《基于-AT89C51智能电风扇调速器设计gai》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于-AT89C51智能电风扇调速器设计gai（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、. 基于AT89C51电风扇智能调速器的设计 摘 要本文介绍了一种基于AT89C51单片机的电风扇智能调速器的设计，该设计以AT89C51控制器为核心，巧妙利用温度传感器电路，及时而准确的采集环境温度，利用双向晶闸管对电机进行无级调速，把智能控制技术用于家用电器的控制中，用人体周围的环境温度对风扇进行温控。关键词：单片机；红外遥控；温度传感器；智能控制。1 系统概述1.1 AT89C51单片机简介AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内4bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATME
2、L公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大。AT89C51单片机可灵活应用于各种控制领域。AT89C51单片机提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时、计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51单片机可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时、计数器，串行通行口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止
3、其它所有部件工作直到下一个硬件复位。1. 2 本设计任务和主要内容本文以AT89C51单片机为核心，通过数字温度传感器对外界环境温度进行数据采集，从而建立一个控制系统，使电风扇随温度的变化而自动调节档位，实现“温度高、风力大、温度低、风力弱”的性能。另外，通过红外发射和接收装置及按键实现各种功能的启动与关闭，并且可对各种功能实现遥控，用户可以在一定范围内设置电风扇的最低工作温度，当温度低于所设置温度时，电风扇将自动关闭，当高于此温度时电风扇又将重新启动。本设计主要内容如下：(1)风速设为从低到高共5个档位，可由用户通过键盘和遥控手动设定。(2)每当温度降低2,则电风扇风速自动下降一个档位。(3
4、)每当温度升高2,则电风扇风速自动上升一个档位。(4)用户可以设定电风扇最低工作温度，当低于该温度时，电风扇自动停转。2 系统原理2.1 系统总体设计数字温度传感器键盘功能输入遥控功能输入AT89C51电机调速输出显示控制输出图1 系统总体结构框图2.2 控制装置原理传统电风扇供电采用的是220V交流电，电机转速分为几个档位，通过人工手动调整电机转速达到改变风速的目的，亦即，每改变一次风力，必然有人参与操作，这样就会带来诸多不便。本文介绍了一种基于AT89C51单片机的智能电风扇调速器的设计，该设计巧妙利用红外线遥控技术、单片机控制技术、无级调速技术和温度传感技术，把智能控制技术应用于家用电器
5、的控制中，将电风扇的电机转速作为被控制量，由单片机分析采集到的数字温度信号，再通过可控硅对风扇电机进行调速。从而达到无须人为控制便可自动调整风速的效果。3 系统主要硬件电路31 温度检测和显示电路可以选用LM324A运算放大器作为温度传感器，将其设计成比例控制调节器，输出电压与热敏电阻的阻值成正比，但这种方案需要多次检测后方可使采样精确，过于烦琐。所以我采用更为优秀的DS18B20数字温度传感器，它可以直接将模拟温度信号转化为数字信号，降低了电路的复杂程度，提高了电路的运行质量。3.1.1 DS18B20的温度处理方法DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改
6、进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现912位的数字值读数方式。可以分别在93.75 ms和750 ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源，因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。 DS18B20简介：（1）独特的单线接口方式：DS18
7、B20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。（2）在使用中不需要任何外围元件。（3）可用数据线供电，电压范围：+3.0 +5.5 V。（4）测温范围：-55 +125 。固有测温分辨率为0.5 。（5）通过编程可实现912位的数字读数方式。（6）用户可自设定非易失性的报警上下限值。（7）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。（8）负压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。单线（1wire)技术：该技术采用单根信号线，既可传输时钟，也能传输数据，而且是双向传输。适用于单主机系统，主机能够控制一个或多个
8、从机设备，通过一个漏极开路或三态端口连至该数据线，以允许设备在不发送数据时能释放该线，而让其他设备使用。单线通常要求外接一个5K的上拉电阻，这样当该线空闲时，其状态为高电平。主机和从机之间的通讯分成三个步骤：初始化单线器件、识别单线器件和单线数据传输。单线1wire协议由复位脉冲、应答脉冲、写0、写1、读0、读1，这几种信号类型实现，这些信号中除了应答脉冲其他都由主机发起，并且所有指令和数据字节都是低位在前。DS18B20直接将测量温度值转化为数字量提交给单片机，工作时必须严格遵守单总线器件的工作时序。温度值/ 数字输出（二进制） 数字输出（十六进制） +125 0000 0111 1101
9、0000 07D0H+85 0000 0101 0101 0000 0550H+25.625 0000 0001 1001 0001 0191H+10.125 0000 0000 1010 0010 00A2H+0.5 0000 0000 0000 1000 0008H0 0000 0000 0000 0000 0000H-0.5 1111 1111 1111 1000 FFF8H-10.125 1111 1111 0110 1110 FF5EH-25.625 1111 1111 0110 1111 FF6FH-55 1111 1100 1001 0000 FC90H表1 部分温度值与DS18
10、B20输出的数字量对照表3.1.2 温度传感器和显示电路组成本模块用更为优秀的DS18B20作为温度传感器，AT89C51单片机作为处理器，配以温度显示作为温度控制输出单元。整个系统力求结构简单，功能完善。电路图如图2所示。系统工作原理如下：DS18B20数字温度传感器采集现场温度，将测量到的数据送入AT89C51单片机的P3.3口，经过单片机处理后显示当前温度值，并与设定温度值的上下限值作比较，若高于设定上限值或低于设定下限值则控制电机转速进行自动调整。图2 DS18B20温度计原理图3.2 电机调速电路电机调速是整个控制装置中的一个相当重要的方面。通过控制改变双向可控硅的导通角，使输出端电
11、压发生改变，从而使施加在电风扇的输入电压发生改变，以调节风扇的转速，实现各档位风速的无级调速。3.2.1 电机调速原理双向可控硅的导通条件如下：(1）阳-阴极间加正向电压；(2）控制极-阴极间加正向触发电压；(3）阳极电流IA 大于可控硅的最小维持电流IH。电风扇的风速从高到低设为5、4、3、2、1档，每档风速都有一个限定值。在额定电压、额定功率下，以最高转速运转时，要求风叶最大圆周上的线速度不大于2150m/min。且线速度可由下列公式求得V=Dn103 （1）式（1）中，V为扇叶最大圆周上的线速度(m/min),D为扇中的最大顶端扫出圆的直径(mm)，n为电风扇的最高转速(r/min)。代
12、入数据求得n51555r/min,取n5=1250 r/min.又因为：取n1=875r/min。则可得出五个档位的转速值：n1=875r/min，n2=980r/min，n3=1063r/min，n4=1150 r/min，n5=1250r/min又由于负载上电压的有效值u0=u1 （2）式（2）中，u1为输入交流电压的有效值，为控制角。解得：(1) 当5=0时，t=0ms；(2) 当4=23.5时，t=1.70ms；(3) 当3=46.5时，t=2.58ms；(4) 当2=61.5时，t=3.43ms；(5) 当1=76.5时，t=4.30ms。上述计算出的是控制角和触发时间，当检测到过零
13、点时，按照所求得的触发时间延时发脉冲，便可实现预期转速。3.2.2 电机控制模块设计本模块电路中采用了过零双向可控硅型光耦MOC3041M ,集光电隔离、过零检测、过零触发等功能于一身,避免了输入输出通道同时控制双向可控硅触发的缺陷, 简化了输出通道隔离2驱动电路的结构。所设计的可控硅触发电路原理图见图3。其中RL即为电机负载，其工作原理是:单片机响应用户的参数设置, 在I/ O 口输出一个高电平, 经反向器反向后, 送出一个低电平,使光电耦合器导通, 同时触发双向可控硅, 使工作电路导通工作。给定时间内,负载得到的功率为: (3)式中: P 为负载得到的功率（ kW）; n 为给定时间内可控
14、硅导通的正弦波个数; N 为给定时间内交流正弦波的总个数; U为可控硅在一个电源周期全导通时所对应的电压有效值（V）; I 为可控硅在一个电源周期全导通时所对应的电流有效值（A）。由式(3) 可知,当U , I , N 为定值时, 只要改变n 值的大小即可控制功率的输出,从而达到调节电机转速的目的。图3 电机控制原理图3.3 遥控电路3.3.1 发射电路红外发射电路原理图见图4， K1K8是遥控键输入键，它是一个由编码器（BA5104）和红外发射电路组成的。AlA6键分别为“定时”、“风速”、“风类”、“ 摇头”、“ 照明”、“开/ 关”控制按钮。经对应开关发出的遥控指令，由脚D0输出经Q1和Q2
