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標(biāo)題: 單片機(jī)溫控風(fēng)扇設(shè)計(jì)制作程序edraw流程圖 Proteus仿真原理圖資料 [打印本頁]

作者: fxy123 時(shí)間: 2022-11-22 10:34
標(biāo)題: 單片機(jī)溫控風(fēng)扇設(shè)計(jì)制作程序edraw流程圖 Proteus仿真原理圖資料
仿真原理圖如下（proteus仿真工程文件可到本帖附件中下載）

本次設(shè)計(jì)是運(yùn)用STC89C52單片機(jī)技術(shù)與溫度傳感器DS18B20測(cè)量外界溫度的設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)的一款溫控風(fēng)扇系統(tǒng)。系統(tǒng)主要通過溫度傳感器控制不同的PWM占空比輸出來控制風(fēng)扇的檔位。此系統(tǒng)通過液晶顯示器1602來顯示溫度，配備4個(gè)溫度設(shè)定按鍵，由DS18B20讀取外界溫度，可通過按鍵調(diào)節(jié)預(yù)設(shè)的溫度，再配合程序來調(diào)節(jié)風(fēng)速。經(jīng)過調(diào)試，風(fēng)扇可以按照溫度智能變速，無人自動(dòng)關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)了智能溫控的目標(biāo)。

(1) 傳統(tǒng)電風(fēng)扇不能隨著環(huán)境溫度的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)速,這對(duì)那些晝夜溫差大的地區(qū)是致命的缺點(diǎn),尤其是人們?cè)谑焖瘯r(shí),不但浪費(fèi)資源,還很容易使人感冒生病;

(2) 傳統(tǒng)電風(fēng)扇機(jī)械的定時(shí)方式常常會(huì)伴隨著機(jī)械運(yùn)動(dòng)的聲音,特別是夜間影響人們的睡眠,而且定時(shí)范圍有限,不能滿足人們的需求。鑒于這些缺點(diǎn),我們?cè)O(shè)計(jì)了一款智能溫控風(fēng)扇來解決。

(3) 傳統(tǒng)電風(fēng)扇大部分只有手動(dòng)調(diào)速，功能單一。長時(shí)間在高負(fù)荷工作容易損壞電器，并且造成電量的損失。

因此，鑒于這些缺點(diǎn),我們?cè)O(shè)計(jì)了一款智能溫控風(fēng)扇來解決這些問題，它特別適宜于家庭老人與孩子用，其風(fēng)力更加柔和，很符合人們的身體特性。

2.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)流程圖如圖2-1所示，其系統(tǒng)的整體思路是:利用溫度傳感器DS18B20來測(cè)量環(huán)境溫度，并直接輸出數(shù)字溫度給STC89C52單片機(jī)進(jìn)行處理，并將實(shí)時(shí)溫度、設(shè)置溫度顯示在液晶顯示屏1602上,通過溫度傳感器控制不同的PWM占空比輸出來控制風(fēng)扇的檔位。設(shè)置溫度輔以4個(gè)可調(diào)按鍵，一個(gè)提高最高溫度，一個(gè)降低最高溫度，一個(gè)提高最低溫度，一個(gè)降低最低溫度。設(shè)置溫度只能是整數(shù)型式，檢測(cè)到的環(huán)境溫度可以精確到小數(shù)點(diǎn)后一位。單片機(jī)根據(jù)，溫度采集模塊采集到的溫度并做出相應(yīng)處理，當(dāng)溫度高于10°C時(shí)，風(fēng)扇電路導(dǎo)通，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)并隨溫度改變轉(zhuǎn)速。當(dāng)溫度低于10°C時(shí)，風(fēng)扇電路不通電，風(fēng)扇不轉(zhuǎn)。實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇自動(dòng)停止并隨溫度變化自動(dòng)調(diào)速，同時(shí)顯示當(dāng)前溫度。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能是：上電復(fù)位時(shí)檢測(cè)溫度傳感器DS18B20是否存在或它工作是否正常,當(dāng)不存在或工作不正常時(shí)從蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲，提示用戶檢查DS18B20，安裝或者更換。這部分功能由DS18B20復(fù)位與檢測(cè)子程序RESET完成。當(dāng)檢測(cè)到傳感器工作正常后，發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令及讀取溫度值命令，將從DS18B20讀取的二進(jìn)制溫度值轉(zhuǎn)換，在LED1602上顯示出來。顯示功能由溫度顯示子程序?qū)崿F(xiàn)。

圖2-1 系統(tǒng)流程圖

2.2 單片機(jī)方案設(shè)計(jì)

方案一：采用兩片STC89C516RD單片機(jī)、液晶1602和DS18B20，進(jìn)行設(shè)計(jì)，讓單片機(jī)1進(jìn)行溫度讀取操作，另外的單片機(jī)2通過定時(shí)器，產(chǎn)生占空比不同的PWM。兩單片機(jī)通過串口進(jìn)行通信，這樣單片機(jī)1可以通過讀取外界的溫度，然后對(duì)單片機(jī)2進(jìn)行控制。這樣就可以在不同的溫度區(qū)間內(nèi)，單片機(jī)2控制直流5V小風(fēng)扇不同的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)溫度自動(dòng)控制風(fēng)扇。

方案二：采用STC89C52單片機(jī)、液晶1602和DS18B20。這也是一款51單片機(jī)，但是它的性能比STC89C516RD單片機(jī)更強(qiáng)大，而且有獨(dú)立的雙路PWM輸出。這樣，采用一片STC89C52單片機(jī)就能實(shí)現(xiàn)溫度讀取和直流5V小風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速控制。

方案三：采用STM8S105系列單片機(jī)、液晶1602和DS18B20，同樣可以實(shí)現(xiàn)溫度讀取和直流5V小風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速控制。

方案比較：

方案一，需要耗費(fèi)更多的硬件資源。因此我們直接排除方案一。

方案三，如果采用44腳貼片封裝的STM8S105系列單片機(jī)，可以在很小的鎳鋁銅板上把硬件做出來，這樣可以節(jié)省一些硬件資源。但是，因?yàn)闇囟葌鞲衅鱀S18B20的讀取是通過I/O端口讀取的，STM8S105的I/O操作需要設(shè)置，尤其是處于輸入或者輸出方式。操作非常麻煩。

方案二，需要的硬件資源相對(duì)較少，而且I/O兼容8051單片機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)I/O口雙向操作，且編程也相對(duì)簡單。

綜上所述，我么們選擇方案二。

2.3 顯示器件方案設(shè)計(jì)

方案一：LED共陰極數(shù)碼顯示管。

方案二：LCD液晶顯示屏1602。

對(duì)于方案一，成本相對(duì)低廉，功耗也低，在黑暗空間也可以看的清楚，可視距離較遠(yuǎn)，同時(shí)顯示溫度的程序也相對(duì)而言簡單，所以這種顯示方式也得到了廣泛應(yīng)用。但是它采用的顯示方式是動(dòng)態(tài)掃描，各個(gè)LED逐個(gè)點(diǎn)亮，會(huì)產(chǎn)生閃爍，在這個(gè)溫度實(shí)時(shí)變化的環(huán)境中閃爍可能太快，數(shù)據(jù)可能不能很好的展示出來，故此方案不采用。

對(duì)于方案二，液晶顯示屏顯示字符清晰，自帶背光，還能顯示符號(hào)，并且不會(huì)不斷閃爍，顯示性能一流，并且考慮到此設(shè)計(jì)不只是要顯示溫度，還要顯示電機(jī)和紅外的狀態(tài)，所以從設(shè)計(jì)完善的角度來考慮，選擇此方案更有優(yōu)勢(shì)。

2.4 調(diào)速方案設(shè)計(jì)

方案一：采用數(shù)模轉(zhuǎn)化芯片DAC0832來控制，有單片機(jī)根據(jù)當(dāng)前環(huán)境溫度輸出數(shù)值到DAC0832中，再由DAC0832產(chǎn)生相應(yīng)的模擬信號(hào)控制晶閘管的導(dǎo)通腳，從而采用無級(jí)調(diào)速電路實(shí)現(xiàn)電扇電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。

方案二：采用單片機(jī)軟件模擬PWM調(diào)速的方法。PWM是一種按照一定的規(guī)律改變脈沖序列的脈沖寬度，以調(diào)節(jié)輸出量和波形的一種調(diào)節(jié)方式，在PWM驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，最常用的是矩形波PWM信號(hào)，在控制時(shí)調(diào)節(jié)PWM波的占空比。占空比是指高電平在一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)的百分比。在控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，占空比越大，轉(zhuǎn)速就越快，若全為高電平時(shí)占空比為100%，此時(shí)轉(zhuǎn)速達(dá)到最大。用單片機(jī)的I/O口輸出PWM信號(hào)時(shí)，有如下三種方法：

（1）利用軟件延時(shí)。當(dāng)高電平延時(shí)時(shí)間到時(shí)，對(duì)I/O口電平取反，使其變成低電平，再延時(shí)一定時(shí)間，反之在低電平延時(shí)到時(shí)，對(duì)I/O口電平取反，如此循環(huán)即可得到PWM信號(hào)。

（2）利用定時(shí)器。控制方法與（1）相同，只是在該方法中利用單片機(jī)的定時(shí)器來進(jìn)行高低電平的轉(zhuǎn)變，而不是利用軟件的延時(shí)。本設(shè)計(jì)就是采用了這種方法。

（3）利用單片機(jī)自帶的PWM控制器。STC系列單片機(jī)自帶PWM控制器，但本系統(tǒng)使用的AT89系列單片機(jī)沒有此功能，所以不能使用。

對(duì)于方案一，該方案能實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的無級(jí)調(diào)速，速度變化靈敏，但是D/A轉(zhuǎn)換芯片價(jià)格較高，性價(jià)比不高，不采用。對(duì)于方案二，相對(duì)于其他方案來說，采用軟件模擬PWM實(shí)現(xiàn)調(diào)速的過程，具有個(gè)高的性價(jià)比與靈活性，充分的發(fā)揮了單片機(jī)自身的性能，對(duì)本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)又提供了一條有效的途徑。所以綜合考慮還是選擇方案二的第二種。

圖3-1 溫度傳感器DS18B20

DS18B20的引腳圖如圖3-2所示。

引腳1：接地；

引腳2：數(shù)字輸入輸出，接單片機(jī)3.3端口；

引腳3：可選的5V電源。

圖3-2 溫度傳感器DS18B20引腳圖

第四章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)原理圖

如圖4-1所示，它為我們的系統(tǒng)原理圖，下面是我們的設(shè)計(jì)原理：

(1) 電源開關(guān)，控制系統(tǒng)處于工作還是停止?fàn)顟B(tài)。

(2) 當(dāng)系統(tǒng)上電之后，通過DS18B20感應(yīng)外界溫度，通過單片機(jī)讀取外界溫度，然后通過液晶顯示屏1602來顯示出來。通過判斷溫度的范圍，控制風(fēng)扇的停止與轉(zhuǎn)不同的速度，即：當(dāng)按下開關(guān)鍵時(shí)，系統(tǒng)初始化默認(rèn)的設(shè)定最低溫度為10°，最高溫度為30°。如果外界溫度高于設(shè)定溫度，則電風(fēng)扇進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，如果外界溫度低于設(shè)定溫度，則風(fēng)扇不轉(zhuǎn)動(dòng)，反之，處于兩者之間，風(fēng)扇半速轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)顯示外界的溫度和液晶顯示屏1602給出檔位顯示。

(3) 溫度控制的范圍可以通過按鍵進(jìn)行設(shè)置。配備4個(gè)溫度設(shè)定按鍵，由DS18B20讀取外界溫度，通過設(shè)定的溫度配合程序來調(diào)節(jié)風(fēng)速。

圖4-1 系統(tǒng)原理圖

4.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)

在單片機(jī)最小系統(tǒng)中，有兩個(gè)非常重要的電路，一個(gè)是開關(guān)復(fù)位電路，用來對(duì)單片機(jī)本身和其外部擴(kuò)展I/O接口電路進(jìn)行復(fù)位，還有一個(gè)是晶振電路，用于產(chǎn)生諧振，使單片機(jī)得以工作。如圖4-2所示，為單片機(jī)引腳圖，單片機(jī)的XTAL1和XTAL2用來外界石英晶體和微調(diào)電容，連接單片機(jī)內(nèi)OSC的定時(shí)反饋電路。本設(shè)計(jì)中開關(guān)復(fù)位與晶振電路如圖4-3所示，當(dāng)按下按鍵開關(guān)是，系統(tǒng)復(fù)位一次。其中電容C1、C2為20pF，C3為1uF，電阻R1為100，晶振為12MHz。

4.3 溫度采集電路

DS18B20數(shù)字溫度傳感器通過其內(nèi)部計(jì)數(shù)時(shí)鐘周期來的作用，實(shí)現(xiàn)了特有的溫度測(cè)量功能。低溫系數(shù)振蕩器輸出的時(shí)鐘信號(hào)通過由高溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的門周期而被計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器預(yù)先置有與-55℃相對(duì)應(yīng)的一個(gè)基權(quán)值。如果計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到0時(shí)，高溫度系數(shù)振蕩周期還未結(jié)束，則表示測(cè)量的溫度值高于-55℃，被預(yù)置在-55℃的溫度寄存器中的就增加1℃，然后這個(gè)過程不斷重復(fù)，直到高溫度系數(shù)振蕩周期結(jié)束為止。此時(shí)溫度寄存器中的值即為被測(cè)溫度值，這個(gè)值以16位二進(jìn)制形式存放在存儲(chǔ)器中，通過主機(jī)發(fā)送存儲(chǔ)器讀命令可讀出此溫度值，讀取時(shí)低位在前，高位在后，依次進(jìn)行。由于溫度振蕩器的拋物線特性的影響，其內(nèi)用斜率累加器進(jìn)行補(bǔ)償。DS18B20由于直接可以輸出數(shù)字信號(hào)，

圖4-2 STC89C52RC單片機(jī)引腳圖

圖4-3 開關(guān)復(fù)位與晶振電路

所以可以直接輸出給單片機(jī)，但是需要在輸出口上接一個(gè)上拉電阻來確保工作，連接圖如圖4-4所示。

圖4-4 溫度采集電路

4.4 LCD1602顯示電路

圖4-5 LCD1602顯示電路

如圖4-5所示為LCD1602顯示電路，在顯示屏上，顯示設(shè)定的最高溫度30°，最低溫度10°，目前外界溫度33°，占空比為100，此時(shí)風(fēng)扇全速轉(zhuǎn)動(dòng)。

4.5 按鍵控制電路

圖4-6 按鍵控制電路

如圖4-6所示，有四個(gè)按鍵，可調(diào)設(shè)定的最高溫度和最低溫度，從而對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行調(diào)控，從上到下依次是最高溫度加、最高溫度減、最低溫度加、最低溫度減。

4.6 風(fēng)扇調(diào)速電路

圖4-7 風(fēng)扇調(diào)速電路

如圖4-7所示，我悶設(shè)計(jì)采用的是由5V直流供電的小型風(fēng)扇，在設(shè)計(jì)當(dāng)中，我們只預(yù)置了三檔速度檔位，一檔的PWM占空比為0%，此時(shí)風(fēng)扇不轉(zhuǎn)動(dòng)；二檔的的PWM占空比為0%-100%之間，此時(shí)風(fēng)扇半速轉(zhuǎn)動(dòng)；三檔的PWM占空比為100%，此時(shí)風(fēng)扇全速轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣可以看到速度又非常明顯的變化，可根據(jù)液晶顯示屏上的占空比來判斷風(fēng)扇處于什么檔位。

在這次設(shè)計(jì)實(shí)踐中，我們還用了繼電器，其中，當(dāng)溫度較低時(shí)，此時(shí)數(shù)據(jù)輸入端口P0^1燈滅，輸出電壓為5V,繼電器處于斷開狀態(tài)，風(fēng)扇不轉(zhuǎn)；當(dāng)溫度處于預(yù)設(shè)最高溫度與最低溫度之間，此時(shí)單片機(jī)使繼電器處于斷開與吸合的重復(fù)循環(huán)狀態(tài)，則風(fēng)扇半速轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)溫度高于預(yù)設(shè)最高溫度，則數(shù)據(jù)輸入端口P0^1燈亮，輸出電壓為0V,繼電器處于吸合狀態(tài)，風(fēng)扇全速轉(zhuǎn)動(dòng)。

第五章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

5.1 主函數(shù)流程圖

如圖5-1所示，為主程序流程圖：

圖5-1 主函數(shù)流程圖

5.2 溫度控制風(fēng)扇程序流程圖

如圖5-2所示，為溫度控制風(fēng)扇程序流程圖：

圖5-2 溫度控制風(fēng)扇程序流程圖

第六章系統(tǒng)調(diào)試

單片機(jī)復(fù)位后，進(jìn)行初始化工作，然后進(jìn)入按鍵功能模塊，最后完成工作。初始化中，將DS18B20，內(nèi)部RAM,包括按鍵，默認(rèn)為控制狀態(tài)，溫度設(shè)定為15°C。加減按鍵同時(shí)按下進(jìn)入溫度設(shè)定狀態(tài)，然后按加或減按鍵進(jìn)行溫度設(shè)定，然后再次同時(shí)按加減鍵退出。硬件調(diào)試：硬件電路的調(diào)試相對(duì)來說比較簡單。調(diào)試的功能包括按鍵電路，DS18B20和電機(jī)電路。

按鍵電路的調(diào)試：按鍵電路實(shí)現(xiàn)的功能是在按鍵按下后能執(zhí)行設(shè)定溫度的改變，這項(xiàng)采用實(shí)物調(diào)試，按鍵按下之后，溫度隨之改變。

溫度傳感器電路的調(diào)試：溫度傳感器DS18B20的調(diào)試在實(shí)物上進(jìn)行，當(dāng)用手指去加熱溫度傳感器DS18B20的時(shí)候，LCD示數(shù)開始隨溫度的上升而改變，變化明顯而且刷新頻率適中，可以清晰的看到所顯示的溫度。

電路的調(diào)試：電機(jī)電路進(jìn)行調(diào)試，不斷的將設(shè)定溫度降低，觀察電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化。電機(jī)隨設(shè)定溫度與實(shí)際溫度差值的改變而改變，轉(zhuǎn)速變化較為平滑，達(dá)到了預(yù)期的效果。

實(shí)物硬件圖如圖7-1所示：

圖7-1 實(shí)物硬件圖

參考:http://www.zg4o1577.cn/bbs/dpj-124878-1.html
附件包涵設(shè)計(jì)說明書，proteus仿真，edraw流程圖，keil源文件，C語言程序等。均為自己原創(chuàng)，請(qǐng)大家多多指教！

下載:

資料.7z (3.91 MB, 下載次數(shù): 83)

作者: miragen 時(shí)間: 2022-11-24 14:09
Proteus仿真是8.8版本的

作者: 郭志偉 時(shí)間: 2023-3-25 02:00
可以分多個(gè)檔調(diào)速嗎

作者: 467517098 時(shí)間: 2023-3-25 13:44
仿真不行

作者: 郭志偉 時(shí)間: 2023-3-27 18:45

miragen 發(fā)表于 2022-11-24 14:09
Proteus仿真是8.8版本的

應(yīng)該都行吧

作者: gdzstao 時(shí)間: 2023-3-29 07:39
一直想搞一個(gè)類似這樣的程序，今天看到這篇，明白了

歡迎光臨 (http://www.zg4o1577.cn/bbs/)

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