基于at89c51单片机的智能风扇控制系统设计

基于at89c51单片机的智能风扇控制系统设计内容摘要：

1111 1111 1111 1000 FFF8H 1111 1111 0110 1110 FF5EH 1111 1111 0110 1111 FF6FH 55 1111 1100 1001 0000 FC90H 黄河科技学院毕业论文 第 8 页 3 硬件电路及系统原理分析 系统总体设计 系统总体设计图如图 所示。 图 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 DS18B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 AT89C51 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。 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 黄河科技学院毕业论文 第 9 页 ABCDEFGDPL1L2L3L4A B C D E F GL5A B C D E F G DPL1 L2 L3 L4L1L2L3L4L5DP L5XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115U1 89C5129.0DQ2VCC3GND1U2 DS18B20R1 10kR2 10kR3 10kR4 10kR5 10kR6 10kR7 10kR8 10k32U3:A4009ZeroCrossing1 26 4U4 MOC3031MU5 L2008L6R9 10kR1010kC1 1nFR1110kR1210kV1 VSINE234567891RP1RESPACK8R13300R14300R15300R16300R17300U7 AND_5Q1 PN2907BUZ1BUZZERGNDR25100停止1档2档3档自动风扇档位显示温度显示或者报警显示Y1CRYSTALC1130pFC2 30pFR351kR2610kC310uFK1 RSTVCCGND模拟电机 图 系统总体原理图 黄河科技学院毕业论文 第 10 页 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 DS18B20 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（ 30~35 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 所示。 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 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 1μ S[11]。 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 所示。 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115U18 0 C5 1R62 0 0C11uFR74 .7 kX1CR Y S T A LC21nFC31nF 图 单片机最小系统 黄河科技学院毕业论文 第 11 页 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]。 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。 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 所示。 图 键盘控制电路 黄河科技学院毕业论文 第 12 页 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 到 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 所示。 图 数码管显示电路 黄河科技学院毕业论文 第 13 页 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。 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）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 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=π Dn 103 （ 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 n3≤ 1555r/min,取 n3=1250 r/： %70%100  最高调速档的转速最低调速档的转速调速比 取 n1=87。