畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-基于單片機(jī)的智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)_第1頁(yè)
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6、tionParagraphFccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPoctionParagraSelec基于單片機(jī)的智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)PAGE PAGE 17SelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointselectionParagraaa

7、aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaphFormatLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesTSelectionParbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbagraphFoLineSpacingLinesToPointsSelectionParagraphFormatLineSpacingLinesToPointse11111111111111111111111111111111

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12、raphFormatLineSpacingLinesToPoctionParagraSelec目 錄 第1節(jié) 引 言31.1 智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)概述 31.2 本設(shè)計(jì)任務(wù)和主要內(nèi)容 3第2節(jié) 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計(jì) 52.1 總體硬件設(shè)計(jì) 52.2 數(shù)字溫度傳感器模塊設(shè)計(jì) 5 2.2.1 溫度傳感器模塊的組成 5 2.2.2 DS18B20的溫度處理方法 62.3 電機(jī)調(diào)速與控制模塊設(shè)計(jì) 7 2.3.1 電機(jī)調(diào)速原理7 2.3.2 電機(jī)控制模塊硬件設(shè)計(jì)82.4 溫度顯示與控制模塊設(shè)計(jì) 9第3節(jié) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)103.1 數(shù)字溫度傳感器模塊程序設(shè)計(jì)103.2 電機(jī)調(diào)速與控制模塊程序流程153.2.1

13、 程序設(shè)計(jì)原理 153.2.2 主要程序16第4節(jié) 結(jié)束語(yǔ)19 參考文獻(xiàn)20基于單片機(jī)的智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng) 引 言 隨著空調(diào)機(jī)在日常生活中的普遍應(yīng)用,很容易想到電風(fēng)扇會(huì)成為空調(diào)的社會(huì)淘汰品,其實(shí)經(jīng)過市場(chǎng)的考驗(yàn)和證實(shí),真實(shí)的并不是這樣的,在空調(diào)產(chǎn)品的沖擊也,空調(diào)產(chǎn)品仍然具有很強(qiáng)大的生命力,電風(fēng)扇在市場(chǎng)的考驗(yàn)中并沒有淡出市場(chǎng),反而銷售在不停的復(fù)蘇中具有強(qiáng)大的發(fā)展空間。據(jù)市場(chǎng)調(diào)查,電風(fēng)扇的不停復(fù)蘇主要在以下原因:一是電風(fēng)扇雖然沒有空調(diào)機(jī)的強(qiáng)大的制冷功能,但電風(fēng)扇是直接取風(fēng),風(fēng)力更加溫和,比較適合老年人、兒童以及體質(zhì)虛弱的人使用。二是電風(fēng)扇經(jīng)過多年的市場(chǎng)使用,較符合人們的使用習(xí)慣,而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方

14、便、安裝簡(jiǎn)易。三是電風(fēng)扇比起空調(diào)產(chǎn)品而言,其價(jià)格低廉,相對(duì)省電,更易的進(jìn)入老百姓的家庭。在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)下,雖然電風(fēng)扇具有廣闊的市場(chǎng)空間,但不斷新生產(chǎn)品的出現(xiàn),要使產(chǎn)品更具市場(chǎng)優(yōu)勢(shì),僅僅是靠傳統(tǒng)型的電風(fēng)扇是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,因此要對(duì)傳統(tǒng)的電風(fēng)扇根據(jù)市場(chǎng)的需要進(jìn)行不斷的更新,不斷的改進(jìn),以使自己的產(chǎn)品立于不敗之地。傳統(tǒng)的電風(fēng)扇較為突出的缺點(diǎn)是: = 1 * GB3 風(fēng)扇的風(fēng)力大小不能根據(jù)溫度的變化自動(dòng)的調(diào)節(jié)風(fēng)速,對(duì)于那些晝夜溫差比較大的地區(qū),這個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)速就顯得優(yōu)其的重要了,特別是人們?cè)谑焖瘯r(shí)常常沒有覺察到夜間是溫度變化,那樣既浪費(fèi)電資源又容易引起感冒。 = 2 * GB3 傳統(tǒng)的風(fēng)扇是用機(jī)械式的定

15、時(shí)方式,機(jī)械式的定時(shí)方式常常會(huì)伴隨著很大的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的聲音,特別是在夜間影響人們的睡眠質(zhì)量,另個(gè)機(jī)械式的定時(shí)有一定的局限性,定時(shí)范圍有限,而且機(jī)械式的容易壞。 = 3 * GB3 傳統(tǒng)的電風(fēng)扇沒有遠(yuǎn)程遙控控制電風(fēng)扇的功能,對(duì)平時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)扇風(fēng)速或其它對(duì)風(fēng)扇的調(diào)節(jié),而又不想走近風(fēng)扇帶來很多的不便。鑒于以上方面的考慮,我們需要設(shè)計(jì)一種智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)來解決這些問題。智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)概述 日常我們使用的都是220V的交流電,而我們常用的電風(fēng)扇一般也是220V的交流電,在傳統(tǒng)的電風(fēng)扇中,電風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速是分為幾個(gè)檔位的,也就是說每一個(gè)檔位就相當(dāng)于一個(gè)開關(guān),用于改變對(duì)電機(jī)的不同供電方式來改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速以改變

16、風(fēng)力的大小。本設(shè)計(jì)中的智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng),是以電風(fēng)扇的電機(jī)工作狀態(tài)作為被控量,并引入微機(jī)系統(tǒng),通過對(duì)電風(fēng)扇的工作狀態(tài)以及周圍環(huán)境的信號(hào)分析采集,由微機(jī)系統(tǒng)對(duì)所得的信號(hào)處理后,再通過各種可控的電子元器件對(duì)風(fēng)扇的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制,同時(shí)智能的微機(jī)自動(dòng)控制能力。設(shè)計(jì)任務(wù)和主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)是以51單片機(jī)為主要控制核心,用51單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)用戶設(shè)定信號(hào)數(shù)據(jù)的采集以及分析,能過各種可控型電子元器件對(duì)電風(fēng)扇各種工作狀態(tài)的控制,以達(dá)到用戶需求。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容風(fēng)速?gòu)母叩降驮O(shè)置5個(gè)檔位,并且每個(gè)檔位都可以由用戶設(shè)置是否加入睡眠控制方式,睡眠方式就是讓風(fēng)扇循環(huán)的轉(zhuǎn)一段時(shí)間停一段時(shí)間。長(zhǎng)范圍可控的定時(shí)方式,可以設(shè)置12小時(shí)以

17、內(nèi)的定時(shí)開機(jī)與定時(shí)關(guān)機(jī)。風(fēng)扇可以自動(dòng)的根據(jù)環(huán)境的溫度調(diào)節(jié)風(fēng)扇風(fēng)速的檔位,溫度上升3自動(dòng)上升一個(gè)檔位,溫度每降低3自動(dòng)下降一個(gè)檔位。加入遠(yuǎn)程紅外遙控,可以用遙控器控制電風(fēng)扇的各種工作狀態(tài)。設(shè)置數(shù)碼管顯示當(dāng)前的工作狀態(tài),使其更具人性化。加入串口控制功能,對(duì)于工業(yè)應(yīng)用的風(fēng)扇,可以通過RS232接口用電腦上位機(jī)控制風(fēng)扇,同時(shí)可以對(duì)控制芯片重新編程,以實(shí)現(xiàn)不強(qiáng)大的功能 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計(jì) 總體硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖2-1所示鍵盤輸入溫度顯示單片機(jī)系統(tǒng)電機(jī)控制模塊數(shù)字溫度傳感模塊圖2-1 系統(tǒng)原理框圖 對(duì)于單片機(jī)中央處理系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì),根據(jù)要求,我們可以選用具有4KB片內(nèi)E2PROM的AT89C

18、51單片機(jī)作為中央處理器。作為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心,AT89C51內(nèi)部已包含了定時(shí)器、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等硬件,其硬件能符合整個(gè)控制系統(tǒng)的要求,不需要外接其他存儲(chǔ)器芯片和定時(shí)器件,方便地構(gòu)成一個(gè)最小系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊,抗干擾能力強(qiáng),性價(jià)比高。是比較合適的方案數(shù)字溫度傳感器模塊設(shè)計(jì) 溫度傳感器可以選用LM324A的運(yùn)算放大器,將其設(shè)計(jì)成比例控制調(diào)節(jié)器,輸出電壓與熱敏電阻的阻值成正比,但這種方案需要多次檢測(cè)后方可使采樣精確,過于煩瑣。所以我采用更為優(yōu)秀的DS18B20數(shù)字溫度傳感器,它可以直接將模擬溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào),降低了電路的復(fù)雜程度,提高了電路的運(yùn)行質(zhì)量。2.2.1 溫度傳感器模塊

19、組成本模塊以DS18B20作為溫度傳感器,AT89C51作為處理器,配以溫度顯示作為溫度控制輸出單元。整個(gè)系統(tǒng)力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,功能完善。電路圖如圖2-2所示。系統(tǒng)工作原理如下:DS18B20進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量,將測(cè)量數(shù)據(jù)送入AT89C51的P3.7口,經(jīng)過單片機(jī)處理后顯示溫度值,并與設(shè)定溫度值的上下限值比較,若高于設(shè)定上限值或低于設(shè)定下限值則控制電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整。圖2-2 DS18B20溫度計(jì)原理圖2.2.2 DS18B20的溫度處理方法DS18B20直接將測(cè)量溫度值轉(zhuǎn)化為數(shù)字量提交給單片機(jī),工作時(shí)必須嚴(yán)格遵守單總線器件的工作時(shí)序。溫度值/ 數(shù)字輸出(二進(jìn)制) 數(shù)字輸出(十六進(jìn)制) +85 000

20、0 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 1111 1111 0110 1110 FF5EH -25.625 1111 1111 0110 1111 FF6FH -55 1111 1100 1001 0000 FC90H表2-1 部分溫度值與DS18B20輸出的數(shù)字量

21、對(duì)照表 電機(jī)調(diào)速與控制模塊設(shè)計(jì)電機(jī)調(diào)速是整個(gè)控制系統(tǒng)中的一個(gè)重要的方面。通過控制雙向可控硅的導(dǎo)通角,使輸出端電壓發(fā)生改變,從而使施加在電風(fēng)扇的輸入電壓發(fā)生改變,以調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)各檔位風(fēng)速的無(wú)級(jí)調(diào)速。2.3.1 電機(jī)調(diào)速原理可控硅的導(dǎo)通條件如下:1)陽(yáng)-陰極間加正向電壓;2)控制極-陰極間加正向觸發(fā)電壓;3)陽(yáng)極電流IA 大于可控硅的最小維持電流IH。電風(fēng)扇的風(fēng)速設(shè)為從高到低5、4、3、2、1檔,各檔風(fēng)速都有一個(gè)限定值。在額定電壓、額定功率下,以最高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),要求風(fēng)葉最大圓周上的線速度不大于2150m/min。且線速度可由下列公式求得式中,V為扇葉最大圓周上的線速度(m/min),D為扇

22、中的最大頂端掃出圓的直徑(mm);n為電風(fēng)扇的最高轉(zhuǎn)速(r/min)。代入數(shù)據(jù)求得 1555r/min,取 =1250 r/min.又因?yàn)椋喝1=875 r/min.則可得出五個(gè)檔位的轉(zhuǎn)速值: =1250r/min =1150r/min =1063r/min =980r/min =875r/min又由于負(fù)載上電壓的有效值 其中,u1為輸入交流電壓的有效值,為控制角。解得: =0 t=0ms =23.5 t=1.70ms =46.5 t=2.58ms =61.5 t=3.43ms =76.5 t=4.30ms 以上計(jì)算出的是控制角和觸發(fā)時(shí)間,當(dāng)檢測(cè)到過零點(diǎn)時(shí),按照所求得的觸發(fā)時(shí)間延時(shí)發(fā)脈沖,便

23、可實(shí)現(xiàn)預(yù)期轉(zhuǎn)速。2.3.2 電機(jī)控制模塊硬件設(shè)計(jì)電路中采用了過零雙向可控硅型光耦MOC3041 ,集光電隔離、過零檢測(cè)、過零觸發(fā)等功能于一身,避免了輸入輸出通道同時(shí)控制雙向可控硅觸發(fā)的缺陷, 簡(jiǎn)化了輸出通道隔離2驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)。所設(shè)計(jì)的可控硅觸發(fā)電路原理圖見圖2-3 。其中RL即為電機(jī)負(fù)載,其工作原理是:單片機(jī)響應(yīng)用戶的參數(shù)設(shè)置, 在I/ O 口輸出一個(gè)高電平, 經(jīng)反向器反向后, 送出一個(gè)低電平,使光電耦合器導(dǎo)通, 同時(shí)觸發(fā)雙向可控硅, 使工作電路導(dǎo)通工作。給定時(shí)間內(nèi),負(fù)載得到的功率為:式中: P 為負(fù)載得到的功率, kW; n 為給定時(shí)間內(nèi)可控硅導(dǎo)通的正弦波個(gè)數(shù); N 為給定時(shí)間內(nèi)交流正弦波

24、的總個(gè)數(shù); U 為可控硅在一個(gè)電源周期全導(dǎo)通時(shí)所對(duì)應(yīng)的電壓有效值,V; I 為可控硅在一個(gè)電源周期全導(dǎo)通時(shí)所對(duì)應(yīng)的電流有效值,A。由式(1) 可知,當(dāng)U , I , N 為定值時(shí), 只要改變n 值的大小即可控制功率的輸出,從而達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。圖2-3 電機(jī)控制原理圖溫度顯示與控制模塊設(shè)計(jì) 通過HD7279A控制芯片組建一個(gè)單片機(jī)鍵盤輸入與顯示模塊,其中包括一個(gè)2*8的鍵盤矩陣。和8段動(dòng)態(tài)掃描數(shù)碼管顯示。與單片機(jī)通過接插件連接,可以用于系統(tǒng)的控制和輸出,其原理圖如圖2-4所示。圖2-4 HD7279A鍵盤和顯示器控制模塊電路原理圖第三節(jié) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 數(shù)字溫度傳感器模塊程序設(shè)計(jì)本系

25、統(tǒng)的運(yùn)行程序采用匯編語(yǔ)言編寫,采用模塊化設(shè)計(jì),整體程序由主程序和子程序構(gòu)成。圖3-1 數(shù)字溫度傳感器模塊程序流程圖如圖3-1所示,主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換工作必須經(jīng)過三個(gè)步驟:初始化、ROM操作指令、存儲(chǔ)器操作指令。單片機(jī)所用的系統(tǒng)頻率為12MHz。根據(jù)DS18B20初始化時(shí)序、讀時(shí)序和寫時(shí)序分別可編寫4個(gè)子程序:初始化子程序、寫子程序、讀子程序、顯示子程序。DS18B20芯片功能命令表如下:表2 DS18B20功能命令表命令 功能描述 命令代碼CONVERT 開始溫度轉(zhuǎn)換 44HREAD SCRATCHPAD 讀溫度寄存器(共9字節(jié)) BEH READ ROM 讀DS18B20序列

26、號(hào) 33HWRITE SCRATCHPAD 將警報(bào)溫度值寫如暫存器第2、3字節(jié) 4EH MATCH ROM 匹配ROM 55H SEARCH ROM 搜索ROM F0H ALARM SEARCH 警報(bào)搜索 ECHSKIP ROM 跳過讀序列號(hào)的操作 CCHREAD POWER SUPPLY 讀電源供電方式:0為寄生電源,1為外電源 B4H主要程序如下:MAIN:;初始化LCALL RST_DS18B20LCALL GET_TEMPERMOV A,20HMOV C,08HRRC AMOV C,09HRRC AMOV C,10HRRC AMOV C,11HRRC AMOV 20H,ALCALL D

27、ISPLAYAJMPMAINRST_DS18B20:SETB P3. 7NOPCLR P3. 7MOV R1, #3RST1:MOV R0, #110DJNZ R0, $DJNZ R1,RST1SETB P3. 7NOPNOPMOV R0, #25HRST2:JNB P3. 7,RST3DJNZ R0,RST2LJMP RST4RST3: SETB FLAGLJMP RST5RST4:CLR FLAGLJMP RST7RST5:MOV R0, #115RST6:DJNZ R0, $RST7: SETB P3. 7RETWR_DS18B20:;寫數(shù)據(jù)子程序MOV R2, #8CLR CWR1:

28、CLR P3. 7MOV R3, #6DJNZ R3, $RRC AMOV P3. 7,CMOV R3, #25DJNZ R3, $SETB P3. 7NOPDJNZ R2,WR1SETB P3. 7RETRD_DS18B20:;讀數(shù)據(jù)子程序MOV R4, #2MOV R1, #20HREAD1:MOV R2, #8READ2: CLR CSETB P3. 7NOPNOPCLR P3. 7NOPNOPNOPSETB P3. 7MOV R3, #9READ3:DJNZ R3,READ3MOV C, P3. 7MOV R3, #23READ4:DJNZ R3,READ4RRC ADJNZ R2,R

29、EAD2MOV R1,AINC R1DJNZ R4,READ1RET3.2 電機(jī)調(diào)速與控制模塊程序流程3.2.1 程序設(shè)計(jì)原理采用雙向可控硅過零觸發(fā)方式,由單片機(jī)控制雙向可控硅的通斷,通過改變每個(gè)控制周期內(nèi)可控硅導(dǎo)通和關(guān)斷交流完整全波信號(hào)的個(gè)數(shù)來調(diào)節(jié)負(fù)載功率,進(jìn)而達(dá)到調(diào)速的目的。由于INT0信號(hào)反映工頻電壓過零時(shí)刻,因此只要在外中斷0的中斷服務(wù)程序中完成控制門的開啟與關(guān)閉,并利用中斷服務(wù)次數(shù)對(duì)控制量n進(jìn)行計(jì)數(shù)和判斷,即每中斷一次,對(duì)n進(jìn)行減1計(jì)數(shù),如果n不等于0,保持控制電平為“1”,繼續(xù)打開控制門;如n=0,則使控制電平復(fù)位為“0”,關(guān)閉控制門,使可控硅過零觸發(fā)脈沖不再通過。這樣就可以按照控制處理得到的控制量的要求,實(shí)現(xiàn)可控硅的過零控制,從而達(dá)到按控制量控制的效果,實(shí)現(xiàn)速度可調(diào)。1)回路控制執(zhí)行程序。主回路控制執(zhí)行程序的任務(wù)是初始化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元,確定電機(jī)工作參數(shù) /,并將其換算成“有效過零脈沖”的個(gè)數(shù);確定中斷優(yōu)先級(jí)、開中斷,為了保證正弦波的完整,工頻過零同步中斷INT0確定為高一級(jí)的中斷源。2)斷服務(wù)程序,執(zhí)行中斷服務(wù)程序時(shí),首先保護(hù)現(xiàn)場(chǎng),INT0中斷標(biāo)志置位,禁止主程序修改工作參數(shù),然后開始減1計(jì)數(shù),判斷是否關(guān)斷可控硅,最后INT0中斷標(biāo)志位清零,還原初始化數(shù)據(jù),恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng),中斷返回。(設(shè)1秒鐘通過波形數(shù)N=100)中斷流程圖如圖3-2所示

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