电风扇 - 图文

智能控制电风设计与制作

专业（系） 电气工程系 班 级 电机电器102 学生姓名 张文 学 号 201001390205 指导老师 张 敏 三 完成日期 2012年12月 扇

目 录

摘 要 Abstract

第1章 任务与要求.............................................................................................. 1

1.1课题概述.......................................................................................................... 1 1.1.1背景及功能介绍......................................................错误！未定义书签。 1.2 设计内容与要求............................................................................................. 2

第2章 引言............................................................................................................ 3

2.1发展现状与应用领域...................................................................................... 3 2.2 传统电风扇简介............................................................................................. 4 2.3 温控电风扇简介............................................................................................. 4

2.4温控电风扇设计目的...................................................................................... 4

第3章 方案论证与设计 .................................................................................... 6

3.1 总体设计分析................................................................................................. 6 3.2 温度传感器的选择方案................................................................................. 7 3.3 控制核心的选择............................................................................................. 7 3.4 调速方式的选择............................................................................................. 7 3.5 控制执行部件的选择..................................................................................... 8

第4章 主要元器件的介绍.............................................................................. 12

4.1 温度传感器..................................................................................................... 9 4.1.1 温度传感器的种类和选择.......................................错误！未定义书签。 4.1.2 DS18B20的工作原理及单片机的接口电路 .........错误！未定义书签。 4.2 单片机............................................................................... 错误！未定义书签。 4.2.1 单片机的种类和选择............................................................................... 11 4.2.2 AT89C52单片机简介 ............................................................................... 13 4.2.3 AT89C52的性能特点和芯片引脚图 ....................................................... 14 4.3 单相异步电动机............................................................... 错误！未定义书签。

第5章 硬件电路设计 ......................................................................................... 16

5.1 开关复位电路............................................................................................... 12 5.2 数码管显示电路........................................................................................... 12 5.3 温度采集电路............................................................................................... 20 5.4 风扇电机驱动与调速电路........................................................................... 21 5.5 主程序........................................................................................................... 22

第6章 调试与仿真 .............................................................................................. 24

6.1 软件仿真....................................................................................................... 18 6.2 仿真运行....................................................................................................... 18 6.3 系统存在的不足........................................................................................... 18 6.4 调试过程中遇到的故障及解决方法........................................................... 18

第7章 心得体会................................................................................................... 19 参考文献 ................................................................................................................... 22 附录一 原理图 ....................................................................................................... 22 附录二 实物图 ....................................................................................................... 30 附录三 智能温控调速风扇的设计程序......................................................... 31 附录四 元器件清单 .............................................................................................. 32

摘 要

二十一世纪已经进入了信息社会的崭新时代，信息社会的基础是电子技术，它是一门实践性很强的技术学科。随着电子技术的发展它已深入到生活的各个领域，自然风电风扇控制器也不例外。电风扇是普及最广的家电产品。根据不同对象、不同场合，用户希望获得与之相适应的舒适自然风。基于检测技术和单片机控制技术，设计了一种智能温控调速风扇。阐述了智能温控调速风扇的工作原理、硬件设计、软件实现的过程。系统原理简单，工作稳定，成本低，具有一定的节能效果。

通过单片机的控制我们实现了电风扇的主要功能：当按下开关键时，系统初始化默认的设定温度为25度，如果外界温度高于设定温度电风扇进行运转，如果外界温度高于低于设定温度则风页不转动，同时显示外界的温度。可以设置所需的温度，并同时显示所设定的温度，同时按加减键退出设定功能。

电风扇的自动控制，让电风扇这一家用电器变的更智能化，克服了普通电风扇无法根据外界温度自动调节转速困难，智能电风扇的设计具有重要的现实意义。

关键词 AT89C52/温度传感器/单相异步电动机/单片机控制

Abstract

The 21st century has entered a new era of information society, the information society is based on the electronic technology, it is a practical technical subjects. With the development of electronic technology has deep into every field of life, natural fan controller is no exception. Fan is most popular appliance product. According to different objects, different occasions, the user to obtain conesponding comfortable natural. Based detection and single-chip control technology, the design of a smart temperature control fan speed. Explains smart temperature control fan speed control works, hardware design, software implementation process. System is simple, stable, low cost, has a certain energy-saving effect.

Controlled by the microcontroller to achieve a fan of our main functions: When you press the key to open the system initialize the default set temperature is 25 degrees, if the outside temperature is above the set temperature for fan operation, if the outside temperature is high below the set temperature in the wind does not turn the page, displaying the outside temperature. You can set the desired temperature, and also shows the set temperature, press the plus or minus key to exit the setting mode.

Automatic fan control, so fans of the home appliances become more intelligent. Unable to overcome the ordinary fan speed automatically adjusted according to outside temperature difficult. Smart fan design has important practical significance.

KEY WORDS AT89C52, temperature sensor, D.C. electric machine，SCM contro.

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第1章 任务与要求

1.1课题概述

在如今，人们烦琐的事情越来越多，回到家更想一动不动好好休息一下，消除自己一天的工作疲劳，传统风扇还要去开启，调速，固定它的转动方向，同样的风速吹的人会痛，这让人们觉得很麻烦也很无奈。而温控电风扇就解决了这些问题。只要人一进入它的探测范围，它就会自己启动，吹出变换方向适合室内温度的风来，免除人为的手工操作。中国有13亿人，使用空调的只占总人口的三四成，还有多数人使用电风扇，由此可见它的市场是巨大的，人们已经普遍把它使用在了生活中。

温控电风扇是把自动开与关和通过对电流的转换来实现电动机运转频率的自动调节，从而达到改变风速的目的。此设计用到单片机，它是把微处理器，存储器(RAN和RON)，输入/输出接口以及定时器/计数器等集成在一起的集成电路芯片。它与集成电路相结合，组成一个设定，感温，控制和输出与一身的模块。利用单片机89C52和一些电路对室温进行探测，从而对电风扇进行开和关的一系列控制。

1.2研究背景

背景介绍：

电风扇曾一度被认为是空调产品冲击下的淘汰品，其实并非如此，市场人士称， 家用电风扇并没有随着空调的普及而淡出市场，近两年反而出现了市场销售复苏的态势。其主要原因：一是风扇和空调的降温效果不同——空调有强大的制冷功能，可以快速有效地降低环境温度，但电风扇的风更温和，更加适合老人儿童和体质较弱的人 使用；二是电风扇有价格优势，价格低廉而且相对省电，安装和使用都非常简单。

设计目的：

1、巩固、加深和扩大单片机应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力；

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2、培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力；

3、通过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉单片机用系统开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤。

功能如下：

1、用4位数码管实时显示电风扇的工作状态，最高位显示风类：“自然风” 显示“ 1”、 “常风” 显示“2”、“睡眠风” 显示“3”。后3位显示定时时间：动态倒计时显示剩余的定时时间，无定时显示“000”。

2、设计 “自然风”、 “常风”和“睡眠风” 三个风类键用于设置风类； 设计一个“定时”键，用于定时时间长短设置； 设计一个“摇头” 键用于控制电机摇头。

3、设计过热检测与保护电路，若电风扇电机过热，则电机停止转动，电机冷却后电机又恢复转动。

1.3 设计内容及要求

1.必须充分利用给定套装元件（内附元件，材料清单表）进行设计。 2.用一个交流小电机模拟电风扇电机，按下相应的风类键，电机工作在相应状态。

3.每按一次“定时”键，定时时间增加10秒钟，工作过程如下：

图1-1工作过程

4. 用另一个交流小电机模拟风扇摇头机构，按下“摇头” 键，“摇头”电机先正转30ms，再反转30ms，如次往复。

5.过热检测与保护电路不用传感器，用信号源产生的正弦波信号代替传感器“感应”出的信号，若信号幅度大于10mV，则电机停止转动。

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第2章 引 言

生活中，我们经常会使用一些与温度有关的设备。比如，现在虽然不少城市家庭用上了空调，但在占中国大部分人口的农村地区依旧使用电风扇作为降温防暑设备，春夏（夏秋）交替时节，白天温度依旧很高，电风扇应高转速、大风量，使人感到清凉；到了晚上，气温降低，当人入睡后，应该逐步减小转速，以免使人感冒。虽然电风扇都有调节不同档位的功能，但必须要人手动换档，睡着了就无能为力了，而普遍采用的定时器关闭的做法，一方面是定时时间长短有限制，一般是一两个小时；另一方面可能在一两个小时后气温依旧没有降低很多，而风扇就关闭了，使人在睡梦中热醒而不得不起床重新打开风扇，增加定时器时间，非常麻烦，而且可能多次定时后最后一次定时时间太长，在温度降低以后风扇依旧继续吹风，使人感冒；第三方面是只有简单的到了定时时间就关闭风扇电源的单一功能，不能满足气温变化对风扇风速大小的不同要求。又比如在较大功率的电子产品散热方面，现在绝大多数都采用了风冷系统，利用风扇引起空气流动，带走热量，使电子产品不至于发热烧坏。要使电子产品保持较低的温度，必须用大功率、高转速、大风量的风扇，而风扇的噪音与其功率成正比。如果要低噪音，则要减小风扇转速，又会引起电子设备温度上升，不能两全其美。为解决上述问题，我们设计了这套温控自动风扇系统。本系统采用高精度集成温度传感器，用单片机控制，能显示实时温度，并根据使用者设定的温度自动在相应温度时作出小风、大风、停机动作，精确度高，动作准确。

2.1传统电风扇的介绍

传统的风扇是只高，中，低三个风速挡，并且是人工开关，还不知室温是多少，该用哪个挡。传统电风扇多采用机械方式进行控制，功能少，噪音大，各档的风速变化大。众所周知，传统的电风扇的开启和关闭要人为的去开，关，好一点的会有个遥控器，可还是要人去操作，这对现代忙碌的人群来说是很麻烦的。而我过的电网电压为220伏，50赫兹，在由于供电频率不能改变，传统的电风扇的电机转速基本上变化不大，依靠它的“开，高速，中速，低速，停”电机来调整室内温度，其电机的一开一停，一高一低之间容易造成室内温度忽冷忽热，并消耗较多电能，还容易烧毁电机。如图2-1所示：

图2-1有极调速器

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2.2无级调速电风扇的介绍

电风扇无级调速器在日常生活中随处可见。图2-2是常见的电风扇无级调速器。旋动旋钮便可以调节电风扇的速度。图2-3为电路原理图，

图2-2电风扇无级调速器

图2-3 电风扇无级调速器电路原理图

调速器电路由主电路和触发电路两部分构成，在双向晶闸管的两端并接RC元件，是利用电容两端电压瞬时不能突变，作为晶闸管关断过电压的保护措施。

2.3 温控电风扇的介绍

它是采用多挡全自动变频器，使得对电风扇各挡风量的调节更加细化，使得电风扇的控制更具人性化，同时它也具有全自动、控制简单、智能化、制作容易。使用温度传感器、热释电红外传感器、专用控制集成电路和单片机，实现当室温达到设定开启风扇的温度并且人出现在热释电传感器可测范围时，电风扇自动开启，并且可以根据室温变换频率，人离开后自动关闭；当室温低于这一温度时，即使人在热释电传感器可测范围内，电风扇也处于关闭状态。电路遥感距离为10m，角度为85℃，温度设定为24℃。

2.4 温控电风扇设计目的

在如今，人们烦琐的事情越来越多，回到家更想一动不动好好休息一下，消除自己一天的工作疲劳，传统风扇还要去开启，调速，固定它的转动方向，同样的风速吹的人会痛，这让人们觉得很麻烦也很无奈。而温控电风扇就解决了这些问题。只要人一进入它的探测范围，它就会自己启动，吹出变换方向适合室内温

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度的风来，免除人为的手工操作。中国有13亿人，使用空调的只占总人口的三四成，还有多数人使用电风扇，由此可见它的市场是巨大的，人们已经普遍把它使用在了生活中。

温控电风扇是把自动开与关和通过对电流的转换来实现电动机运转频率的自动调节，从而达到改变风速的目的。此设计用到单片机，它是把微处理器，存储器(RAN和RON)，输入/输出接口以及定时器/计数器等集成在一起的集成电路芯片。它与集成电路相结合，组成一个设定，感温，控制和输出与一身的模块。利用单片机89C51和一些电路对室温进行探测，从而对电风扇进行开和关的一系列控制。

基于检测技术和单片机控制技术，设计了一种智能温控调速风扇。阐述了智能温控调速风扇的工作原理、硬件设计、软件实现的过程。系统原理简单，工作稳定，成本低，具有一定的节能效果。通过单片机的控制我们实现了电风扇的主要功能：当按下开关键时，系统初始化默认的设定温度为25度，如果外界温度高于设定温度电风扇进行运转，如果外界温度高于低于设定温度则风页不转动，同时显示外界的温度。可以设置所需的温度，并同时显示所设定的温度，同时按加减键退出设定功能。电风扇的自动控制，让电风扇这一家用电器变的更智能化。克服了普通电风扇无法根据外界温度自动调节转速困难。智能电风扇的设计具有重要的现实意义。

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第4章 硬件电路的设计

4.1 原理分析

4.1 开关复位电路

在单片机应用系统中，除单片机本身需要复位以外，外部扩展I/O接口电路也需要复位，因此需要一个包括上电和按钮复位在内的系统同步复位电路。单片机上的XTAL1和XTAL2用来外接石英晶体和微调电容，即用来连接单片机片内OSC的定时反馈回路。本设计中开关复位与晶振电路如图4-1所示，当按下按键开关S1时，系统复位一次。其中电容C1、C2为20pF，C3为10uF，电阻R2、R3为10k。 图4-1 系统复位电路 4.2 数码管显示电路

本设计制作中选用4位共阴极数码管作为显示模块，它和单片机硬件的接口如图4-2所示。其中前2位数码管DS1、DS2用于显示温度传感器实时检测采集到的温度，可精确到0.1摄氏度，显示范围为0~99.9摄氏度；后2位数码管DS3、DS4用于显示系统设置的初值温度，只能显示整数的温度值，显示范围为0~99摄氏度。4位数码管的段选a、b、c、d、e、f、g、dp线分别与单片机的P0.0~P0.7

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口连接，其中P0口需接一10K的上拉电阻，以使单片机的P0口能够输出高低电平。5位数码管的位选W1~W5分别与单片机的P2.0~P2.4口相连接，只要P2.0~P2.4中任一位中输出低电平，则选中与该位相连的数码管。

图4-2 数码管显示电路

4.3 温度采集电路

DS18B20数字温度传感器通过其内部计数时钟周期来的作用，实现了特有的温度测量功能。低温系数振荡器输出的时钟信号通过由高温度系数振荡器产生的门周期而被计数，计数器预先置有与-55℃相对应的一个基权值。如果计数器计数到0时，高温度系数振荡周期还未结束，则表示测量的温度值高于-55℃，被预置在-55℃的温度寄存器中的值就增加1℃，然后这个过程不断重复，直到高温度系数振荡周期结束为止。此时温度寄存器中的值即为被测温度值，这个值以16位二进制形式存放在存储器中，通过主机发送存储器读命令可读出此温度值，读取时低位在前，高位在后，依次进行。由于温度振荡器的抛物线特性的影响，其内用斜率累加器进行补偿与单片机1位I/O线相连，且单片机的1位I/O线可挂接多个DS18B20，就可实现单点或多点温度检测在本设计中将DS18B20接在

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P1.7口实现温度的采集。其与单片机的连接如图4-3所示：

图4-3 温度采集电路

4.4 风扇电机驱动与调速电路

本设计中由单片机的I/O口输出PWM脉冲，通过一个达林顿反向驱动器ULN2803驱动12V交流风扇电机以及实现风扇电机速度的调节。

键盘控制设置温度，通过软件向单片机输入相应控制指令，由单片机通过P1.7口输出与转速相应的PWM脉冲，经过ULN2803驱动风扇交流电机控制电路，实现电机转速与启停的自动控制。当环境温度升高时，交流电机的转速会相应按照设定的等级有所提高；当环境温度下降时，电机的转速会相应的下降；当环境温度低于设置温度时，电机停止转动，而环境温度又高于预设温度时，电机重新启动。

电路如图4-4所示，风扇电机的一端接12V电源，另一端接ULN2803的OUT7引脚，ULN2803的IN7引脚与单片机的P3.1引脚相连，通过控制单片机的P3.1引脚输出PWM信号，由此控制风扇异步电机的速度与启停。

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图4-4 风扇电机驱动与调速电路

系统选用的风扇电机为12V交流异步电机，单达林顿反向驱动器ULN2803输入TTL信号为5V或CMOS信号为6~15V时，输出的最大电压为50V，最大电流为500mA，工作温度范围为0~70℃。本系统中单片机I/O口输出的TTL信号为5V，因此此风扇电机可以用ULN2803来驱动。

4.5 电源电路

本电路采用集成稳压块7805为单片机提供一个5V电源，电路对220V市电进行降压处理得到一个9V交流电源，通过桥堆整流，二极管选择2CZ54B，电容C1滤波后直接送入集成稳压块7805的输入端。C2为旁路电容，起抗干扰作用。R3和D2构成指示灯电路。C3为滤波，起改善电路瞬时输出特性。F1为熔断丝，起到过载和短路保护。

图4-5 电源电路

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/j11h.html