基于AT89C51的智能电风扇调速器的设计毕业设计 精品Word下载.docx
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Major:
ElectronicEngineeringandAutomation
Instructor:
Liguangyu
ProfessionalTitle:
Lecturer
January15th,2010
摘要
本文介绍了一种基于AT89C51单片机的电风扇智能调速器的设计,该设计以AT89C51控制器为核心,巧妙利用温度传感器电路,及时而准确的采集环境温度,利用双向晶闸管对电机进行无级调速,把智能控制技术用于家用电器的控制中,用人体周围的环境温度对风扇进行温控。
关键词:
单片机;
红外遥控;
温度传感器;
智能控制。
ABSTRACT
ThispaperpresentsanintelligentspeedregulatorbasedonAT89C51single-chipmicrocomputer.Itusessurroundingtemperaturetoregulatethespeedofanelectricfan.Abi-directionalthyristorisusedforthesteplessspeed.
Keywords:
Single-chipmicrocomputer;
temperaturesensor;
infraredremotecontrol;
intelligentcontrol.
目录
绪论5
1系统概述6
1.1AT89C51单片机简介6
1.2本设计任务和主要内容6
2系统原理7
2.1系统总体设计7
2.2控制装置原理7
3系统主要硬件电路8
3.1温度检测电路和显示电路8
3.1.1DS18B20的温度处理方法8
3.1.2温度传感器和显示电路组成9
3.2控制装置原理10
3.2.1电机调速原理10
3.2.2电机控制模块设计11
3.3遥控电路12
3.3.1发射电路12
3.3.2接收电路和控制电路13
3.4控制键电路13
4系统软件设计15
4.1主程序15
4.2数字温度传感器模块和显示子模块16
4.3电机调速与控制子模块17
结束语19
参考文献20
附录一21
附录二25
绪论
近些年来,随着空调行业的迅速发展,空调价格的大幅度“跳水”,电风扇行业曾被普遍认为是“夕阳产业”。
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,价格便宜而且相对省电,安装和使用都非常简单。
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。
1系统概述
1.1AT89C51单片机简介
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128bytes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。
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。
2系统原理
2.1系统总体设计
图1系统总体结构框图
2.2控制装置原理
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。
3系统主要硬件电路
3.1温度检测和显示电路
可以选用LM324A运算放大器作为温度传感器,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。
3.1.1DS18B20的温度处理方法
DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。
与传统的热敏电阻相比,它能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式。
可以分别在93.75ms和750ms内完成9位和12位的数字量,并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线(单线接口)读写,温度变换功率来源于数据总线,总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电,而无需额外电源,因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单可靠性更高。
他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进,给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。
DS18B20简介:
(1)独特的单线接口方式:
DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。
(2)在使用中不需要任何外围元件。
(3)可用数据线供电,电压范围:
+3.0~+5.5V。
(4)测温范围:
-55~+125℃。
固有测温分辨率为0.5℃。
(5)通过编程可实现9~12位的数字读数方式。
(6)用户可自设定非易失性的报警上下限值。
(7)支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在惟一的三线上,实现多点测温。
(8)负压特性,电源极性接反时,温度计不会因发热而烧毁,但不能正常工作。
单线(1—wire)技术:
该技术采用单根信号线,既可传输时钟,也能传输数据,而且是双向传输。
适用于单主机系统,主机能够控制一个或多个从机设备,通过一个漏极开路或三态端口连至该数据线,以允许设备在不发送数据时能释放该线,而让其他设备使用。
单线通常要求外接一个5K的上拉电阻,这样当该线空闲时,其状态为高电平。
主机和从机之间的通讯分成三个步骤:
初始化单线器件、识别单线器件和单线数据传输。
单线1—wire协议由复位脉冲、应答脉冲、写0、写1、读0、读1,这几种信号类型实现,这些信号中除了应答脉冲其他都由主机发起,并且所有指令和数据字节都是低位在前。
DS18B20直接将测量温度值转化为数字量提交给单片机,工作时必须严格遵守单总线器件的工作时序。
温度值/℃数字输出(二进制)数字输出(十六进制)
+125000001111101000007D0H
+8500000101010100000550H
+25.62500000001100100010191H
+10.125000000001010001000A2H
+0.500000000000010000008H
000000000000000000000H
-0.51111111111111000FFF8H
-10.1251111111101101110FF5EH
-25.6251111111101101111FF6FH
-551111110010010000FC90H
表1部分温度值与DS18B20输出的数字量对照表
3.1.2温度传感器和显示电路组成
本模块用更为优秀的DS18B20作为温度传感器,AT89C51单片机作为处理器,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所示。
系统工作原理如下:
DS18B20数字温度传感器采集现场温度,将测量到的数据送入AT89C51单片机的P3.3口,经过单片机处理后显示当前温度值,并与设定温度值的上下限值作比较,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自动调整。
图2DS18B20温度计原理图
3.2电机调速电路
电机调速是整个控制装置中的一个相当重要的方面。
通过控制改变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。
3.2.1电机调速原理
双向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。
电风扇的风速从高到低设为5、4、3、2、1档,每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,要求风叶最大圆周上的线速度不大于2150m/min。
且线速度可由下列公式求得
V=πDn×
103
(1)
式
(1)中,V为扇叶最大圆周上的线速度(m/min),D为扇中的最大顶端扫出圆的直径(mm),n为电风扇的最高转速(r/min)。
代入数据求得n5≤1555r/min,取n5=1250r/min.又因为:
取n1=875r/min。
则可得出五个档位的转速值:
n1=875r/min,n2=980r/min,n3=1063r/min,n4=1150r/min,n5=1
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