选择要检测温度变化的方案有多种但是此设计对于温度变化有严格的要求，如果检测有较大的出入则次设计就失去了实际的“智能”功能，所以我们在下列两方案中选择： （1）要检测环境温度我们可以选择实验室最常见的热敏电阻，并通过运算放大器放大以得到的数据作为处理依据，原理：理工生应该很了解，热敏电阻的变化曲线是怎么样的，不是直线的，是曲线，不是一元一次方程，所以误差相当大，其中检测到的电压变化要通过模数装换变成数字信号，但是我们所得到数字信号比较弱，几乎很难识别，所要我们需要进行放大再处理一下然后传入芯片中。（2）我们所选的DS18B20在检测温度来说是相对有优越性的，虽然价格方面是贵一点，但是还是在接受范围内，在温度分辨率的误差方面是把热敏电阻甩出了九条街，在精细方面没有可比性，检测出的数字信号可以通过I/O口传给微处理器。方案（一）热敏电阻是我们在实验室就可以轻易找到的普通电器元件，很实用，很便宜，所以我们需要考虑的是它是否适合我们的设计，对于温度检测的灵敏率是否达到要求，经过实验验证热敏电阻对环境温度的测量，精细度方面很差，在某个范围内，误差极大，大家所知热敏电阻的“电阻时间”关系不是直线而是曲线，所以在微小的温度变化下有可能造成极大的误差，而且很难通过电路来调制，我们所在的环境温度变化不会很大在短时间内，故该排除本方案。方案（二）经过实验验证对比DS18B20代替热敏电阻作为温度检测器在一定的温度范围内有极大的优越性，极大的降低了误差DS18B20能更好的检测温度的变化率，因为其两者之间的检测原理有着本质的不同，DS18B20的温度分辨力很高，而且抗干扰能力极强，符合本设计的需求，而且价格在接受范围内。3、显示器的选择方案（一）：采用LCD液晶显示屏显示温度。用LCD液晶显示屏显示温度，如果不考虑价格问题，对比方案（二）是更加美观而且方便的，但是实际问题是价格偏高，而且并不是有硬性需求，所以放弃此方案。方案（二）：采用四位LED共阳极数码管显示温度。选用此方案即在意料之外又是合情合理，打动大家的说服力只有一个而已“便宜”在价格上两者之间相差极大，但是LED数码管在不考虑美观的前提下也能完成所需功能，所以LED数码管得到了很广泛的应用。当然这不是说它没缺点，如果如何优秀，LCD液晶显示屏也就没有存在的理由，其动态扫描的显示方法，由于人眼的视觉暂留时间为20MS，而且LED数码管是逐个点亮的，因此会产生闪烁，但是人眼无法分辨闪烁问题，因此只要描频率设置得当即可采用该方案。4、调速方式的选择 PWM可以说是一种对方脉冲宽度进行调制的技术，全名为脉冲宽度调制，利用微处理器对模拟电路可以对模拟电路进行控制。主要是用在测量或者通信等控制与变换的领域中。作为一种模拟控制方式，PWM调制，可根据相应的载荷变化做相应变化，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，让电源输出达到稳压状态，使电压保存稳定状态保证机器的工作状态，PWM是用微处理器对模拟电路进行控制的一种有效技术。PWM控制技术以其控制简单，最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。6、 参考文献1邹于丰.基于AT89C51单片机的温控器系列J.电子世界,2011年，第五期.2张海龙.基于单片机的风扇控制系统J.网络与信息,2009年,第四期.3潘勇、孟庆斌.基于DS18B20的多点温度测量系统设计J.电子测量技术，2008（9）.4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，2005.2.5张毅刚.新编MCS-51单片机应用设计.哈尔滨工业大学出版社，2006,10.6胡汉才.单片机原理及其接口技术，清华大学出版社,2004.7王会明、侯加林.智能电风扇控制器的研制J,电子与自动化，1998,5.8梁廷贵、王裕琛.可控硅触发电路语音电路分册M.北京：科学技术文献出版社，2003.9陈富忠、翁杜琴.智能温控调速风扇的设计J.上海电机学院学报，2009（4）10韩志军.单片机系统设计与应用实例.机械工业出版社，2010,02.11肖洪兵. 跟我学用单片机. 北京：北京航空航天大学出版社,2002.8.12冯先成，单片机应用系统设计，北京航空大学出版社，2009.13李广第 单片机基础 第1版北京：北京航空航天大学出版社，1999. 14夏继强. 单片机实验与实践教程. 北京：北京航空航天大学出版社, 2001.指导教师意见：指导教师签名： 年 月 日注：1、本表可根据内容续页；2、指导教师意见及签名手写，其他内容电子版填写。附件4指导记录（指导教师用表）系（部）： 专业： 班级： 姓名 学号 指导教师 职称/学位 毕业设计题目基于51单片机的智能温控风扇设计日 期指导内容存在问题指导学时数20180305首次小组指导，课题下达，指导老师根据实际情况安排毕业设计课题的分配，并详细介绍了设计中的注意事项，布置了开题报告不确定自己的实际情况，不好定题。2学时20180309指导老师检查每个同学的开题报告，指出各个同学的不足，提出修改意见。没有找到足够的参考资料，不足以定题。2学时20180316指导老师再此检查开题报告，确定无误以后，开始讲解设计章节安排，布置下一阶段的任务。思路不是很清晰。2学时20180320听取各个同学对自己课题设计思路的阐述，老师指出其中的不足之处并对每个同学的课题的重点进行详细解释.论文结构的一些细节问题不是很清楚。2学时20180323对各个同学目前主要设计的东西进行分析，让同学们有了清晰的思路。控制器的选择存在问题。2学时20180330主要对论文的结构进行指导，并对论文的格式进行说明。论文结构的一些细节问题不是很清楚。2学时20180406指导学生完成论文的初稿，并说明接下来论文完成方向。论文初稿方向不明确，各章节内容过乱2学时20180413指导学生论文初稿的批改，包括内容是否与论点和论题相关，论点的阐述是否完整等，指导学生文章中逻辑混乱的地方。论文中逻辑有混乱的地方2学时20180420检查学生论文初稿的修改情况。论文中有常见的语法错误2学时20180425指导学生进行毕业论文中期检查，并完成论文第二稿的批阅和修改。主要指导学生第一稿中尚未修改的遗留问题。论文中的格式有些和要求不符，需要进一步修改2学时20180428查看学生完成论文情况，定下论文的终稿。写论文当中出现瓶颈，思路紊乱2学时20180504查看论文的查重情况。论文的查重过高2学时20180511指导完成论文终稿的降重问题，并解决学生提出的问题。