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智能风扇设计报告 学院：信息工程学院 专业：自 动 化 班级：09级3班 姓名：鱼亮、贾延昭 学号9423041 日期：2012年6月14日 基于单片机的智能电风扇控制系统 引 言 电风扇曾一度被认为是空调产品冲击下的淘汰品，其实并非如此，市场人士称，家用电风扇并没有随着空调的普及而淡出市场，近两年反而出现了市场销售复苏的态势。其主要原因：一是风扇和空调的降温效果不同——空调有强大的制冷功能，可以快速有效地降低环境温度，但电风扇的风更温和，更加适合老人儿童和体质较弱的人使用；二是电风扇有价格优势，价格低廉而且相对省电，安装和使用都非常简单。 尽管电风扇有其市场优势，但传统电风扇还是有许多地方应当进行改良的，最突出的缺点是它不能根据温度的变化适时调节风力大小，对于夜间温差大的地区，人们在夏夜使用电风扇时可能遇到这样的问题：当凌晨降温的时候电风扇依然在工作，可是人们因为熟睡而无法察觉，既浪费电资源又容易引起感冒，传统的机械定时器虽然能够控制电风扇在工作一定后关闭，但定时范围有限，且无法对温度变化灵活处理。鉴于以上方面的考虑，我们需要设计一种智能电风扇控制系统来解决这些问题。 1.1 智能电风扇控制系统概述 传统电风扇是220V交流电供电，电机转速分为几个档位，通过人为调整电机转速达到改变风力大小的目的，亦即，每次风力改变，必然有人参与操作，这样势必带来诸多不便。 本设计中的智能电风扇控制系统，是指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力大小的效果。 设计任务和主要内容 本设计以MCS51单片机为核心，通过温度传感器对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变换档位，实现“温度高，风力大，温度低，风力弱”的性能。另外，通过键盘控制面板，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： 风速设为从高到低6个档位，可由用户通过键盘手动设定。 ② 当温度每降低3℃则电风扇风速自动下降一个档位。 ③ 当温度每升高3℃则电风扇风速自动上升一个档位。 10℃最低工作温度，当低于该温度时，电风扇自动停转。 自动与手动的切换 系统主要硬件电路设计 总体硬件设计 系统总体设计框图如图2-1所示 图2-1 系统原理框图 对于单片机中央处理系统的方案设计，根据要求，我们可以选用具有4KB片内E2PROM的AT89C51单片机作为中央处理器。作为整个控制系统的核心，AT89C51内部已包含了定时器、程序存储器、数据存储器等硬件，其硬件能符合整个控制系统的要求，不需要外接其他存储器芯片和定时器件，方便地构成一个最小系统。整个系统结构紧凑，抗干扰能力强，性价比高。是比较合适的方案 温度传感器模块设计 温度传感器可以选用LM324A的运算放大器，将其设计成比例控制调节器，输出电压与热敏电阻的阻值成正比，但这种方案需要多次检测后方可使采样精确，过于烦琐。所以我采用更为优秀的DS18B20数字温度传感器，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。 2.2.1 温度传感器模块组成 本模块以DS18B20作为温度传感器，AT89C51作为处理器，配以温度显示作为温度控制输出单元。整个系统力求结构简单，功能完善。电路图如图2-2所示。 系统工作原理如下： DS18B20进行现场温度测量，将测量数据送入AT89C51的P3.7口，经过单片机处理后显示温度值，并与设定温度值的上下限值比较，若高于设定上限值或低于设定下限值则控制电机转速进行调整。 电路图见附录。 电机调速与控制模块设计 电机调速是整个控制系统中的一个重要的方面。通过4905，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。 2.3.1 电机调速原理 可控硅的导通条件如下： 1）阳-阴极间加正向电压； 2）控制极-阴极间加正向触发电压； 3）阳极电流IA 大于可控硅的最小维持电流IH。 电风扇的风速设为从高到低6、5、4、3、2、1档，各档风速都有一个限定值。在额定电压、额定功率下，以最高转速运转时， 2.3.2 电机控制模块硬件设计 电路图见附录。 温度显示与控制模块设计 温度的显示通过LED灯来显示其变化，在表盘上，共有8个LED指示灯。分别为自动或手动，1级风苏、2级风速等。LED会随着温度以及操作的不同会进行相应的显示。 键盘控制系统模块设计 矩阵键盘是3*3的，接在P2口进行相应的控制，