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1、合肥学院单片机原理与应用课程论文题目基于单片机的智能落地电风扇的设计院系名称计算机科学与技术专业（班级）计本（2）班学号姓名指导教师2013年 6 月 摘要:本设计主要介绍了一种智能电风扇的设计方案。该系统以AT89C51芯片的单片机为核心，应用通用的温度传感器来实现对环境温度的监控，同时系统跟随环境温度的变化来改变电机的运行状态。本设计采用的温度智能控制，使风扇可以感知环境的温度，以调节风扇的转速，达到更好的工作效果。用户可以选择这种智能调速的方式，也可以选择手动设定方式来控制转速；同时用户也可以使用遥控器来控制风扇的运行状态。当选择手动设定方式时，该功能不发挥作用。而定时工作功能可以让用户
2、自己定制风扇工作时间的长短，以提供更人性化的服务。LED显示功能使用液晶屏显示当前室温度，风扇的转速，风扇的工作模式。关键词：AT89C51 智能电风扇 温度传感器 无极调速 1 绪言本章主要阐述了智能电风扇的研究背景，现状，发展方向，明确的指出了制作智能电风扇所用到的元器件，以及各个元器件的功能描述。1.1.课题背景我们常见的电风扇一般只有四、五个风速档，用的是人工开关，不知道室内温度，只是人为的调节钙用哪个档。而自动调温调温电风扇这个设计师一个新领域，它用的是在带你走行业中应用广泛的AT89C51单片机。通过单片机与温度探测器结合，将其应用于家用电风扇等转速精确控制，能够有良好的性能。（1
3、） 自动调温电风扇简介它使用直流电动机的控制以模拟电路为基础，运算放大器、非线性集成电路以及数字电路组成，使得对电风扇各档风量大调节更加细化，使得电风扇等控制更加人性化，同时它也具有全自动、控制简单、智能化，制作容易，使用温度传感器、专用控制集成电路和单片机，实现当室温达到最佳所设定开启的温度是，电风扇自动开启，并且可以根据室温变化换风速；档室温低于这一设定温度时，电风扇自动关闭。同时显示当前室内温度，和自己所设定的温度，提醒人们合理使用电风扇。（2） 自动调温电风扇设计目的在这种情况下，自动调温电风扇应运而生。我们的生活加快，人数需要处理的事情越来越多，在炎热的夏天，回到家更想好好休息，消除
4、自己一天的工作疲劳，而自动调温电风扇等设计就解决了这些问题。自动调温电风扇是通过单片机控制来实现直流电动机运转频率的自动调节，从而达到改变风速的目的。此设计用到AT89C51单片机，它是把微处理器，存储器（RAM和ROM），输入/输出接口以及定时器/计数器集成在一起的集成电路芯片。他与集成电路相结合，组成一个设定温度，感温，控制和输出与一身的模块。利用单片机AT89C51和一些电路对室温进行探测，从而对电风扇进行开和关断一系列控制。1.2 . 系统的控制特点与性能要求本设计主要目的是使普通的电风扇的功能更加强大，使操作简单化，智能化，主要实现以下几个部分的功能：a.温度控制功能：电风扇可以感知
5、环境温度，以调节风扇的转速，达到更好的工作效果。b.定时工作功能：该定时功能可以让自己制定风扇工作时间的长短，以提供更人性化的服务。c、无级调风功能：该功能可解决普通电风扇档位风速变化过大的缺点，可实现任意风速。d、遥控控制：该功能可以让用户远距离控制电风扇，并选择电风扇等运作状态。e、实时温度显示：该功能方便用户根据室温调节电机的启动温度点，达到节能目的。2 本设计用到的元器件简介 2.1 Inter公司AT89C51单片机简介AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高
6、且价廉的方案。外形及引脚排列如图所示主要特性：与MCS-51 兼容4K字节可编程闪烁存储器寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24MHz三级程序存储器锁定1288位内部RAM2.2、AT89C2051芯片简介AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。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。2.3 DS18B20温度传感器DS18B20内部结构如图3.2.1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
7、TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列如图3.5.2所示，DQ为数字信号输入输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地，见图3.8.2）。ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码，每个DS18B20的64位序列号均不相同。64位ROM的排的循环冗余校验码（CRC=X8X5X41）。ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。 64位ROM和一线端口存储和控制逻辑高速暂存器8位CRC生成器供电方式选择配置寄存器低温触发器TL高温触发器TH温度传感器INTERN
8、ALVDDVDD 图3.2.1 DS18B20的内部结构3 硬件设计 3.1 总体硬件设计系统总体设计框图如下4-1所示： 遥控器红外线发射红外线接收模块AT89C51单片机系统数字温度传感器键盘输入模块温度显示模块电机控制模 块微光显示模块图4-1系统总体设计框图 对于单片机中央处理器的方案设计，根据要求，我们可以选用具有4KB片内EPPROM的AT89C51单片机作为中央处理器。作为整个控制系统的核心，AT89C51内部已包含了定时器、程序存储器、数据存储器等硬件，其硬件能符合整个控制系统的要求，不需要外接其他存储器芯片和定时器件，方便地构成一个最小系统。整个系统结构紧凑，抗干扰能力强，竞
9、价比高。是比较合适的方案。3.2 直流稳压电源的设计 直流稳压电源主要功能是为后两个部分提供电压的输出。在设计中分出了2个支路，分别输出5V电压。 直流稳压电源主要由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。3.2.1 单相桥式整流电路整流电路主要实现将交流电转换成直流电。实现这以目标主要是靠二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的关键元件。我采用的是单相桥式整流电路。3.3 电机调速模块3.3.1 电机调速原理 通过单片机控制可控硅的导通角，从而改变加在电机两端的有效电压来调节电动机的运转。可控硅导通条件如下： 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
10、）阳极电流IA大于可控硅的最小维持电流IS。3.4 温度显示与控制模块设计 3.4.1 温度检测硬件模块设计图4-4-1以MCS51系列单片机为例，画出了DS18B20与微处理器的典型连接。图4-4-1（a）中DS18B20采用寄生电源方式，其VDD和GND端均接地，图4-4-1（b）中DS18B20采用外接电源方式，其VDD端用3V5.5V电源供电。假设单片机系统所用的晶振频率为12MHz，根据DS18B20的初始化时序、写时序和读时序，分别编写了3个子程序：INIT为初始化子程序，WRITE为写（命令或数据）子程序，READ为读数据子程序，所有的数据读写均由最低位开始。 VDD GND 4
11、.7K +3V+5.5V +3V+5.5V UP P3.3 DS18B20（a）寄生电源工作方式 VDD GND 4.7K +3V+5.5V 外接电源+3V+5.5VUP P3.3 DS18B20接其它的一线装置（b）外接电源工作方式图4-4-1 DS18B20与微处理器的连接图主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：初始化、ROM操作指令、存储器操作指令。必须先启动DS18B20开始转换，再读出温度转换值。假设接一单元，再按照温度值字节的表示格式及其符号位，经过简单的变换即可得到实际温度探测电路。单线数字温度传感器DS18B20 采用一线总线接口，大大节省了系统的I/O 资源。如
12、图4-4-2所示。PIAI R6 +5V U6 VDDDQGND 图4-4-2 温度传感器DS18B20 电路3.4.2 温度显示硬件模块设计温度传感器可以选用LM324A的运算放大器，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查后方可使采样精确，过于繁琐。所以我采用老性能更为优越的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。本模块以DS18B20作为温度传感器，AT89C51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4-4-3所示。系统工作原
13、理如下：DS18B20进行现场温度测量，将测量数据送入AT89C51的P3.7口，经过单片机处理后显示温度值，并与设定温度值的上下限值比较，若高于设定值或低于设定下限值则控制电机转速进行调整。图4-4-3 DS18B20温度计原理图3.5红外收/发电路红外收/发工作原理图如下：按键识别编码键盘 无线发射 无线接收 信号识别 控制电路图4-5红外收/发工作原理图 3.5.1 红外线遥控器发射电路红外遥控是目前家用电器中用得较多的遥控方式。在了解红外线遥控之前，先得了解什么是红外线。我们知道，人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红光的波长范围是0.620
14、.76m的波长范围为0.380.6m。比紫光波长还短的光叫紫外线,比红光波长还长的光叫红外线。红外线主要优点是：（1）具有较高的传播速度，不会产生因干涉、空间反射以及双折射等作用而出现的干扰；（2）传播中不会产生畸变噪音；（3）在高峰值功率情况下所需的功率较小；（4）采用一定的调制方法可以有高的干扰性；（5）在仅有一个载波频率的情况下可以有高的稳定性。正因为红外线传输有上述一系列优点，因此获得了很大的发展。借助于红外线具有直线传播的特性，利用红外传感器具有灵敏度高、响应速度快和光谱范围窄的性能，同时利用单片机具有结构紧凑、可靠性高、数据处理能力强、速度快、功耗小、成本低的特点，可以制作灵敏度高、抗干扰性能优良的红外遥控装置。由于红外线遥控器具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录音机、音响设备、空调机以及玩具等其他小型电器装置也纷纷采用红外线遥控。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅安全可靠，而且能有效地隔离电气干扰。下面就红外遥控技术的特点做下
