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1、xxxxx 大 学 综合实践（论文）题 目 基于STM32的温控风扇学 院 通信与电子工程学院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 朱磊 I综合实践(论文)摘要：随着科技的日新月异，智能家居逐渐走入普通家庭，风扇作为基本的家用电器也将成为智能家居的一部分。这里介绍的是以STM32单片机为控制单元并结合嵌入式技术设计的一款具有温控调速、液晶显示温度等信息的智能电风扇。经过前期设计、制作和最终的测试得出，该风扇电源稳定性好，操作方便，运行可靠，功能强大，价格低廉，节约能耗，能够满足用户多元化的需求。该风扇具有的人性化设计和低廉的价格很适合普通用户家庭使用。 关键词：STM32单片机电风扇温控调
2、速I27综合实践(论文)目 录摘 要I第1章 绪论11.1 概述11.2 设计目的及应用1第2章 温控电风扇方案论证22.1 温度传感器的选择22.2 控制核心的选择2 2.3 显示电路的选择32.4 调速方式的选择3第3章 温控电风扇硬件设计53.1 硬件系统总体设计53.2 本系统各器件简介53.2.1 DS18B20简介5 3.2.2 STM32简介7 3.2.3 LCD1602液晶屏简介8 3.3 各部分电路设计9 3.3.1 温度传感器的电路9 3.3.2 LCD1602液晶屏显示电路10第4章 温控电风扇软件设计114.1 软件系统总体设计114.2 系统初始化程序设计11 4.3
3、 温度采集与显示程序设计12结论14参考文献15附录116附录225II第1章 绪论1.1概述传统电风扇多采用机械控制，功能单一，噪声大，定时时间短，摇头模式固定，变档风速变化较大。针对这些缺点，本文采用了一款性价比高、功耗低的基于ARM CortexM3内核的STM32单片机作为控制单元制作了一台智能电风扇，该风扇巧妙地运用温度传感技术、液晶显示技术等，把智能控制技术应用到家用电器的控制中，可以根据环境温度的采样实现风速的自动调整，并根据采集到的温度显示到液晶屏上。采用的芯片功能强大，方便进行功能扩展。 1.2设计目的及意义春夏（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
4、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
5、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温度时作出小风、大风、停机动作，精确度高，动作准确。 第2章 温控电风扇方案论证2.1温度传感器的选择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
6、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：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
7、，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
8、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。22控制核心的选择方案一：采用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STM32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，无法满足不同用户以及不同环境下的多种动作温度要求，故不
9、在本系统中采用。对于方案二，以STM32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。23显示电路的选择方案一：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20
10、MS，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。而且硬件连接简单，因此本系统采用方案二。24调速方式的选择方案一：采用数模转化芯片DAC0832来控制，由单片机根据当前环境温度值输出相应数字量到DAC0832中，再由DAC0832产生相应模拟信号控制晶闸管的导通角，从而通过无级调速电路实现风扇电机转速的自动调节。方案二：采用单片机软件编程实现PWM（脉冲宽度调制）调速的方案。PWM为英文Pulse Width Modulation的缩写，
11、它为按一定的规律改变脉冲序列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的一种调节方式，在PWM驱动控制的调节系统中，最常用的为矩形波PWM信号，在控制时需要调节PWM波得占空比。占空比为指高电平持续时间在一个周期时间内的百分比。在控制电机的转速时，占空比越大，转速就越快，若全为高电平，占空比为100%时，转速达到最大。用单片机I/O口输出PWM信号时，有如下两种方案：(1) 利用软件延时。当高电平延时时间到时，对I/O口电平取反，使其变成低电平，然后再延时一定时间；当低电平延时时间到时，再对该I/O口电平取反，如此循环即可得到PWM信号。在本设计中应用了此方案。(2) 利用定时器。控制方案与(1)相同，只
12、为在该方案中利用单片机的定时器来定时进行高低电平的转变，而不为用软件延时。应用此方案时编程相对复杂。对于方案一，该方案能够实现对直流风扇电机的无级调速，速率变化灵敏，但为D/A转化芯片的价格较高，与其温控状态下无级调速性能相比性价比不高。对于方案二，相对于其他用硬件或者软硬件相结合的方案实现对电机进行调速而言，采用PWM 用纯软件的方案来实现调速过程，具有更大的灵活性，并可大大降低成本，能够充分发挥单片机的性能，对于简单速率控制系统的实现提供了一种有效的途径。综合考虑选用方案二。第3章 温控电风扇硬件设计3.1硬件系统总体设计本次设计采用STM32单片机做主控芯片，通过DS18B20采集温度，
13、将温度显示在 LCD1602上。根据温度的不同，利用STM32对风扇进行调速，总体硬件设计如图1所示：图1 系统总体结构框图3.2本系统各器件简介 3.2.1 DS18B20简介DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改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DS18B2
14、0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：DS18B20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
