xxxx-基于单片机的温控智能风扇设计

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玉林师范学院本科生毕业设计

基于单片机的温控智能风扇设计

Temperature control intelligent fan design Based on the single-chip

院 系 电子与通信工程学院

专 业 电子信息科学与技术

班 级 xxxxx

姓 名 xxxxx

学 号 xxxx

指导教师单位 xxxx

指导教师姓名 xxxx

指导教师职称 xxxx

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基于单片机的温控智能风扇设计

xxxxxxxxx

摘要

单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低等优点，成为自动化领域和其他测控领域中广泛应用的器件。在温度控制系统的设计中,采用单片机作为系统的主控芯片,能很大程度地满足市场对成本低、性能稳定、控制现场温度的需求,具有较为广阔的市场前景。

本文设计了基于单片机的智能温控风扇系统，分析了硬件电路与软件设计。采用AT89C51作为控制器，利用温度传感器DS18B20作为温度采集元件，根据采集到的温度，通过三极管的放大作用来实现风扇电机的转动。当检测到的温度超出所设置的上下限温度的范围时，有报警提示。并根据检测到的温度与系统设置的温度的比较实现风扇电机的自动启动与停止，且能根据温度的变化自动改变风扇电机的转速，同时利用四个数码管即时显示检测到的温度，精确到小数点两位。

关键词：单片机，AT89C51，DS18B20，温度采集，温控智能风扇

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Temperature control intelligent fan design Based on the single-chip

Electronic information science and technology2009-1 DengXueling

Supervisor ChenYuning

Abstract

the single-chip has advantages of powerful functions, small volume, high reliability, low cost. Therefore become automation field and other measurement field are widely use’s

devices . In the design of temperature control system, using the single chip as main control chip ,it can to meet the demand of the market ,whice asks for low cost, stable performance, controlling the temperature.It has a broader prospect on the market.

This paper introduce an intelligent and temperature control fan system based on

single-chip-microprocessor, and analyzed the hardware circuit, and software design of this system. The design Adopts the AT89C51 as the controller and use temperature sensor

DS18B20 as the temperature capture element. On the basis of the collected temperature, to drive the fan motor through Triode amplifying function .When the detected temperature was beyond the limited upper and lower temperature of the set, there will be an alarm prompt. And according to the detected temperature was compared with the system set the temperature of the implementation of the fan motor start and stop automatically, and can automatically according to the variation of the temperature change of the fan motor speed, at the same time using the four digital tube instant showed that the temperature of the detected, given to two decimal points.

Key words: Single-chip-microprocessor , AT89C51, DS18B20, temperature capture,

temperature control intelligent fan

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目录

1 绪论 ......................................................................................................................................... 1

1.1 概述 ............................................................................................................................... 1

1.2 温度控制技术发展与现状 ........................................................................................... 1

1.3 本文设计的主要任务 ................................................................................................... 1

2 整体方案设计 ......................................................................................................................... 2

2.1 系统整体设计 ............................................................................................................... 2

2.2 系统元器件的选择 ....................................................................................................... 2

2.2.1 温度传感器的选择 ........................................................................................... 3

2.2.2 控制核心的选择 ................................................................................................. 3

2.2.3 温度显示器件的选择 ......................................................................................... 3

3 各单元模块的硬件设计 ......................................................................................................... 4

3.1 系统元器件简介 ........................................................................................................... 4

3.1.1 DS18B20单线数字温度传感器简介 ................................................................. 4

3.1.2 AT89C51简介 ...................................................................................................... 6

3.1.3 LED数码管简介 ................................................................................................. 8

3.2 各部分电路设计 ........................................................................................................... 9

3.2.1 开关复位与晶振电路 ......................................................................................... 9

3.2.2 独立按键连接电路 ........................................................................................... 10

3.2.3 数码管显示电路 ............................................................................................. 11

3.2.4 温度采集电路 ................................................................................................... 11

3.2.5 风扇电机驱动与调速电路 ............................................................................... 12

3.2.6 报警系统电路 ................................................................................................... 13

3.2.7 实物图 ............................................................................................................... 13

4 软件设计 ............................................................................................................................... 15

4.1 程序设计 ..................................................................................................................... 15

4.2 用Keil C51编写程序 ................................................................................................. 16

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5 系统调试 ............................................................................................................................... 17

5.1 软件调试 ..................................................................................................................... 17

5.1.1 DS18B20温度采集部分调试 ........................................................................... 17

5.1.2 报警系统部分的调试 ....................................................................................... 18

5.2 硬件调试 ..................................................................................................................... 18

5.3 系统实现的功能 ......................................................................................................... 19

总结展望 ................................................................................................................................... 20

致谢 ........................................................................................................................................... 21

参考文献 ................................................................................................................................... 22

附录 ........................................................................................................................................... 23

附录A：电路原理图 ........................................................................................................ 23

附录B： 电路PCB图 ..................................................................................................... 24

附录C： 程序代码 .......................................................................................................... 25

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1 绪论

1.1 概述

当今社会的生产及人们的日常生活中，风扇被广泛的应用。电风扇作为降温防暑设备而成为必用品之一。夏秋季节白天温度高，电风扇应处于高转速、大风量，使人感到清凉；到了晚上，气温降低，当人们入睡后，应该逐步减小转速，以免使人受凉感冒[1]。

单片机也叫做单片微型计算机，指集成在一个芯片上的微型计算机，集成有CPU、ROM、RAM、I/O接口电路、定时/计数器等，从而构成了完整的微型计算机。其具有体积小、重量轻、耗电少、安全性高、使用灵活等优点[2]。

随着单片机在各个领域的广泛应用，温度控制技术的发展，以单片机作为控制的温度控制系统也应运而生。基于单片机的智能温控风扇设计，可以使风扇根据环境温度的变化进行自动调速，实现“温度高，风力大，温度低，风力弱”的性能。它的设计为现代社会人们的生活以及生产带来了诸多便利，在提高人们生活质量的同时还能节省风扇运转所需的能量。

1.2 温度控制技术发展与现状

目前的温度测量技术主要的测量方法分成两大类别，一类是接触式的测温方法，另一类是非接触式的测温方法。接触测温法在测量时需要与被测物体或介质充分接触，而非接触式的测温方法不需要接触被测对象[3]。在本系统中选择的是接触式测温方法，利用集成芯片测温。

温度控制在近年来已经成为我国工作对象控制中重要的一部分，广泛使用于实际生活中。比如温度控制电机，实现电机的自动启停。本文设计了一套温控智能风扇控制系统。

1.3 本文设计的主要任务

本文设计由ATMEL公司的单片机AT89C51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，并通过三极管的放大作用驱动风扇电机的转动。同时使系统检测到的环境温度显示在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停以及转速的自动调节。

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2 整体方案设计

2.1 系统整体设计

本设计的整体思路是：利用DS18B20温度传感器检测环境温度并直接输出数字温度信号给单片机AT89C51进行处理，在LED数码管上显示当前温度值。其中预设温度值为整数形式，检测到的当前温度可精确到小数点后两位。同时通过上下限温度与检测到的实时温度的比较来改变风扇电机的转速。当温度上升到达某一定值，蜂鸣器响，一个发光二极管闪烁，风扇转速增大。当温度下降到某一定值，蜂鸣器响，另一个一个发光二级管闪烁，风扇停止转动。温度的上下限可自行设定。能手动设置上下限温度，更加智能化。总体结构框架如图2.1所示：

图2.1 系统构成框图

Figure 2.1 System structure diagram

2.2 系统元器件的选择

本设计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停及改变转速，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[4]。

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2.2.1 温度传感器的选择

本设计中，温度传感器的选择有两种方案：

方案一：采用热敏电阻作为检测温度的核心元件，与单片机通讯时需要A/D转换，将微弱电压变化信号转化为数字信号输入单片机处理。

方案二：采用数字化的集成温度传感器DS18B20作为温度检测的核心元件，由其检测并直接输出数字温度信号给单片机进行处理。

对于方案一，采用传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件，热敏电阻虽然成本低但转换成的电信号是模拟量。不但系统结构复杂，而且所接信号处理电路又会带来引线及零点漂移等问题。热敏电阻本身的可靠性相对较差，测温的准确度低，检测系统的精度差。故该方案不适合本系统。

对于方案二，现代的温度检测多采用数字温度传感器[5]。数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持“1-Wire总线”接口的温度传感器，1-Wire总线具有独特而且经济的特点。DS18B20体积小、更经济、更灵活，可以使用户充分发挥1-Wire总线的特点。且温度以单总线的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，故本设计采用该温度传感器。

2.2.2 控制核心的选择

设计采用了AT89C51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。AT89C51是一种带4KB闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器[6]，为很多嵌入式控制系统提供了一种高性价比的方案。单片机与MCS-51系列全兼容，它是一种高灵活性、花费有限资源就可产生许多嵌入式控制应用系统的高性能微处理器，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好等特点。故本设计采用该芯片。

2.2.3 温度显示器件的选择

方案一：采用LED共阳极数码管显示温度。

方案二：采用LCD液晶显示屏显示温度。

对于方案一，采用LED共阳极数码管显示温度，成本比较低，显示温度明确醒目， 3

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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，因而这种显示方式得到了广泛应用。

对于方案二：液晶显示屏不仅能显示数字还能显示字符和图形，但是液晶显示屏价格昂贵，显示驱动程序也比较复杂。在本设计中，从简单实用的原则考虑，故采用LED数码管显示检测到的温度。

3 各单元模块的硬件设计

系统主要元器件包括DS18B20温度传感器、AT89C51单片机、LED数码管、风扇电机。其它辅助元件包括电阻、电容、电源、晶振、蜂鸣器、按键、三极管、LED指示灯等。

3.1 系统元器件简介

3.1.1 DS18B20单线数字温度传感器简介

DS18B20数字温度传感器，是采用美国DALLS半导体公司的生产的DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可直接将温度转化成串行数字信号供处理器处理[7]。使用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。

DS18B20的主要特点：测量的结果直接以数字信号的形式输出，即在1s（典型值）内把温度变成数字；DS18B20提供9位（二进制）温度读数，指示器件的温度，信息经过单线接口送入DS18B20或从DS18B20送出，以“一线总线”方式串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力；DS18B20的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源；温度测量范围在-55℃～+125℃之间，在-10℃～+85℃时精度为±0.5℃；可检测温度分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃，0.25℃，0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温；它单线接口的独特性，使它与微处理器连接时仅需一条端口线即可实现与微处理器的双向通信；支持多点组网功能，即多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温的功能，工作电压范围宽，其范围在3.0～

5.5Ｖ。

DS18B20内部结构如图3.1所示，主要包括以下几个部分[8]：1、内部寄生电源；2、 4

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/29vi.html