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1、智能排气扇设计1安徽工业大学工商学院课程设计说明书课程设计名称： 测控系统原理与设计 课程设计题目：智能排气扇学 院 名 称： 工商学院 专业：测控技术与仪器 班级： 1041 班姓名（学号） 葛敬兵 柏华乐 都勇 评分： 教师： 郭华 2014 年 1 月 6 日智能排气扇设计2测控系统原理与设计 课 程 设 计 任 务 书20 13 20 14 学年 第 1 学期 题目 智能排气扇内容及要求以 STC12C5A60S2 为核心控制单元。采用抗干扰能力强，温湿度传感器 DHT11 感知浴室温度和湿度；通过烟雾传感器来反应浴室的烟雾情况，通过流量计来反应水流。系统通过 LED数码管和按键控制来
2、分别显示出温度、湿度，流量，转速等实时信息反馈给使用者。进度安排1. 布置任务、查阅资料、选择方案，领仪器设备 2. 领元器件、焊接、制作3调试、答疑4. 验收5. 写报告学生姓名：葛敬兵、柏华乐、都勇指导时间:2013 年 12月 30日 指导地点：教二 401任务下达 2013 年 12 月 25 日 任务完成 2014年 1月 6 日考核方式 1.评阅 2.答辩 3.实际操作 4.其它指导教师 郭华智能排气扇设计3智能排气扇设计摘要：本智能排气扇以 STC12C5A60S2 为核心控制单元，。采用抗干扰能力强，温湿度传感器 DHT11 感知浴室温度，结合烟雾传感器 MQ-2 感知浴室内的
3、有毒气体并达到报警提示的目的，通过流量传感器来反应水流，通过光电传感器来测试转速。系统通过 LED 显示了温度、湿度，等实时信息反馈给使用者。使用者通过单片机上键盘实现排气扇的显示控制。智能排气扇设计4目录1 前言 .52.1 试验任务 .62.1 总体系统设计 .62.2 微控制器方案 .73 单元模块设计 .83.1 单片机最小系统设计 .83.2MQ-2 烟雾传感器 .113.3DHT11 湿度传感 器 .123.4 总体电路布线 .123.5 模块连 接图 .143.6 流程图. 164 调试与仿真 .175 系统功能及参数 .186 设计总结 .197 附录附录(一).参考文献.20
4、 附录(二 ).实物硬件电路.20附录(三).源代码.30智能排气扇设计51 前言随着经济的发展，智能化渐渐步入普通百姓的家。现在市场上的各类智能化产品可谓层出不穷，最常见的有智能电饭煲，智能电冰箱和智能洗衣机等。所谓的智能化，其目的在于增加人与机器的互动，降低功耗，提升效率，尽量达到以人为本的目的。而本小组的作品“智能排气扇” ，就是遵循上述目的设计的。对于装有热水器的家庭来说，排气扇可谓必不可少的家电，然而它又却常常被人们所忽略而缺少维护。一把积满灰尘，随时都有可能罢工的排气扇，成了浴室的隐患。有鉴于此，本小组设计了智能排气扇，它能够对扇叶转速实时监控，异常报警，对热水开停检测，自动运行和
5、关闭。它的转速根据浴室温度而定，当有有害气体产生时，它能自动强制排气。有了它，你在浴室里再也没有后顾之忧。智能排气扇设计62 总体方案设计及选择2.1 试验任务设计并制作一个浴室用智能排气扇，能够实现：自动检测热水的开/闭，相应启动或停止排气扇工作；自动检测煤气是否有泄漏，相应启动或停止排气扇工作；自动检测室内温、湿度的高低，相应控制排气扇运转的强弱。2.2 总体系统设计本排气扇总体系统设计如上图所示，由微控制器为核心，通过检测传感器来判断排气扇的工作状态和获取必要数据，进而控制电机的工作。稳压电源为整个系统提供稳定的低微控制器水流温度测量 温湿度测量 流量控制 烟雾检测稳压电源 电机驱动键盘
6、输入 LED 显示智能排气扇设计7方案一：高性能单片机 ATmega16方案二：增强型 51 单片机 STC12C5A08S2压直流电。排气扇的人机交互由键盘和 LED 来完成。通过键盘，用户能执行基本的控制，而 LED 能把温度，湿度 等基本信息反馈给用户。2.3 微控制器方案性能要求：（1）较强的抗干扰能力（2）低功耗（3）硬件集成AD 及 PWM (4)较高处理速度（5）成本合理。方案比较：两款单片机均能较好地实行上述要求（详细电气参数请参见附录）但采用 51 内核的 STC12C5A08S2 具有比ATmega16 更稳定的市场来源，更低的成本（前者的约为后者二分之一） 。最终决定采用
7、 STC12C5A08S2。3 单元模块设计3.1 单片机最小系统设计本系统以 STC12C5A08S2 为核心控制单元其管脚与一般的51 兼容，其主要特性如下：（1） 增强型 51 内核，一个机器周期执行一条指令。智能排气扇设计8（2） 工作电压 5.5V3.3V（3） 工作频率范围 035MHz（4） 8K ROM,256 RAM（5） 32 个通用 IO 口，可推免输出，电流达 20ma（6） 支持 ISP，IAP 串口编程方式（7） 集成 EPROOM,看门狗，内部 RC（8） 上电自动复位，掉电检测（9） 6 路外部中断，支持上升沿触发（10） 2 路 8 位 PWM（11） 8 路
8、 10 位 AD 转化其引脚如上图所示，RXD,TXD 为串口收发端，INT0 ，INT1为外部触发，WR,RD 分别为外部写选通,外部读选通。P0,P1,P2,P3 为输入输出接口。可设定为四种模式：准双向口 ,推免,高阻,开漏。P1 口第二功能为 AD 口和 ISP 下载口 P0 口自带上拉电阻。XTAL2智能排气扇设计9XTAL1 为晶振引脚。最小系统电路：C3 与 R1 构成上电复位电路，XTAL1,XTAL2 与晶振相连，频率为 12MHz,C1,C2 为起振电容EA 接正极，以保证对内部 ROM 编程。电源电压为直流 5V。晶振频率为 12MHz。3.3 MQ-2 烟雾传感器标准工
9、作条件：符号 参数名称 技术条件 备注Vc 回路电压 15V AC or DCVH 加热电压 5.0V0.2 V AC or DC智能排气扇设计10RL 负载电阻 可调RH 加热电阻 31 3 室温PH 加热功耗 900mWH 为加热电阻丝引脚。RL 为负载电阻，与 AB串联，当检查到有害器体时，AB 两端的阻值发生变化，引起电压变化，再经由单片机AD 口检测。要注意的是，MQ-2 需要一定的预热时间，刚开机时不能马上读取数据，否则会出错。此外，MQ-2 受湿度影响比较大，在浴室使用时必需加上适当的防潮措施。灵敏度特性曲线图温度：20相对湿度： 65%、氧气浓度：21% RL=5k 智能排气扇
10、设计113.4DHT11 温湿度传感器DHT11 数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC 测温元件，并与一个高性能 8 位单片机相连接。每个 DHT11传感器都在湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在 OTP 内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行口，较小的体积、较低的功耗，信号传输距离可达 20 米。DHT11的供电电压为35.5V。传感器上电后，要等待1s 以越过不稳定状态在此期间无需发送任何指令。电源引脚（VDD，GND）之间可增加一个100nF 的电容，用以去耦滤波。由于 DHT
11、11 的温度测量只能精确到个位，而实际浴室温度变化比较小，很难通过 DHT11 的变化控制 PWM 的占空比，故本设计只采用 DHT11 的湿度传感器，而温度的测量则交由 DS18B20实现。3.5 总体电路布线智能排气扇设计12图 1图 2单片机外围电路如上图（1）所示，P2 口连接 LED1602 液晶显。示 S1 到 S6 为六个独立按钮，用来调节排气扇的转速及关机延时。图（2）所示为各传感器接线电路图，依次分别为温度传感器、温湿度传感器、烟雾传感器以及蜂鸣器。智能排气扇设计133.6 模块连接图数字信号 模拟信号数字信号 数字信号脉冲信号 数字信号数字信号 脉冲信号 脉冲信号 排气扇以 STC12C5A08S2 为核心处理各种信号，信号类型有数字
