家用电风扇控制系统

目录

1. 任务说明 (2)

2. 方案论证 (3)

3. 原理图设计说明 (4)

元器件功能： (4)

4.程序设计说明 (8)

5. 程序流程图并给出程序清单 (14)

6.总结体会 (22)

附录 (24)

1.任务说明

●设计实现家用电风扇控制系统。

计要求：本设计要求电风扇有三种风速选择，运转时间设定，以及三种运行形式：

1 正常：指电扇连续运转；

2 自然：指电扇以运转4秒、间断4秒的方式工作，表示电扇模拟产生自然风；

3 睡眠：指风扇运转断8秒，间断8秒，产生轻柔的微风。

通过使用89c51芯片，编写相应程序，设计外围电路，实现家用电风扇控制系统。

●任务分析：

（1）电风扇在转动的时候，可以选择三种风速。

（2）电风扇工作的时间长短可以通过人工输入来控制。

（3）电风扇必须有三种工作模式。并且受前两种情况的限制。

2.方案论证

通过小组讨论，我们对于需要实现的5种功能，进行了方案讨论，讨论所得方案如下：

➢三种风速实现：①可以通过编写软件，利用PWM脉宽调制，控制直流电机两端高电压的持续时间，来改变直流电机两端的平均电压，来控制直流电机的转速，从而实现电风扇的三种风速控制。风速的选择与改变通过外围的三个按钮，从单片机的I\O口输入控制信号，来改变风速大小。②可以通过外围硬件电路，串联电阻分压，改变直流电机的工作电压来实现。通过三个按钮来改变加载在直流电机两端的电压，从而改变风扇的转速。大致的电路为：三个按钮分别串联三个阻值不同的电阻，而三个开关则并联在一起，同一时间只有一个开关闭合，即可以通过闭合不同的开关来改变串联在直流电机两端的电阻，即直流电机工作在不同的电压下。

为降低难度，采用方案2并用单片机直接驱动。经试验，不能驱动电机。查询资料后，了解单片机的灌电流最大也不过10mA,即单片机不能直接驱动直流电机，所以需要驱动电路。采用三极管放大电路驱动电机，变速方案有在直流电机旁并联电阻分流和改变三极管的基极电阻两种方法来改变直流电机的转速。显然考虑到电阻损耗的功率，前者功率损失比较大，效率低下（流经电阻的电流大）。故采用后者比较合理。

➢运转时间设定的实现：①可以通过89C51内部的定时功能，来实现风扇工作时间的长短和定时时间到之后风扇的关闭。同时有一块数码管实时显示定时时间，定时时间到之后，停止显示，同时停止直流电机的运转。②可以通过机械开关来实现。机械开关就是利用材料具有弹性的性质，通过对材料施加力产生一定的形变，对应一定的定时时间，来实现定时功能，缺点就是用久了之后，不准确，而且价格较贵。为节约成本，有效利用单片机资源和训练编程能力，采用方案1.

➢三种风扇工作模式的选择与改变：①首先必须要有选择信号的输入，即需要开关或者按钮向89C51输入选择信号。这里需要3个I/O口。在程序执行的

同时，可以随时改变工作的模式，即需要不断扫描这几个按键的状态，从而可以

实时地改变风扇的工作状态。②三种工作模式的实现是通过片内定时器，定时选择4秒或者8秒的延时，到达定时时间之后，即停止直流电机的运转，直到下一个4秒或者8秒的定时时间到，再打开直流电机，从而实现电风扇的自然风睡眠风的功能。

3.原理图设计说明

1.原理图如下：

元器件功能：

（1）数码管：实时显示定时工作的时间，以及输入定时的时间。

（2）电容和石英晶体：为单片机提供脉冲。

（3）电阻：有两种作用，一种是上拉电阻，一种是限流电阻（保护三极管）。

（4）按钮或者两位双刀开关：三位开关向单片机输入工作模式的信号，其中必有一种工作模式被选中；按钮输入定时时间信号，按钮的功

能有移位按键，加数按键和计数开关。因为按键用来移动输入时间

的十分秒位；加数按键用来控制相应位置的时间的加一；计数开关

用来将显示的时间送入技术器，同时打开计数器，开始定时。

（5）三极管：因为单片机输出的电流太小，无法驱动电动机和数码管，所以需要PNP型三极管来进行电流放大，从而驱动数码管和电动

机。

（6）Led发光二极管：用来指示电机工作在那种工作状态。

4.元器件的工作过程：

这里，通过家用电风扇的4中功能，一一叙述。

（1）直转功能：因为电风扇默认在直转状态下工作，开机之后就会执行。上电复位之后，SW4在1位工作，SW1，SW2，和SW3需要

有一个按下，电机才能工作，将001信号输如单片机，单片机通

过比较选择直转工作模式，在P0.0输出低电平。这时，PNP型三

极管的基极B为低电平，三极管导通，直流电机上有电流通过，

电机转动。

（2）自然风：上电复位之后，SW1，SW2，SW3其中之一按下，通过按以为按钮，移位输入分，秒高位和秒低位；通过按钮加数按键，

来增加相应位的数值，按一下，相应位加一。输入完成后，按下

计时开关，将内部计时开关打开，数码管开始倒计时。

（3）睡眠风：工作原理与自然风类似，只不过电风扇的旋转时间和停

止时间为8秒。

（4）风俗的选择：在电风扇转动的前提下，通过低速开关，中速开关和高速开关，来选择串联在三极管基极的电阻大小，从而控制通

过电动机的电流，最终控制电机的转速。

三极管原理图如下：

三极管放大电路及调速控制电路如下,当P0.0输出地电位时，三极管截止，电机不工作。当P0.0输出高电平时，三极管放大状态，电机工作。

直流电机额定电压5V，功率2W，故额定电流400mA。

查S8550D三极管(硅）放大倍数约为160~300倍。

取200倍，算得基极电流约为2mA.

又Ueb=Vcc-0.7V≈4.3V

故估算基极串联电阻阻值约为2.2KΩ。实际阻值在试验中调整后确定。