智能电风扇控制器设计单片机课程设计

1、单片机课程设计设计题目：智能电风扇限制器设计neuq目录序言一、设计实验条件及任务.21.1、 设计实验条件1.2、 设计任务2二、小直流电机调速限制系统的总体方案设计.32.1、 系统总体设计32.2、 芯片选择.32.3、 DAC0832芯片的主要性能指标.32.4、 数字温度传感器DS18B20.3三、系统硬件电路设计.43.1、 AT89C52单片机最小系统.53.2、 DAC0832与AT89C52单片机接口电路设计.63.3、 显示电路与AT89C52单片机接口电路设计.73.4、 显示电路与AT89C52单片机电路设计.8四、系统软件流程设计.7五、调试与测试结果分析.85.1、

2、 实验系统连线图85.2、 程序调试,.85.3、 实验结果分析.8六、程序设计总结.10七、参考文献11附录.121、源程序代码122、程序原理图23序百传统电风扇不能根据温度的变化适时调节风力大小,对于夜间温差大的地区,人们在夏夜使用电风扇时可能遇到这样的问题：当凌晨降温的时候电风扇依然在工作,可是人们由于熟睡而无法发觉,既浪费电资源又容易引起感冒,传统的机械定时器虽然能够限制电风扇在工作一定后关闭,但定时范围有限,且无法对温度变化灵活处理.鉴于以上方面的考虑,我们需要设计一种智能电风扇限制系统来解决这些问题,使家用电器产品趋向于自动化、智能化、环保化和人性化,使得由微机限制的智能电风扇得

3、以出现.本文介绍了一种基于AT89C52单片机的智能电风扇调速器的设计,该设计主要硬件局部包括AT89C52单片机,温度传感器ds18b20,数模转换DAC0809电路,电机驱动和数码管显示电路,系统可以实现手动调速和自动调速两种模式的切换,在自开工作模式下,系统能够能够根据环境温度实现自动调速；可以通过定时切换键和定时设置键实现系统工作定时,使得在用户需求的定时时间到后系统自动停止工作.在日常生活中,单片机得到了越来越广泛的应用,本系统采用的AT89C52单片机体积小、重量轻、性价比高,尤其适合应用于小型的自动限制系统中.系统电风扇起停的自动限制,能够解决夏天人们晚上熟睡时,由于夜里温度下降

4、而导致受凉,或者从睡梦中醒来亲自开关电风扇的问题,具有重要的现实意义.一、设计实验条件及任务1.1、 设计实验条件单片机实验室1.2、 设计任务利用DAC0832E片进行数/模限制,输出的电压经放大后驱动小直流电机的速度进行数字量调节,并显示运行状态DJ-XX和D/A输出的数字量.巩固所学单片知识,熟悉试验箱的相关功能,熟练掌握Proteus仿真软件,培养系统设计的思路和科研的兴趣.实现功能如下：系统手动模式及自动模式工作状态切换.风速设为从高到低9个档位,可由用户通过键盘手动设定.定时限制键实现定时时间设置,可以实现10小时的长定时.环境温度检测,并通过数码管显示,自动模式下实现自动转速限制

5、.当温度每降低1C那么电风扇风速自动下降一个档位,环境低于21度时,电风扇停止工作.当温度每升高1C那么电风扇风速自动上升一个档位.环境温度到30度以上时,系统以最大风速工作.实现数码管友好显示.、小直流电机调速限制系统的总体设计方案2.1、 系统硬件总体结构图2.1系统硬件总体框图2.2、 芯片选择1、AT89C52e片：选用该单片机作为智能电风扇限制部件,用来实现电风扇调速核心功能.2、74LS245芯片：用来驱动数码管.3、74LS373芯片：锁存器,用来锁存输出的信号.4、74LS240芯片：八单线驱动器,缓冲输出的信号.5、DAC0832E片：片选地址是FF80HAOUTDf孔作为模

6、拟量的输出.6、8255芯片：可编程并行I/O接口芯片,用以扩展单片机的IO口.7、LE躁码显示管：用来显示电机旋转的速度是加速还是减速.8、741:运算放大器.9、9014:NPN®三极管.2.3、 DAC0832勺主要性能指标D/A转换的根本原理是应用电阻解码网络,将N位数字量逐位转换为模拟量并求和,从而实现将N位数字量转换为相应的模拟量.其性能指标为：1分辨率：相对分辨率=1/21n越大,分辨率越高2线性度3转换精度4建立时间5温度系数.DAC0832n脚功能图如图2.2+12VU8CSVCCWR1ILE(BY1/BY2)GNDWR2DI3XFERDI2DI4DI1D15口I.

7、DI6VREFDI7RFBIOUT2GNDIOJT1FFSD1WR2阻4口16D.78RFB.10图2.2数模车t换DAC0832引脚功能1、DI0DI7:8位数字信号输入端；2、！CS:片选端；ILE:数据锁存允许限制端,高电平有效；3、！WR1输入存放器写选通限制端.当！CS=0ILE=1、！WR1=0寸,数据信号被锁存在输入存放器中.4、！XFER数据传送限制5、!WR2:DACJ存器写选;5制端.当！XFER=0!WR2=0寸,输入存放器状态传入DACJ存器中6、IOUT1:电流输出1端,输入数字量全“1时,IOUT1最大,输入数字量全为“0时,IOUT1最小.7、IOUT2D/A转换

8、器电流输出2端,IOUT2+IOUT1常数.8、RFB:外部反应信号输入端,内部已有反应电阻RFB根据需要也可外接反馈电阻.9、VCC电源输入端,可在+5V+15V£围内.10、DGND数字信号地.11、AGND模拟信号地2.4、 数字温度传感器DS18B20DS18B20一线总线数字化温度传感器支持“一线总线接口,测量温度范围为-55+125C,在-10+85C范围内,精度为±0.15C.现场温度直接以“一线总线的数字方式传输,大大提升了系统的抗干扰性,适合于恶劣环境的现场温度测量,如：环境限制、设备或过程限制、测温类消费电子产品等.DS18B2M以程序设定912位的分辨

9、率,精度为±0.15C,温度采集具有准确性、实时性.DS18B20勺管脚排歹如下：DQ为数字信号输入/输出端;GND为电源地;VDD为外接供电电源输入端在寄生电源接线方式时接地.如图2.3所示.U1Q15.0GNDDQVCCI'-DS10S2O图2.3数字温度传感器DS18B20弓|脚图DS18B20检测的温度高于一定值时,单片机引脚输出高电平,翻开电风扇,当温度低于一定值时,单片机引脚输出低电平,限制电风扇停止转动.在此区间,每升高一度,风扇转速档位加一,风扇转速与档位的关系如表2.1所示：表2.1风扇转速与档位的关系环境温度C低于21.021.0-21.922.0-22.

10、923.0-23.924.0-24.9转速档位01234环境温度C25.0-25.926.0-26.927.0-27.928.0-28.929.0以上转速档位56789三、系统硬件电路设计3.1、 AT89C52t1片机最小系统：AT89C52E包含了定时器、程序存储器、数据存储器等硬件,具硬件能符合整个限制系统的要求,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.整个系统结构紧凑,抗干扰水平强,性价比高.图3.1为AT89C52®片最小系统.一方面,单片机要通过I/O口中接收输入信号,另一方面要通过I/O口限制数码管的初始化、显示方式以及要显示的字符.因此,设计必须以

11、单片机为核心,显示器为外围设备.硬件上,单片机通过电路板电路与液晶显示电路相连；软件上,单片机要下载完整的程序对二者进行适时的限制.“IC1THE,nF匚C21HFR1C310kHHInFX1CRYSTAL卜XTAL1PO.Cl/ADOXTAL2RSTPSENALEEAP1,(XT2P1.1/T2EXP12P13P1.5PD.VAD1P0.2/AD2P0.5/AD5P0.4/AD4P0.5/AD5PD.B/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.UAQP2.2/A10P2.ayAiiP2,A12P2.5/A13P2.0W14P2加15P3QRXDPSJrTXDP3.3HNT1P3.4/T.P

12、3MlP16P1-JAT89C52P3褥丽P3.7/P1TU4101022'n'AI.一鼻一A1；25日鹿26A13市一A14阴启1510彳2端rn一15五17PSETPS3031r|3丁一FU-68一图3.1AT89C52芯片最小系统图3.2、 系统程序电路主程序CUFMl路图:AT89C52t1片机P0、P2口扩充电路图如图3.2:UIKcse二片外bL1.0M2/T“01234567PPPFPPFPBSTTOBD1U1LIEIMT2P20P21T1P22TOF23P24EA/VFP23012345oooooffloFPPPPPPP1T3.7Ts1781Til1图3.2AT

13、89C52系统管脚扩充图3.3、 DAC083为AT89C52片机接口电路设计实验电路使用逻辑器件实现地址译码,地址FF80H接入数模转换器DAC0832片选段,通过数模转换后的模拟量通过运放放大驱动电机驱动,其电路图如图3.3所示：FF3D3.4、 显示电路与AT89C52单片机电路设计PBO18-14y粒扫口数码管显示局部电路图图3.3外搂JK系筑VT4LS245It实验电路使用IO扩充芯片8255及锁存芯片74LS245对六个数码管选通限制显示.显示局部电路图如图3.3所示：神俚口74LSM0_184.14.1、系统程序流程框图如图图4.1程序流程图四、系统程序流程设计五、调试与测试结果

14、分析5.1、 实验系统连线图a、P3.0、P3.1、P3.2、P3.3分别连按键K1、K2、S1、S2b、DS18b20数据线连P3.4c、将DAC0832驱动电路AOUT接至直流电机d、将P0口接至DAC0832数字输入端e、将地址译码器电路(FF80H)接至DAC0832片选端5.2、 程序调试程序上电时,直流电机默认以中档5档工作,系统默认工作在手动模式下.数码管显示当前环境温度和电机运行档位.当按下按键S1(P3.2)时,直流电机以加速转动,同时数码管显示档位速度,当速度到达最大时,继续按下键S1第5个数码管会显示“一表示系统已到达最大风速当按下按键S2(P3.2)时,直流电机以减速转

15、动,同时数码管显示档位速度,当速度到达最小时,继续按下键S2第5个数码管会显示“一表示系统已到达最小风速.当按下系统模式限制切换键k1可以实现模式的切换,在自动模式下,数码管第一位显示“A字样,表示工作于自动模式下,此时电机的转速由环境温度决定.并且显示环境温度和当前温度下电机运行档位.当按下定时键K2时,数码管闪烁的显示“000,当按S1时,定时时间增力口,数码管闪烁显示定时时间.按S2键时,定时时间减少,同时数码管也闪烁显示定时时间.再次按下K2键后,闪烁停止,定时开始,数码管显示定时剩余时间.5.3、 实验结果分析电机运行正常时即可实现调速现象,按键的消抖使得调速现象更加明显.按键S1实

16、现电风扇加速运行,按键S2实现电风扇减速运行.系统模式限制切换键k1可以实现模式的切换.定时键K2实现定时设定和定时确定.适当的限制按键,就可以实现所需要的效果.六、程序设计总结两周的单片机课程设计让我受益匪浅,无论从知识技能上还是团队合作方面.上课的时候的学习从来没有见过真正的单片机,只是从理论的角度去理解枯燥乏味.但在课程设计使用了单片机及其系统,能够理论联系实际的学习,开阔了眼界,提升了单片机知识的理解和水平.在这次课程设计中又让我体会到了合作与团结的力量,当遇到不会或是设计不出来的地方,我们就会在QQ群里讨论或者是同学之间相互帮助.团结就是力量,无论在现在的学习中还是在以后的工作中,团

17、结都是至关重要的,有了团结会有更多的理念、更多的思维、更多的情感.我们组的题目是智能电风扇限制器设计,根本要求是实现电机速度的限制,并且通过数码管显示出来.由于我在学院的创新实验室有过一年多的编程经验,因此在实验箱上实现根本功能并没有很大难度,根本功能实现后,我们组想到了使设计更加智能化和多功能化,于是我们参加了数字温度传感器温度采集和自动控制,以及定时功能.并通过程序设计,实现比拟人性化的数码管显示.在整个程序设计和电路设计调试过程中,遇到了不少问题,最终也和组员共同解决了.主要的问题有：仿真和实际的电路调试有一定的出入,在仿真上按键能够很好的工作,但是在实际的电路调试过程中,按键往往不大灵

18、敏,常出现按一下,系统反应屡次的问题,最后通过延时时间的调整,使得按键较好的工作.由于数码管采用动态显示方式,延时扫描时间的不恰当使得数码管显示出现跳动或者不稳定的问题,通过延时时间的正确设置和对整体程序的分析,使数码管的显示稳定正常.随着系统功能的增加,程序变的复杂,调试起来对程序的分析带来了一定的难度,最后通过功能函数的模块化使得程序更加清楚和易更改.将数字温度传感器的函数单独设在一个C文件中,采用多文件编译的方式,也增加了程序的易移植性.程序的要完全运行正确,不仅要弄清楚电路图,尤其是各接口的接法,还要注重每个小的细节,由于往往一个很小的错误,使得程序出现一些无法预料的结果,在程序的调试

19、过程中,我们组出现了将二,错写为了'=,结果当然运行不出来.单片机是很重要的一门课程,学好一门单片机,就凭这个技术这门手艺找一个好工作也不成问题.尽管我们在课堂学到的内容很有限,但在以后的学习中单片机还需要好好的深入研究和学习.七、参考文献1 陈海宴.51单片机原理及应用.北京：北京航空航天大学出版社,2021.2 郭天祥.51单片机C语言教程.北京：电子工业出版社,2005.3 胡启明,葛祥磊.Proteus从入门到精通.北京：电子工业出版社,2021.4 张兆明.基于AT89S52单片机的自动温控电风扇设计.测控技术,2021,03(210820).附录1:系统程序系统主函数/*设

20、计题目：智能电风扇限制器设计设计者：设计功能：1 .系统分为自动模式和手动模式,通过自动限制手动限制切换键K1P3.1可以实现电机转速限制,并用数码管显示其工作在何种状态.2 .手动状态可以通过S1、S2P3.2力口,P3.3减实现9级风速增减调速,并通过数码管显示.3 .通过DS18B20可以实现风扇附近环境温度的检测,温度精确到0.1摄氏度,并通过数码管可以显示实时温度当系统工作切换到自动限制状态时,系统根据环境温度自动限制转速的快慢.4 .两种工作状态下,均可以通过定时设置功能键K1P3.0可以实现风扇定时工作,通过时间增减键P3.2力口,P3.4减实现定时时间设定时间到后风扇停止工作系

21、统连线P3.0、P3.1、P3.2、P3.3分另I连按键K1、K2、S1、S2DS18b20数据线连P3.4系统参数：1 .转速档位本参数为仿真参数共分为9个档位,从低到高为1-9档,通过数码管显示,对应电机两端电压分别为1.31V、2.62V、3.93V、5.24V、6.55V、7.86V、9.17V、10.5V、11.8V2 .温度参数系统使用的DS18b20可以实现0.0625摄氏度的精度.通过四舍五入,数码管显示可以实现0.1摄氏度的精度.3 .自动模式下环境温度与转速关系环境温度范围与转速关系为：21以下,停止；21-221档；22-232档；23-244 档；24-254档；25-

22、265档；26-276档；27-287档；28-298档；29以上,9档5 .定时时间参数系统共设置7个定时时间,分别为1min,5min,10min,30min,1h,2h,5h*/#include"reg51.h"#include"ds18b20.h"用于访问绝对地址#include<absacc.h>#include<math.H>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineON1#defineOFF0#defineConfirm2#defineTimeGrade

23、1小时,2小时,5小时#defineTimeGrade2#defineTimeGrade3#defineTimeGrade4#defineTimeGrade5#defineTimeGrade6#defineTimeGrade7#defineaddXBYTE0xff23#definePAXBYTE0xff20#definePBXBYTE0xff21#defineDAXBYTE0xff801/定时等级分别设置为5103060120限制存放器/位选为8255,A口段选为8255,B口/P0对应的地址1分钟,5分钟,10分钟,30分钟,1unsignedchartflag;定时器时间标志unsigne

24、dcharTimeGrade;/风扇定时等级unsignedintTimeGo,TIME,t1flag;/风扇定时时间标志位inttemp_T,temp_T_A;/采集温度值以及采集的温度绝对值uintvolt_d=140,volt_a;bitsecflag=0;bitAuto=OFF;/定义自动限制允许位ucharTC=OFF;/定义定时功能允许位bitCh_Full=0;定义调档以最大或者最小标志位bitTBZF=0;定义温度彳氐于0时标志位codeuchartable尸0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x40,0x79,

25、0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10,0x88,0x8b,0xbf,0xff;/共阳数码管编码表ucharcodewei尸0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20;voiddelayMS(uintz);voidInitial(void);voidTime_Set(void);voiddisplay(ucharaa,ucharbb);voidHandle_display(void);voidKey_check(void);voidAnto_Control_speed(void);voidTempTrans(void);voiddelay

26、MS(uintz)延时函数ucharx,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);voiddisplay(ucharaa,ucharbb)显示子程序PA=weiaa;位选PB=tablebb;段选delayMS(2);voidInitial(void)EX0=1;开外部中断0EX1=1;开外部中断1EA=1;/开总中断IT0=1;下降沿触发中断0IT1=1;下降沿触发中断1TMOD=0x11;TH0=(65536-20000)/256;TL0=(65536-20000)%256;TH1=(65536-50000)/256;TL1=(65536-50000

27、)%256;ET0=1;TR0=1;ET1=1;voidHandle_display(void)/操作时数码管显示,包括温度,档位,定时时间和剩余时间volt_a=volt_d/28;display(0,volt_a);/数码管输出档位if(TC=OFF)为设置时间时初始状态(if(TBZF=1)display(5,22);/在数码管1显示温度为负display(4,temp_T_A/100);/数码管输出模拟量十位display(3,temp_T_A%100/10+10);/数码管输出模拟量个位display(2,temp_T_A%100%10);/数码管输出模拟量一位小数else(Time

28、_Set();for(j=80;j>0;j-)(display(4,(TIME-TimeGo)/100);数码管输出模拟量十位display(3,(TIME-TimeGo)%100/10);/数码管输出模拟量个位display(2,(TIME-TimeGo)%100%10);/数码管输出模拟量一位小数display(0,volt_a);if(TC=ON)for(i=100;i>0;i-)(display(4,23);/数码管输出模拟量十位display(3,23);数码管输出模拟量个位display(2,23);/数码管输出模拟量一位小数display(0,volt_a);void

29、Key_check(void)/按键扫描函数unsignedchartemp;temp=P3&0x03;if(temp!=0x03)delayMS(30);if(temp!=0x03)当P3.4和P3.5按下时(if(temp=0x01)/模式设置键被按下Auto=Auto;elseif(temp=0x02)定时设置键被按下(TC+;if(TC=3)TC=0;voidTempTrans(void)(if(secflag=1)(secflag=0;temp_T=rd_temperature()/10;if(temp_T<0)(temp_T_A=65536-temp_T;/温度为负数

30、时,温度的绝对值为65536与温度的差TBZF=1;else(temp_T_A=temp_T;温度为负数时,温度的绝对值即为温度TBZF=0;/当值为正值,不显示负温度标志voidAnto_Control_speed(void)/根据温度实现温度与转速自动限制子函数(switch(temp_T/10)(case29:volt_d=252;break;case28:volt_d=224;break;case27:volt_d=196;break;case26:volt_d=168;break;case25:volt_d=140;break;case24:volt_d=112;break;case

31、23:volt_d=84;break;case22:volt_d=56;break;case21:volt_d=28;break;default:volt_d=0;if(temp_T>=300)volt_d=252;voidTime_Set(void)if(TC=ON)switch(TimeGrade)case0:TIME=0;break;case1:TIME=TimeGrade1;break;case2:TIME=TimeGrade2;break;case3:TIME=TimeGrade3;break;case4:TIME=TimeGrade4;break;case5:TIME=Tim

32、eGrade5;break;case6:TIME=TimeGrade6;break;case7:TIME=TimeGrade7;break;elseif(TC=Confirm)TR1=1;display(5,22);elseTIME=0;TR1=0;关闭定时器2TimeGo=0;if(TimeGo>=TIME)&&(TC=Confirm)/定时时间到(TC=OFF;关闭时间显示标志TR1=0;/关闭定时器2TimeGo=0;/定时后已运行时间清零volt_d=0;定时时间到后,风扇停止转动voidmain()(Initial();while(1)(TempTrans();

33、if(Auto=OFF)当系统为手动限制时子函数(if(Ch_Full=1)display(1,22);/在数码管1显示一横线,表示档位已经最大或者最小DA=volt_d;/把数字量赋给数模转换器Handle_display();if(Auto=ON)系统为自动限制时函数(display(5,20);显示自动限制允许标志DA=volt_d;Anto_Control_speed();Handle_display();voidex0()interrupt0外部中断0子程序(delayMS(200);if(TC=OFF)|(TC=Confirm)如果不是时间设置时,实现风扇调速if(volt_d&l

34、t;250)(Ch_Full=0;volt_d+=28;)elseCh_Full=1;)else/如果时间设置标志位翻开,那么定时设置(TimeGrade+;if(TimeGrade=8)TimeGrade=0;)voidisr_t0(void)interrupt1(TH0=(65536-20000)/256;TL0=(65536-20000)%256;tflag+;if(tflag=10)/定时为1秒,每1秒采集一次温度(tflag=0;secflag=1;Key_check();/每过200ms扫描按键状态)voidex1()interrupt2外部中断1子程序(delayMS(200);

35、if(TC=OFF)|(TC=Confirm)如果不是时间设置时,实现风扇调速if(volt_d>0)(Ch_Full=0;volt_d-=28;)elseCh_Full=1;else/如果时间设置标志位翻开,那么定时设置(TimeGrade-;)voidisr_t1(void)interrupt3(TH1=(65536-50000)/256;TL1=(65536-50000)%256;t1flag+;if(t1flag=1200)(t1flag=0;TimeGo+;)数字温度彳感器DS18B20局部头文件#ifndef_DS18B20_H#define_DS18B20_H#includ

36、e"reg51.h"#include"intrins.h"sbitDQ=P3A4;bitinit_ds18b20(void);voiddelay(unsignedintt);voidwr_ds18b20(unsignedcharbyt);unsignedcharrd_ds18b20(void);intrd_temperature(void);#endif数字温度彳感器DS18B20局部C文件#include"ds18b20.h"#include"math.h"voiddelay(unsignedintt)(while(t-);/DS18B20初始化函数bitinit_ds18b20(void)(bitinitflag=0;DQ=1;delay(12);DQ=0;delay(80);/延时大于480usDQ=1;1初始化失败delay(10);/