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1、本科毕业设计（论文）基于单片机的风扇模拟自然风操纵器设计学院电子信息工程学院专业电气工程及其自动化年级班别13电气工程及其自动化学号学生姓名胡长新2017年3月21日摘要随着社会的不断进展，科技的不断进步，人们关于风扇的选择也变得更苛刻了，面临着壮大的竞争力，风扇想要在市场上取得一席之地就必需变得加倍人性化，加倍智能化。因此，模拟自然风的风扇就会愈来愈被重视，从而被普遍的应用。本文设计的是基于单片机的风扇模拟自然风操纵器，通过利用STC12C5A60S2单片机来输出PWMfe,并由两个BTS7960芯片组成一个H桥驱动电路来驱动风扇电机转动。该设计能够实现操纵风扇的扇叶由停止-慢慢转动-快速转
2、动-慢速转动-停止进行这种周期性的转动，而且能够对那个周期的时刻进行调剂。如此风扇就能够够模拟成自然风了，给人们带来了更好的舒适感。关键词：单片机；PW酿;H桥驱动电路；模拟自然风AbstractWiththecontinuousdevelopmentofsociety,theprogressofscienceandtechnology,peopleschoiceforelectricfanhasbecomemoresevere,facingstrongcompetition,theelectricfantomakeaspaceforonepersoninthemarketmustbecome
3、morehumane,moreintelligent.Therefore,thesimulationofnaturalwindfanswillbemoreandmoreattention,whichiswidelyused.ThispaperisthedesignofMCUsimulationnaturalwindcontrollerforelectricfanbasedonSTC12C5A60S2MCUbyusingPWMwaveoutput,andbytwoBTS7970chipiscomposedofaHbridgedrivingcircuittodrivetheelectricfanm
4、otorrotation.Thedesignoftheutilitymodelcanrealizethecontrolofthefanbladefromthestoptotheslowrotation,thefastrotation,theslowrotationandtheperiodicrotation,andcanadjustthetimeofthecycle.Sothatthefancansimulatethenaturalwind,tobringpeopleabettersenseofcomfort.Keywords:singlechip；PWMwave；Hbridgedriverc
5、ircuit；simulationofnaturalwind目录1. 绪论11.1 选题的依据和意义.11.2 本设计需实现的功能.22. 系统设计整体方案2风扇的功能需求分析.22.1 系统方案论证22.2.1电机调速操纵方案2显示功能方案32.2 系统整体结构框图.43. 系统硬件设计.53.1 STC12C5A60S2单片机系统的硬件设计53.1.1STC12C5A60S2单片机详情5单片机晶振与复位电路设计6单片机电源电路设计.7键盘电路设计83.3 LCD显示电路设计93.4 机驱动电路与调速电路设计104. 系统软件设计.144.1 开发工具概述144.2 系统主程序设计.154.
6、3 初始化程序设计174.4 按键子程序设计.174.5 LCD显示屏子程序设计185. 系统调试195.1 单片机最小系统调试.195.2 PWM调试205.3 屏幕显示调试216. 总结21致谢23参考文献24附录一：系统原理图25附录二：程序代码271. 绪论选题的依据和意义风扇的起源能够追溯到1830年，有一个美国人叫JamesByron，他无心中在钟表的构造中发觉，能够使扇叶如钟表运转的方式一直转动，如此就能够够产生风，如此世界上第一台风扇就此诞生。这种风扇尽管能够给人们带来凉爽的风，可是由于这种驱动方式需要爬梯子去上发条，用发条驱动，超级麻烦。于是到了1872年的时候，一个叫Jos
7、eph的法国人就慢慢研究出一种用涡轮启动齿轮传动的风扇，这种风扇相关于前者利用起来就轻松许多。当到了1880年的时候，有一个美国人想到了在电动机上面装上扇叶，通电使得电机转动从而使风叶产生缓缓冷风，他确实是舒乐，发明了世界上第一台风扇。最近几年来，随着空调业的价钱水平不断下降，其风头早已超过了风扇，但空调的壮大制冷成效和高耗电量、且封锁空间的短处，使得传统的借助空气流动降低热量但通风成效和功耗低的风扇仍然存在专门大的市场。市场都是人开发出来的，一些企业就开始拓展的风扇的市场，结合风扇与空调二者之间的利与弊，就对风扇进行加倍新颖的设计，使得风扇加倍人性化，如此风扇的市场就慢慢的上升起来，跟空调处
8、于一个相互对抗的状态，而不是空调独揽市场。随着时期的转变，事物都在不断更新，风扇要想继续在市场中占有一席之地，就需要不断的继续创新，让风扇吹出加倍人性化的风。最近几年来尽管空调业迅速崛起，可是风扇并无退出市场，而是慢慢把市场上升起来了，这一形势的要紧缘故有：一是风扇与空调它们二者的制冷原理不同，空调是使得空间里面的空气温度迅速降低，从而令人感到凉爽，而风扇是吹出冷风，超级平缓，加倍适合老人小孩或体质较弱的人利用；二是风扇有价钱优势，不仅售价廉价而且利用的时候会比空调省电许多，而且安装操作和利用都超级便利。模拟自然风风扇是一种能够吹出像自然风那种样式的风的风扇，更具特点的地方，它是由风扇电机与一
9、台能够通过调试从而输出周期性转变的电压的电气装置组成。当前我国风扇总的来讲是供过于求的市场形态，市场处于相当的猛烈竞争当中，而且外商企业也渐渐的把目光专注到国内的风扇市场。从当前风扇行业的进展趋势来看，尔后人们消暑的主体仍然会是风扇，但是随着外资慢慢的加入风扇行业，就会使我国风扇形成加倍猛烈的竞争市场，因此想要在猛烈的市场竞争中脱颖而出，就必需不断的创新，设计出加倍有特点加倍人性化的风扇。本设计利用单片机作为该风扇系统操纵核心。相关于用硬件或软硬件相结合的方式实现对电机进行调速而言，这时采纳单片机产生PW瞰，用纯软件的方式来实现调速进程，就具有更大的灵活性，并可大大降低本钱，能够充分发挥单片机
10、的功能，关于简单速度操纵系统的实现提供了一种有效的途径。本设计需实现的功能功能要求：该设计能够使风扇电机由停止-慢慢转动-快速转动-慢速转动-停止如此进行周期性的转动，而且能够让周期的时刻自由设定。主控模块：风扇电机通过单片机的智能操纵,使得风扇形成自然风的成效;而且能够调剂输出PW瞰的占空比，能够操纵周期内送风的时刻。2. 系统设计整体方案风扇的功能需求分析目前科技是愈来愈发达，家电都是往智能化进展，风扇作为夏天消热的必需品，可是传统的风扇想在目前那个智能化的生活中是很难的，因此设计一个让人们感觉舒适的风扇就很有必要了。尽管这几年，愈来愈多的人选择了空调作为纳凉的必需品从而取代了风扇，可是若
11、是想利用空调取得一个好的成效是需要在封锁环境里的，长期的待在空调房中，关于人的躯体不利，超级容易患上空调病，因此关于老人、儿童或躯体抗击力很弱的人群应该幸免利用空调。因此关于风扇的研究仍是很有必要的。以前的风扇仍是停留在只能够调剂风力的大小，这让人一直处于被风吹的状态下，时刻一长久，就会令人不舒畅，因此设计一个模拟自然风的风扇是很有必要的，自然风风扇可不能一直对人吹风，它是断断续续的提供风，这种风会令人感到舒适，而且人体也可不能一直吹风，如这人也可不能感到不适。2.2 系统方案论证2.2.1 电机调速操纵方案方案一：利用纯硬件的电路来实现，将电压接入到整流滤波电路中，将过滤出来的平稳的直流电送
12、入到NE555多谐振荡器，NE555的三脚输出高电平，使继电器的动断触点复位，风扇运转，当所连接的电容放电到必然程度以后，继电器吸合，动断触点断开，风扇停止运转，通过不断的充电放电形成方波操纵继电器，实现自动开关的功能，从而模拟成自然风。方案二：利用纯软件的方式使单片机来产生PW瞰(脉冲宽度调制)从而实现调速。通过编程使单片机输出矩形波PWM1号，通过所需要的结果来调剂PW瞰的占空比，占空比确实是指一个周期里面高电平所占的比例，操纵的是电机的转动速度时，若是占空比越大，那么转动速度就越快，若是占空比是100%的时候，转速达到最快。关于方案一，此方案虽能够达到实现模拟自然风的成效，可是纯硬件的电
13、路比较复杂，购买元器件所需的本钱也不低，而且能够调剂的范围有限。关于方案二，对比一些其他的纯硬件的方式，通过单片机输出PW瞰进行调速不仅具有更大的灵活性，而且本钱也能够有所降低。对照两种方案综合考虑选择方案二。利用单片机输出PW瞰有三种方式，如下：(1)利用单片机的延时功能。高电平持续一段时刻，当延不时刻终止时，使I/O口电平取反成为低电平，然后延时一段时刻，当低电平延不时刻终止时，使I/O口电平取反成为高电平。通过循环就能够够取得pwM1号。(2)通过单片机的按时功能。原理跟方式一相同，只只是此方式是通过单片机的按时器来实现高低电平的转换。(3)利用单片机自带的PWMt号发生器。在单片机中的
14、STC12系列就自身带有PW雕纵器。综合考虑，最终确信利用STC12C5A60S印片机来输出PW瞰。显示功能方案方案一：用LED数码管显示，可是数码管需要驱动电路才能利用，而且所需要的I/O口资源比较多，不能提示信息字符。方案二：用LCD1602液晶显示信息，可是一片1602液晶需要占用11个I/O端口，显示的资源也不是很充沛。方案三：用诺基亚LCD5110显示，这是一款经典的显示器。通过综合考虑最终选择诺基亚LCD5110作为本次设计的显示器，它的优势在于：(1)性价比高，LCD1602只能够显示字符，而LCD5110不仅能够显示字符还能够显示文字，而且LCD5110的价钱相对来讲廉价得多。
15、(2)接口简单，只需要4个I/O口即可操纵，而LCD1602需要11个。(3)速度快，是LCD1602的40倍。(4) LCD5110工作电压为能够为V也能够是5V,能够跟单片机一路供电相对方便一些。(5)程序编写简单，工作对时序要求不是专门严格，尽管系统没有自己的库，可是字符取模软件利用起来也是超级的方便。(6)显示内容丰硕，既能够显示数字这字母，也能够显示汉字。因此，最终选择了诺基亚5110作为这次设计的显示屏幕。2.3 系统整体结构框图图2-1系统结构框图单片机最小系统正常工作，然后选择模式，接着通过液晶显示出来，单片机输出的PWM波信号供给驱动电路，驱动电路连接电机，使电机转动。本设计的整体思路是：通过模式选择，用户能够能够选择自然风模式和常规风扇模式，自然风模式时，电机一直调剂转速模拟成自然风，给人们带来一种舒适的享受；而常规模式时，能够通过按键调剂风扇的速度。系统当前的工作模式和风速能够在液晶显示屏上面显示出来。而且是由单片机产生PW版进行电机调速，能够任意调剂它的占空比。3. 系统硬件设计3.2 STC12C5A60S2单片机系统的硬件设计3.2.1 STC12C5A6
