基于AT89C51单片机的智能风扇控制系统设计

1、 单位代码 01 学 号 090102060 分 类 号 密 级 毕业论文 基于 at89c51 单片机的智能风扇控制系统 院（系）名称信息工程学院 专业名称电子信息工程 学生姓名 指导教师 2013 年 5 月 15 日 摘摘 要要 随着现代信息技术的飞速发展，温度测量控制系统在工业、农业及人们的日常生 活中扮演着一个越来越重要的角色，它对人们的生活具有很大的影响，所以温度采集 控制系统的设计与研究有十分重要的意义。 近年来，电风扇增设了各种新功能，既彰显了个性，也在无形中提高了档次。电 风扇起停的自动控制，能够解决夏天人们晚上熟睡时，由于夜里温度下降而导致受凉， 或者从睡梦中醒来亲自开关电

2、风扇的问题，具有重要的现实意义。从此目的出发，本 文介绍了一种基于 at89c51 单片机的电风扇智能调速器的设计，该设计以 at89c51 控制器为核心，巧妙利用温度传感器电路，及时而准确的采集环境温度，利用双向晶 闸管对电机进行无级调速，把智能控制技术用于家用电器的控制中，用人体周围的环 境温度对风扇进行温控。 关键字：电风扇，单片机，温度传感器，数码管 smart fan control system based on single chip microcomputer abstract with the rapid development of modern information t

3、echnology, temperature measuring control system play an increasingly important role in industry, agriculture and peoples daily life. it has a great influence on peoples lives, so the design of the control system of temperature acquisition and research has the very vital significance. in recent years

4、, electric fans added lots of new features . it doesnt reveal the individual character, but in virtually it also improves the level. the automatic control of fans start and stop can solve the problem which when people are sleeping at night in summer, due to temperature drop and lead to catch cold at

5、 night, or waking from sleep to switch electric fan, so it has important practical significance . therefore, the paper introduces the design of electric fan intelligent governor based on at89c51 . the design uses at89c51 controller as the core, skillfully using temperature sensor circuit timely and

6、accurately to collect environment temperature, and using the two-way thyristor to stepless speed regulation of motor. the intelligent control technology is used in home appliances control, and uses the human body environment temperature to realize the control of temperature of fan. key words: fan，si

7、ngle chip microcomputer , the temperature sensor ，nixietube 目目 录录 1 绪论.1 2 芯片介绍.2 2.1 at89c51 单片机介绍.2 2.2 温度传感器 ds18b20 介绍.5 3 硬件电路及系统原理分析.8 3.1 系统总体设计.8 3.2 功能描述.8 3.3 单片机最小系统电路.10 3.4 键盘控制电路.11 3.5 数码管显示电路.12 3.6 电机调速电路.13 3.6.1 电机调速原理 .13 3.6.2 电机控制模块设计 .14 3.7 报警电路.15 4 控制器软件设计.16 4.1 主程序.16 4.2

8、 温度传感器模块.17 4.3 电机调速与控制子模块.18 5 仿真结果.20 结论.23 致谢.24 参考文献.25 附录.26 1 绪 论 随着空调在日常生活中的普遍应用，很容易想到电风扇会成为空调的社会淘汰品， 其实经过市场的考验和证实，事实并非如此。虽然空调产品仍然具有很强大的生命力， 但是电风扇在市场的验证下也显示着它的市场优势，并且其销售在不停的复苏中具有 强大的发展空间。据市场调查，电风扇的不停复苏主要在于以下三个方面：一是电风 扇虽然没有空调机的强大的制冷功能，但电风扇是直接取风，风力更加温和，比较适 合老年人、儿童以及体质虚弱的人使用1。二是电风扇经过多年的市场使用，较符合人

9、 们的使用习惯，而且结构简单、操作方便、安装简易。三是电风扇比起空调产品而言， 其价格低廉，相对省电，更容易进入老百姓的家庭。 随着人们生活水平及科技水平的不断提高，现在家用电器在款式、功能等方面日 益求精，并朝着健康、安全、多功能、节能等方向发展。过去的电器不断的显露出其 不足之处，电风扇作为家用电器的一种，同样存在类似的问题。传统的电风扇较为突 出的缺点是：一是风扇的风力大小不能根据温度的变化自动的调节风速，对于那些昼 夜温差比较大的地区，这个自动调节风速就显得优其的重要了，特别是人们在熟睡时 常常没有觉察到夜间是温度变化，那样既浪费电资源又容易引起感冒；二是传统的风 扇是用机械式的定时方

10、式，机械式的定时方式常常会伴随着很大的机械运动的声音， 特别是在夜间影响人们的睡眠质量，机械定时也有一定的局限性，定时范围有限；三 是传统的电风扇没有远程遥控控制电风扇的功能，对平时需要调节风扇风速，而又不 想走近风扇带来很多不便。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。 我们都知道，传统电风扇多采用机械方式进行控制，功能少，噪音大，各档的风 速变化大，况且，档速调换也不方便。而基于 at89c51 单片机的智能电风扇调速器的 设计，巧妙的利用红外线遥控技术、单片机控制技术、无级调速技术和温度传感技术， 把智能控制技术应用于家用电器的控制中，将电风扇的电机转速作

11、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速的效果。 2 芯片介绍 2.1 at89c51 单片机介绍 at89c51 为 atmel 所生产的可电气烧录清洗的 8051 相容单芯片，其内部程 序代码容量为 4kb2。 1、at89c51 主要功能列举如下： 为一般控制应用的 8 位单芯片 晶片内部具时钟振荡器（传统最高工作频率可至 12mhz） 内部程式存储器（rom）为 4kb 内部数据存储器（ram）为 128b 外部程序存储器可扩充至 64kb 外部数据存储器可扩充至 64kb 32 条双向输入输出线，且每条均可

12、以单独做 i/o 的控制 5 个中断向量源 2 组独立的 16 位定时器 1 个全多工串行通信端口 2、at89c51 各引脚功能介绍如图 3.1 所示。 图 2.1 at89c51 引脚图 vcc：at89c51 电源正端输入，接+5v。 vss：电源地端。 xtal1：单芯片系统时钟的反相放大器输入端。 xtal2：系统时钟的反相放大器输出端，一般在设计上只要在 xtal1 和 xtal2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两引脚与地之间加入 一 30pf 的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。 reset：at89c51 的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时

13、，只要对此引脚 电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，at89c51 便能完成系统重置的各 项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址 0000h 处开 始读入程序代码而执行程序。 ea/vpp：ea为英文external access的缩写，表示存取外部程序代码之意，低 电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部 eprom 中）来执行程序3。因此在 8031 及 8032 中，ea 引脚必须接低电平，因为其 内部无程序存储器空间。如果是使用 8751 内部程序空间时，此引脚要接成高电平。 此外，在将程序代码烧录至 8751 内部

14、eprom 时，可以利用此引脚来输入 21v 的烧录 高压（vpp） 。 ale/prog：ale 是英文address latch enable的缩写，表示地址锁存器启用信号。 at89c51 可以利用这支引脚来触发外部的 8 位锁存器（如 74ls373） ，将端口 0 的地址 总线（a0a7）锁进锁存器中，因为 at89c51 是以多工的方式送出地址及数据。平 时在程序执行时 ale 引脚的输出频率约是系统工作频率的 1/6，因此可以用来驱动其 他周边晶片的时基输入。此外在烧录 8751 程序代码时，此引脚会被当成程序规划的特 殊功能来使用。 psen：此为program store e

15、nable的缩写，其意为程序储存启用，当 8051 被设成 为读取外部程序代码工作模式时（ea=0） ，会送出此信号以便取得程序代码，通常这 支脚是接到 eprom 的 oe 脚。at89c51 可以利用 psen 及 rd 引脚分别启用存在外 部的 ram 与 eprom，使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用 64k 的定 址范围。 port0（p0.0p0.7）： 端口 0 是一个 8 位宽的开路汲极（open drain）双向输出入端口，共有 8 个位，p0.0 表示位 0，p0.1 表示位 1，依此类推。其他三个 i/o 端口（p1、p2、p3）则不具有此电 路组态，而是内部

16、有一提升电路，p0 在当做 i/o 用时可以推动 8 个 ls 的 ttl 负载。 如果当 ea 引脚为低电平时（即取用外部程序代码或数据存储器） ，p0 就以多工方式提 供地址总线（a0a7）及数据总线（d0d7） 。设计者必须外加一锁存器将端口 0 送 出的地址栓锁住成为 a0a7，再配合端口 2 所送出的 a8a15 合成一完整的 16 位地 址总线，而定址到 64k 的外部存储器空间。 port1（p1.0p1.7）：端口 1 也是具有内部提升电路的双向 i/o 端口，其输出缓 冲器可以推动 4 个 ls ttl 负载，同样地若将端口 1 的输出设为高电平，便是由此端口 来输入数据。如

17、果是使用 8052 或是 8032 的话，p1.0 又当做定时器 2 的外部脉冲输入 脚，而 p1.1 可以有 t2ex 功能，可以做外部中断输入的触发脚位。 port2（p2.0p2.7）：端口 2 是具有内部提升电路的双向 i/o 端口，每一个引脚 可以推动 4 个 ls 的 ttl 负载，若将端口 2 的输出设为高电平时，此端口便能当成输 入端口来使用。p2 除了当做一般 i/o 端口使用外，若是在 at89c51 扩充外接程序存储 器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节 a8a15，这个时候 p2 便不能当做 i/o 来使用了4。 port3（p3.0p3.7）：端口 3 也具有内部

18、提升电路的双向 i/o 端口，其输出缓冲 器可以推动 4 个 ttl 负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外 部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。其引脚 分配如下： p3.0：rxd，串行通信输入。 p3.1：txd，串行通信输出。 p3.2：int0，外部中断 0 输入。 p3.3：int1，外部中断 1 输入。 p3.4：t0，计时计数器 0 输入。 p3.5：t1，计时计数器 1 输入。 p3.6：wr：外部数据存储器的写入信号。 p3.7：rd，外部数据存储器的读取信号。 2.2 温度传感器 ds18b20 介绍 ds18b20 温度传

19、感器是美国达拉斯(dallas)半导体公司推出的应用单总线技术 的数字温度传感器5。该器件将半导体温敏器件、a/d 转换器、存储器等做在一个很小 的集成电路芯片上。本设计中温度传感器之所以选择单线数字器件 ds18b20，是在经 过多方面比较和考虑后决定的，主要有以下几方面的原因： （1）系统的特性：测温范围为-55+125 ，测温精度为士 0.5；温度转换 精度 912 位可变，能够直接将温度转换值以 16 位二进制数码的方式串行输出；12 位 精度转换的最大时间为 750ms；可以通过数据线供电，具有超低功耗工作方式。 （2）系统成本：由于计算机技术和微电子技术的发展，新型大规模集成电路功

20、能 越来越强大，体积越来越小，而价格也越来越低。一支 ds18b20 的体积与普通三极管 相差无几，价格只有十元人民币左右。 （3）系统复杂度：由于 ds18b20 是单总线器件，微处理器与其接口时仅需占用 1 个 i/o 端口且一条总线上可以挂接几十个 ds18b20，测温时无需任何外部元件，因此， 与模拟传感器相比，可以大大减少接线的数量，降低系统的复杂度，减少工程的施工 量。 （4）系统的调试和维护：由于引线的减少，使得系统接口大为简化，给系统的调 试带来方便。同时因为 ds18b20 是全数字元器件，故障率很低，抗干扰性强，因此， 减少了系统的日常维护工作。 ds18b20 温度传感器

21、只有三根外引线：单线数据传输总线端口 dq ，外供电源线 vdd，共用地线 gnd。ds18b20 有两种供电方式：一种为数据线供电方式，此时 vdd 接地，它是通过内部电容在空闲时从数据线获取能量，来完成温度转换，相应的 完成温度转换的时间较长6。这种情况下，用单片机的一个 i/o 口来完成对 ds18b20 总线的上拉。另一种是外部供电方式(vdd 接+5v)，相应的完成温度测量的时间较短。 1、ds18b20 的性能特点 ds18b20 的引脚图如图 2.3 所示。独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信； 多个 ds18b20 可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；无须外部器件；可

22、通过 数据线供电，电压范围为 3.05.5；零待机功耗；温度以 9 或 12 位数字；用户可定义 报警设置；报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；负 电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。ds18b20 的引脚功能描述如表 1 所示。 图 2.3 ds18b20 的引脚排列 表 1 ds18b20 引脚功能描述 序号名称引脚功能描述 1gnd 地信号 2dq 数字输入输出引脚,开漏单总线接口引脚,当使用寄 生电源时,可向电源提供电源 3vdd 可选择的 vdd 引脚,当工作于寄生电源时,该引脚必 须接地 2、ds18b20 的内部结构 ds1

23、8b20 的内部框图如图 2.4 所示。64 位 rom 存储器件独一无二的序列号。暂 存器包含两字节（0 和 1 字节）的温度寄存器，用于存储温度传感器的数字输出。暂存 器还提供一字节的上线警报触发（th）和下线警报触发（tl）寄存器（2 和 3 字节） ， 和一字节的配置寄存器（4 字节） ，使用者可以通过配置寄存器来设置温度转换的精度。 暂存器的 5、6 和 7 字节器件内部保留使用。第八字节含有循环冗余码（crc ） 。 内部 电源 探测 位 和 单线端口 位 产生器 暂存器 下限触发 上限触发 温度传感器 存储器和控制逻辑 图 2.4 ds18b20 的内部框图 该技术采用单根信号线

24、，既可传输时钟，也能传输数据，而且是双向传输。适用 于单主机系统，主机能够控制一个或多个从机设备，通过一个漏极开路或三态端口连 至该数据线，以允许设备在不发送数据时能释放该线，而让其他设备使用。单线通常 要求外接一个 5k 的上拉电阻，这样当该线空闲时，其状态为高电平。 主机和从机之间的通讯分成三个步骤：初始化单线器件、识别单线器件和单线数 据传输7。 单线 1wire 协议由复位脉冲、应答脉冲、写 0、写 1、读 0、读 1，这几种信号类 型实现，这些信号中除了应答脉冲其他都由主机发起，并且所有指令和数据字节都是 低位在前。 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

25、须严格遵守单 总线器件的工作时序。 表 2 部分温度值与 ds18b20 输出的数字量对照表 温度值/ 数字输出（二进制） 数字输出（十六进制） +125 0000 0111 1101 0000 07d0h +85 0000 0101 0101 0000 0550h +25.625 0000 0001 1001 0001 0191h +10.125 0000 0000 1010 0010 00a2h +0.5 0000 0000 0000 1000 0008h 0 0000 0000 0000 0000 0000h -0.5 1111 1111 1111 1000 fff8h -10.125

26、1111 1111 0110 1110 ff5eh -25.625 1111 1111 0110 1111 ff6fh -55 1111 1100 1001 0000 fc90h 3 硬件电路及系统原理分析 3.1 系统总体设计 系统总体设计图如图 3.1 所示。 图 3.1 系统总体设计结构图 本系统是以单片机为核心，由数字温度传感器 ds18b20、温度、档位显示、电机 调速电路和蜂鸣器报警电路组成。 通过键盘可以控制系统为几个不同的工作状态，休眠状态、自动档以及手动的几 个档位进行工作。 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 e2prom 的 at8

27、9c51 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8。整个系 统结构紧凑，抗干扰能力强，性价比高。 3.2 功能描述 传统电风扇供电采用的是 220v 交流电，电机转速分为几个档位，通过人工手动调 整电机转速达到改变风速的目的，亦即，每改变一次风力，必然有人参与操作，这样 就会带来诸多不便9。 电机调速 at89c51 键盘功能输入 温度、档位显示 数字温度传感器 蜂鸣器 a b c d e f g dp l1 l2 l3 l4 a

28、b c d e f g l5 a b c d e f g dp l1 l2 l3 l4 l1 l2 l3 l4 l5 dp l5 xtal2 18 xtal1 19 ale 30 ea 31 psen 29 rst 9 p0.0/ad0 39 p0.1/ad1 38 p0.2/ad2 37 p0.3/ad3 36 p0.4/ad4 35 p0.5/ad5 34 p0.6/ad6 33 p0.7/ad7 32 p2.7/a15 28 p2.0/a8 21 p2.1/a9 22 p2.2/a10 23 p2.3/a11 24 p2.4/a12 25 p2.5/a13 26 p2.6/a14 27

29、p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 p3.2/int0 12 p3.3/int1 13 p3.4/t0 14 p3.7/rd 17 p3.6/wr 16 p3.5/t1 15 u1 89c51 29.0 dq 2 vcc 3 gnd 1 u2 ds18b20 r1 10k r2 10k r3 10k r4 10k r5 10k r6 10k r7 10k r8 10k 32 u3:a 4009 zero crossing 1 2 6 4 u4 moc3031m u5 l2

30、008l6 r9 10k r10 10k c1 1nf r11 10k r12 10k v1 vsine 2 3 4 5 6 7 8 9 1 rp1 respack-8 r13 300 r14 300 r15 300 r16 300 r17 300 u7 and_5 q1 pn2907 buz1 buzzer gnd r25 100 停停止止 1档档 2档档 3档档 自自动动 风风扇扇档档位位显显示示 温温度度显显示示或或者者报报警警显显示示 y1 crystal c11 30pf c2 30pf r35 1k r2610k c3 10uf k1 rst vcc gnd 模模拟拟电电机机 图

31、3.2 系统总体原理图 本设计是以 at89c51 单片机控制中心，主要通过提取温度传感器 ds18b20 得到 的温度以及内部定时器设定时间长短来控制电风扇的开关及转速的变化。 电风扇可工作在两种状态：手动调速状态、自动调速状态。 手动状态时可以手动调节速度； 自动状态时通过温度高低自动调节速度：“温度高，转速快；温度低，转速慢” ； 本设计主要介绍根据温度传感器 ds18b20 所采集的温度来实现自动调速。 在接通电源之后，cpu 处于休眠状态，当用户选择了相应的按键即挡位（自动挡、 1 挡、2 挡、3 挡）之后，风扇就进入了相应的工作状态。本风扇系统的自动档是通过 数字温度传感器 ds1

32、8b20 测量环境温度，在测量完温度之后，通过 led 数码管显示 出实时温度，第四位显示的是当前温度的警告信息10。c 标识温度不是很高（30 度以 下） ，处于 1 挡进行工作；e 标识温度稍高一点（3035 度之间） ，用 2 挡工作，风扇转 速快一点，降温快；f 标识温度很高（37 度以上） ，应该让风扇处于最快的转速，以快 速的降低温度。还有一位数码管是单独的显示档位的。系统总体电路图如图 3.2 所示。 3.3 单片机最小系统电路 在设计的温度控制系统设计中，控制核心是 stc89c52 单片机，该单片机为 51 系 列增强型 8 位单片机，它有 32 个 i/o 口，片内含 4k

33、 flash 工艺的程序存储器，便于 用电的方式瞬间擦除和改写，而且价格便宜，其外部晶振为 12mhz，一个指令周期为 1s11。使用该单片机完全可以完成设计任务，其最小系统主要包括：复位电路、震 荡电路以及存储器选择模式（ea 脚的高低电平选择） ，电路如下图 3.3 所示。 xtal2 18 xtal1 19 ale 30 ea 31 psen 29 rst 9 u1 r6 200 c1 1uf r7 4.7k x1 crystal c2 1nf c3 1nf 图 3.3 单片机最小系统 3.4 键盘控制电路 单片机系统中完成控制参数输入及修改的基本输入设备，是人工干预系统的重要 手段12

34、。 按编码方式可分为编码键盘与非编码键盘。按键组连接方式可分为独立连接式键 盘与矩阵连接式键盘。 独立键盘：每键相互独立，各自与一条 i/o 线相连，cpu 可直接读取该 i/o 线的 高/低电平状态。其优点是硬件、软件结构简单，判键速度快，使用方便；缺点是占 i/o 口线多。多用于设置控制键、功能键。适用于键数少的场合。 矩阵键盘：键按矩阵排列，各键处于矩阵行/列的结点处，cpu 通过对连在行(列) 的 i/o 线送已知电平的信号，然后读取列(行)线的状态信息。逐线扫描,得出键码。其特 点是键多时占用 i/o 口线少，硬件资源利用合理，但判键速度慢。多用于设置数字键， 适用于键数多的场合。

35、鉴于以上独立键盘和矩阵键盘的特点，本系统使用按键较少，对按键的速度要求 不是很高，因此我们选择独立键盘作为本系统的输入部分。如图 3.4 所示。 图 3.4 键盘控制电路 3.5 数码管显示电路 动态显示的特点是将所有位数码管的段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位 数码管有效。选亮数码管采用动态扫描显示。所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管 送出字形码和相应的位选，利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用，使人的感觉好像 各位数码管同时都在显示。动态显示的亮度比静态显示要差一些，所以在选择限流电 阻时应略小于静态显示电路中的。 本设计一共用 5 个数码管显示：即前 3 个显示温度，第 4 个显示温度

36、单位 c，第 5 个显示档位。通过单片机的 p1 口控制数码管的段选信号，用 p2 口的 p2.0 到 p2.4 控 制数码管的位选13。通过 ds18b20 采集温度信号，并作为单片机的输入信号，根据输 入信号的不同，通过不同的软件程序产生相应的输出信号来控制数码管的显示。数码 管显示电路如图 3.5 所示。 图 3.5 数码管显示电路 3.6 电机调速电路 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改变，以调节 风扇的转速，实现各档位风速的无级调速。 3.6.1 电机调速原理 双向可控硅的导通条件如

37、下： (1）阳-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 ia 大于可控硅的最小维持电流 ih。 电风扇的风速从高到低设为 3、2、1 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，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=dn103 （1） 式（1）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 n31555r/min,取 n3=1250 r/min.又因为： %70%100 最高调速档的转速

38、最低调速档的转速 调速比 取 n1=875r/min。则可得出五个档位的转速值： n1=1063r/min，n2=1150 r/min，n3=1250r/min 又由于负载上电压的有效值 u0=u1 （2） 2 2sin 式（2）中，u1 为输入交流电压的有效值， 为控制角。解得： 当 3=0时，t=0ms； 当 2=23.5时，t=1.70ms； 当 1=46.5时，t=2.58ms； 上述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 延时发脉冲，便可实现预期转速14。 3.6.2 电机控制模块设计 本模块电路中采用了过零双向可控硅型光耦 moc3041m ,集光电隔离

39、、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 3.6。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: (3) ui n n p 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

40、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）15。由式 (3) 可知,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。风扇电机控制电路如图 3.6 所示。 p2.7/a15 28 p2.4/a12 p2.5/a13 26 p2.6/a14 27 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 p3.2/int0 12 p3.3/int1 13 p3.4/t0 14 p3.7/rd 17 p3.6/wr 16 p3.5/t1 15 32 u3:a 4009 zero crossing 1 2 6 4 u4 m

41、oc3031m u5 l2008l6 r9 10k r10 10k c1 1nf r11 10k r12 10k 图 3.6 风扇电机控制电路 3.7 报警电路 蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、 复印机、报警器、定时器等电子产品中作发声器件。 蜂鸣器发声原理是电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发声的， 需要一定的电流才能驱动它，单片机 io 引脚输出的电流较小，输出的 ttl 电平基本 上驱动不了蜂鸣器，因此需要增加一个电流放大的电路16。s51 增强型单片机实验板通 过一个三极管 c8550 来放大驱动蜂鸣器。 蜂鸣器的正极接到 vcc（

42、5v）电源上面，蜂鸣器的负极接到三极管的发射极 e，三极管的基级 b 经过限流电阻 r1 后由单片机的 p3.5 引脚控制，当 p3.5 输出高电 平时，三极管截止，没有电流流过线圈，蜂鸣器不发声；当 p3.5 输出低电平时，三极 管导通，这样蜂鸣器的电流形成回路，发出声音。因此，结合电路我们可以通过程序 控制 p3.5 脚的电平来使它发出声音和关闭17。 程序中改变单片机 p3.5 引脚输出波形 的频率，就可以调整控制蜂鸣器音调，产生各种不同音色、音调的声音。蜂鸣器的报 警电路如图 3.7 所示。 图 3.7 蜂鸣器报警电路 4 控制器软件设计 本系统的运行程序采用 c 语言编写，采用模块化

43、设计，整体程序由主程序和显示、 键盘扫描、红外线接收以及电机控制等子程序模块组成。 4.1 主程序 在主程序进行初始化后，开始反复检测各模块相关部分的缓冲区的标志，如果缓 冲区置位，说明相应的数据需要处理，然后主程序调用相应的处理子模块。如图 4.1 所 示。 图 4.1 主程序模块流程图 4.2 温度传感器模块 如图 4.2 所示，主机控制 ds18b20 数字温度传感器完成温度转换工作必须经过三 个步骤：初始化、rom 操作指令、存储器操作指令。单片机所用的系统频率为 12mhz18。 根据 ds18b20 数字温度传感器进行初始化时序、读时序和写时序分别可编写 3 个 子程序：初始化子程

44、序、写子程序、读子程序。 图 4.2 数字温度传感器模块程序流程图 开始 ds18b20 初始化 启动 ds18b20 测温 内部判断 调用读子程序 显示子程序 结束 调用相应的控 制程序 调用相应的键 值处理程序 调用写子程序 异常 正常 ds18b20 芯片功能命令表如 2 所示。 表 2 ds18b20 功能命令表 命令 说明 协议 read rom 读取激光 rom64 位 33h match rom 匹配 rom 55h skip rom 跳过 rom cch search rom 搜索 rom f0h alarm search 告警搜索 ech write scratchpad 把

45、字节写入暂存器的地址 2 和 3 4eh read scratchpad 读取暂存器和 crc 字节 beh copy scratchpad 把暂存器内容拷贝到非易失性存储器中 48h convert t 开始温度转换 44h recall e2 把非易失性存储器中的值召回暂存器 b8h read power supply 读电源供电方式：0 为寄生电源，1 为外电源 b4h 4.3 电机调速与控制子模块 本模块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节负载功率，进而 达到调速的目的19。 因为 int0 信号

46、反映工频电压过零时刻，所以只要在外中断 0 的中断服务程序中完 成控制门的开启与关闭，并利用中断服务次数对控制量 n 进行计数和判断，即每中断 一次，对 n 进行减 1 计数，如果 n 不等于 0，保持控制电平为“1” ，继续打开控制门； 如 n=0，则使控制电平复位为“0” ，关闭控制门，使可控硅过零触发脉冲不再通过20。 这样就可以按照控制处理得到的控制量的要求，实现可控硅的过零控制，从而达到按 控制量控制的效果，实现速度可调。 （1）中断服务程序：执行中断服务程序时，首先保护现场，int0 中断标志置位， 禁止主程序修改工作参数，然后开始减 1 计数，判断是否关断可控硅，最后 int0

47、中断 标志位清零，还原初始化数据，恢复现场，中断返回。 （设 1 秒钟通过波形数 n=100） （2）回路控制执行程序：主回路控制执行程序的任务是初始化数据存储单元，确 定电机工作参数 nmin/nmax，并将其换算成“有效过零脉冲”的个数；确定中断优先 级、开中断，为了保证正弦波的完整，工频过零同步中断 int0 确定为高一级的中断源。 电机控制模块中断响应流程图如图 4.3 所示。 图 4.3 电机控制模块中断响应流程图 ex0 中断 温度大于等于下限值并 且小于上限值 控制可控硅 截止 中断返回 设置 t0 参数 启动定时 t0 中断 控制可控硅导 通 停止 t0 定时 中断返回 5 仿

48、真结果 当温度小于 30 度时，为 1 档。如图 5.1 所示。 a b c d e f g dp l1 l2 l3 l4 a b c d e f g l5 a b c d e f g dp l1 l2 l3 l4 l1 l2 l3 l4 l5 dp l5 xtal2 18 xtal1 19 ale 30 ea 31 psen 29 rst 9 p0.0/ad0 39 p0.1/ad1 38 p0.2/ad2 37 p0.3/ad3 36 p0.4/ad4 35 p0.5/ad5 34 p0.6/ad6 33 p0.7/ad7 32 p2.7/a15 28 p2.0/a8 21 p2.1/a9

49、 22 p2.2/a10 23 p2.3/a11 24 p2.4/a12 25 p2.5/a13 26 p2.6/a14 27 p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 p3.2/int0 12 p3.3/int1 13 p3.4/t0 14 p3.7/rd 17 p3.6/wr 16 p3.5/t1 15 u1 80c51 29.0 dq 2 vcc 3 gnd 1 u2 ds18b20 r1 10k r2 10k r3 10k r4 10k r5 10k r6 10k r7

50、 10k r8 10k 32 u3:a 4009 zero crossing 1 2 6 4 u4 moc3031m u5 l2008l6 r9 10k r10 10k c1 1nf r11 10k r12 10k v1 vsine 2 3 4 5 6 7 8 9 1 rp1 respack-8 u6 and_4 r13 300 r14 300 r15 300 r16 300 r17 300 图5.1 温度小于30度 当温度大于 30 度小于 35 度时，为 2 档。如图 5.2 所示。 a b c d e f g dp l1 l2 l3 l4 a b c d e f g l5 a b c d

51、 e f g dp l1 l2 l3 l4 l1 l2 l3 l4 l5 dp l5 xtal2 18 xtal1 19 ale 30 ea 31 psen 29 rst 9 p0.0/ad0 39 p0.1/ad1 38 p0.2/ad2 37 p0.3/ad3 36 p0.4/ad4 35 p0.5/ad5 34 p0.6/ad6 33 p0.7/ad7 32 p2.7/a15 28 p2.0/a8 21 p2.1/a9 22 p2.2/a10 23 p2.3/a11 24 p2.4/a12 25 p2.5/a13 26 p2.6/a14 27 p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p

52、1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 p3.2/int0 12 p3.3/int1 13 p3.4/t0 14 p3.7/rd 17 p3.6/wr 16 p3.5/t1 15 u1 89c51 32.7 dq 2 vcc 3 gnd 1 u2 ds18b20 r1 10k r2 10k r3 10k r4 10k r5 10k r6 10k r7 10k r8 10k 32 u3:a 4009 r9 10k r10 10k c1 1nf r11 10k r12 10k v1 vsine 2 3 4 5 6 7 8

53、9 1 rp1 respack-8 r13 300 r14 300 r15 300 r16 300 r17 300 u7 and_5 q1 pn2907 buz1 buzzer gnd r25 100 停停止止 1档档 2档档 3档档 自自动动 风风扇扇档档位位显显示示 温温度度显显示示或或者者报报警警显显示示 y1 crystal c11 30pf c2 30pf r35 1k r2610k c3 10uf k1 rst vcc gnd 电电机机 rl1 g2rl-1ab-dc5 图5.2 温度大于30度小于35度 当温度大于 35 度时，为 3 档。如图 5.3 所示。 a b c d e

54、 f g dp l1 l2 l3 l4 a b c d e f g l5 a b c d e f g dp l1 l2 l3 l4 l1 l2 l3 l4 l5 dp l5 xtal2 18 xtal1 19 ale 30 ea 31 psen 29 rst 9 p0.0/ad0 39 p0.1/ad1 38 p0.2/ad2 37 p0.3/ad3 36 p0.4/ad4 35 p0.5/ad5 34 p0.6/ad6 33 p0.7/ad7 32 p2.7/a15 28 p2.0/a8 21 p2.1/a9 22 p2.2/a10 23 p2.3/a11 24 p2.4/a12 25 p2

55、.5/a13 26 p2.6/a14 27 p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 p3.2/int0 12 p3.3/int1 13 p3.4/t0 14 p3.7/rd 17 p3.6/wr 16 p3.5/t1 15 u1 89c51 37.7 dq 2 vcc 3 gnd 1 u2 ds18b20 r1 10k r2 10k r3 10k r4 10k r5 10k r6 10k r7 10k r8 10k 32 u3:a 4009 r9 10k r10 10k c1

56、 1nf r11 10k r12 10k v1 vsine 2 3 4 5 6 7 8 9 1 rp1 respack-8 r13 300 r14 300 r15 300 r16 300 r17 300 u7 and_5 q1 pn2907 buz1 buzzer gnd r25 100 停停止止 1档档 2档档 3档档 自自动动 风风扇扇档档位位显显示示 温温度度显显示示或或者者报报警警显显示示 y1 crystal c11 30pf c2 30pf r35 1k r2610k c3 10uf k1 rst vcc gnd 电电机机 rl1 g2rl-1ab-dc5 图5.3 温度大于35度

57、 当温度大于 40 度时，蜂鸣器响起，此时显示 ol。如图 5.4 所示。 a b c d e f g dp l1 l2 l3 l4 a b c d e f g l5 a b c d e f g dp l1 l2 l3 l4 l1 l2 l3 l4 l5 dp l5 xtal2 18 xtal1 19 ale 30 ea 31 psen 29 rst 9 p0.0/ad0 39 p0.1/ad1 38 p0.2/ad2 37 p0.3/ad3 36 p0.4/ad4 35 p0.5/ad5 34 p0.6/ad6 33 p0.7/ad7 32 p2.7/a15 28 p2.0/a8 21 p2

58、.1/a9 22 p2.2/a10 23 p2.3/a11 24 p2.4/a12 25 p2.5/a13 26 p2.6/a14 27 p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 p3.2/int0 12 p3.3/int1 13 p3.4/t0 14 p3.7/rd 17 p3.6/wr 16 p3.5/t1 15 u1 89c51 40.7 dq 2 vcc 3 gnd 1 u2 ds18b20 r1 10k r2 10k r3 10k r4 10k r5 10k r6 1

59、0k r7 10k r8 10k 32 u3:a 4009 r9 10k r10 10k c1 1nf r11 10k r12 10k v1 vsine 2 3 4 5 6 7 8 9 1 rp1 respack-8 r13 300 r14 300 r15 300 r16 300 r17 300 u7 and_5 q1 pn2907 buz1 buzzer gnd r25 100 停停止止 1档档 2档档 3档档 自自动动 风风扇扇档档位位显显示示 温温度度显显示示或或者者报报警警显显示示 y1 crystal c11 30pf c2 30pf r35 1k r2610k c3 10uf k1

60、 rst vcc gnd 电电机机 rl1 g2rl-1ab-dc5 图5.4 温度大于40度 结论 21 世纪是一个科技高度发展的时代，创新性、合理性将在未来的市场里占据主流 地位。大多数字化的产品以其灵巧轻便、功能强大、美观得体为卖点而深受广大市民 的青睐，由此可见市民的消费观念大多取决于新潮与创意，所以现今产品的发展越来 越趋向人性化和智能化。 本系统以单片机 at89c51 为控制核心，实现由温度对电风扇开启和关闭的智能控 制，以及温度的实时显示。利用单片机实现的智能温控电风扇系统，性能可靠，成本 较低，适合大众消费，有重要应用价值。本系统的电路和程序稍作修改，还可以实现 其他一些功能