毕业设计电风扇智能控制系统设计

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1、河南质量工程职业学院毕业设计（论题 目 系 别 专 业班级学生姓名学 号指导教师定稿日期课程设计机电工程系电器商品检验10商检1班高登鹏0201100116王庆志2012年5月11日第1节引言31。1智能电风扇控制系统概述31。2本设计任务和主要内容 3第2节系统主要硬件电路设计 52.1总体硬件设计52。2数字温度传感器模块设计52。2。1 温度传感器模块的组成 52。2。2 DS18B20的温度处理方法 62。 3 电机调速与控制模块设计72。3.1电机调速原理72.3。2电机控制模块硬件设计82.4温度显示与控制模块设计9第3节 系统软件设计103。1 数字温度传感器模块程序设计103.

2、2电机调速与控制模块程序流程153.2.1程序设计原理 153。2.2 主要程序16第4节结束语19参考文献20基于单片机的智能电风扇控制系统第1节引言电风扇曾一度被认为是空调产品冲击下的淘汰品，其实并非如此，市场人士称， 家用电风扇并没有随着空调的普及而淡出市场，近两年反而出现了市场销售复苏的态 势。其主要原因:一是风扇和空调的降温效果不同一一空调有强大的制冷功能，可以 快速有效地降低环境温度，但电风扇的风更温和,更加适合老人儿童和体质较弱的人 使用；二是电风扇有价格优势，价格低廉而且相对省电，安装和使用都非常简单。尽管电风扇有其市场优势，但传统电风扇还是有许多地方应当进行改良的，最突 出的

3、缺点是它不能根据温度的变化适时调节风力大小，对于夜间温差大的地区，人们 在夏夜使用电风扇时可能遇到这样的问题：当凌晨降温的时候电风扇依然在工作，可 是人们因为熟睡而无法察觉，既浪费电资源又容易引起感冒，传统的机械定时器虽然 能够控制电风扇在工作一定后关闭，但定时范围有限，且无法对温度变化灵活处理。 鉴于以上方面的考虑，我们需要设计一种智能电风扇控制系统来解决这些问题。1。1智能电风扇控制系统概述传统电风扇是220V交流电供电，电机转速分为几个档位，通过人为调整电机转速 达到改变风力大小的目的，亦即，每次风力改变，必然有人参与操作，这样势必带来诸 多不便。本设计中的智能电风扇控制系统，是指将电风

4、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力大小的效果。1.2设计任务和主要内容本设计以MCS51单片机为核心，通过温度传感器对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变换档位，实现“温度高，风力大, 温度低，风力弱”的性能。另外，通过键盘控制面板，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： 风速设为从高到低5个档位，可由用户通过键盘手动设定。 当温度每降低2C则电风扇风速自动

5、下降一个档位。 当温度每升高2C则电风扇风速自动上升一个档位。 用户可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。第2节系统主要硬件电路设计2.1总体硬件设计系统总体设计框图如图2-1所示图21系统原理框图对于单片机中央处理系统的方案设计，根据要求，我们可以选用具有4KB片内 E2PR0M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，性价比高。是比较合适的方案2.2数字温度传

6、感器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。2. 2。1温度传感器模块组成本模块以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22所示.系统工作原理如下：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

7、温度值，并与设定温度值的上下限值比较，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调整。CRYSTAL22pX122pC2R5R84k74k7XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2XTAL2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6RSTP0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10PSENP2.3/A11ALEP2.4/A12EAP2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P1.0P3.0/RXDP1.1P3.1/TXDP1.2P3.2/INT0P1.3P3.3/INT1P1.4P3.4/T0P1.5P3.5/T1P1.6P3

8、.6/WRP1.7P3.7/RDJ119189AT89C51293031221 22 23242526壬 T4-15 16 17-39373635343332345678n/ Q1Q22N29072N2907U2GND忘vCQDS18B20图22 DS18B20温度计原理图2。2。2 DS18B20的温度处理方法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。表2-1部分温度值与DS18B20输出的数字量对照表温度值/c数字输出（二进制）数字输出（十六进制）+85C0000 0101 0101 00000550H+25。625C0000 000

9、1 1001 00010191H+10.125C0000 0000 1010 001000A2H+0。5C0000 0000 0000 10000008H0C0000 0000 0000 00000000H-0。5C1111 1111 1111 1000FFF8H-10。125C1111 1111 0110 1110FF5EH-25.625C1111 1111 0110 1111FF6FH-55C1111 1100 1001 0000FC90H2.3电机调速与控制模块设计电机调速是整个控制系统中的一个重要的方面通过控制双向可控硅的导通角， 使输出端电压发生改变，从而使施加在电风扇的输入电压发生

10、改变，以调节风扇的转 速，实现各档位风速的无级调速。2。3.1电机调速原理可控硅的导通条件如下：1）阳一阴极间加正向电压；2）控制极-阴极间加正向触发电压；3）阳极电流I大于可控硅的最小维持电流I。AH电风扇的风速设为从高到低5、4、3、2、1档，各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 =兀 DnxlO3式中，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）。代入数据求得n 1555r/min，取n =1250 r/

11、min。又因为：55调速比=最低转速X100% 70%最咼转速取n1=875 r/min.则可得出五个档位的转速值：n =1250r/min5n =1150r/min4n =1063r/min3n =980r/min2n =875r/mini又由于负载上电压的有效值兀a sin 2 a、 u 二 u (+)oi兀2兀其中,ul为输入交流电压的有效值，a为控制角。解得:a =05a =23.54a =46.53a =61。52a =76。 5it=0mst=l。 70mst=2。 58mst=3。 43mst=4。 30ms以上计算出的是控制角和触发时间，当检测到过零点时，按照所求得的触发时 间

12、延时发脉冲，便可实现预期转速.23。2电机控制模块硬件设计电路中采用了过零双向可控硅型光耦MOC3O41，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23。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：P 二UI式中：P为负载得到的功率，kW； n为给定时间内可控硅导通的正弦波个数；N为给定时间内交流正弦波的

13、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(1)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。U2卜XTAL1XTAL2RSTPO.O/ADOP0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD729303112345678PSEN ALE EAP2.0/A8P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A153938373635

14、34333221222324252627P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7AT89C51P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1 P3.6/WR-P3.7/RD2810U121314151617MOC3031M4k7110k图2-3电机控制原理图2.4温度显示与控制模块设计通过HD7279A控制芯片组建一个单片机键盘输入与显示模块，其中包括一个2*8 的键盘矩阵。和8段动态扫描数码管显示。与单片机通过接插件连接，可以用于系统 的控制和输出，其原理图如图2-4所示.图24 HD7279A键盘和显示器控制模块电路原理图第三节系统软件设计3。1数字温度传感器模块程序设计