智能排气扇设计论文

1、题目名称：智能排气扇题目名称：智能排气扇广东工业大学信息工程学院参赛队员： 摘要摘要 ：本排气扇是以 mcu 为主控芯片的智能排气扇，可以检测有毒气体并且能够根据温度和湿度自动无级调速。结合燃气热水器一起使用能大大提高燃气热水器的安全性。 它具有可靠性好、可升级、独立性强的优点。改进了以往的普通排气扇功能单一，处理应急事故的能力差的缺点。这种具有燃气泄漏自动换气功能的智能排气扇，当检测到空气中燃气浓度超标时，声、光报警，同时排气扇强制排气，及时通风换气，稀释燃气浓度，预防恶性事故的发生。关键词：关键词： 智能 mcu 安全 abstract : this exhaust fan use the

2、 mcu as the interface controller & cpu. it can detect the toxic gases and automatic steepless speed control according to the temperature and the humidity. combining use with the gas water heater can greatly enhance the safety of the gas water heater.it has so many advantages such as reliable, it can

3、 upgrade and it is independent. improve the ordinary exhaust fans characteristic single function, and improve its ability to handle the emergency incidents.this intelligent exhaust fan has the function gas leakage automatic ventilation, when testing the air gas chroma, sound and light alarm, the exh

4、aust fan forced ventilation, timely ventilation and diluted the concentration of the gas ,avoid the malignant accidents.keyword: intelligent mcu safety1 1 方案论证与比较方案论证与比较.31.1 方案比较.31.2 方案论证.31.3 方案选择.42 2 系统设计系统设计.52.1 总体设计.52.2 单元电路设计.62.2.1 过流保护模块.62.2.2 pwm 控制模块 .72.2.3 过零检测模块.82.2.4 继电器保护模块.93 3

5、 软件设计软件设计.93.1 中断程序流程图.93.2 主程序流程图.104 4 系统测试系统测试.115 设计总结设计总结.12参考文献：参考文献：.12附录：附录：.13附 1：电路图纸.13附 2：程序清单.1531方案论证与比较方案论证与比较1.1 方案比较方案一：用单片机+变频器实现整套系统变频调速作为交流电机调速的主要手段已经在工业领域中应用的十分广泛，其具有的调速范围宽、稳速精度高、动态响应快、适用范围广、运行可靠等技术性能。方案二：设计 plc 路实现整套系统虽然可编程逻辑控制器（plc）的速度快，控制功能强大、结构灵活，集成度高，易扩展各种功能的特点。方案三：用单片机+pwm

6、 控制实现整套系统基于单片机，用单片机自带的 pwm 功能，实现排气扇自动调速的功能。1.2 方案论证pwm 的占空比决定了输出到电机的平均电压。用 pwm 实现脉宽调节，调节方波高电平和低电平的时间比，一个 20%占空比波形，会有 20%的高电平时间和 80%的低电平时间，而一个 60%占空比的波形则具有 60%的高电平时间和 40%的低电平时间，占空比越大，高电平时间越长，则输出的脉冲幅度越高，即电压越高。通过调节占空比，可以实现调节输出电压的目的，而且输出电压可以无级连续调节。双向可控硅交流调压原理,一只双向可控硅的工作原理，可等效两只同型号的单向可控硅互相反向并联，然后串联在调压电路中

7、实现其可控硅交流调压的。 将可控硅在正向阳极电压作用下不导通的范围称为控制角，用字母 a 表示，而导通范围称为导通角，用字母 表示。显然控制角 a 的大小，可改变正负半周波形切割面积的大小。当 a 越小被切割的波形面积越小，输出交流电压的平均值越大。相反，当 a 角越大，被切割的波形面积越大，输出交流电压的平均值越小。41.3 方案选择用方案一实现整套系统固然方便可靠，其优点是控制功能全面，通过相应的电平转换电路适合变频器的通讯口(rs484/rs232/can 等)，就可与变频器进行通讯，硬件简单，二者间的连线数量少连接方便，而且节能。缺点是，变频器的价格高，体积大，比较笨重，运行的环境要求

8、甚高，适应能力较弱。需要了解掌握变频器的通讯协议才能进行控制编程，软件设计复杂。用方案二实现系统功能只需很少的器件和时间。但无论从实际应用这个角度还是从实验竞赛的成本控制的角度考虑，上述两种方案都不宜采用，所以不选择上述两种方案。用方案三实现系统功能，使用带有 pwm 功能的单片机，不需要外扩展存储器，就能实现显示、预制状态、动态调节的功能，因而整体结构简单。用单片机最小系统自带的 led灯用作报警，数码管显示当前温度和湿度，由键盘输入实现本地控制。方便而且成本低廉。综合比较以上三种方案，我们选择最后一种。52 系统设计2.1 总体设计各传感器信号经放大后送至比较器比较，然后由单片机进行处理。

9、各模块间的连接如图所示:单片机单片机温湿度传感温湿度传感毒气模块毒气模块火焰传感火焰传感串行下载串行下载红外传感红外传感数码管显示数码管显示过流保护过流保护pwm变压器变压器过零检测过零检测继电器保护继电器保护蜂鸣器蜂鸣器220v电机回路电机回路m主控板主控板强电板强电板6总体设计框架图总体设计框架图2.2 单元电路设计2.2.1 过流保护模块电路设计 l1 为电流互感器，其输出为交流电压信号，经桥式整流滤波后，送至比较器 lm393n。tl431 可等效为一只稳压二极管 ，其产生 2.5v 的基准电压，经可变电阻 r7 分压后与比较器 2 脚电压进行比较，比较器输出高低电平信号至单片机，单片

10、机产生控制信号，进而控制继电器动作。其中 r2 为上拉电阻，r5 作为轻负载稳压。电容 c3 的作用是滤掉高频干扰。72.2.2pwm 控制模块电路设计单片机的控制信号经 p6 口送入 pwm 控制回路。三极管 q2 作反向器使用，用 i/0 控制led 回路的开关，使 i/o 口减少工作电流。光耦内部即是光敏双向晶闸管。直流接在交流回路，控制 q3 的门极的电位，使其导通或关闭。r6、r9、c4 是为了适应感性负载而设（电机） 。r12 和 c5 的作用是过压保护，f1 为过流保护。c6、l2、c7 是 lc 型滤波，滤除 q3 非过零点开关造成的浪涌电压/电流冲击，减少对电网的干扰污染。8

11、2.2.3过零检测模块电路 p1 口电压取自变压器次级 (9v)，经桥式整流，电阻分压后，再经过电容滤波，滤去高频成分，形成 c 点电压波形；当 c 点电压大于 0.7v 时，三极管 q1 导通，在三极管集电极形成低电平；当c 点电压低于 0.7v 时，三极管截止，三极管集电极通过上拉电阻 r4，形成高电平。这样通过三极管的反复导通、截止，在过零检测端口形成脉冲波形， 单片机通过判断，检测电压的零点。 其中电容 c12 和 c14 的作用是滤掉高频干扰。二极管 d2 的作用是隔离开电容滤波（后级）。92.2.4继电器保护模块电路继电器 k1，过流时由单片机控制其动作，切断电机回路。3 软件设计

12、中断 0置过零标志中断 1中断返回置过流标志中断返回10中断程序中断程序11开始初始化（中断、定时器、pwm）读取按键消息key1 按下key1&key2 按下累加按键次数根据温度值改变 pwm 占空比根据按键次数显示数据（温度、湿度、延时时间）及改变状态指示灯（led1 和led2）蜂鸣器响一次通电继电器 蜂鸣器持续响led3 持续亮 5s蜂鸣器持续响如果时间到 读取 dht11 数据检查是否有火焰变化检查是否有毒气、烟气检查是否过流检查是否有移动热水源主程序流程图主程序流程图nyyynnny124系统测试4.1 不同温度对应电机电压测定测试温度()2527293133电机电压(v)1551

13、70175180186测试温度()3537394143电机电压(v)200205207209212结果分析： 调压调速是异步电动机调速系统中比较简单的一种。由电机原理可知，当转差率 s 基本不变时，电动机的电磁转矩与定子电压的平方成正比 。因此，改变定子电压就可以得到不同的人为机械特性，从而达到调节电机转速的目的。异步电动机采用调压调速时，由于同步转速不变和机械特性较硬，因此对普通异步电动机来说其调速范围很有限，实用价值不是很高，但能满足本智能排气扇设计的要求。4.2 各模块功能测试 功能模块灵敏度火焰传感模块毒气传感模块温湿传感模块红外传感模块过流检测模块高中低结果分析：经测试，各模块功能均

14、正常，但仍然存在不足之处，有待改进。135 结论由于系统架构设计合理，功能电路实现较好，系统性能优良、稳定，较好地达到了题目要求的各项指标。与设计指标进行比较，除了红外感应较不灵敏以外，其余各模块功能正常。红外感应不灵敏的主要是因为红外传感器精度不高，环境的干扰较大，而且硬件设计尚存在着不足。改进方法是选择精度较高的传感器，同时改进驱动电路的设计，相信最终会对各项指标的提升有所帮助。参考文献：c 程序设计 ，谭浩强著，北京：清华大学出版社，2005 年；protel 2004 实用教程谷树钟，阎胜利著，北京：电子工业出版社，2005 年；模拟电子线路基础 ，吴运昌著，广州：华南理工大学出版社，

15、2004 年；数字电子技术基础 ，阎石著，北京：高等教育出版社，1997 年；单片机原理及应用 ，吴黎明著，北京：科学出版社，2005 年；机电传动控制 ，邓星钟著，武汉：华中科技大学出版社，2007 年；传感与检测技术 ，唐露新主编，北京：科学出版社，2006 年。14附录：附 1：电路原理图 主控板15 强电板毒气检测模块16附 2：程序清单/*/ /* 智能排气扇控制系统 */ /* */ /* 广东工业大学信息工程学院 */ /* */ /* 2010 年 5 月 */ /*/#include#include /*#define led_date p0#define choose_le

16、d p2sfr ccon = 0xd8;sfr cmod = 0xd9;sfr cl = 0xe9;sfr ch = 0xf9;sfr ccap0l = 0xea;sfr ccap0h = 0xfa;sfr ccapm0 = 0xda;sfr ccapm1 = 0xdb;sfr auxr = 0x8e;unsigned char u8flag; /超时标志unsigned char u8temp; /赋值给每一 bitunsigned char u8t_data_h,u8t_data_l,u8rh_data_h,u8rh_data_l,u8checkdata; /检验后确定的数据unsigne

17、d char u8t_data_h_temp,u8t_data_l_temp,u8rh_data_h_temp,u8rh_data_l_temp,u8checkdata_temp; /从 dht11 读进来的数据unsigned char u8comdata; /8bit 数据中间变量unsigned int ms_10=0,flag=0;unsigned char dht11_flag=0;unsigned char ms_10_dht11_2s=0;unsigned char ms_10_dht11_30ms=0;unsigned char key_flag=0 ,key_on=0 ,ms

18、_10_key_15ms=0 ,key_time=1; unsigned char fire_beep_time_1s=31;unsigned char fire_on_flag=0;17unsigned char fire_on=0;unsigned char fire_flag=0;unsigned int fire_count=0;unsigned char fire_flag_count=0;unsigned char duqi_flag=0;unsigned char current_load_flag=0;unsigned char temp_test_on=0;unsigned

19、char delay_count=5,delay_count_time=0 ,delay_count_time_flag=0,delay_count_time_flag_100ms=0;int temp_test_on_time=500;sbit cr =0 xde;sbit key_2 =p10;sbit temp_led=p24;sbit dht11_data = p20 ;sbit beep=p12;sbit fire=p23;sbit duqi=p21;sbit jidianqi=p15;sbit temp_test=p22;sbit key_button = p11 ;/*/全局需开

20、总中断 ea; /15360*(12/18.432m)/*void timer0_initial() tmod |=0x01; th0=0xff; / tl0=0xcf; et0=1; /开 t1 中断 tr0=1; /启动 t1 定时器/*/用于计数到 10ms：/*void timer0() interrupt 1 tr0=0; th0=0xff; tl0=0xcf; tr0=1;/*18void zero() interrupt 0 /过流触发中断 /tr0=0; tr0=1; cr=0;cr=1;void pwm_initial() cmod=0x04; cl=0x00; ch=0x0

21、0; /初始化 ccap0l=0 xff; ccap0h=0 xff; /占空比 ccapm0=0x42; auxr=0x00; cr=1; /开 pwmvoid interrupt_initial() it0=1; /外部中断 0 边沿触发 it1=1; /外部中断 1 边沿触发 ex0=1; /开外部中断 0 ex1=1; /开外部中断 1 ea=1; /开总中断void pwm_change() if(duqi_flag=0&fire_on=1) cr=1; if(15=u8t_data_h&u8t_data_h25) ccap0l=(195-(u8t_data_h-15)*1); /根

22、据温度调整占空比 ccap0h=(195-(u8t_data_h-15)*1); if(25=u8t_data_h&u8t_data_h35) ccap0l=(195-(u8t_data_h-25)*5); ccap0h=(195-(u8t_data_h-25)*5); if(35=u8t_data_h&u8t_data_h45) 19 ccap0l=(125-(u8t_data_h-35)*5); ccap0h=(125-(u8t_data_h-35)*5); if(45=u8t_data_h&u8t_data_h=60) ccap0l=(16-(u8t_data_h-45)*1); cca

23、p0h=(16-(u8t_data_h-45)*1); delay_count_time_flag=1; if(duqi_flag=1) ccap0l=0 x00; /占空比为 0，关排气扇 ccap0h=0 x00; else if(fire_on=0) if(delay_count_time_flag=1|delay_count_time_flag=2) delay_count_time_flag=2; if(delay_count_time=delay_count) cr=0; ccap0l=0 xff; /占空比 100%，全速运行 ccap0h=0 xff; delay_count_

24、time_flag=3; delay_count_time=0; if(delay_count_time_flag=0) cr=0; ccap0l=0; /延时关排气扇 ccap0h=0; if(current_load_flag=1) jidianqi=0; /触发继电器20/*数字-码型转换函数*/描 述：把数字转换成七段码型，此程序仅配合共阳的七/ 段数码管使用/入口参数:unsigned char i,要转换的数字(0-9),/返回参数:转换后的七段码型,0 xff 表示转换失败/设计人:ycj/最后修改：时间（2006.4.26）修改人（ycj）/*unsigned char cha

25、nge(unsigned char i) switch(i) case 0: return(0 x88);/0 的七段码型 case 1: return(0 x9f);/1 的七段码型 case 2: return(0 xa4);/2 的七段码型 case 3: return(0 x85);/3 的七段码型 case 4: return(0 x93);/4 的七段码型 case 5: return(0 xc1);/5 的七段码型 case 6: return(0 xc0);/6 的七段码型 case 7: return(0 x8f);/7 的七段码型 case 8: return(0 x80)

26、;/8 的七段码型 case 9: return(0 x81);/9 的七段码型 default: return(0 xff);/转换失败 /*/功能描述：led 显示函数，显示两位数值，不使用延时函数/入口参数: char num,要显示的数值(两位)/返回参数: 无 21/使用 ：1、时间段号标志变量 ms_10/ 2、数码管查表函数 change();/ 3、全局变量 change_led l 片选数码管/ 4、led_date 数码管数据口/设计者 : edwin/最后修改: 2010.4.19/*void diaplay(unsigned char num1,unsigned cha

27、r num2) char num; if(flag=1) / 使显示更加稳定 flag=0; if(key_on=0) p1 &=0xbf; p1 |=0x80; num=num1; if(key_on=1) p1 &=0x7f; p1 |=0x40; num=num2; if(key_on=2) p1 |=0xc0; num=delay_count; if(ms_10=0) /每隔 10ms 切换个、十位显示 choose_led|=0x80; /关个位，% led_date= change(num/10); /得出十位 choose_led&=0xbf; /选通十位，% if(ms_10=

28、1) /每隔 10ms 切换个、十位显示 choose_led|=0x40; /关十位，% led_date=change(num%10); /得出十位 choose_led&=0 x7f; /选通个位，% 22 /*/延时子程序/*void delay_10us(void) unsigned char i; i-; i-;i-; i-; i-;i-; i-;i-; i-;i-;i-;i-;i-;i-;i-;i-; i-;i-;i-;i-;i-;i-;i-;i-;i-;i-; i-;i-;i-;i-;i-;i-; i-;i-;i-;i-; i-;i-;i-;i-;i-;i-;i-;i-;i-;

29、i-;/*dht11 读一个字节子程序/*void com(void) unsigned char i; for(i=0;i8;i+) u8flag=2; while(!dht11_data)&u8flag+); delay_10us(); delay_10us(); u8temp=0; delay_10us(); if(dht11_data)u8temp=1; u8flag=2; while(dht11_data)&u8flag+); /超时则跳出 for 循环 if(u8flag=1) /判断数据位是 0 还是 1 break; u8comdata30) fire_beep_time_1s

30、=30; if(delay_count_time_flag=2) /延时计数 delay_count_time_flag_100ms+; if(delay_count_time_flag_100ms=100) delay_count_time+; delay_count_time_flag_100ms=0; if(delay_count_time delay_count) delay_count_time=delay_count;temp_test_on_time+;if(temp_test_on_time=500) temp_test_on_time=500;if(temp_test_on_

31、time50) if(key_flag=0) if(key_button=0) key_flag=1; if(key_flag=1) ms_10_key_15ms=0; key_flag=2; if(key_flag=2) if(ms_10_key_15ms=12) key_flag=0; if(key_button=0) key_on+; if(key_on=3)key_on=0;key_time=0; if(key_2=0)if(key_time15) if(key_flag=0) if(key_button=0) key_flag=1; if(key_flag=1) 27 ms_10_k

32、ey_15ms=0; key_flag=2; if(key_flag=2) if(ms_10_key_15ms=5) key_flag=0; if(key_button=0) delay_count+; if(delay_count=100) delay_count=0;key_time=0; /火焰检测void fire_test() if(fire_flag=1) fire=1;fire=0;fire=1; if(fire=1) fire_count+; if(fire_flag_count=20) if(fire_count1) fire_on=1; else fire_on=0; if(fire_flag_count=21) fire_coun