基于单片机的智能电风扇控制系统毕业设计 - 图文

四川信息职业技术学院毕业设计说明书

第3章 硬件设计

3.1 系统总体设计

键盘输入 单片机系统 温度显示

图3-1 系统总体结构框图

数字温度传感模块 电机控制模块

3.2 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STC89C52单片机的智能电风扇调速器的设计，该设计巧妙利用单片机控制技术、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。

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3.3 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。

3.3.1 DS18B20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93.75 ms和750 ms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~ +5.5 V。

（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。

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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。

表3-1 部分温度值与DS18B20输出的数字量对照表

温度值/℃ +125 +85 +25.625 +10.125 +0.5 0 -0.5 -10.125 -25.625 -55 数字输出（二进制） 0000 0111 1101 0000 0000 0101 0101 0000 0000 0001 1001 0001 0000 0000 1010 0010 0000 0000 0000 1000 0000 0000 0000 0000 1111 1111 1111 1000 1111 1111 0110 1110 1111 1111 0110 1111 1111 1100 1001 0000 数字输出（十六进制） 07D0H 0550H 0191H 00A2H 0008H 0000H FFF8H FF5EH FF6FH FC90H 3.3.2 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，STC89C52单片机作为处理器，

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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STC89C52单片机的P2.4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3-2 DS18B20温度计原理图

3.4 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。通过控制改变三极翻出的导通，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。

3.4.1 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

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