智能风扇课程作品设计报告

XXXX大学机电工程学院MCS-51单片机原理系统设计与应用课程作品设计报告作品题目：智能风扇学院：机电工程学院班级：18电气信息类组长姓名及学号：组员姓名及学号：完成时间：2020年1月2日智能风扇课程设计-0-目录一.概述.....................................................................................................................-1-1.1.原理.............................................................................................................-1-1.2.功能.............................................................................................................-1-二.硬件电路设计....................................................................................................-1-2.1.51单片机I/O口连接概述：.....................................................................-1-2.2.矩阵按键对应表.........................................................................................-2-2.3.电机驱动模块.............................................................................................-2-2.4.DS18B20温度传感器..................................................................................-2-三.软件设计.............................................................................................................-3-3.1.软件设计流程图.........................................................................................-3-3.2.程序调试方案.............................................................................................-3-3.3.程序源码.....................................................................................................-4-四.调试与测试.........................................................................................................-4-4.1.硬件部分.....................................................................................................-4-4.2.软件部分.....................................................................................................-4-五.总结.....................................................................................................................-8-5.1.小组分工.....................................................................................................-8-5.2.Xu心得体会.................................................................................................-8-5.3.Wang心得体会...........................................................................................-9-六.附件...................................................................................................................-11-附件一：硬件设计图.............................................................................................-11-附件二：作品照片..................................................................................................-12-附件三：源代码清单.............................................................................................-13-附件四：元件清单..................................................................................................-23-智能风扇课程设计-1-一.概述1.1.原理本实验设计是一款简单实用的小型风扇，所采用的主要元件有STC89C52芯片，DS18B20温度传感器，四位共阴极数码管、按键和LED灯。并且使用了L298N迷你驱动、130电机小马达和三叶风扇等模块。本实验智能风扇的设计共分为五部分：主控制器、PWM调速部分、数码管显示部分、传感器部分、按键设置及复位部分。1)主控制器：单片机部分，用于存储程序和控制电路。2)PWM调速部分：软件使用定时器0中断模拟产生PWM，并输出给LED灯，使占空比变化明显可见。3)数码管显示部分：是指四位共阴极数码管，用来显示温度。4)传感器部分：即DS18B20温度传感器，用来采集温度，进行温度转换。5)按键设置及复位部分：按键用来手动调速，并进行手动与自动温控的切换；复位部分即复位电路。1.2.功能（1）手动控制风扇。风扇转速一共有四挡，通过对按键的控制，实现对风扇转速的手动控制。（2）自动温控风扇。开启自动模式后，当外界环境大于20℃时，风扇开始运行。温度越高风扇转速越快。二.硬件电路设计2.1.51单片机I/O口连接概述：因本实验需要同时用到LED灯、4位数码管、矩阵键盘，所以将这三部分模块分别连接到不同的I/O口。其中，八个LED灯连接到P1口，数码管连接到P0口，按键连接到P3口。蜂鸣器连接至P2^3口，DS18B20温度传感器连接至P2^2口。同时，硬件电路还设计了单片机供电DC口、双电源开关、供电指示灯、复智能风扇课程设计-2-位电路、功能选择使用（跳线帽）、3.3V稳压部分。2.2.矩阵按键对应表S4S3S2S10X7E0XBE0XDE0XEES8S7S6S50X7D0XBD0XDD0XEDS12S11S10S90X7B0XBB0XDB0XEBS16S15S14S130X770XB70XD70XE7图表1：矩阵按键实际位置与16进制值对应表2.3.电机驱动模块本实验采用130电机小马达，带动风扇进行转动，虽然经试验此电机接入单片机可以转动，但考虑到单片机的I/O引脚输出电流只有几十毫安，而很小的电动机所需电流都有几百毫安，启动电流则更大。会损坏单片机的I/O端口。所以在单片机的I/O端口与电机之间加驱动模块，采用了通用L298N集成块。但通常使用的L298双H桥直流电机驱动供电范围在+5~+35V，经之前使用此模块经验来看，需要外加更大电压，驱动才能正常驱动电机工作。即需要用学生电源或电池进行外加供电，并需要增加稳压模块，这无疑增加了设计的工作量，成本也大大提升。所以我们找到一款“L298N迷你2路直流电机驱动模块”，供电电压范围2V~10V，可同时驱动两个直流电机或者1个4线2相式步进电机，可实现正反转和调速的功能，每路电流能到1.5A持续电流，峰值电流可达2.5A，有热保护并且能够自动恢复。并且具有发热小，无需散热片，体积小，省电，质量轻，0待机电流等特点，是此实验驱动电机的更好选择。并且我们将驱动模块通过排针排母焊接固定于洞洞板上，方便使用；并且将此小板用螺丝铜柱锁紧在大开发板上，增加稳定性。2.4.DS18B20温度传感器DS18B20数字温度传感器是DALLAS公司生产的单总线器件，用它来组成一个测温系统具有线路简单，体积小，在一根通信线上可以挂很多这样的数字温度智能风扇课程设计-3-传感器，十分方便。DS18B20有以下特点：1)通信采用1-Wire接口；2)每个DS18B20都有唯一的64位序列码储存在板载ROM中；3)无需外部元件；4)可从数据线供电，电源范围为3.0V~5.5V；5)可测量的温度范围在-55℃~+125℃；6)在－10～＋85℃范围内精确度为±0.5℃；7)温度计分辨率可设置为9~12位，12位时分辨率对应为0.0625℃。所以我们选择了DS18B20作为我们的温度传感器。三.软件设计3.1.软件设计流程图图表2：程序设计流程图3.2.程序调试方案程序在Keil4上调试，采用模块化程序设计，逐个调试好后再进行总调试。程序编写完成时，进行调试。调试可用单步运行方式和断点运行方式，根据程序执行结果判断程序是否有错误，同时还可以发现硬件设计错误。单步和断点调试后，还应进行连续调试。智能风扇课程设计-4-各程序模块通过后进行程序总调试。这个阶段若有故障可以考虑各子程序运行时是否破坏了现场缓冲单元、工作寄存器是否发生冲突标志位的建立和清除是否有误堆栈区是否有溢出，输入设备的状态是否正常等等。当全部调试和修改完成后，将程序固化到单片机中，进行整机调试，各功能实现则调试完成。3.3.程序源码具体程序源码见附件3四.调试与测试在调试过程中，发现以下问题：4.1.硬件部分1)部分线路没有焊接好，经测试通断后找到虚焊点，重新焊接。2)原理图和实际焊接有一些差距，需要提前对洞洞板线路进行布局。3)在焊接过程中，通过焊接一个部分后，用程序进行试验的办法，验证所焊模块完好。4.2.软件部分（1）本实验矩阵键盘部分按键占用了定时器中断的I/O口，导致前期改变占空比不能实现。后通过换其他按键和增加标志位等方式解决此问题。（2）单片机产生占空比为负占空比，通过示波器实际测试可以看出。我们将一个周期分成了250份。如下表格列出了单片机设置PWM_T与占空比的对应关系：单片机设置PWM_T值正占空比（+Duty）3088%9063.7%15040%21015