温控电风扇

本科生毕业论文（设计）系（院）物理与电子工程学院专业电子信息工程

论文题目温控电风扇

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完成日期：2013 年3 月

温控风扇

物理与电子工程学院电子信息工程

[摘要]温控风扇系统采用51系列单片机STC89C52作为主控器，利用DS18B20数字温度传感器采集实时温度，经单片机处理后通过达林顿管ULN2003来驱动直流风扇的电机。根据采集的实时温度，实现了风扇的自起自停。温控风扇系统拥有自动和手动两种模式来调节风速，同时系统还设有5个不同档位,以及通过ST188反射式红外光电传感器检测风扇转速，并在LCD1602液晶屏上显示温度及档位。

[关键词]DS18B20 自动调速自启自停

引言

随着社会经济的发展，科技也是日益进步，越来越多的产品趋向智能化、自动化，这不仅是未来发展的趋势，同时也是节约资源所必须的。所以无论是什么产品，都尽量的提高能源利用率，响应可持续发展国策。

现代社会中，风扇被广泛的运用在各个领域，传统的风扇设计，仅需通电就可使用，不论是有没有人在场使用、环境温度是高是低的情况下都只会机械性地以一恒定转速转动，这种不合理的设计不仅浪费资源而且使用也不方便。而现阶段智能风扇可以根据环境温度的高低自行改变转速，可以自起自停，同时也可以满足人们手动调节风扇转速，使人们使用起来更方便。

这样的温控风扇系统，不仅在公共场合、工厂等地适用，而且在家居生活中也适用，特别是它的人性化设计，不仅满足了人们对于风扇的需求，也便捷了人们手动换挡的繁琐，此系统设计成本也低，便于推广。它的设计为现代社会人们的生活带来了诸多便利，在提高人们的生活质量、生产效率的同时并在一定程度上达到环保节能的功效。

1 整体方案设计

1.1 系统整体设计

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STC89C52进行处理，在LCD1602数码管上显示当前环境温度值以及档位,DS18B20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，最后再通过ST188测试风扇转速。系统中设有自动调速和手动调速两种模式。系统结构框图如图1-1：

图1-1系统结构框图

1.2 方案论证

1.2.1 单片机选择

方案一：采用STC89C52作为系统的控制器。STC89C52是一种高性能、低功耗CMOS8位微控制器，具有8K系统可编程Flash存储器。该单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可通过软件编程实现各种算法和逻辑控制，并有体积小、功耗低、技术成熟和成本低等优点。

方案二：MC9S12XS128是”飞思卡尔”公司推出的S12系列微控制器中的一款增强型16位微控制器。其集成度高，片内支援丰富，接口模块包括SPI、SCI、I2C、A/D、PWM等[2]。它在汽车电子、工业控制、中高挡机电产品等应用领域具有广泛的用途，但由于成本价高，编程操作工序复杂,体积还较大。

基于以上分析拟订方案一，由STC89C52作为控制核心，对检测信号进行处理和显示、电机控制。

1.2.2 温度传感器选择

方案一：DS18B20数字温度传感器。DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后新推出的一种改进型智能温度传感器。该器件温度分辨力极高，而且在对温度进行实时采集后直接输出数字量，简化了系统程序设计。又由于该温度传感器采用先进的单总线技术，与单片机的接口变得非常简洁，抗干扰能力强，误差较小。

方案二：热敏电阻。通过热敏电阻感应外界温度，采集会数据后通过模数转换模块AD0809进行转换后送入单片机进行处理。由于随着外界的温度升高，热敏电阻并不是呈线性变化，采集后会有误差，而且程序上处理麻烦。再者,功耗较大、

占用空间大，不符合设计要求。

基于以上分析拟订方案一，用DS18B20作温度采集模块。

1.2.3 电机驱动模块选择

方案一：采用多个三极管驱动。三极管的主要特性是放大，三极管组成的级数愈多，放大的倍数愈大。而且三极管成本价又低，体积小，不需要任何程序处理。但是，一个三极管放大的倍数不能达到驱动电机的理想效果，设计中至少要2个以上，而且三极管易温漂，这样一来电路参数比较繁琐，参数易变。

方案二：采用达林顿管ULN2003驱动。ULN2003具有带负载能力强、温度范围宽、电流增益高、工作电压高的特点，常用于各种电磁阀、步进电机、伺服电机等功率较大的器件上。且不用设计任何电路参数。

方案三：采用LM298驱动电机。LM298内部含有2个H桥，可以实现电机四种不同的转动方式，并且驱动的效果较ULN2003效果好。但是在程序的编写上要比后者复杂，电路组成也相对复杂些，加之成本又高于ULN2003，故舍去掉。

基于以上分析拟订方案二，采用达林顿管ULN2003作为信号处理模块。

1.2.4 显示模块选择

方案一：采用四位LED七段数码管。数码管具有：低损耗、低能耗、低压、耐老化、寿命长，对外界的环境要求较低。同时，数码管显示信息少，动态扫描占用太多CPU资源等。

方案二：采用液晶显示屏LCD1602。液晶显示屏具有轻薄短小、功耗小、无辐射危险，平面直角显示以及影象稳定不闪烁，画面效果好，可视面积大，显示信息量大、抗干扰能力强等特点[10]。

基于以上分析拟订方案二，采用液晶显示屏LCD1602作显示器。

1.2.5 测速模块选择

方案一：采用红外对管ST188测速。ST188是采用高发射功率红外光电二极管以及高灵敏度光电晶体管组成，检测距离可调整，范围大，4-13mm 即可用，采用的是非接触检测方式，连接电路简单。同时结合LM393电压比较器，在因为手工制作的码盘影响测量精度的情况下有所改善。

方案二：采用光码盘测速。测速原理和ST188一样，其测速的精度比ST188测速精度较高，但是其成本相对较高，安装也没有ST188方便。在此系统中，也完全不用高精度测速。