《精确温度显示的温控自动风扇系统05090》由会员分享，可在线阅读，更多相关《精确温度显示的温控自动风扇系统05090（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1精准温度显示的温控自动风扇系统精准温度显示的温控自动风扇系统戴邵池 周 斌 罗德知（赣南师范学院 江西赣州 341000）摘要摘要：本设计为一种温控风扇系统，具有灵敏的温度感测和显示功能，系统AT89C5 单片机作为控制平台对风扇转速进行控制。可由用户设置高、低温度值，测得温度值在高低温度之间时打开风扇弱风档，当温度升高超过所设定的温度时自动切换到大风档，当温度小于所设定的温度时自动关闭风扇，控制状态随外界温度而定。所设高低温值保存在温度传感器DS18B20内部E2ROM中，掉电后仍然能保存上次设定值，性能稳定,控制准确。关键词：关键词：自动控制 单片机 温控 风扇1 1 引言引言生活中，我
2、们经常会使用一些与温度有关的设备。比如，现在虽然不少城 市家庭用上了空调，但在占大部分人口的农村地区依旧使用电风扇作为降 温防暑设备，春夏（夏秋）交替时节，白天温度依旧很高，电风扇应高转速、 大风量，使人感到清凉；到了晚上，气温降低，当人入睡后，应该逐步减小转 速，以免使人感冒。虽然电风扇都有调节不同档位的功能，但必须要人手动换 档，睡着了就无能为力了，而普遍采用的定时器关闭的做法，一方面是定时时 间长短有限制，一般是一两个小时；另一方面可能在一两个小时后气温依旧没 有降低很多，而风扇就关闭了，使人在睡梦中热醒而不得不起床重新打开风扇， 增加定时器时间，非常麻烦，而且可能多次定时后最后一次定时
3、时间太长，在 温度降低以后风扇依旧继续吹风，使人感冒；第三方面是只有简单的到了定时 时间就关闭风扇电源的单一功能，不能满足气温变化对风扇风速大小的不同要 求。又比如在较大功率的电子产品散热方面，现在绝大多数都采用了风冷系统， 利用风扇引起空气流动，带走热量，使电子产品不至于发热烧坏。要使电子产 品保持较低的温度，必须用大功率、高转速、大风量的风扇，而风扇的噪音与 其功率成正比。如果要低噪音，则要减小风扇转速，又会引起电子设备温度上 升，不能两全其美。为解决上述问题，我们设计了这套温控自动风扇系统。本2系统采用高精度集成温度传感器，用单片机控制，能显示实时温度，并根据使 用者设定的温度自动在相应
4、温度时作出小风、大风、停机动作，精确度高，动 作准确。2 2 方案论证方案论证本系统实现风扇的温度控制，需要有较高的温度变化分辨率和稳定可靠的 换档停机控制部件。2 21 1 温度传感器的选用温度传感器的选用 温度传感器可由以下几种方案可供选择： 方案一：选用热敏电阻作为感测温度的核心元件，通过运算放大器放大由 于温度变化引起热敏电阻电阻的变化、进而导至的输出电压变化的微弱电压变 化信号，再用 AD 转换芯片 ADC0809 将模拟信号转化为数字信号输入单片机处理。方案二：采用热电偶作为感测温度的核心元件，配合桥式电路，运算放大 电路和 AD 转换电路，将温度变化信号送入单片机处理。 方案三：
5、采用数字式集成温度传感器 DS18B20 作为感测温度的核心元件， 直接输出数字温度信号供单片机处理。 对于方案一，采用热敏电阻有价格便宜、元件易购的优点，但热敏电阻对 温度的细微变化不敏感，在信号采集、放大、转换过程中还会产生失真和误差， 并且由于热敏电阻的 R-T 关系的非线性，其本身电阻对温度的变化存在较大误 差，虽然可以通过一定电路予以纠正，但不仅将使电路复杂稳定性降低，而且 在人体所处温度环境温度变化中难以检测到小的温度变化。故该方案不适合本 系统。 对于方案二，采用热电偶和桥式测量电路相对于热敏电阻其对温度的敏感 性和器件的非线性误差都有较大提高，其测温范围也非常宽，从-50 摄氏
6、度到 1600 摄氏度均可测量。但是依然存在电路复杂，对温度敏感性达不到本系统要 求的标准，故不采用该方案。 对于方案三，由于数字式集成温度传感器 DS18B20 的高度集成化，大大降 低了外接放大转换等电路的误差因素，温度误差很小，并且由于其感测温度的 原理与上述两种方案的原理有着本质的不同，使得其温度分辨力极高。温度值 在器件内部转换成数字量直接输出，简化了系统程序设计，又由于该传感器采 用先进的单总线技术（1-WRIE） ，与单片机的接口变的非常简洁，抗干扰能力强。 关于 DS18B20 的详细参数参看下面“硬件设计”中的器件介绍。2 22 2 控制核心的选择控制核心的选择 方案一：采用
7、电压比较电路作为控制部件。温度传感器采用热敏电阻或热 电偶等，温度信号转为电信号并放大，由集成运放组成的比较电路判决控制风 扇转速，当高于或低于某值时将风扇切换到相应档位。 方案二：采用单片机作为控制核心。以软件编程的方法进行温度判断，并 在端口输出控制信号。 对于方案一，采用电压比较电路具有电路简单、易于实现，以及无需编写 软件程序的特点，但控制方式过于单一，不能自由设置上下限动作温度，无法3满足不同用户以及不同环境下的多种动作温度要求，故不在本系统中采用。 对于方案二，以单片机作为控制器，通过编写程序不但能将传感器感测到 的温度通过显示电路显示出来，而且用户能通过键盘接口，自由设置上下限动
8、 作温度值，满足全方位的需求。并且通过程序判断温度具有极高的精准度，能 精确把握环境温度的微小变化。故本系统采用方案二。2 23 3 显示电路显示电路 方案一：采用五位共阳数码管显示温度，动态扫描显示方式。 方案二：采用液晶显示屏 LCD 显示温度 对于方案一，该方案成本低廉，显示温度明确醒目，在夜间也能看见，功 耗极低，显示驱动程序的编写也相对简单，这种显示方式得到广泛应用。不足 的地方是扫描显示方式是使五个 LED 逐个点亮，因此会有闪烁，但是人眼的视 觉暂留时间为 20MS，当数码管扫描周期小于这个时间时人眼将感觉不到闪烁， 因此可以通过增大扫描频率来消除闪烁感。 对于方案二，液晶体显示
9、屏具有显示字符优美，不但能显示数字还能显示 字符甚至图形的优点，这是 LED 数码管无法比拟的。但是液晶显示模块价格昂 贵，驱动程序复杂，从简单实用的原则考虑，本系统采用方案一。2 24 4 调速方式调速方式 方案一：采用变压器调节方式，运用电磁感应原理将 220V 电压通过线圈降 压到不同的电压，控制风扇电机接到不同电压值的线圈上可控制电机的转速， 从而控制风扇风力大小。 方案二：采用晶闸管构成无级调速电路。 对于方案一，由于采用变压器改变电压调节，有风速级别限制，不能适应 人性化要求。且在变压过程中会有损耗发热，效率不高，发热有不安全因素。 对于方案二，以电位器控制晶闸管的导通角大小，可实
10、现由最大风速到关 闭的无级别调速，可将风力调节在关闭无风到最大风之间的任意风力，实现 “自由风” 。且在调速环节中基本无电力损耗。故本系统采用方案二。2 25 5 控制执行部件控制执行部件 方案一：采用数模转换芯片 AD0832 控制，由单片机根据当前温度值送出相 应数字量到 AD0832，由 AD0832 产生模拟信号控制晶闸管的导通角，从而配合 无级调速电路实现温控时的自动无级风力调节。 方案二：采用继电器，继电器的接有控制晶闸管导通角的电阻的接入电路 与否由单片机控制，根据当前温度值在相应管脚送出高/低电平，决定某个继电 器的导通角控制电阻是否接入电路。 （详见 4.2.4） 对于方案一
11、，该方案能够实现在风扇处于温控状态时也能无级调速，但是 D/A 转换芯片价格较高，与其温控状态下无级调速功能相比性价比不高。 对于方案二，虽然在温控状态下只能实现弱/大风两级调速，但采用继电器 价格便宜，控制可靠，且出于在温控状态时无级调速并不是特别需要的功能， 综合考虑采用方案二。3 3 系统简述系统简述4本系统由集成温度传感器、单片机、LED 数码管、继电器、双向晶闸管、 蜂鸣器及一些其他外围器件组成。使用具有价廉易购的 AT89S52 单片机编程控 制，通过修改程序可方便实现系统升级。系统的框图结构如下：温度传感器 DS18B20单片机 AT89S52数码管显示无级调速器被控对象 （风扇
12、）人工控制图 1 系统框图4 4 硬件设计硬件设计系统主要部件包括DS18B20温度传感器、AT89S52单片机、双向晶闸管、五 位LED数码管和风扇。辅助元件包括继电器、蜂鸣器、电阻、晶振、电源、按键 和拨码开关等。4 41 1、本系统各器件简介、本系统各器件简介4 4、DS18B20DS18B20 单线数字温度传感器简介单线数字温度传感器简介 DS18B20 单线数字温度传感器是Dallas 半导体公司开发的世界上第一片支 持“一线总线”接口的温度传感器。它具有3 引脚TO92 小体积封装形式。温 度测量范围为-55+125，可编程为9 位12 位A/D 转换精度，测温 分辨率可达0.06
13、25。被测温度用符号扩展的16 位数字量方式串行输出。工作 电压支持3V5.5V 的电压范围，既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产 生。DS18B20 还支持“一线总线”接口，多个DS18B20可以并联到3 根或2 根线 上，CPU 只需一根端口线就能与诸多DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少， 可节省大量的引线和逻辑电路。它还有存储用户定义报警温度等功能。 DS18B20 内部结构及管脚 DS18B20 内部结构如图所示，主要由4 部分组成：64 位ROM、温度传感 器、非挥发的温度报警触发器TH 和TL、配置寄存器。其管脚排列如图所示， DQ 为数字信号端，GND 为电源地，VD
14、D 为电源输入端。5图1 DS18B20DS18B20 内部结构图2 DS18B20DS18B20外形及管脚4 41 12 2 AT89C52AT89C52 单片机简介单片机简介 AT89C52 是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROM）256B片 内RAM的低电压，高性能CMOS8 位微处理器。该器件采用ATMEL 高密度非易失存 储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多 功能8 位CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的AT89C52 是一种高效 微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 AT89C52
15、单片机管脚 AT89C52单片机管脚如图3所示。6图3 AT89C52单片机管脚 各管脚功能： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口：P0 口为一个8 位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收8TTL 门电流。 当P1 口的管脚第一次写1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据 存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH 编程时，P0 口作为原 码输入口，当FIASH 进行校验时，P0输出原码，此时P0 外部必须被拉高。 P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的8 位双向I/O 口，P1 口缓冲器能 接收输出4TTL门电流。P1 口管脚写入1 后，被内部上拉为高，可
16、用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地接 收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 口缓冲器可接收， 输出4 个TTL 门电流，当P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且 作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由 于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或16 位地址外部数据存储器 进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉 优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器 的内容。P2 口在FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口：P3 口管脚是8 个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4 个 TTL 门电流。当P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。 作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出
