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智能风扇采用单片机at89c51控制系统-本科生初稿-学位论文.doc
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2023-07-08
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智能风扇采用单片机at89c51控制系统-本科生初稿-学位论文.doc
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摘 要
电风扇是夏天给人们降温的非常好的家用电器,智能风扇就是能根据温度的
改变,风扇转速随之改变,现在的风扇很难做到这一点,只有人为的几档调速。
夏夜温度下降后人们容易因熟睡而受凉,当温度升高时,它又不能根据温度的变
化改变转速。
本设计智能风扇采用单片机 AT89C51 作为控制系统的核心,使用温度传感
器 DS18B20 进行当前的温度采集,利用 PWM 脉冲宽 23 度调制技术进行实时调
速,并通过 LED 数码管显示当前温度。
关键词:单片机;温度传感器;风扇; PWM;
Design of Smart Fan Based on Single Chip Microcomputer
Abstract
Fan is very good for people cooling appliances in the summer. Smart Fan is
according to changes in temperature, and fan speed changes. Now the fan is difficult
to do this, only a few artificial stall speed.
The design of the fan control system uses AT89C51 microcontroller , the indoor
temperature sensor DS18B20 temperature acquisition, use PWM pulse width
modulation technology for real-time control, and displays the current temperature
through the LED digital tube.
Key Words: Microcontroller;Temperature Sensors;Fan;
第一章 绪 论....................................................................................................................................3
1.1 引言 .....................................................................................................................................3
1.2 发展现状与应用领域 ......................................................................................................3
1.3 本次设计的主要任务和内容 ............................................................................................4
第二章 方案论证..............................................................................................................................5
2.1 控制核心的选择 ................................................................................................................5
2.2 调速方式的选择 ................................................................................................................5
2.3 温度传感器的选择 ............................................................................................................6
2.4 显示电路的选择 ................................................................................................................7
第三章 主要原件的介绍..................................................................................................................7
3.1 AT89C51 简介 ....................................................................................................................7
3.2 DS18B20 简介.....................................................................................................................9
3.3 四位共阳极数码管 ...........................................................................................................11
第四章 系统主要硬件电路设计....................................................................................................12
4.1 DS18B20 的工作原理及其单片机的接口电路 ...........................................................12
4.2 风扇 PWM 调速原理及其单片机接口电路 ..................................................................14
4.3 晶振及复位电路设计 .......................................................................................................15
4.4 数码显示电路 ..................................................................................................................16
4.5 按键连接电路 ...................................................................................................................17
第五章 软件设计............................................................................................................................18
5.1 程序设置 ..........................................................................................................................18
第六章 系统调试............................................................................................................................19
6.1 软件调试 ..........................................................................................................................20
6.1.1 按键显示部分的调试............................................................................................20
6.1.2 传感器 DS18B20 温度采集部分调试..................................................................20
6.1.3 电动机调速电路部分调试....................................................................................21
6.2 硬件调试 ..........................................................................................................................21
6.2.1 传感器 DS18B20 温度采集部分调试..................................................................21
6.2.2 电动机调速电路部分调试.....................................................................................21
6.3 系统功能 ..........................................................................................................................21
6.3.1 系统实现的功能..................................................................................................22
6.3.2 系统功能分析........................................................................................................22
总 结..............................................................................................................................................23
谢 辞......................................................................................................................................23
参考文献..........................................................................................................................................24
附录..................................................................................................................................................25
附录一:电路原理图..............................................................................................................25
附录二:源程序......................................................................................................................25
第一章 绪 论
1.1 引言
在现实生活中,咱们总是要运用一些降温设施。虽然如今不少城市家庭都用
空调设备作为降温工具,但在大部分乡村家庭电风扇依旧是作为夏季降温的主要
工具。春夏或是夏秋交替时节,早晚温差较大,白昼温度较高,风扇应该转动的
较快,这样才可以让人感到凉爽。到了夜间,气温降落很多,当人们入睡之后,
风扇的转速应慢慢减下来,避免感冒。尽管如今的风扇有多个档位可以调节,但
都必须由人工来换挡,在人们酣睡以后就无能为力了。针对这个问题我们现在普
遍采用定时的办法,但采用定时的方法普遍只能定时两个多小时,如果在这两个
多小时里温度没有变化很大,人们就会感到酷热醒过来去打开风扇,这样就影响
了人们的睡眠质量。从以上 剖析可知,须要设计出一种智能化的电风扇来解决
这个问题。本设计的控制核心采用单片机AT89C51,当前环境温度通过温度传感
器18B20来采集。实时温度通过LED数码管来显示,并依据温度传感器检测到的
当前环境温度,输出相应占空比的PWM脉冲信号,进而调节风扇不同的转速。
1.2 发展现状与应用领域
虽然作为一种老式家电,电风扇曾一度被认为是空调冲击下的淘汰品;但电
风扇具备摆放便利、体积轻巧、价格便宜等优势。我国对电风扇的优化研究是很
积极的,由于大部分家庭受消费水平的限制,作为成熟的家电产业中一员的电风
扇,在中国还是具有很广阔市场的,智能电风扇已经投入市场,目前这方面的技
术已经成熟。下一阶段的研究将是使其愈加人性化,更好的满足不同群体的人的
需求。根据不同人群的不同需要,美的等家电企业也相继推出了大厦扇和学生扇
等智能化电风扇产品。
国外和我国在电器研究方面比较起来,前者对电风扇的研究并不是很踊跃,
但是国外在智能化电器领域却比我国更加先进。“智能化电器”包含三个层次:
智能化磁力启动器、智能化接触器、和智能化断路器等是智能化的电器元件,智
能化开关柜:多台断路器;智能化供配电系统:用电设备与供电系统的控制的控
制关系十分密切
。增强网络性能,最大程度地提升配电系统和用电设备的自动
化水平是这两个层次上的智能化任务的重点
采用可编程器件及微处理器,大量功能通过“以软代硬”来实现,并拥有
“现场”设计的能力并充分增强智能化电器元件的“柔性”与 适应性。是新型
智能化电器元件的发展趋势。例如一种采用 FPGA 器件构成的专用功能集成电路
已被投入了使用。随着温度控制技术的发展,为了使电风扇愈加人性化以及节省
电能等,温度控制风扇越来越受到青睐并被广泛的应用。
温控风扇系统之所以能很好的节约电能是因为能根据当前的环境温度去
自动开通、关闭电风扇并能控制电风扇的转速,这样也方便用户们的使用更具人
性化。并且温控风扇系统在工业生产、日常生活中都有宽泛的使用,如在工业生
产中大型机械设备的散热系统,或限制笔记本电脑上的智能 CPU 风扇等基于单
片机的温控风扇都能够根据环境温度的高低自动启动或停止转动,并能够按照温
度的变化完成转速的自动调节,在现实生活中具非常广泛的用途,因此它的设计
具有一定的价值意义
1.3 本次设计的主要任务和内容
本设计的主要控制核心是 AT8951 单片机,温度传感器采集到的数据处理通
过 51 单片机来完成,并且电风扇的各种工作状态是通过各种电子元器件对其进
行实时控制的,进而满足用户的需要。
本次设计主要完成以下内容:
(1)可根据当前环境温度和预设温度自动调节风扇转速,当前温度大于预设
温度上限,风扇转速较高;小于预设温度上限,大于预设温度下限风扇转速较低;
小于预设温度下限风扇自动关闭。
(2) 预设温度可通过按键增加或减少,三个按键。第一个为功能键按第一下
显示温度上限可对温度上限进行设置,按第二下显示温度下限可对温度下限进行
设置,按第三下显示环境温度。第二个键为温度设置加键,按一下加五度。第三
个键为温度减键,按一下温度减一。
(3) 能够实现对风扇转速的手自动控制。
(4)自动模式下,通过对温度信号的检测,完成对风扇转速的智能控制。
(5) 数码管可以对环境温度进行显示,并显示风扇档位。
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