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1、2014-2015学年第一学期电子技术综合设计课程答辩作品名称：电风扇智能扇智能调速器速器 组长： 廖阳 专业班级：电气12-4班成员1：曾星岚 专业班级： 电气12-4班成员2：徐国庆 专业班级： 电气12-4班指导教师： 袁小平中国矿业大学信电学院2015年1月1日. 我们设计一种温控风扇系统，具有灵敏的温度感测和显示功能，系统STC89C52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强风档，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DS18
2、B20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。课题任务.设计方案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。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。采用五位共阳数码管显示温度，动态扫描显示方式。采用晶闸管构成无级调速电路。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。. 系系统总统总体体设计设计 系统总体结构框图.关键电路设计 系系统统工作原理如下：工作原理如下： DS1
3、8B20数字温度传感器采集现场温度，将测量到的数据送入STC89C52单片机的P2.4口，经过单片机处理后显示当前温度值，并与设定温度值的上下限值作比较，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自动调整。1.1.温度温度传传感器和感器和显显示示电电路路.电机调速是整个控制装置中的一个相当重要的方面。通过控制改变三极翻出的导，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改变，以调节风扇的转速，实现各档位风速的无级调速。电风扇的风速从高到低设为2档，每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，线速度可由下列公式求得V为扇叶最大圆周上的线速度(m/min),
4、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n51555r/min,取n5=1250 r/min.又因为：取n1=875r/min。则可得出五个档位的转速值：n1=875r/min，n2=980r/min，n3=1063r/min，n4=1150 r/min，n5=1250r/min又由于负载上电压的有效值计算出控制角和触发时间，当检测到过零点时，按照所求得的触发时间延时发脉冲，便可实现预期转速。2.2.电电机机调调速速电电路路.3.3.风风扇扇驱动电驱动电路路温度模温度模块块控制控制电电机开关，机开关，键盘键盘改改变设变设置的温度，然后和置的温度，然
5、后和预设预设的温度的温度进进行行比比较较，通，通过软过软件判断后由件判断后由单单片机的片机的P3.4P3.4口口输输出脉冲信号，出脉冲信号，驱动风驱动风扇直流扇直流电电机机电电路，路，实现电实现电机的启机的启动动和和转转速的改速的改变变。当。当环环境温度改境温度改变时变时，电电机的机的转转速会按照速会按照设设定的程序相定的程序相对进对进行改行改变变，温度升高，温度升高转转速速变变快，温度降低，快，温度降低，转转速速变变慢，温度慢，温度过过低低时时自自动动停止，无人状停止，无人状态态下也会自下也会自动动停止。停止。.主程序部分系系统的运行程序采用的运行程序采用C C语言言编写，采用写，采用模模块
6、化化设计，整体程序由主程序和，整体程序由主程序和显示、示、键盘扫描、以及描、以及电机控制等子程序模机控制等子程序模块组成。成。.数字温度数字温度传传感器模感器模块块和和显显示子模示子模块块如如图图所示，主机控制所示，主机控制DS18B20DS18B20数字温度数字温度传传感器完成温度感器完成温度转转换换工作必工作必须经过须经过三个步三个步骤骤：初始化、：初始化、ROMROM操作指令、存操作指令、存储储器操作指令。器操作指令。单单片机所用的系片机所用的系统频统频率率为为12MHz12MHz。根据根据DS18B20DS18B20数字温度数字温度传传感器感器进进行初始化行初始化时时序、序、读时读时序
7、和序和写写时时序分序分别别可可编编写写3 3个子程序：初始化子程序、写子程序、个子程序：初始化子程序、写子程序、读读子程序。子程序。.电机调速与控制子模块1.1.中断服中断服务务程序：程序：执执行中断服行中断服务务程序程序时时，首先保，首先保护现场护现场，INT0INT0中断中断标标志置位，禁止主程序修改工作参数，然后开始志置位，禁止主程序修改工作参数，然后开始减减1 1计计数，判断是否关断可控硅，最后数，判断是否关断可控硅，最后INT0INT0中断中断标标志位清志位清零，零，还还原初始化数据，恢复原初始化数据，恢复现场现场，中断返回。（，中断返回。（设设1 1秒秒钟钟通通过过波形数波形数N=
8、100N=100）2.2.回路控制回路控制执执行程序：主回路控制行程序：主回路控制执执行程序的任行程序的任务务是初始化是初始化数据存数据存储单储单元，确定元，确定电电机工作参数机工作参数nmin/nmaxnmin/nmax，并将其，并将其换换算成算成“有效有效过过零脉冲零脉冲”的个数；确定中断的个数；确定中断优优先先级级、开中断，、开中断，为为了保了保证证正弦波的完整，工正弦波的完整，工频过频过零同步中断零同步中断INT0INT0确定确定为为高高一一级级的中断源。的中断源。采用双向可控硅过零触发方式，由单片机控制双向可控硅的通断，通过改变每个控制周期内可控硅导通和关断交流完整全波信号的个数来调
9、节负载功率，进而达到调速的目的.子程序子程序部分部分液晶液晶显显示子程序示子程序液晶液晶LCD1602LCD1602的子程序要按照的子程序要按照说说明上的明上的时时序序图图来完成。要想来完成。要想让让LCDLCD显显示的示的话话，首先要，首先要对对LCDLCD进进行初始化。行初始化。在完成在完成LCDLCD的初始化后，的初始化后，还还需要定需要定义义字符的位置，并且定字符的位置，并且定义义写数写数据的函数。其第一行的地址是据的函数。其第一行的地址是40H40H4FH4FH，第二行的地址是从，第二行的地址是从80H80H8FH8FH，然后才能根据要，然后才能根据要显显示字符的示字符的ASCASC
10、码对该码对该字符字符进进行行显显示。示。其流程其流程图图如下如下所示：所示：初始化函数写指令函数（位置）写数据函数（数字和字符）.温度读取程序DS18B20DS18B20温度温度读读取程序取程序负责负责把把温度温度传感器感器DS18B20DS18B20测测得的外界数据得的外界数据经过经过ADAD转转化化为为数字，然后将数据存入寄存器中，供温度数字，然后将数据存入寄存器中，供温度处处理程序理程序进进行下一步行下一步操作。操作。其流程其流程图图如下如下所示：所示：传感器初始化读取应答信号从DS18B20读取一个字节向DS18B20写入一个字节延迟至少750ms输出数据.温度处理程序温度温度处处理程
11、序将上一把操作中理程序将上一把操作中读读取的温度取的温度值进值进行行转换转换，将二，将二进进制数制数转转化化为为十十进进制数，然后制数，然后输输出数字，直接交出数字，直接交给显给显示程序示程序显显示。示。流程流程图图如下如下：等待转化完成初始化读取高八位和低八位启动温度测量等待初始化完成处理数据输出十进制整数.键盘扫描子程序本本设计设计配配备备两个两个输输入按入按键键，分，分别别可以可以对设对设定温度定温度进进行加减，此子程序行加减，此子程序用来用来检测检测按按键输键输入。入。流程流程图图如下如下：扫描按键判断是否按下设定温度加一（减一）延时判断是否按下.温度比较处理子程序温控温控风风扇扇设设
12、定定5 5个档位，根据温度的个档位，根据温度的变变化来化来变变化化风风扇的扇的转转速。速。输输出的型式采用高地出的型式采用高地电电平的平的交替交替变换变换，档位越高，档位越高，输输出高出高电电平的次数越多，相平的次数越多，相应应的的输输出低点平的次数出低点平的次数变变少，反之，档少，反之，档位越低，位越低，输输出的高出的高电电平次数越少，相平次数越少，相应应的的输输出的高出的高电电平的次数平的次数变变多。低于多。低于设设定温度定温度时时，风风扇扇不不转转，大于最大，大于最大挡挡位位时满负时满负荷运荷运转转。流程流程如下如下：.系统调试部分硬件调试方法、步骤软件调试方法、仿真测量仪器测试数据.系
13、统调试1 1. .按按键电键电路的路的调试调试按键电路实现的功能是在按键按下后能执行设定温度的改变，这项采用实物调试，按键按下之后，温度随之改变。2 2. .温度温度传传感器感器电电路的路的调试调试温度传感器DS18B20的调试在实物上进行，当用手指去加热温度传感器DS18B20的时候，LCD示数开始随温度的上升而改变，变化明显而且刷新频率适中，可以清晰的看到所显示的温度。3 3. .电电机机电电路的路的调试调试电机电路进行调试，不断的将设定温度降低，观察电机转速的变化。电机随设定温度与实际温度差值的改变而改变，转速变化较为平滑，达到了预期的效果。.设计总结 本次设计以STC89C52单片机为
14、核心，单片机主要完成对外界环境温度信号的采集、处理、显示等功能;用Altium Designer 6软件绘制电路原理图和PCB电路印刷板图，由Protues软件进行访真测试，利用MCS-51 C语言编制。运行程序和系统的主要特点是:1.适用性强，用户只需对界面参数进行设置并启动系统正常运行便可满足不同用户对最适合温度的要求，实现对最适温度的实时监控。2.随时可以根据软件编写新的功能加入产品。操作界面可扩展性强，只要稍加改变，即可增加其他按键的使用功能。本系统温度控制采用DS18B20数字温度传感器作为感温元件。可控硅串接在电源与负载电风扇，借改变定周期内可控硅的导通与截止时间之比来实现调速功能。基于STC89C52单片机所设计与研制的电风扇智能调速系统，造价低且具有稳定性高、性能优越、节约电能等优点，在夜间无需定时，同样能给人们带来更多的方便。.作品图片:.
