智能温控风扇地设计

综合实验报告

实验题目：智能温控风扇

学生班级: 电子14-2

学生姓名:

学生学号： 38

指导教师：

实验时间: 2016-9-15

智能温控风扇的设计

摘要

基于检测技术和单片机控制技术，设计了一种智能温控调速风扇。阐述了智能温控调速风扇的工作原理、硬件设计、软件实现的过程。系统原理简单，工作稳定，成本低，具有一定的节能效果。

通过单片机的控制我们实现了电风扇的主要功能：当按下开关键时，系统初始化默认的设定温度为25度，如果外界温度高于设定温度电风扇进行运转，如果外界温度高于低于设定温度则风页不转动，同时显示外界的温度。可以设置所需的温度，并同时显示所设定的温度，同时按加减键退出设定功能。

电风扇的自动控制，让电风扇这一家用电器变的更智能化。克服了普通电风扇无法根据外界温度自动调节转速困难。智能电风扇的设计具有重要的现实意义。

关键词AT89C52/温度传感器/直流电机/模拟风扇

1.1 引言

生活中，我们经常会使用一些与温度有关的设备。比如，现在虽然不少城市家庭用上了空调，但在占中国大部分人口的农村地区依旧使用电风扇作为降温防暑设备，春夏（夏秋）交替时节，白天温度依旧很高，电风扇应高转速、大风量，使人感到清凉；到了晚上，气温降低，当人入睡后，应该逐步减小转速，以免使人感冒。虽然电风扇都有调节不同档位的功能，但必须要人手动换档，睡着了就无能为力了，而普遍采用的定时器关闭的做法，一方面是定时时间长短有限制，一般是一两个小时；另一方面可能在一两个小时后气温依旧没有降低很多，而风扇就关闭了，使人在睡梦中热醒而不得不起床重新打开风扇，增加定时器时间，非常麻烦，不能两全其美。为解决上述问题，我们设计了这套温控自动风扇系统。本系统采用高精度集成温度传感器，用单片机控制，能显示实时温度，并根据使用者设定的温度自动在相应温度时作出小风、大风、停机动作，精确度高，动作准确。

2 整体方案的设计思路

2.1 系统整体设计

本设计的整体思路是：利用温度传感器DS18B20检测环境温度并直接输出数字温度信号给单片机AT89C52进行处理，在LED数码管上显示当前环境温度值以及预设温度值。其中预设温度值只能为整数形式，检测到的当前环境温度可精确到小数点后一位。同时采用PWM脉宽调制方式来改变直流风扇电机的转速。并通过两个按键改变预设温度值，一个提高预设温度，另一个降低预设温度值。系统结构框图：如图2-1所示。

图2-1 系统结构框图

2.2 方案论证

本设计要实现风扇直流电机的温度控制，使风扇电机能根据环境温度的变化自动启停及改变转速，需要比较高的温度变化分辨率以及稳定可靠的换挡停机控制部件。

3 主要原件的介绍

系统主要器件包括DS18B20温度传感器、AT89C52单片机、四位LED 共阴数码管、风扇步进电机。辅助元件包括电阻、电容、晶振、电源、按键、开关等。

3.1 温度传感器

3.1.1 温度传感器的种类和选择

目前市场上常用的温度传感器有pt100，温敏电阻，DS18B20等等。

本次设计我们采用DS18B20，DS18B20是DALLAS 公司生产的一线式数字温度传感器

它具有以下特点：

（1）独立的单线接口，只需一个接口引脚即可通信；

（2）多点能力使分布使分布式温度检测应用得以简化；

AT98C52 温度显示 DS18B20

复位开关 PWM

驱动电路

直流电动机

（3）不需外部元件；

（4）可用数据线供电，不需要备用电源；

（5）测量范围从-55摄氏度到+125摄氏度，增值量为0.5摄氏度；

（6）以9位数字值方式读出温度；

（7）在1秒（典型值）内把温度变为数字；

（8）用户可定义的，非易失行的温度警告设置；

（9）告警收索命令识别和寻址温度在编订的极限范围之外的器件；

（10）应用范围包括恒温控制，工业系统，消费类产品，温度计和各种热敏系统。

3.1 DS18B20的工作原理及其单片机的接口电路

DS18B20 内部结构如图3-1所示，主要由4 部分组成：64 位ROM 、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH 和TL 、配置寄存器。其管脚排列如图3-2所示，DQ 为数字信号端，GND 为电源地，VDD 为电源输入端。

图3-1 DS18B20内部结构图

64位

ROM

和

单线接口 存储器和控制器

高速 缓存 寄存器 8位CRC 生成器 温度灵敏元件

低温触发器TL 高温触发器HL 配置寄存器 电

源

检

测

图3-2 DS18B20外形及管脚

由于DS18B20只有一根数据线。因此它和主机（单片机）通信是需要串行通信，而AT89S51有两个串行端口，所以可以不用软件来模拟实现。经过单线接口访问DS18B20必须遵循如下协议：初始化、ROM操作命令、存储器操作命令和控制操作。要使传感器工作，一切处理均从序列开始。

主机发送（Tx）--复位脉冲（最短为480μs的低电平信号）。接着主机便释放此线并进入接收方式（Rx）。总线经过4.7K的上拉电阻被拉至高电平状态。在检测到I/O引脚上的上升沿之后，DS18B20等待15-60μs,并且接着发送脉冲（60-240μs的低电平信号）。然后以存在复位脉冲表示DS18B20已经准备好发送或接收，然后给出正确的ROM命令和存储操作命令的数据。DS18B20通过使用时间片来读出和写入数据，时间片用于处理数据位和进行何种指定操作的命令。它有写时间片和读时间片两种。

写时间片：当主机把数据线从逻辑高电平拉至逻辑低电平时，产生写时间片。有两种类型的写时间片：写1时间片和写0时间片。所有时间片必须有60微秒的持续期，在各写周期之间必须有最短为1微秒的恢复时间。

读时间片：从DS18B20读数据时，使用读时间片。当主机把数据线从逻辑高电平拉至逻辑低电平时产生读时间片。数据线在逻辑低电平必须保持至少1微秒；来自DS18B20的输出数据在时间下降沿之后的15微秒内有效。为了读出从读时间片开始算起15微秒的状态，主机必须停止把引脚驱动拉至低电平。在时间片结束时，I/O引脚经过外部的上拉电阻拉回高电平，所有读时间片的最短持续期为60微秒，包括两个读周期间至少1μs的恢复时间。

一旦主机检测到DS18B20的存在，它便可以发送一个器件ROM操作命令。所有ROM操作命令