基于AT89C51的智能电风扇调速器的设计.docx
- 文档编号:23011637
- 上传时间:2023-04-30
- 格式:DOCX
- 页数:24
- 大小:423.91KB
基于AT89C51的智能电风扇调速器的设计.docx
《基于AT89C51的智能电风扇调速器的设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于AT89C51的智能电风扇调速器的设计.docx(24页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
基于AT89C51的智能电风扇调速器的设计
基于单片机技术的电风扇智能调速器的设计
系部:
电子与通信工程系
学生姓名:
朱鹏
专业班级:
电信11C4
学号:
112221446
指导教师:
朱勤章进平(企业工程师)
2014年4月30日
基于单片机技术的电风扇智能调速器的设计
摘要:
当今世界发展的越来越现代化和智能化,方便了人类在生活上的需求。
尽管现在空调行业的发展迅速,但是,最近几年出现了电风扇市场复苏的趋势。
空调的功率大,而电风扇则小很多,并且安装使用都非常简单。
本文介绍了一种基于AT89C51单片机的智能风扇转速控制器的设计,以设计控制器AT89C51为核心,采用温度传感器电路及时准确的采集周边环境的温度,使用双向可控硅无级调节电机转速的控制技术,对家电的智能控制,可以对身体周边的环境温度来对风扇进行温控。
关键词:
单片机;红外遥控器;温度传感器;智能控制。
Intelligentfanspeedcontrollermicrocontrollertechnology-baseddesign
Abstract:
Alongwiththerapiddevelopmentoftechnology,socialscienceandtechnology,humanstandardoflivinghasbeengreatlyimproved.Intoday'sworldhasbecomeamodernandintelligent,facilitatehumanneedsinlife.Althoughnow,withtherapiddevelopmentoftheair-conditioningindustry,butinfactdisagree,thereisatrendinrecentyears,themarketrecovery.Conditionedpower,butfansaremuchsmaller,andareverysimpletoinstallanduse.Althoughtheairconditioningcoolingeffectisverygood,youcanquicklyreducetheambienttemperature,butfansofthewindisverygentle,moresuitableforchildrenandpeoplewithweakconstitutionuse.ThispaperintroducesaAT89C51microcontroller-basedintelligentfanspeedcontrollerisdesignedtothedesignofthecontrollerAT89C51asthecore,thetemperaturesensorcircuitcollectingtimelyandaccuratetemperatureofthesurroundingenvironment,theuseoftriacsteplessadjustmentofthemotorspeedcontrolintelligentcontroltechnology,homeappliances,canthebodytemperatureofthesurroundingenvironmenttothethermostatfan.
Keywords:
microcontroller;infraredremotecontrol;temperaturesensor;intelligentcontrol.
一、引言
虽说空调能明显调节室内的温度,并且能根据需要调节为不同温度,价格昂贵,且使用后由于室内密封,空调使用太久容易造成皮肤干燥,减少空气中的水分,相对而言电扇的优点就很好的避免了这些方面。
并且近年来电扇的选择也变得多种多样,越来越科技化,也更好地满足了现代人的需要。
电扇的价格也比较廉价,可谓是又环保又省钱。
二、系统概述
(一)AT89C51单片机简介
AT89C51单片机拥有以下标准的元件:
28字节的内部RAM,4K字节的Flash闪存,2个16-位定时器,计数器,32个I/O线,一个五向量2中断结构,一个全双工串行线路通讯端口,片上振荡器和时钟电路。
(二)本设计任务和主要内容
在本设计中,AT89C51单片机为核心,打造一个控制系统,使风扇与周围环境可自动调节温度的变化,实现环境温度数据采集性能数字温度传感器。
此外,红外发射器和接收器及开关按钮来实现各种功能,并且各个功能可以是远程的。
本设计主要内容如下:
(1)通过设置用户设置从低到5档风速高,键盘和遥控器手动。
(2)当温度降低2℃,风速风机自动下降一档。
(3)当温度2℃,风速会自动增加一个风扇齿轮。
(4)用户可以设置的最低工作温度,低于这个温度的风扇,风扇将自动停止。
三、系统原理
(一)系统总体设计
以单片机为核心,然后播放一个温度传感器的作用,基于微控制器的智能设计风扇转速控制器。
变速电机技术,家电智能控制,与周围的风扇温控的身体环境温度。
设计框图如下:
数字温度传感器
键盘功能输入
遥控功能输入
AT89C51
电机调速
输出显示
控制输出
图1系统总体结构框图
(二)控制装置原理
传统的电风扇多为220V电源,通过电机来控制风扇的转速,那就是,每一个风量不变时,难免有人参与运作,这将带来许多不便。
本设计采用红外遥控技术、变频技术、温度传感技术、计算机控制技术、风扇电机速度控制和智能控制技术家电控制。
通过风扇电机的转速控制晶闸管由单片机采集量分析数字温度信号。
四、系统主要硬件电路
(一)温度检测和显示电路
LM324A运算放大器可以被选择作为一个温度传感器,它被设计来控制调节器的比例,输出电压正比于热敏电阻的电阻值,但这样的解决方案需要多个样品能够准确地检测后部太麻烦了。
因此选择了DS18B20数字温度传感器。
1.DS18B20的温度处理方法
DS18B20描述:
(1)独特的单线接口方式:
当与微处理器连接DS18B20的只需要一个端口引脚的微处理器可实现与DS18B20的双向通信。
(2)不需要任何外部元件。
(3)可用数据线供电电压范围:
+3.0〜+5.5V。
(4)温度范围:
-55〜+125℃。
单线(1-wire)技术:
不发送数据,以控制从设备的一个或多个线的释放,并允许其他设备连接到单主机系统,该主机可以是漏极开路或连接到数据线,以允许该装置的三态输入端口。
主机和从机之间的通信分为三个步骤:
初始化单线单线数据传输,识别设备和单线单线单线数据传输设备。
单1-wire协议的复位脉冲,脉冲,写0,写1,读0,读1,取得几种信号类型,此外还有许多其他的脉冲开始从第一个,所有的命令和数据显著回答这些信号位字部分。
DS18B20测温直接进入提交到微控制器的数字,这项工作必须在严格遵守工作单总线定时装置。
温度值/℃数字输出(二进制)数字输出(十六进制)
+8500000101010100000550H
+125000001111101000007D0H
+25.62500000001100100010191H
+10.125000000001010001000A2H
+0.500000000000010000008H
+10.125000000001010001000A2H
000000000000000000000H
+0.500000000000010000008H
-10.1251111111101101110FF5EH
-0.51111111111111000FFF8H
-25.6251111111101101111FF6FH
-551111110010010000FC90H
表1部分温度值与DS18B20输出的数字量对照表
2.温度传感器和显示电路组成
AT89C51单片机和温度显示输出处理器温度控制单元一起。
在图2所示的原理图。
该系统的工作原理如下:
从DS18B20数字温度传感器的环境温度是负责收集数据,后处理单片机AT89C51单片机的P3.3口显示当前温度测量值进行比较,并设定温度的上限和下限,假如设定低于下限或低于下限设定更高控制电机的转速自动调整。
图2DS18B20温度计原理图
(二)控制装置原理
电动机速度控制装置是一个非常重要的方面,我们可以改变的控制晶闸管的导通角,从而导致改变输出电压,为了调整速度,以便实现各变速具有这样的效果可以改变风扇的输入电压。
1.电机调速原理
1、2、3、4、5档为风扇的不同档位,用不同的值来限定不同的档位。
在额定电压,额定功率,当以最大速度运行时,需要最大线速度风扇上的小于或等于2150m/min的圆周。
且线速度可由下列公式求得
V=πDn×103
(1)
式
(1)中,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=1250r/min
又由于负载上电压的有效值
u0=u1
(2)
式
(2)中,有效值u1,控制角α。
解得:
(1)当α5=0°时,t=0ms;
(2)当α4=23.5°时,t=1.70ms;
(3)当α3=46.5°时,t=2.58ms;
(4)当α2=61.5°时,t=3.43ms;
(5)当α1=76.5°时,t=4.30ms。
2.电机控制模块设计
后通过变频器用户参数传送低响应MCU的I/O口输出高电平设置恢复,光耦导通而触发双向可控硅,工作电路的工作。
在给定的时间,负载功率得到:
(3)
其中:
P是导致功率(kW)负载;n为给定的时间晶闸管正弦波数;N表示的时间交流正弦波的总数量规定的周期;可控硅在一个完整的上电周期U当相应的均方根电压(V);我的电源周期全时对应的RMS电流(A)为可控硅。
根据公式(3)可得到n值得改变决定着输出功率的不同,这样就可以改变电机转速。
图3电机控制原理图
(三)遥控电路
1.发射电路
在图4所示的红外发射器的电路图,K1〜K8的输入键是遥控键,它是编码器(BA5104)和IR发射器电路中的一个。
人〜A6键是“时间”,“速度”,“风格”,“型摇头”,“照明”,“开/关”控制按钮。
通过输出引脚D0由Q1和Q2扩增编码后所发出的红外遥控信号D1驱动后发出的远程控制命令相应的开关。
图4遥控发射电路
2.接收电路和控制电路
SM5032C的HP1~HP6端输出持续电平信号。
如果你想SM5032C对应的HP-端输出持续高企,您可以按任意键发射器K1〜K5,相反,输出低电平。
CP1,CP2端反相电平输出(自锁)。
当松下发射机K7键,SM5032C输出电平对应的CP的另一面,在“0”到“1”或“1”到“0”。
图5接收及控制电路原理
(四)控制键电路
键盘是人机交互的重要部件。
这个设计的优点在于使用者可以对电扇进行使用,并且只需要简便的操作就可以达到所想要的效果。
键盘模块有一个风扇底座部分小型3×3矩阵键盘可风的强度,类型,时间和其他系统设置,按键电路如图6所示。
图6按键控制原理图
五、系统软件设计
该系统采用的是C语言程序,采用了模块化的设计方法,由主程序和显示器,键盘,红外接收器和电机控制子程序模块的整体方案。
(一)主程序
在主程序进行初始化后,开始对各个部分的缓冲区的标志进行不断地检验。
当我们发现置位的现象时,就表示要处理相关的数据,以便程序正常运行。
处理结束后,开始调用。
如图7所示。
系统初始化
温度变化?
温度控制子模块
键盘输入?
键盘处理子模块
开始
红外信号?
红外接收处理模块
Y
N
Y
N
Y
N
显示子模块
图7主程序模块流程图
(二)数字温度传感器模块和显示子模块
主机控制DS18B20数字温度传感器的温度转换工作必须完成三个步骤,如图8所示:
初始化,ROM指令,存储器操作指令。
单片机所用的系统频率为12MHz。
定时是基于DS18B20数字温度传感器进行初始化,读写时序序列可以写成三个分项计划分别是:
初始化子程序,写子程序,读子程序。
开始
DS18B20初始化
启动DS18B20测温
内部判断
调用读子程序
显示子程序
结束
调用相应的控制程序
调用相应的键值处理程序
调用写子程序
异常
正常
图8数字温度传感器模块程序流程图
DS18B20芯片功能命令表如下:
命令说明协议
MATCHROM匹配ROM55H
READROM读取激光ROM64位33H
ECALLE2把非易失性存储器中的值召回暂存器B8H
SEARCHROM搜索ROMF0H
SKIPROM跳过ROMCCH
ALARMSEARCH告警搜索ECH
READSCRATCHPAD读取暂存器和CRC字节BEH
WRITESCRATCHPAD把字节写入暂存器的地址2和34EH
CONVERTT开始温度转换44H
COPYSCRATCHPAD把暂存器内容拷贝到非易失性存储器中48H
READPOWERSUPPLY读电源供电方式:
0为寄生电源,1为外电源B4H
表2DS18B20功能命令表
(三)电机调速与控制子模块
由于INT0信号反映了高频电压的过零时间,只要完成了门的外部中断控制打开和关闭的,中断服务例程,以0和计数中断控制和确定服务n的值,如果n不等于0,则保持控制电平“1”继续开门中断控制,正开始计数;如果n=0,则控制电平复位为“0”时,控制门被关闭,从而使可控硅过零以不再触发脉冲。
按照控制程序的要求控制量可以通过控制实现零速度,用调整晶闸管的量来实现该效果。
(1)中断服务程序:
当我们要以服务程序结束,不破坏现场,INT0中断标志位被置位,禁止主程序修改工作参数,然后开始减少计数来确定可关断晶闸管,以及最终INT0中断标志是否被清除,恢复初始化数据恢复站点,中断返回。
(由第二波形N=100集)
(2)回路控制执行程序:
主电路控制程序的任务的执行是初始化的数据存储单元,以确定电机运行参数n最小/n最大,并转换成“有效的零脉冲”号;确定中断优先级,开中断,以确保完整的正弦波,零频率同步中断INT0认定为高层次的中断源。
EX0中断
温度大于等于下限值并且小于上限值
控制可控硅
截止
中断返回
设置T0参数
启动定时
T0中断
控制可控硅导通
停止T0定时
中断返回
b
a
图9电机控制模块中断响应流程图
六、结束语
该系统以AT89C51单片机为核心;绘制电路原理图和PCB使用的AltiumDesigner6软件印刷电路板图,该软件的Protues访问真正的考验,用MCS-51C语言编写。
运行该程序系统的主要特点是:
可以随时写入新的功能集成到基于软件的产品。
接口的可扩展性,有轻微的修改,以增加使用等关键功能。
晶闸管串联连接的负载功率风扇,通过改变,在给定一段时间内,实现了可控硅调速功能,使用方便他们的最终设计,以适应在使用中的办公室和睡在不同的场合的人的ON和OFF情况。
关于妥善处理两个文件和摊位之间的临界温度太高的功能缺陷,有待改进。
七、致谢
大学三年,我学会的了很多东西,当然期间少不了老师和同学给予我的帮助和鼓励,对此,我非常感谢。
这次毕业设计,朱勤老师给了我非常多的帮助,不管是开始的选题还是整个的完成,朱老师都给了我很多指导和意见,她很随和,也很负责,但是在论文的用词以及一些专业术语的运用上她都要求十分苛刻。
感谢我的小伙伴们,我们从相识到相知再到彼此用真心对待,我们用爱和欢乐组成了爱的家,想必这份情会永远放在我们心中。
纵使期间我们有过不愉快,但那些就像是我们生活的调味剂,让我们的生活更加丰富多彩。
毕业了,大家也都要各奔前程了,不管大家在哪,心中依旧装着彼此。
大学三年的时光就这样匆匆而逝,有太多的欢乐与感动,有太多的美好留给我们以后慢慢回忆,感谢的话这时都放在心里,要感谢的人太多,只希望他们一切安好。
因为你们我才有那么多的精彩,谢谢!
八、参考文献
[1]曹巧媛.单片机原理及应用.北京:
电子工业出版社,2002年2月
[2]王伦.电风扇原理与维修技术[M].北京:
新时代出版社,1999年
[3]张毅刚.新编MCS-51单片机应用设计.哈尔滨工业大学出版社,2006年10月
[4]梁廷贵、王裕琛.可控硅触发电路语音电路分册[M].北京:
科学技术文献出版社,2003
[5]陈风帆;基于嵌入式Internet的家电控制系统设计[D];郑州大学;2006年
[6]綦星光;单、双向晶闸管交流调压器特性的分析[J];山东轻工业学院学报;1996年01期
[7]成都万琳;单片机的可靠性技术[N];电子报;2000年
[8]丁建军,陈定方,周国柱;基于AT89C51的智能电风扇控制系统[J];湖北工学院学报;2003年02期
九、附录
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 AT89C51 智能 电风扇 调速器 设计
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)