智能风扇设计

2013年春季

开放性实验

题目名称：智能风扇调速器设计

院系名称：电气工程学院

专业班级：电气F1102

学生姓名：陈文根

学号： 201123910501 指导教师：马利

目录

1 系统概述 (4)

1.1 AT89C51单片机简介 (4)

1. 2 本设计任务和主要内容 (4)

2方案论证 (4)

2.1 系统总体设计 (5)

2.2传感器部分 (5)

2.3主控制部分 (6)

2.4调速方式的选择 (6)

2.5温度控制模块设计 (6)

2.6显示电路的设计 (7)

3 硬件设计 (7)

3.1 系统的原理方框图 (7)

3.2 元器件选型 (8)

3.3 硬件主电路 (11)

4 软件设计 (14)

4.1 软件设计思想及主流程 (14)

4.2 流程框图及关键代码 (15)

5系统调试 (29)

5.1 硬件测试 (29)

5.2 软件测试 (30)

5.3 整体测试 (31)

设计心得 (32)

参考文献 (33)

1 系统概述

1.1 AT89C51单片机简介

传统电风扇多采用机械方式进行控制，功能少，噪音大，各档的风速变化大。随着科技的发展和人们生活水平的提高，家用电器产品趋向于自动化、智能化、环保化和人性化，使得由微机控制的智能电风扇得以出现。

AT89C51单片机提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时、计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51单片机可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时、计数器，串行通行口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。

1. 2 本设计任务和主要内容

本文以AT89C51单片机为核心，通过数字温度传感器对外界环境温度进行数据采集，从而建立一个控制系统，使电风扇随温度的变化而自动调节档位，实现“温度高、风力大、温度低、风力弱”的性能。另外，通过红外发射和接收装置及按键实现各种功能的启动与关闭，并且可对各种功能实现遥控，用户可以在一定范围内设置电风扇的最低工作温度，当温度低于所设置温度时，电风扇将自动关闭，当高于此温度时电风扇又将重新启动。

本设计主要内容如下：

(1)风速设为从低到高共5个档位，可由用户通过键盘和遥控手动设定。

(2)每当温度降低2℃,则电风扇风速自动下降一个档位。

(3)每当温度升高2℃,则电风扇风速自动上升一个档位。

(4)用户可以设定电风扇最低工作温度，当低于该温度时，电风扇自动停转。

二、方案论证

传统电风扇供电采用的是220V交流电，电机转速分为几个档位，通过人工手动调整电机转速达到改变风速的目的，亦即，每改变一次风力，必然有人参与操作，这样就会带来诸多不便。

本文介绍了一种基于AT89C51单片机的智能电风扇调速器的设计，该设计

巧妙利用红外线遥控技术、单片机控制技术、无级调速技术和温度传感技术，把智能控制技术应用于家用电器的控制中，将电风扇的电机转速作为被控制量，由单片机分析采集到的数字温度信号，再通过可控硅对风扇电机进行调速。从而达到无须人为控制便可自动调整风速的效果。

2.1 系统总体设计

图1 系统总体结构框图

经过详细分析和实现难度对比有以下基本理论依据：

2.2传感器部分

方案一：采用热敏电阻

采用热敏电阻，可满足40摄氏度至90摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测1摄氏度的信号是不适用的。而且在温度测量系统中,采用单片温度传感器,比如AD590,LM35等.但这些芯片输出的都是模拟信号,必须经过A/D转换后才能送给计算机,这样就使得测温装置的结构较复杂.另外,这种测温装置的一根线上只能挂一个传感器,不能进行多点测量.即使能实现，也要用到复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。

方案二：采用DS18B20

温度传感器采用DS18B20数字温度传感器。DS18B20数字温度传感器芯片

是以9位数字量的形式反映器件的温度值。DS18B20数字温度传感器通过一个单线接口发送或接受信息，因此在中央微处理器和DS18B20之间仅需一条连接线（加上地线）。用语读写和温度转换的电源可以从数据线本身获得，无需外部电源。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。综合考虑，选择方案DS18B20进行温度测量。

2.3主控制部分

方案一：采用SPCE061A单片机

采用凌阳16位的SPCE061A单片机，处理速度较慢，内置2K SRAM，32K FLASH，要实现稍大的存储量受到限制，而如果扩展大量的外围电路的话，则降低了系统的可靠性，消耗了大量的CPU资源。

方案二：采用AT89C51单片机

AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内4bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大。AT89C51单片机可灵活应用于各种控制领域。

综合考虑，选择AT89C51单片机作为主控制器。

2.4调速方式的选择

方案一：采用PWM控制

PWM是利用数字输出对模拟电路进行控制的一种有效技术，尤其是在对电机的转速控制方面，可大大节省能量。但前期投入大。

方案二：采用可控硅控制

实际中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。

从本设计要求综合考虑实际中选择方案二。

2.5温度控制模块设计

方案一：

采用红外遥控器+红外遥控解码：红外遥控器的使用大大方便了用户，使他们可以在一定范围内实现对本系统的远程控制，符合当代人的生活习惯，而且红