基于单片机的温控电风扇的设计.docx
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基于单片机的温控电风扇的设计
2012年度本科生毕业论文(设计)
基于单片机的温控电风扇的设计
学院:
电子信息工程学院
专业:
通信技术
年级:
2008级
学生姓名:
学号:
08250336
导师及职称:
2012年5月
2012AnnualGraduationThesis(Project)oftheCollegeUndergraduate
Microcontroller-basedtemperaturecontrolfandesign
Department:
CollegeofElectronicsandInformationEngineering
Major:
ComputerScienceandTechnology
Grade:
2008
Student’sName:
Zhang
StudentNo.:
08253036
Tutor:
AssociateProfessorLinYuanguai
FinishedbyMay,2012
摘要
生活中,我们经常会使用到电风扇。
比如,在炎热的夏天人们用电风扇来降温;在工业生产中,大型机械用电风扇来散热等。
但是当环境温度变化的时候,人工很难做到及时控制风扇的转速,也很难有效利用宝贵的电资源。
随着温度控制的技术不断发展,温控技术已经完全满足现代的日常生活和生产的要求,应运而生的温控电风扇也逐渐走进了人们的生活中。
温控电风扇可以根据环境温度自动调节电风扇启停与转速,在实际生活的使用中,温控电风扇不仅可节省宝贵的电资源,也大大方便了人们的生活和生产。
温控风扇是利用温度的变化控制风扇启停及转速的智能系统,在现代社会中的生产以及人们的日常生活中都有广泛的应用,如工业生产大型机械散热系统中的风扇、现在笔记本电脑上的广泛应用的智能CPU风扇等。
本文设计了基于单片机的温控风扇系统,采用单片机为控制器,利用温度传感器DS18B20作为温度采集元件,并根据采集到的温度,通过一个达林顿反向驱动器ULN2803驱动风扇电机。
根据检测到的温度与系统设定的温度比较实现风扇电机的自动启动和停止,并能根据温度的变化自动改变风扇电机的转速,同时用LED八段数码管显示检测到的温度与设定的温度。
系统的预设温度的设置是通过两个独立按键来实现的,一个增大预设温度,一个减小预设温度。
关键词:
单片机;DS18B20;温控;风扇
ABSTRACT
Inlife,weoftenusetoelectricfan.Forexample,inthehotsummerpeopleuseelectricfantocool;inindustrialproduction,large-scalemachineryuseelectricfanforcooling.Butwhentheenvironmentaltemperaturechanges,artificialhardtotimelycontrolthespeedofthefan,isalsoverydifficulttoeffectivelyutilizevaluableresources.Withthedevelopmentoftechnologyoftemperaturecontrol,temperaturecontroltechnologyhasbeenfullymeetthemoderndailylifeandproductionrequirements,emergeasthetimesrequiretemperature-controlledelectricfanhasgraduallyenteredpeople'slife.Temperaturecontrolelectricfanaccordingtotheambienttemperatureautomaticregulatingelectricfanstart/stopandspeed,inreallifeuse,temperature-controlledelectricfannotonlycansavevaluableresources,alsobringsgreatconvenienceforpeople'slifeandproduction.
Temperaturecontrolfaninmodernsocietyproductionandpeople'sdailylifehaveawiderangeofapplications,Suchasindustrialproductionoflargemechanicalcoolingsystemoffan,nownotebookcomputeronawiderangeofapplicationofintelligentCPUfan.ThispaperintroducesthedesignofMCUbasedtemperaturecontrolfansystem,usingSCMasthecontroller,useoftemperaturesensorDS18B20asatemperatureacquisitioncomponent,andaccordingtothecollectedtemperature,throughaDarlingtonreversedrivingfanmotordriverULN2803.Accordingtothedetectedtemperatureandasettemperaturetoachievesystemcomparisonoffanmotorforautomaticstartandstop,andaccordingtotemperaturechangesautomaticallychangethefanmotorspeed,atthesametimewiththeLEDeightdigitaltubedisplaythedetectedtemperatureandasettemperature.Thepresettemperaturesetbytwoindependentbuttonstoachieve,Theoneincreasethepresettemperature,andtheanotheronereducedthepresettemperature.
Keywords:
singlechipmicrocomputer;DS18B20;temperaturecontrol;fan
第一章前言
在现代的生活和生产中,电风扇被广泛的使用,发挥着举足轻重的作用,如夏天人们使用的散热风扇、工业生产中大型机械中的散热风扇以及现在笔记本电脑上广泛使用的智能CPU风扇等。
而随着温度控制技术的发展,为了降低风扇运转时的噪音以及节省能源等,温度控制风扇越来越受到重视并被广泛的应用。
在先阶段,温控风扇的设计已经有了一定的成效,可以使风扇根据环境温度的变化进行自动无极调速,当环境温度升高到到一定时能自动启动风扇,并随着环境温度的升高自动加快风扇的转速,当环境温度降到一定时能自动停止风扇的转动,实现智能控制。
本文设计了由ATMEL公司的8052系列单片机AT89C52作为控制器,采用DALLAS公司的温度传感器DS18B20作为温度采集元件,并通过一个达林顿反向驱动器ULN2803驱动风扇电机的转动。
同时使系统检测到的环境温度以及系统预设的温度动态显示在LED数码管上。
根据系统检测到的环境温度与系统预设温度的比较,实现风扇电机的自动启动与停止以及转速的自动调节。
第二章整体方案设计
2.1系统整体的设计
本设计的整体思路是:
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AT89C52进行处理,在LED数码管上显示当前环境温度值以及预设温度值。
其中预设温度值只能为整数形式,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。
并通过两个按键改变预设温度的大小,一个提高预设温度,另一个降低预设温度。
系统结构框图如图2-1所示。
图2-1系统构成框图
2.2方案论证
本设计需要实现风扇直流电机的温度控制,使风扇电机能根据环境温度的变化自动启动和停止以及转速的自动调节,需要比较高的温度变化分辨率以及稳定可靠的换挡停机控制部件。
2.2.1温度传感器的选择
在本设计中,温度传感器的选择有一下两种方案:
方案一:
使用数字式的DS18B20集成温度传感器作为温度检测的核心元件,由其检测并直接输出数字信号给单片机进行处理。
方案二:
使用热敏电阻作为检测温度的核心元件,并通过运算放大器放大,由于热敏电阻会随温度变化而变化,进而产生输出电压变化的微弱电压变化信号,再经模数转换芯片ADC0809将微弱电压变化信号转化为数字信号输入单片机处理。
对于方案二,采用热敏电阻作为温度检测元件,有价格便宜,元件容易购的优点,但是热敏电阻对温度的细微变化不太敏感,在信号采集、放大以及转换的过程中还会产生失真和误差,并且由于热敏电阻的R-T关系的非线性,其自身对温度的变化存在较大的误差,虽然可以通过一定电路来修正,但这个不仅将使电路变得更加复杂,而且在人体所处环境温度变化过程中难以检测到小的温度变化。
故该方案不适合本系统。
对于方案一,由于数字式集成温度传感器DS18B20的高度集成化,大大降低了外界放大转换等电路的误差因数,温度误差变的很小,并且由于其检测温度的原理与热敏电阻检测的原理有着本质的不同,使得其温度分辨力极高。
温度值在器件内部转化成数字量直接输出,简化了系统程序的设计,又由于该温度传感器采用先进的单总线技术,与单片机的接口变的非常简洁,抗干扰能力强,因此该方案适用于本系统。
2.2.2控制核心的选择
在本设计中采用AT89C52单片机作为控制核心,通过软件编程的方法进行温度检测和判断,并在其I/O口输出控制信号。
AT89C52单片机工作电压低,性能高,片内含8k字节的只读程序存储器ROM和256字节的随机数据存储器RAM,它兼容标准的MCS-51指令系统,单片机价格便宜,适合本设计系统。
2.2.3温度显示器件的选择
方案一:
应用动态扫描的方式,采用LED共阴极数码管显示温度。
方案二:
采用LCD液晶显示屏显示温度。
对于方案一,该方案成本很低,显示温度明确醒目,即使在黑暗空间也能清楚看见,功耗极低,同时温度显示程序的编写也相对简单,因而这种方式得到了广泛的应用。
但不足的地方是它采用动态扫描显示方式,各个LED数码管是逐个点亮的,因此会产生闪烁,但由于人眼的视觉暂留时间为20ms,故当数码管扫描周期小于这个时间时,人眼不会感觉到闪烁,因此只要扫描频率设置得到即可采用该方案。
对于方案二,液晶显示屏具有显示字符优美,其不仅能显示字符甚至图形,这是LED数码管无法比拟的。
但是液晶显示模块的元件价格昂贵,显示驱动程序的编写也较复杂,从简单实用的角度考虑,本系统采用方案一。
2.2.4调速方式的选择
方案一:
采用单片机软件编程实现PWM(脉冲宽度
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