1、智能电风扇控制系统设计分解江苏财经职业技术学院综合毕业实践说明书（论文）标题：智能电风扇控制系统系 别：机械与电子工程系专 业： 电气自动化 学 号： 1011203103 姓 名： 曹明康 指导教师： 王冲 2013年6月1日摘要这次设计的是一种智能电风扇，单片机是它控制的中心，此设计的控制系统是将电风扇的电机转速作为被控制的量，由单片机分析采集到的数字温度信号传给可控硅，然后可控硅对电风扇电机进行调速。同时还可以选择用手控制的方法来控制电风扇电机的转速。这样自动控制的功能就不能实现。这个设计同时还采用了DS18B20的温度处理方法，这样电风扇就能自行感受到环境的温度来进行调节，完全实现了自
2、动调节的功能。最后在显示器上显现出来相关的数据信息。关键词：智能电风扇，电机转速，单片机，可控硅。智能电风扇控制系统第一章 引言随着社会经济的不断发展，人们生活质量有了很大的改善。如今，家用电风扇的样式越来越多。但是随着社会的发展电风扇的代替品越来越多，比如 空调、空调扇等。近些年来随着空调行业的迅速发展，电风扇行业也越来越不行了，大家都认为电风扇不行了要被淘汰了，但是家用电风扇并没有因此退场，反而发生了好的变化。由市场调查得知电风扇行业的复苏主要有以下原因有：电风扇起到防暑、通风的作用，通过电风扇就能使室内的空气得到充分的流通。电风扇虽然没有空调的功能强大，但是电风扇是直接取风，这样更适合大
3、众人群的使用。其次，经过了这么多年的发展，电风扇更能符合人们的使用习惯，且电风扇的构造简单、使用方便、易于组装。电风扇用起来在价格比空调便宜很多，而且用电还不多，这样就更容易进入老百姓的家庭。目前电风扇的种类有很多，每年都会有新的产品出现。比如说有一种电风扇它有正常风、自然风和睡眠风三种模式。同时它还具有定时的功能，定时时间长达8个小时。它的显示方式是LED数码显示，采用的全遥控的方式，这样会很方便。现在市场上类似这样的电风扇还有很多，在这里就不一一列举了。现在的电风扇功能不仅越来越强大，同时还在不断的创新，低碳环保慢慢的也和电风扇的改造结合在了一起。而传统的电风扇还是存在着某些方面需要进行完
4、善。这是因为传统的电风扇大多都是采用机械的方式进行控制，功能少而且噪音大，档位和档位之间的风速变化较大，为了要解决这些问题我们需要设计一种新型的智能电风扇。 我的这个设计的亮点就是：由键盘输入，单片机进行处理，可控硅控制电风扇电机的速度，温度传感器进行温度控温，达到完全自动，不需要人为的控制就能达到人们预期的效果。第二章 系统主要硬件电路设计2.1智能电风扇控制系统概述 传统的电风扇的电源为220V交流电源，电机的旋转速度分为几个档次，通过对电机的转速的调整，以实现对风速大小的改变，即对每一次风速的转变，必须要有人对其进行控制，因此就会使得很不方便。2.2总体方案设计及功能描述这一设计主要是以
5、AT89C51单片机为控制部分，其作用是用来处理温度传感器输出的数字温度信号。具体的功能：电风扇工作在以下几种状态：用手的调速状态、不用控制的调速状态、规定时间的状态、停止工作的状态。用手调速的状态时可以用手来控制速度，不用控制调速时是由温度的变化来自动调节速度，假如出现用手调速现象则变成相应的调速状态，在规定时间状态时可以改变规定的时间，然后改成用手调速退出，同时还能在不工作6秒后主动退出，然后自行进入用手调速状态，在不工作状态时就能被唤醒，然后主动进入自动状态。如果检测不到人体温度的变化并且超过3分钟或者在规定时间完成工作时进入停止状态。2.3AT89C51单片机2.3.1 AT89C51
6、单片机主要特性与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-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部只读存储器32能进行编程I/O线两个16位计数器5个中断源可编程串行通道掉电模式和低功耗的闲置.时钟电路和片内振荡器2.3.2AT89C51单片机振荡器的特性XTAL1和XTAL2是反向放大器的输入和输出。它的反向放大器是单片机内的振荡器。可采用陶瓷振荡和石晶振荡。若外部为时钟型带有驱动的器件，则输出不要接。如果会有余输入进入到系统里的时钟信号的时候就要通过一个带有二分频的触发器，这样系统外的时钟信号的脉冲宽度就不会作要求了，但是有一
7、点要保证，那就是必须保证脉冲的高低电平的时钟信号在所规定的宽度。2.4.3 AT89C51单片机芯片擦除在整个PEROM的阵列和三个被锁住定位的电擦除，可运用正确的控制信号之间的互相组合，以及还需要保持要在10ms且在低电平中来完成ALE管脚的工作。在擦操芯片的过程中，代码都要写“1”而且在所有的不是空的储存字节被反复编程之前，这个操作就要进行。除此之外，这一单片机里包含稳态逻辑，并且能够在零频率以下的环境中进行非动态逻辑，在两种软件的情况下可选用掉电模式。在空间系统模式下，CPU不工作。但随机存储器，定时器，计数器，串口和中断系统还要不停的工作。在没有电的情况下，保存在随机存储器的内容要被冻
8、结，其它芯片也不能进行工作，直到下一个硬件复位为止。AT89C51单片机2.4数字温度传感器模块设计刚开始本设计采用的用温度传感器是AD590型号的温度传感器，把它设计成按照一定的比列控制调节器的形式，其输出电压和热敏电阻成正比的关系，但是这种方案还是有缺陷的，那就是要反复多次测量后才能采取精确的数据，太繁琐。为了克服这个问题，我们就采用更为优秀的温度传感器，它的型号是DS18B20。它可以更好的直接的把模拟信号转换成数字信号，这样就会降低了电路的负杂程度，从而提高了电路的运行速度和质量。 2.4.1温度传感器的选用第一个数字集成温度传感器DS18B20集成度高，这将大大降低外部放大电路产生转
9、换误差因素，使温度误差是非常小的，因为它的原理是感应温度这和以上两个方案的性质不同，所以它的温度分辨率比上俩个高得多。温度值在其内部转换成数字量就会直接输出，从而使系统程序简单，同时传感器采用先进的单总线技术(1-WR工E),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2.4.2温度传感器DS18B20简介新型数字温度传感器DS18B20的优点;因为它的体积很小、精准度也高。DS18B20的主要特性：（1）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一个口线即可实现微处理器与DS18B20的通信方式。（2）测温温范围551
10、25（3）最高分辨率为0.0625。DS18B20的一般操作过程（1）、初始化；（2）、跳过ROM（命令：CCH）；（3）、温度变换（命令：44H）；(4)、读暂存存储器（命令：BEH）；注：每次读取温度都要经过上面四个过程。DS18B20的温度存储方式即温度计算DS18B20是用12位存储温度，最高位为符号位，下图为它的温度存储方式：DS18B20温度存储地址分配这是获得转换后的12位的12位数据被存储在两个8-bit DS18B20的RAM，前5个二进制位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位是0，如果量乘以0.0625的值，就能获得实际的温度，如果温度小于0，这5位为1时，测得的值取反加
11、一，进一步乘以0.0625，以获得实际的温度。2.4.3温度传感器模块组成本次设计模块是以DS18B20型号的温度传感器作为温度传感器，将AT89C51作为中央处理器，将温度显示和温度控制输出单元互相配合。这样会使得整个系统的结构非常简单，功能更加完善，达到意想不到的效果。电路图如图2-2所示。系统工作原理如下：这次设计我们将DS18B20进行现场温度的测量，为了方面我们观察数据。然后在将测到的相关数据送入AT89C51的P3.7口后得出数据，在经过单片机处理后显示相关的温度值，最后要将之前设定的最大值和最小值相比较，如果测量的数据高于设定最大值值或者低于设定最小值，要是是这样的话我们就会根据
12、得出的结果来控制电机转速使其进行调整，使其达到最好的状态。 图2-1DS18B20温度计原理图2.4.4 DS18B20的温度处理方法DS18B20的主要功能是直接将测量温度值的相关数据转化为大家都非常熟悉的数字量形式提交给单片机，此次的设计在工作时必须严格遵守规定的步骤，按照单总线器件的工作时序来进行，不能擅自改动。温度值/ 数字输出（二进制） 数字输出（十六进制） +85 0000 0101 0101 0000 0550H +25.625 0000 0001 1001 0001 0191H +10.125 0000 0000 1010 0010 00A2H+0.5 0000 0000 00
13、00 1000 0008H 0 0000 0000 0000 0000 0000H-0.5 1111 1111 1111 1000 FFF8H -10.125 1111 1111 0110 1110 FF5EH -25.625 1111 1111 0110 1111 FF6FH -55 1111 1100 1001 0000 FC90H部分温度值与DS18B20输出的数字量对照表 2.5电机调速与控制模块设计此次设计中电动机的调速在整个的控制系统中是至关重要的，因此，我们不能大意。为了更好的控制电动机的速度我们可以通过控制双向可控硅的导通角，这样就能使施加在电风扇的输入电压发生相对应的改变，这
14、样就能把电风扇的风速跳到最佳，实现了各档位风速的无级调速的功能。2.5.1电机调速原理调速器的构成以电子形式的，用一只双向可控硅来调速，就好像我们在家使用的可以调节的的灯一样。特点是成本很低、体积小而且质量轻。但是它的本身还是有。另一种则是利用铁芯电感的抽头的不同，这样就能改变与电风扇电路在串联电路中的电感的感抗的问题，从而就能改变电风扇的电压，然后对它进行调速。优点是利用电抗来分电压，不会有谐波产生，对其它的电器不会带来干扰。它的缺点是利用铁芯电感，质量会很重，同时电感也会消耗一些电量。智能电风扇的风速的大小由5个档位组成，非别是5、4、3、2、1这五个档，各档风速都会有一个最大值或者最小值
15、。在相对应的额定的电压、额定的功率下，在最大值运转时的情况下，要严格要求风叶最大圆周上的线速度不能大于2150m/min。线速度的得出可有下列公式式中，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)。将上面数据代入求得 1555r/min,取=1250 r/min.又因为：取n1=875 r/min.则可得出五个档位的转速值： =1250r/min =1150r/min =1063r/min =980r/min =875r/min负载电压存在有效职的原因 其中，u1为输入交流电压的有效值，为控制角。解得： =0 t=0ms
16、=23.5 t=1.70ms =46.5 t=2.58ms =61.5 t=3.43ms =76.5 t=4.30ms上面计算控制可控硅的导通角和触发时间，检验时间为零，根据上述要求延迟的触发脉冲的触发时间，风扇将能够达到规定的速度。2.5.2电机控制模块硬件设计在电路里则是采用了高于零的两个方向可控硅 ,将集中光电进行分离、高于零检测、高于零触发等功能结合在一起，这样就使得输出通道分离变得简单了，简化了动力电路的整体结构。所设计的可以控制的触发电路原理图见图2-3 。RL就是电机的负载，它的运行要求是:用户的参数的设置单片机必须响应, 在I/ O 口一个高电平将被输出 根据反相器的功能, 得
17、到一个不高的电平,这样光电耦合器就会导通, 触发两个方向的可控硅, 这样工作电路就会工作。在一定的时间，负载的功率为:式中: P 为负载的功率； n 为规定的时间内可控硅导通正弦波数量; N 为规图2-2电机控制原理图定时间里交流的正弦波的总数量; 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里全部导通的时候时所对应的电流的有效值,A由式(1) 可知,当U , I , N 为定值时, 对n进行改变即可控制功率的输出,从而达到调节电机转速的目的。2.6温度显示与控制模块设计该设计可以通过HD7279A的控制芯片就能构成一个微控制器的键盘输入和显示模块，其
18、中包括2* 8矩阵键盘和8动态扫描数码管显示，在这种情况下，可以通过相应的连接器用于整体系统的控制和功能的输出。其原理图如图2-3所示图2-3HD7279A键盘和显示器控制模块电路原理图在显示模块这一块则是采用数码管，在显示模块中和以往的不同之处就是加入了指示灯模块，把指示灯加在断码所在的I/O口上了，然后指示灯进行编码和进行显示，因为要在在显示模块中考虑到电路最优化这一问题，位选口所需的电流较大些，而P2口所承受的电流较大一些，所以位选选择为P0口，而断码选在P2口上.2.7实现方案此次控制系统采用的是简单的键盘和液晶显示器件来完成输入/输出操作的人机界面。其键盘输入信息的主要过程是：判断与
19、CPU相关的按键是否被按下,按下后是否能进行工作。把此键代表的信息翻译成计算机可以识别的代码，如ASCII。键盘上的按键有很多，每个键有对应的键码，这样就能使键码转到相应的键处理的子程序中，然后进一步实现数据的输入和命令处理功能。图2-4第三章 系统软件设计3.1 数字温度传感器模块程序设计采用汇编语言编写，采用模块化设计，整体程序由主程序和子程序构成了该系统的运行程序。图3-1 数字温度传感器模块程序流程图主机控制D的S18B20要完成温度与温度之间的转化工作就要经过三个步骤：初始化、ROM操作指令、存储器操作指令。其中在单片机所中用的系统的频率都为12MHz。由DS18B20初始化时序、读
20、时序和写时序作为条件分别可编写4个子程序：初始值子程序、写子程序、读子程序、显现子程序。主要程序如下KEY1 BIT P1.0KEY2 BIT P1.1KEY3 BIT P1.2KEY4 BIT P1.3按键KEY1:锯齿波 按键KEY2:三角波 按键KEY3: 正弦波 按键KEY4: 方波;ORG 0000HLJMP MAINORG 0030HMAIN:MOV SP,#50HMOV DPTR,#7FFFHMOV P2,#00HMOV A,#00HMOVX DPTR,ASCAN_KEY1:MOV A,P1 ANL A,#0FH CJNE A,#0EH,SCAN_KEY2 LJMP B1SCAN
21、_KEY2:MOV A,P1 ANl A,#0FH CJNE A,#0DH,SCAN_KEY3 LJMP B2SCAN_KEY3:MOV A,P1 ANl A,#0FH CJNE A,#0BH,SCAN_KEY4 LJMP B3SCAN_KEY4:MOV A,P1 ANl A,#0FH CJNE A,#07H,SCAN_KEY1 LJMP B4利用dac0832产生锯齿波;B1:CLR P1.4 SETB P1.5 SETB P1.6 SETB P1.7LP: MOV A,#00H MOV DPTR,#4000H MOVX DPTR,A LP1: INC A MOV P2,A CJNE A,#
22、0FFH,LP1 LJMP SCAN_KEY1利用dac0832产生三角波;B2: CLR P1.5 SETB P1.4 SETB P1.6 SETB P1.7UP: MOV A,#00HUP1: INC A MOV P2,A NOP NOP CJNE A,#0F0H,UP1DOWN:DEC A MOV P2,A NOP NOP CJNE A,#00H,DOWN LJMP SCAN_KEY2利用dac0832产生正弦波;B3: MOV R1,#00H ;取表格初值 在表格里取数送到指定地址 LOOP1:CLR P1.6 SETB P1.4 SETB P1.5 SETB P1.7 MOV A,R
23、1 MOV DPTR,#SETTAB MOVC A,A+DPTR MOV DPTR,#4000H MOVX DPTR,A MOV P2,A INC R1;表格加一 CJNE R1,#0FFH,LOOP1SETTAB: 正弦表格DB 80H,83H,86H,89H,8DH,90H,93H,96H DB 99H,9CH,9FH,0A2H,0A5H,0A8H,0ABH,0AEH DB 0B1H,0B4H,0B7H,0BAH,0BCH,0BFH,0C2H,0C5H DB 0C7H,0CAH,0CCH,0CFH,0D1H, 0D4H,0D6H,0D8H DB 0DAH,0DDH,0DFH,0E1H,0E
24、3H, 0E5H,0E7H,0E9H DB 0EAH,0ECH,0EEH,0EFH,0F1H, 0F2H,0F4H,0F5H DB 0F6H,0F7H,0F8H,0F9H,0FAH, 0FBH,0FCH,0FDH DB 0FDH,0FEH,0FFH,0FFH,0FFH, 0FFH,0FFH,0FFH DB 0FFH,0FFH,0FFH,0FFH,0FFH, 0FFH,0FEH,0FDH DB 0FDH,0FCH,0FBH,0FAH,0F9H, 0F8H,0F7H,0F6H DB 0F5H,0F4H,0F2H,0F1H,0EFH, 0EEH,0ECH,0EAH DB 0E9H,0E7H,0E5H
25、,0E3H,0E1H, 0DEH,0DDH,0DAH DB 0D8H,0D6H,0D4H,0D1H,0CFH, 0CCH,0CAH,0C7H DB 0C5H,0C2H,0BFH,0BCH,0BAH, 0B7H,0B4H,0B1H DB 0AEH,0ABH,0A8H,0A5H,0A2H, 9FH, 9CH, 99H DB 96H, 93H, 90H, 8DH, 89H, 86H, 83H, 80H DB 80H, 7CH, 79H, 78H, 72H, 6FH, 6CH, 69H DB 66H, 63H, 60H, 5DH, 5AH, 57H, 55H, 51H DB 4EH, 4CH, 48H
26、, 45H, 43H, 40H, 3DH, 3AH DB 38H, 35H, 33H, 30H, 2EH, 2BH, 29H, 27H DB 25H, 22H, 20H, 1EH, 1CH, 1AH, 18H, 16H DB 15H, 13H, 11H, 10H, 0EH, 0DH, 0BH, 0AH DB 09H, 08H, 07H, 06H, 05H, 04H, 03H, 02H DB 02H, 01H, 00H, 00H, 00H, 00H, 00H, 00H DB 00H, 00H, 00H, 00H, 00H, 00H, 01H, 02H DB 02H, 03H, 04H, 05H,
27、 06H, 07H, 08H, 09H DB 0AH, 0BH, 0DH, 0EH, 10H, 11H, 13H, 15H DB 16H, 18H, 1AH, 1CH, 1EH, 20H, 22H, 25H DB 27H, 29H, 2BH, 2EH, 30H, 33H, 35H, 38H DB 3AH, 3DH, 40H, 43H, 45H, 48H, 4CH, 4EH DB 51H, 55H, 57H, 5AH, 5DH, 60H, 63H, 66H DB 69H, 6CH, 6FH, 72H, 76H, 79H, 7CH, 80H LJMP SCAN_KEY3利用dac0832产生方波;
28、B4: CLR P1.7 SETB P1.4 SETB P1.6 SETB P1.5 MOV A,#0FFH MOV P2,A LCALL DELY MOV A,#00H MOV P2,A LCALL DELY LJMP SCAN_KEY4DELY:MOV R6,#10H MOV R7,#0EDH NOPDL1:DJNZ R7,DL1DL2:DJNZ R6,DL2 RETEND3.2 电机调速与控制模块程序流程 程序设计原理此次设计采用双向可控硅过零触发方式，单片机可实现控制双向可控硅的通断的功能，我们可以通过改变每个控制周期内可控硅的导通和关断整个交流全波信号的个数来调节负载功率，进而达到调
29、速的目的。INT0信号的功能是反映工频电压高于零的时候，所以我们可以在外部断开的断开服务程序里去完成控制门的工作和停止，对控制量n计算，这样是引用断开服务的服务的次数，只要每中断一次，就要对n减1计算，假如n不等于0，那么控制电平始终为“1”，再一次开启控制门；假如n=0，就使得被控制电平的复位是零，关闭控制门，这样就能使可控硅高于零的触发脉冲禁止通过。按照控制处理后就能达到要求，就能实现可控硅高于零操控的要求，这样就能达到想要的控制的效果，速度可调不再是梦。3.3 主要程序ORG 0000HLJMP START 开始并初始化ORG 000BH 定时/计数T0中断LJMP ZDUAN ORG
30、001BH 定时/计数T1中断LJMP ZDUAN2ZDUAN:MOV TH0,#00H 使ZHUAN由正到负周期大约为1.5即当开闪烁时 每秒大约闪烁1.5次环境MOV TL0,#00HDJNZ R7,ZDUAN1 循环指令CPL ZHUAN 闪烁标志位求反MOV R7,#3ZDUAN1:RETI 中断返回ZDUAN2:MOV TH1,#0FCHMOV TL1,#43HCPL P3.0RETIORG 0100HSTART:MOV SP,#70H 设堆栈MOV TMOD,#11H ;T0,TI 工作方式1MOV TH0,#00HMOV TL0,#00HMOV TH1,#0FCHMOV TL1,#43HSETB EA 开放CPUSETB ET0 开放T0中断SETB TR0 启动T0工作CLR ZHUAN1 初始化标志位CLR ZHUAN2CLR ZHUAN3CLR ZHUAN4CLR ZHUAN5CLR ZHUAN6CLR ZHUAN7MOV R7,#3MOV 5FH,#00H 初始化寄存器MOV 30H,#01H 时间赋初始值MOV 31H,#01HMOV 32H,#01HMOV 33H,#01HMOV 34H,#01HMOV 35H,#01HMOV
