《根据环境实际温度自动调节电风扇的智能系统设计》5600字（论文）

221根据环境实际温度自动调节电风扇的智能系统设计摘要在我们日常的工作生活中，普通的一台电风扇给我们的日常生活工作带来了很多的便利，如果没有电风扇，夏天将是难以忍受煎熬的。但是普通的调速电风扇只有手动方式去控制调速和用机械档的手动控制开关方式去控制调速两种。在夏季的时候，夜晚室内温度开始下降时，人们往往会因为熟睡而忘记去关电风扇，当温度缓慢下降的时候，一般的家用电风扇不能依据室内温度的不断变化而随时改变它的转速。然而我们的这款智能室内温控自动风扇却可以很好的做到这一点，它可以根据室内的恒温环境自动控制整个风扇的转速。为了能够让家用电风扇更好的贴近我们的家庭日常生活，开发一种新型的现代智能家用电风扇自动控制系统已经是非常迫切的。其通过数字式温度传感器对周围的工作环境温度数据进行自动采集，接着自动建立一个自动控制风扇系统，使风扇随周围温度值的变化自动快速调节风扇档位，实现一种“风扇温度越高、风力越大、温度越低、风力越小”的性能。本设计采用的就是一种完全智能化的温度显示和自动感测温控功能。它通常会根据工作环境的实际温度变化来自动调节电风扇，不需要我们手动去调节电风扇，能让我们更轻松的生活。关键词：单片机STC89C52；数码管；温度传感器DS18B20；智能控制；目录TOC\o"1-3"\h\u27591摘要 I1绪论伴随着现代科学信息技术的飞速进步和不断发展,由现代传统的家用电风扇发展到现代智能化的家用电风扇,飞速的发展提高了现代人们的日常生活使用水平。现在我们笔记本电脑上广泛在使用的就是智能化风扇CPU风扇。为了有效降低家用电风扇正常运转时的振动噪音以及我们需要大量节约能源等诸多因素。智能化的温控风扇越来越受到重视。设计温控风扇为工业及人们生活带来了便利。如用在工业大型家用机械上的散热通风系统及个人电脑上用的CPU风扇等。在生活中它都有着广泛的经济用途,因此它的设计具有一定的价值意义。1.1STC89C52单片机STC89C52是STC公司生产的一种“CMOS的8位微控制器”,STC89C52不但使用了“MCS－51”系列单片机的经典内核，而且加入了众多的改进，使求获得更为强大的应用拓展实用功能。STC89C52在拥有“灵活的8位处理器”的同时，更可以实现“在系统可编程Flash”，因此该单片机已然成为当下常规嵌入式系统开发的主流首选。STC89C52单片机实物图如图1-1所示。图1-1STC89C52单片机实物图单片机STC89C52的优点1.电压范围：5.5V～3.3V2.频率范围：0～40MHz

3.有32个通用I/0口4.有ISP(在系统可编程)5.有EEPROM功能6.有看门狗功能7.3个16位定时器8.温度范围:-40~+85°C/0~75°C9.4K字节的EEPROM存储空间10.直接串口下载11.256字节存储空间单片机STC89C52的各个引脚图如图1-2所示。图1-2单片机STC89C52的引脚图1.2DS18B20温度传感器DS18B20温度传感器，是以数字信号形式进行输出，具有“检测精度高，抗干扰强，体积小”的优点。它也是一种“一线总线”接口的数字式温度传感器，它的内部控制使用了“(ON-B0ARD)控制技术。”可以用来对周围环境的温度进行监测。独特并且成本经济低，让用户可以简单的自行组建温度传感器处理网络,在这种传统的温度模拟信号需要远距离进行温度自动测量的处理系统中,需要很好的有效解决“电路引线漂移误差自动补偿”、“多点温度测量自动切换漂移误差”和“功率放大控制电路零点测量漂移切换误差”等复杂问题,才可以能够真正达到较高的温度测量处理精度。DS18B20温度传感器是目前解决这些复杂问题的最佳有效解决方法,因为新型的数字式温度传感器不仅具有“系统体积更小”、“精度更高”、并且系统采用的是“一线数字总线、可以自动组建无线网络”等等的诸多优点,当然在实际的工业应用中也可以有着很好的温度测温测量效果。一、DS18B20的主要特性(1)电压范围宽(2)独特的单线接口方式(3)支持多点组网功能(4)周围温度的测量范围－55℃～＋125℃

(5)高标准精度自动测温

(6)极强的抗干扰性

(7)负压特性(8)极强的纠错控制能力二、温度传感器DS18B20的内部结构DS18B20类传感器，它的内部结构主要是由四个部分组成：“温度传感器”、“64位光刻ROM”、“配置寄存器”、“非挥发的温度报警触发器TH和TL”。数字式温度传感器ds18b20内部的结构图如图1-3所示。图1-3DS18B20内部结构框架图1.3设计的主要内容和任务本次的温度设计主要采用的方法是数字单片式电机STC89C52，然后通过数字式温度传感器DS18B20对周围环境条件进行温度数据采集进行测温，74HC53驱动的是数码管，显示测量的温度和档位，其有设置键、加、减键，按一下设置键可以设置上限，再按一下设置下限，上下限值都可以用按键加和减来调整。当温度低于下限时，风扇不转动(0档)。当室内温度处于上下限之间时，风扇50%(1档)转动，当温度超过上限值时，全速转动(2档)。本设计主要内容如下：(1)电风扇的风速设定为从低到高共3个档位(2)当室内的温度低于所设置的下限值时,电风扇风速关闭(0档)。(3)当室内的温度处于下限和上限之间时,电风扇转速缓慢(1档)。(4)当室内的温度高于所设置的上限值时,电风扇风速全速运转(2档)。2设计方案2.1温度模块本设计选用DS18B20温度传感器，相比传统的热敏电阻以及其他温度测量元器件，更为直观，数据可直接读出，能通过编程“实现9～12位的数字值读数方式”。该数字式总线集成温度传感器系统采用了“先进的数字式总线接口技术”，与其他单片机的总线接口非常的简单，并且其抗干扰的控制能力也很强。2.2控制模块采用STC89C52型号的温控单片式微机器件作为温度控制的一个核心组成元件，直接用KEIL控制软件和可编程编程的控制方法对其进行了对温度的控制判断，并在其控制端口端上输出需要控制的温度信号。通过软件编写程序将温度传感器所需要检测接收到的时间温度信息通过时间显示控制电路实时显示表现出来。然后手机用户就完全可以通过移动键盘的控制接口，自由的选择设置上限和下限的时间温度显示值。通过应用软件程序去自动判断周围温度本身就可以具有很高的控制精度，能精确的自动控制工作环境周围温度的微小波动变化。2.3显示电路模块采用四位共阴数码管显示，动态扫描显示方式。这样的显示方式不仅低成本，功耗还低，显示的温度值很清晰，在夜间也能清晰看见。虽然“数码管单一数字显示，也没有华丽的外观”。但在本系统中，它的功能已经足够使用了。2.4调速模块采用晶闸管构成“无级调速电路。”晶闸管的导通角大小由电位器完全控制，可实现“从关闭风速到最大风速的无级别调速”，实现一种“自由的风速”。在调速的操作中基本上不需要额外电力的损耗。3设计原理3.1总体设计系统总体设计的结构框架如下图3-1所示图3-1系统总体设计图3.2温度检测和显示电路本模块采用DS18B20作为温度传感器，STC89C52单片机作为核心微处理器，显示温度控制输出单元。工作原理：数字式温度传感器采集室内周围环境的温度，将测量到的温度数据值传递给STC89C52单片机的P2.4口，经过单片机的一系列操作处理后显示出当前室内周围环境的温度值，并将之前所设定好的室内周围环境温度值的上限值和下限值作相应的对比，如果温度值高于设定的上限值或低于设定的下限值则控制电机转速进行自动调整。温度式传感器DS18B20原理图如下图3-2所示。图3-2DS18B20工作原理图3.3电机调速电路3.3.1电机调速原理双向可控硅的导通条件如下：(1)阳-阴极间加正向电压；(2)增加光源电压控制极，即在光源极和阴极间加正向正极电压并由触发控制光源正极电压(3)维持阳极稳压电流峰值；当大于一个可控氧化硅的最小值时维持阴极电流峰值。3.3.2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、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点,简单化了输出通道隔离2驱动电路的结构。工作过程控制基本原理:用户所设置的参数被单片机响应,输出一个高电平在I/O口,然后经过反向器反向后,送出一个低电平,导通光电耦合器,同时触发双向可控硅,工作电路导通工作。其电机的控制原理图如图3-3所示。图3-3电机控制原理图3.3.3数码管驱动电路驱动模块是由74HC573芯片完成的，其中包含八路D型透明锁存器，每个锁存器具有独立的D型输入，以及适用于面向总线的应用的三态输出。所有锁存器共用一个锁存使能(LE)端和一个输出使能(OE)端。当LE为高时，数据从DN输入到锁存器，在此条件下，锁存器进入透明模式，也就是说，锁存器的输出状态将会随着对应的D输入每次的变化而改变。“当LE为低时，锁存器将存储D输入上的信息一段就绪时间，直到LE的下降沿来临。”

当OE为低时，8个锁存器的内容可被正常输出；“当OE为高时，输出进入高阻态。OE端的操作不会影响锁存器的状态。”其74HC573电气参数表如下表3-2所示。表3-274HC573电气参数表74HC573特性：（1）输入输出分布在芯片封装的两侧，为微处理器提供简便的接口（2）用于微控制器和微型计算机的输入输出口（3）三态正相输出，用于面向总线的应用（4）共用三态输出使能端（5）逻辑功能与74HC563、74HC373相同（6）遵循JEDEC标准no.7A（7）ESD保护4软件设计与仿真测试4.1主程序在软件设计中，主程序模块流程如图4-1所示。程序初始化函数可实现对DS18B20的初始化处理，与此同时温度读取函数将提供对数据的读取和转化功能，而键盘扫描函数则是根据用户的需求来设定温度可控的上限、下限值。此后，温度处理函数还将对采集得到的温度数据进行分析整理，其结果数据即可成为风扇控制函数发出指令来操纵对风扇电机的启停及转速调节等行为动作的实施依据。.图4-1主程序模块流程图4.2传感器模块与显示子模块主机控制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。”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：“初始化子程序、写子程序、读子程序。”DS18B20芯片功能命令如下表4-1所示：表4-1DS18B20芯片功能表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。单片机上的INT0口可以反应工频电压过零时间，因此利用该中断口来决定控制门的开、关操作。通过对中断的次数进行计算和判断，每次产生一个中断时，“中断控制量n就会做减1操作，当n为0时”，则将控制门关闭，从而过零脉冲也就无法通过。”“当n不等于0时，控制电平保持为“1”。”通过这种方式，达到调速的目的。其电机控制模块中断响应流程图如图4-2所示。图4-2电机调速控制模块中断响应流程图4.4仿真结果4.4.1仿真原理图经过一系列的仿真测试，根据其硬件原理图得到如图4-3所示的仿真原理图。图4-3仿真原理图4.4.2仿真测试把写好的程序烧录到单片机中，给单片机通上电，按下开关观察当前风扇的档位以及室内的温度值如图4-4所示，图中的数字“0”为风扇的档位，数字“21”为室内环境的温度，此时风扇不转(0档)。图4-4室内温度值图此时按下左边第一个按钮设置室内温度的下限值如图4-5所示。当室内周围环境的温度低于温度的下限值时风扇停止转动(0档)。图4-5室内温度下限值图再按一遍此按钮设置室内温度的上限值如图4-6所示。图4-6室内温度上限值图当高于温度的上限值时风扇转速达到最大(2档)，如图4-7所示。图4-7高于室内温度上限值图当室内的周围环境的温度处于上限值与下限值之间时，风扇的风速达到50%转速(1档)。如图4-8所示。图4-81档风扇转速图结语本文设计的智能温控风扇主要采用Keil编写程序代码，以及Protues绘制仿真图，多次进行调试与运行。观察仿真结果可直接看出各个功能的效果。本文的智能温控风扇与传统的风扇有着很大的区别，区别就在于：①采用温度控制，智能化的温控控制风扇系统可以根据工作环境室内温度的不断变化自动选择调节温控风扇的温度档位②具有实用性很强，在我们日常生活中，电风扇不仅低能还很环保，早已发展成了夏季生活必备的一种电子产品，然而本次产品设计的最大的一个优点就是彻底地解决了我们传统的温控电风扇不能够实时的根据周围环境的实际温度波动变化情况去自动的快速调节温控风扇转速的缺点，然而我们的这款智能自动温控式电风扇就真的可以彻底做到这一点，能有效的彻底改变传统的温控电风扇高功耗，低环保性能的两大缺点。这类型的智能温控电风扇对于老人和小孩特别的适合。当室内的最高温度控制低于一般用户所需要设置的室内最低温度控制值时它就会自动停止关闭这一功能，进阶的设计保护了家庭老人和小孩子们的身体健康，更加的安全贴近于现代人们的实际日常生活。参考文献[1]彭欢欢,张琛松,陈雪,赵龙龙,杨佳源,聂志刚.基于单片机智能风扇的设计[J].软件,2020,41(01):66-69.[2]陈振,梅顺齐,刘超,谭捷.基于51单片机的智能温控风扇系统设计[J].机电信息,2017(21):124-125.[3]刘巧平,张磊,韩倩,姜瑞征.基于AT89C51单片机智能温控风扇的设计[J].自动化与仪器仪表,2017(12):83-85.[4]厉俊.基于单片机的智能温控风扇系统的设计与实现[J].智能计算机与应用,2019,9(06):206-209+213.[5]黄俊豪,刘畅.基于单片机的智能温控风扇[J].科技广场,2017(10):185-188.[6]蒋小军.基于单片机的智能温控风扇的设计[J].科技展望,2016(13):144.[7]贺廉云.基于单片机的智能温控风扇设计[J].智能计算机与应用,2016,6(05):105-