畢業(yè)論文--基于單片機的智能電風(fēng)扇的設(shè)計

1、<p>　　基于單片機的智能電風(fēng)扇的設(shè)計</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設(shè)計主要實現(xiàn)的功能是，使電風(fēng)扇分為可切換的手動檔和自動檔，手動檔下分為低速、中速、高速三檔，自動檔下可自主設(shè)置溫度值，通過溫度傳感器采集并顯示周圍環(huán)境溫度及設(shè)置溫度，并依據(jù)設(shè)定好的溫度自動調(diào)整風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)風(fēng)扇的智能化。主要采用直流電機PWM調(diào)速系統(tǒng)以

2、AT89C51為控制核心，由命令輸入模塊、LCD顯示模塊及電機驅(qū)動模塊等組成。</p><p>　　關(guān)鍵字：直流電機、PWM、單片機</p><p>　　一、系統(tǒng)方案的設(shè)計與分析</p><p><b>　　1系統(tǒng)的總體框圖</b></p><p>　　對于單片機中央處理系統(tǒng)的方案設(shè)計，根據(jù)要求，我們可以選用具有4KB片

3、內(nèi)E2PROM的AT89C51單片機作為中央處理器。作為整個控制系統(tǒng)的核心，AT89C51內(nèi)部已包含了定時器、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器等硬件，其硬件能符合整個控制系統(tǒng)的要求，不需要外接其他存儲器芯片和定時器件，方便地構(gòu)成一個最小系統(tǒng)。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，抗干擾能力強，性價比高。</p><p><b>　　2方案的論證與選擇</b></p><p>　　2.1輸入模塊的論

4、證與選擇</p><p>　　方案一：獨立式鍵盤。特點是硬件結(jié)構(gòu)簡單，編程容易，但是占用的I/O口比較多。</p><p>　　方案二：矩陣式鍵盤。特點是硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，編程復(fù)雜，對于按鍵較多的時候可以節(jié)省I/O口。</p><p>　　綜上兩方案，本設(shè)計選擇方案一。</p><p>　　2.2顯示模塊的論證與選擇</p><

5、;p>　　方案一、數(shù)碼管顯示，特點是耗電少，成本低、壽命長、故障少、可視距離遠，但只能顯示數(shù)字和字母。</p><p>　　方案二、LCD1602顯示，特點是體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富，是單片機中常用的信息顯示模塊。</p><p>　　綜上兩方案，本設(shè)計選擇方案二。</p><p><b>　　3理論分析與計算</b></p&g

6、t;<p>　　3.1 PWM調(diào)速原理</p><p>　　基于單片機類由軟件來實現(xiàn)：在PWM調(diào)速系統(tǒng)中占空比D是一個重要的參數(shù)。在電源電壓U不變的情況下，電樞電壓的平均值取決于占空比D大小，改變D的值可以改變電樞端電壓的平均值從而達到調(diào)速的目的。改變占空比D的值有三種方法：</p><p>　　定寬調(diào)頻法：保持1t不變，只改變t，這樣使周期或頻率也隨之改變。</p&

7、gt;<p>　　調(diào)寬定頻法：保持t不變，只改變1t，這樣使周期或頻率也隨之改變。</p><p>　　定頻調(diào)寬法：保持周期T或頻率不變，同時改變1t和t。</p><p>　　前兩種方法在調(diào)速時改變了控制脈沖的周期或頻率，當(dāng)控制脈沖的頻率與系統(tǒng)固有頻率接近時，將會引起振蕩，因此常采用定頻調(diào)寬法來改變占空比從而改變直流電動機電樞兩端電壓。利用單片機的定時計數(shù)器外加軟件延時等方

8、式來實現(xiàn)脈寬的自由調(diào)整。此種方式可簡化硬件電路、操作性等優(yōu)點。</p><p><b>　　二 硬件電路設(shè)計</b></p><p><b>　　1 控制系統(tǒng)</b></p><p>　　單片機AT89C51</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH 存儲器，帶2K字節(jié)閃存可編程

9、可擦除只讀存儲器的單片機。128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個I/O 口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。</p>&

10、lt;p><b>　　2、驅(qū)動模塊</b></p><p>　　直流電機驅(qū)動芯片L298</p><p>　　L298可接受標(biāo)準TTL邏輯電平信號VSS，VSS可接4．5～7 V電壓。4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍VIH為＋2．5～46 V。輸出電流可達2．5 A，可驅(qū)動電感性負載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨引出以便接入電流

11、采樣電阻，形成電流傳感信號。L298可驅(qū)動2個電動機，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電動機。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉(zhuǎn)。EnA，EnB接控制使能端，控制電機的停轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　3 顯示模塊</b></p><p>　　LCD1602顯示模塊</p><p>　　工業(yè)字符型液晶，能夠

12、同時顯示16x02即32個字符是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形。</p><p>　　特性：3.3V或5V工作電壓，對比度可調(diào)、內(nèi)含復(fù)位電路，提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功

13、能，有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲器 DDRAM,內(nèi)建有192個5X7點陣字型的字符發(fā)生器CGRAM，8個可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM。</p><p>　　特點：微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中。</p><p><b>　　4、溫度處理</b></p><p>　　DSl820數(shù)字溫度計提供

14、9位(二進制)溫度讀數(shù)指示器件的溫度信息經(jīng)過單線接口送 入DSl820或從DSl820送出因此從主機CPU到DSl820僅需一條線(和地線)DSl820的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供而不需要外部電源。DS18B20 的溫度檢測與數(shù)字數(shù)據(jù)輸出全集成于一個芯片之上，從而抗干擾力更強。其一個工作周期可分為兩個部分，即溫度檢測和數(shù)據(jù)處理。</p><p>　　DS18B20直接將測量溫度值轉(zhuǎn)化為數(shù)字量提交給單片機，

15、工作時必須嚴格遵守單總線器件的工作時序。</p><p><b>　　三、軟件設(shè)計</b></p><p><b>　　程序說明</b></p><p>　　本系統(tǒng)直接應(yīng)用于AT89C51的軟件方法實現(xiàn)PWM信號的輸出，這比硬件實現(xiàn)PWM成本低，限制少，實現(xiàn)便捷。</p><p>　　PWM脈沖信號

16、是單片機采用延時程序產(chǎn)生的方波信號。PWM脈寬控制是把一脈沖的脈寬均相等的脈沖序列作為PWM波，改變脈沖的寬度或占空比來實現(xiàn)可調(diào)速。本設(shè)計中采用了定頻調(diào)寬方式，在這種工作方式下電動機在運轉(zhuǎn)時比較穩(wěn)定，并且采用單片機產(chǎn)生PWM脈沖的軟件實現(xiàn)上比較方便。</p><p>　　此外利用定時器讓單片機P1口的P1.0、P1.1、P1.2控制L298的IN1、IN2、ENA管腳，輸出占空比不同的方波，然后經(jīng)驅(qū)動芯片L298

17、放大后控制直流電動機。在調(diào)速時，IN1與IN2引腳一個為低電平，一個為高電平，通過控制L298的ENA，產(chǎn)生驅(qū)動電機的PWM信號，并控制電機控制電機。</p><p><b>　　程序流程圖</b></p><p><b>　　四、調(diào)試結(jié)果與分析</b></p><p>　　將各個模塊按照電路要求連接到相應(yīng)的位置，并連接好

18、所有的電源線和液晶顯示控制線，檢查線路是否正確無誤。然后將程序下載到單片機中。</p><p><b>　　測試數(shù)據(jù)如下：</b></p><p>　?。≒0^1接的是1檔，P0^,2接的是2檔，P0^3接的是3檔）</p><p><b>　　結(jié)果說明：</b></p><p>　　在實際測試中發(fā)

19、現(xiàn)高電平所占比例越大，電機轉(zhuǎn)速越快。電機轉(zhuǎn)速測量值比預(yù)設(shè)的值要大，這里的原因主要是程序中語句導(dǎo)致的延時。因為程序語句本身就有一定的延時，加上C語言編程，一條C語句在進行編譯時能編譯成好幾條匯編語句，有的甚至十幾條，這樣就增加了延時。同時由于電機轉(zhuǎn)動時會有速度值的波動，所以從按鍵輸入設(shè)定值或自動調(diào)節(jié)時，無法達到最大速度界限。</p><p><b>　　五、參考文獻</b></p>

20、<p>　　[1] 樓然苗,李光飛.51系列單片機設(shè)計實例[M],第二版,北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006.2</p><p>　　[2] 李軍.51系列單片機高級實例開發(fā)指南[M],第二版,北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2004.6 </p><p>　　[3] 黃賢武，鄭筱霞，傳感器原理及其應(yīng)用 成都：電子科技大學(xué)出版社 2002.7</p><

21、;p>　　[4] 陳伯時,電力拖動自動控制系統(tǒng),第二版,北京:機械工業(yè)出版社,2000年6月,127～130</p><p><b>　　六、總結(jié)</b></p><p>　　這個設(shè)計的幾大模塊比較明確，在編寫程序時，我選擇先編寫出每一個模塊，讓每一個模塊實現(xiàn)其基本的功能，然后再逐步合并模塊，來實現(xiàn)設(shè)計的要求。在編寫程序的過程中遇到了一些問題，通過解決這些問題，

22、我也有了一些收獲。</p><p>　　通過本次設(shè)計，使自己學(xué)到了很多課本上學(xué)不到的東西，也讓我領(lǐng)會到了單片機技術(shù)的應(yīng)用廣泛，同時也進一步加強了自己動手能力和運用專業(yè)知識的能力，從中我學(xué)會了如何去思考和解決問題。</p><p><b>　　附錄一：原理圖</b></p><p><b>　　附錄二：源程序</b><