基于单片机的智能电风扇

基于单片机的智能电风扇控制系统1目录第1节引言……………………………………………………………………………31.1智能电风扇控制系统概述……………………………………………………31.2本设计任务和主要内容………………………………………………………3第2节系统主要硬件电路设计………………………………………………………52.1总体硬件设计…………………………………………………………………52.2数字温度传感器模块设计……………………………………………………52.2.1温度传感器模块的组成…………………………………………………52.2.2DS18B20的温度处理方法………………………………………………62.3电机调速与控制模块设计……………………………………………………72.3.1电机调速原理………………………………………………………………72.3.2电机控制模块硬件设计……………………………………………………82.4温度显示与控制模块设计……………………………………………………9第3节系统软件设计…………………………………………………………………103.1数字温度传感器模块程序设计………………………………………………103.2电机调速与控制模块程序流程………………………………………………153.2.1程序设计原理……………………………………………………………153.2.2主要程序…………………………………………………………………16第4节结束语…………………………………………………………………………19参考文献…………………………………………………………………………………20基于单片机的智能电风扇控制系统2基于单片机的智能电风扇控制系统第1节引言随着空调机在日常生活中的普遍应用，很容易想到电风扇会成为空调的社会淘汰品，其实经过市场的考验和证实，真实的并不是这样的,在空调产品的冲击也，空调产品仍然具有很强大的生命力，电风扇在市场的考验中并没有淡出市场，反而销售在不停的复苏中具有强大的发展空间。据市场调查，电风扇的不停复苏主要在以下原因：一是电风扇虽然没有空调机的强大的制冷功能，但电风扇是直接取风，风力更加温和，比较适合老年人、儿童以及体质虚弱的人使用。二是电风扇经过多年的市场使用，较符合人们的使用习惯，而且结构简单、操作方便、安装简易。三是电风扇比起空调产品而言，其价格低廉，相对省电，更易的进入老百姓的家庭。在激烈的市场竞争下，虽然电风扇具有广阔的市场空间，但不断新生产品的出现，要使产品更具市场优势，仅仅是靠传统型的电风扇是远远不够的，因此要对传统的电风扇根据市场的需要进行不断的更新，不断的改进，以使自己的产品立于不败之地。传统的电风扇较为突出的缺点是：①风扇的风力大小不能根据温度的变化自动的调节风速，对于那些昼夜温差比较大的地区，这个自动调节风速就显得优其的重要了，特别是人们在熟睡时常常没有觉察到夜间是温度变化，那样既浪费电资源又容易引起感冒。②传统的风扇是用机械式的定时方式，机械式的定时方式常常会伴随着很大的机械运动的声音，特别是在夜间影响人们的睡眠质量，另个机械式的定时有一定的局限性，定时范围有限，而且机械式的容易坏。③传统的电风扇没有远程遥控控制电风扇的功能，对平时调节风扇风速或其它对风扇的调节，而又不想走近风扇带来很多的不便。鉴于以上方面的考虑，我们需要设计一种智能电风扇控制系统来解决这些问题。1.1智能电风扇控制系统概述日常我们使用的都是220V的交流电，而我们常用的电风扇一般也是220V的交流电，在传统的电风扇中，电风扇的转速是分为几个档位的，也就是说每一个档位就相当于一个开关，用于改变对电机的不同供电方式来改变电动机的转速以改变风力的大小。本设计中的智能电风扇控制系统，是以电风扇的电机工作状态作为被控量，并引入微机系统，通过对电风扇的工作状态以及周围环境的信号分析采集，由微机系统对基于单片机的智能电风扇控制系统3所得的信号处理后，再通过各种可控的电子元器件对风扇的电动机进行控制，同时智能的微机自动控制能力。1.2设计任务和主要内容本设计是以51单片机为主要控制核心，用51单片机系统对用户设定信号数据的采集以及分析，能过各种可控型电子元器件对电风扇各种工作状态的控制，以达到用户需求。设计的主要内容①风速从高到低设置5个档位，并且每个档位都可以由用户设置是否加入睡眠控制方式，睡眠方式就是让风扇循环的转一段时间停一段时间。②长范围可控的定时方式，可以设置12小时以内的定时开机与定时关机。③风扇可以自动的根据环境的温度调节风扇风速的档位，温度上升3℃自动上升一个档位，温度每降低3℃自动下降一个档位。④加入远程红外遥控，可以用遥控器控制电风扇的各种工作状态。⑤设置数码管显示当前的工作状态，使其更具人性化。⑥加入串口控制功能，对于工业应用的风扇，可以通过RS232接口用电脑上位机控制风扇，同时可以对控制芯片重新编程，以实现不强大的功能第2节系统主要硬件电路设计2.1总体硬件设计系统总体设计框图如图2-1所示键盘输入温度显示单片机系统电机控制模块数字温度传感模块基于单片机的智能电风扇控制系统4图2-1系统原理框图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。整个系统结构紧凑，抗干扰能力强，性价比高。是比较合适的方案2.2数字温度传感器模块设计温度传感器可以选用LM324A的运算放大器，将其设计成比例控制调节器，输出电压与热敏电阻的阻值成正比，但这种方案需要多次检测后方可使采样精确，过于烦琐。所以我采用更为优秀的DS18B20数字温度传感器，它可以直接将模拟温度信号转化为数字信号，降低了电路的复杂程度，提高了电路的运行质量。2.2.1温度传感器模块组成本模块以DS18B20作为温度传感器，AT89C51作为处理器，配以温度显示作为温度控制输出单元。整个系统力求结构简单，功能完善。电路图如图2-2所示。系统工作原理如下：DS18B20进行现场温度测量，将测量数据送入AT89C51的P3.7口，经过单片机处理后显示温度值，并与设定温度值的上下限值比较，若高于设定上限值或低于设定下限值则控制电机转速进行调整。基于单片机的智能电风扇控制系统5图2-2DS18B20温度计原理图2.2.2DS18B20的温度处理方法DS18B20直接将测量温度值转化为数字量提交给单片机，工作时必须严格遵守单总线器件的工作时序。表2-1部分温度值与DS18B20输出的数字量对照表温度值/℃数字输出（二进制）数字输出（十六进制）+85℃00000101010100000550H+25.625℃00000001100100010191H+10.125℃000000001010001000A2H+0.5℃00000000000010000008H0℃00000000000000000000H-0.5℃1111111111111000FFF8H-10.125℃1111111101101110FF5EH-25.625℃1111111101101111FF6FH-55℃1111110010010000FC90HXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51R14k7R24k7R34k7R44k7R54k7R64k7R74k7R84k7X1CRYSTALC122pC222pQ12N2907Q22N290727.0DQ2VCC3GND1U2DS18B20基于单片机的智能电风扇控制系统62.3电机调速与控制模块设计电机调速是整个控制系统中的一个重要的方面。通过控制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。2.3.1电机调速原理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。电风扇的风速设为从高到低5、4、3、2、1档，各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310VDn式中，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5n1555r/min,取5n=1250r/min.又因为：取n1=875r/min.则可得出五个档位的转速值：5n=1250r/min4n=1150r/min3n=1063r/min2n=980r/min1n=875r/min又由于负载上电压的有效值其中，u1为输入交流电压的有效值，α为控制角。解得：5=0°t=0ms4=23.5°t=1.70ms3=46.5°t=2.58ms01sin2()2uu10070最低转速调速比＝％％最高转速基于单片机的智能电风扇控制系统72=61.5°t=3.43ms1=76.5°t=4.30ms以上计算出的是控制角和触发时间，当检测到过零点时，按照所求得的触发时间延时发脉冲，便可实现预期转速。2.3.2电机控制模块硬件设计电路中采用了过零双向可控硅型光耦MOC3041,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陷,简化了输出通道隔离2驱动电路的结构。所设计的可控硅触发电路原理图见图2-3。其中RL即为电机负载，其工作原理是:单片机响应用户的参数设置,在I/O口输出一个高电平,经反向器反向后,送出一个低电平,使光电耦合器导通,同时触发双向可控硅,使工作电路导通工作。给定时间内,负载得到的功率为:nPUIN式中:P为负载得到的功率,kW;n为给定时间内可控硅导通的正弦波个数;N为给定时间内交流正弦波的总个数;U为可控硅在一个电源周期全导通时所对应的电压有效值,V;I为可控硅在一个电源周期全导通时所对应的电流有效值,A。由式(1)可知,当U,I,N为定值时,只要改变n值的大小即可控制功率的输出,从而达到调节电机转速的目的。图2-3电机控制原理图ZeroCrossing1264U1MOC3031MXTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U2AT89C5132U3:A4009RL110kC127pR44k7R24k7R14k7U4L2008L6基于单片机的智能电风扇控制系统82.4温度显示与控制模块设计通