基于單片機的溫度控制風扇的設(shè)計-資料下載頁

【導讀】本畢業(yè)設(shè)計的溫控風扇利用溫度傳感器DS18B20來檢測外界環(huán)境的。溫度，利用數(shù)碼管顯示外界環(huán)境溫度、設(shè)定的開啟溫度以及溫度差和檔位，智能溫控調(diào)速風扇的工作原理、硬件設(shè)計、軟件實現(xiàn)的過程。電風扇的自動控制，可以更加便于人們對風扇的使用。風扇無法根據(jù)外界溫度自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速困難。因此，智能電風扇的設(shè)計具有。重要的現(xiàn)實意義。

　　

【正文】 6 圖 Proteus 仿真效果圖四 通過以上仿真可以看出， 直流 風扇電機在系統(tǒng)設(shè)定溫度一定的情況下，其轉(zhuǎn)速隨著環(huán)境溫度（溫度傳感器檢測到的溫度）的增加而增大。當環(huán)境溫度低于系統(tǒng)預設(shè)的溫度時，風扇自動停止運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了系統(tǒng)所設(shè)計的功能 ，本系統(tǒng)所設(shè)置的開啟溫度為 20℃ ~40℃ ，符合實際需要 。 本系統(tǒng)實現(xiàn)的是電機在隨環(huán)境溫度變化的 五個 檔位 的速度變化， 五個檔位對應(yīng)著數(shù)碼管最后一位顯示的數(shù)值。 環(huán)境溫度在一定小范圍內(nèi)變化風扇電機轉(zhuǎn)速是不變的，只有超過了設(shè)定的某一界限時轉(zhuǎn)速才會變化。并且本系統(tǒng)通過設(shè)定溫度差可以使 風扇的設(shè)計更加方便于不同人群的使用，當溫度差設(shè)定為 1℃時， 環(huán)境 溫度每升高 1℃ 時， 檔位會加大一檔，當溫度差設(shè)定為 2℃ 時，環(huán)境溫度每升高 2℃ 時，檔位才能升高一檔，溫度差 的 最高 值 可以設(shè)定為 4℃ 。 山東科技大學學士學位論文 系統(tǒng)調(diào)試 37 5 系統(tǒng)調(diào)試 軟件調(diào)試 按鍵顯示部分的調(diào)試 起初根據(jù)設(shè)計編寫的系統(tǒng)程序：程序的鍵盤接口采用 P1 口，數(shù)碼管的 顯示采用 P0 口控制 LED 的 段 碼， P2 口控制 LED 的位碼，從而實現(xiàn)鍵盤功能及數(shù)碼管的顯示。經(jīng)過編譯沒有出錯，但在仿真調(diào)試時，數(shù)碼管 的 顯示的只是亂碼，沒有正確的顯示溫度，按鍵功能也不靈，當按下鍵時，顯示并不變化。 經(jīng)過查找分析，發(fā)現(xiàn)鍵盤掃描程序沒有 按鍵 消抖 的 部分，按鍵在按下與松手時，都會有一定程度的抖動，從而可能使單片機做出錯誤的判斷，導致按鍵條件預設(shè)溫度時失靈，甚至根本不能工作。因此必須在按鍵掃描程序中加入消抖 的 部分，即在按鍵按下與松手時加入延時判斷，以檢測鍵盤是否真的按下或已完全松手。 數(shù)碼管不能正確的顯示，主要是因為 所以數(shù)碼管的段碼都由 P0 口傳送，而數(shù)碼管 的 顯示又采用了動態(tài)掃描的方式，但在程序中卻沒有設(shè)置顯示段碼的暫存器，導致當 P0 口傳送段碼時發(fā)生混亂，不能正確識別段碼。應(yīng)在系統(tǒng)中加入鎖存器，或是在程序中設(shè)定存儲段碼的空間。 在鍵盤加入了消抖 的 程序，數(shù)碼管顯示程序中加入了段碼的存儲空間后，數(shù)碼管能夠正常的顯示，按鍵也能夠工作，達到了較好的效果。 傳感器 DS18B20 溫度采集部分調(diào)試 由于數(shù)字式集成溫度傳感器 DS18B20 的高度集成化，為軟件的設(shè)計和調(diào)試帶來了極大的簡便，小體積、低功耗、高精度為控制電機的精度 和穩(wěn)山東科技大學學士學位論文 系統(tǒng)調(diào)試 38 定提供了可能。軟件設(shè)計采用 口為數(shù)字溫度輸入口，但是需要對輸入的數(shù)字信號進行處理后才能顯示，從而多了溫度轉(zhuǎn)換程序。 通常只 顯示了預設(shè)溫度的整數(shù)部分。 在溫度轉(zhuǎn)換程序中，為了能夠正確的檢測并顯示溫度的小數(shù)位，程序中把檢測的溫度與 10 相乘后，再按一個三位的整數(shù)來處理。如把 變?yōu)?45 來處理，這樣為程序的編寫帶來了方便。 電動機調(diào)速電路部分調(diào)試 在本設(shè)計中，軟件設(shè)置了 口輸出不同的 PWM 波形，通過達林頓反向驅(qū)動器 ULN2803 驅(qū)動直流電機轉(zhuǎn)動，通過軟件中程序設(shè)定，根據(jù)不同溫度輸出不 同的 PWM 波，從而得到不同的占空比控制風扇直流電機。 本程序的 PWM 程序的設(shè)定方法為將設(shè)定的 PWM 方波的周期設(shè)定為定值，每個檔位增大一檔時，高電平所占的占空比增加。 在本系統(tǒng)中風扇電機的轉(zhuǎn)速可實現(xiàn) 五個檔位 調(diào)速。通過溫度傳感器檢測的溫度與系統(tǒng)預設(shè)溫度值的比較，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速變換。當檢測到的溫度比預設(shè)的溫度每增加 設(shè)定的溫度差 的 大小 時，風扇電機 檔位 增加一 檔 。 硬件調(diào)試 按鍵顯示部分的調(diào)試 系統(tǒng)按鍵部分實現(xiàn)了以下功能：按下 口鍵， LED顯示溫度值增 1℃ ；按下 口鍵， LED 的后兩位顯示溫度值減 1℃ ； 按下 口鍵 溫度差增加 1℃ 。 調(diào)試過程中出現(xiàn)了當按鍵時間過長時，設(shè)置的溫度值不是增 加 1℃或者減 小 1℃ 而是增加后減少幾個值，出現(xiàn)這種情況的主要原因 可能是按鍵的去抖動延時時間過長造成，改進方法為將對應(yīng)的按鍵去抖動延時時間適量增加，但也不應(yīng)過長，否則將出現(xiàn)按鍵無效的情形。 系統(tǒng)顯示部分實現(xiàn)了以下功能： LED 顯示的前 三 位實現(xiàn)了環(huán)境溫度整山東科技大學學士學位論文 系統(tǒng)調(diào)試 39 數(shù)部分 與小數(shù)部分 的連續(xù)顯示， LED 的后兩位能根據(jù)按鍵的調(diào)整顯示所需要的設(shè)計溫度。且 LED 的顯示效果很好，很穩(wěn)定。 傳感器 DS18B20 溫度采集部分調(diào)試 將 DS18B20 芯片接在系統(tǒng)板對應(yīng)的 口，通過插針在對應(yīng)系統(tǒng)板的右下側(cè)三口即為對應(yīng)的 VCC、 和 GND，可將芯片直接插在該插針上，因此即為方便。系統(tǒng)調(diào)試中為驗證 DS18B20 是否能在系統(tǒng)板上工作，將手心靠攏或者捏住芯片，即可發(fā)現(xiàn) LED 顯示的前兩位溫度也迅速升高，驗證了 DS18B20 能在系統(tǒng)板上工作。由于 DS18B20 為 3 個引腳，因此在調(diào)試過程中因注意其各個引腳的對應(yīng)位置，以免將其接反而是芯片不能工作甚至燒毀芯片。 電動機調(diào)速電路部分調(diào)試 系統(tǒng)本部分的設(shè)計中重在軟件設(shè)計，因為外圍的驅(qū)動電路只是將 送來的 PWM 信號放大從而驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。系統(tǒng)軟件設(shè)置在 口輸出使電機轉(zhuǎn)動的 PWM 占空比，當環(huán)境溫度高于設(shè)置溫度時，電機開始轉(zhuǎn)動，若此時用高于環(huán)境溫度的熱源靠近測溫芯片 DS18B20 時，發(fā)現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)速在升高，并越來越快，當達到一定值時，發(fā)現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)速不再升高；將熱源離開測溫芯片 DS18B20 時，發(fā)現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)速開始下降，轉(zhuǎn)速達到一定值時，若將設(shè)置溫度升高到環(huán)境溫度以上，發(fā)現(xiàn)電機又停止了轉(zhuǎn)動。系統(tǒng)采用的直流電機為 12V 的額定電壓，而該驅(qū)動電路在采用單片機電源時的輸出電壓最高不過 5V，因此在調(diào)試過程中只采用了原 有的 5V直流電機來調(diào)試，且得到了可觀的控制效果。 系統(tǒng)功能 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能 山東科技大學學士學位論文 系統(tǒng)調(diào)試 40 本系統(tǒng)能 夠 實現(xiàn)單片機系統(tǒng)檢測環(huán)境溫度的變化，然后根據(jù)環(huán)境溫度變化來控制 風扇 直流電機輸入占空比 的變化，從而 產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)動速度，亦可根據(jù)鍵盤調(diào)節(jié)不同的設(shè)置 開啟 溫度，再由環(huán)境溫度與設(shè)置溫度的差值來控制電機。當環(huán)境溫度低于設(shè)置溫度時，電機停止轉(zhuǎn)動；當環(huán)境溫度高于設(shè)置溫度時，單片機對應(yīng)輸出口輸出不同占空比的 PWM 信號，控制電機開始轉(zhuǎn)動，并隨著環(huán)境溫度與設(shè)置溫度的差值的增加電機的轉(zhuǎn)速逐漸升高。 系統(tǒng) 能動態(tài)的顯示當前溫度和 設(shè)置溫度，并能通過鍵盤調(diào)節(jié)當前的設(shè)置溫度。 系統(tǒng)設(shè)置了不同的溫度差，當溫度每升高一個溫度差的大小，風扇的檔 位 會相應(yīng)的加大一檔，所處的當前檔位會通過數(shù)碼管顯示出來。 系統(tǒng)功能分析 系統(tǒng)總體上由五部分來組成，既按鍵與復位電路、數(shù)碼管顯示電路、溫度檢測電路、電機驅(qū)動電路。首先 考慮 的是溫度檢測電路，該部分是整個系統(tǒng)的首要部分，首先要檢測到環(huán)境溫度，才能用單片機來判斷溫度的高低，然后通過單片機控制直流 風扇 電機的轉(zhuǎn)速；其次是電機驅(qū)動電路，該部分需要使用外圍電路將單片機輸出的 PWM 信號轉(zhuǎn)化為平均電壓輸出，根據(jù)不 同的 PWM 波形得到不同的平均電壓，從而控制電機的轉(zhuǎn)速，電路的設(shè)計中 采用了達林頓反向驅(qū)動器 ULN2803，實現(xiàn)較好的控制效果；再次是數(shù)碼管的動態(tài)顯示電路，該部分的功能實現(xiàn)對環(huán)境溫度和設(shè)置溫度的顯示，其中 DS18B20 采集環(huán)境溫度，按鍵實 現(xiàn)不同設(shè)置溫度的調(diào)整，實現(xiàn)了對環(huán)境溫度和設(shè)置溫度的及時連續(xù)顯示 。山東科技大學學士學位論文 總結(jié)與建議 41 總結(jié)與建議 本次 設(shè)計的 系統(tǒng)以單片機為控制核心， 以溫度傳感器 DS18B20 檢測環(huán)境溫度， 實現(xiàn)了根據(jù)環(huán)境溫度 變化 調(diào)節(jié)不同的 風扇 電機轉(zhuǎn)速，在一定范圍能能實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的連續(xù)調(diào)節(jié)， LED 數(shù)碼管 能連續(xù)穩(wěn)定的顯示環(huán)境溫度和設(shè)置開啟 溫度 ， 溫度差以及開啟溫度。 并能通過 三 個獨立按鍵 調(diào)節(jié)不同的設(shè)置溫度 和溫度差的大小 ，從而改變環(huán)境溫度與設(shè)置溫度的差值，進而改變電機轉(zhuǎn) 速 。 實現(xiàn)了基于單片機的溫控風扇的設(shè)計。 本系統(tǒng)設(shè)計可推廣到各種電動機的控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)電動機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。在生產(chǎn)生活中，本系統(tǒng) 可 用于簡單的日常風扇的智能控制，為生活帶來便利；在工業(yè)生產(chǎn)中，可以改變不同的輸入信號，實現(xiàn)對不同信號輸入控制電機的轉(zhuǎn)速，進而實現(xiàn)生產(chǎn)自動化，如在電力系統(tǒng)中可以根據(jù)不同的負荷 達 到不同的電壓信號，再由電壓信號調(diào)節(jié)不同的發(fā)電機轉(zhuǎn)速，進而調(diào)節(jié)發(fā)電量，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動 化調(diào) 節(jié) 。綜上所述，該系統(tǒng)的設(shè)計和研究在社會生產(chǎn)和生活中具有重要地位。 經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計，我覺得自己學到了不少東西。歸納起來，主要有以下幾點： （ 1） 大學 期間主要是學習 基礎(chǔ)理論知識，并未真正地去應(yīng)用和實踐。但是經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計，我接觸 到了更多平時沒有接觸到的儀器設(shè)備、元器件以及相關(guān)的使用調(diào)試經(jīng)驗 。 （ 2） 畢業(yè)設(shè)計能夠從理論設(shè)計和工程實踐相結(jié)合、鞏固基礎(chǔ)知識與培養(yǎng)創(chuàng)新意識相結(jié)合、個人作用和集體協(xié)作相結(jié)合等方面全面的培養(yǎng)學生的綜合 素質(zhì)。這些 對 我在將來的工作和學習當中都會有很大的幫助 。山東科技大學學士學位論文 參考文獻 42 參考文獻： [1] 趙繼文 . 傳感器與應(yīng)用電路設(shè)計 [M]. 北京 ： 科學出版社 . 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Applied Energy, 87(2021):1929– 1933.山東科技大學學士學位論文 致謝 43 致 謝 不知不覺大學四年就要結(jié)束了， 在此畢業(yè)論文完成之際， 感謝我的家人對我大學四年學習的默默支持 ， 感謝我的母校山東科技大學。大學四年學習時光已經(jīng)接近尾聲，在此我想對我的母校，我的父母、親人們，我的老師和同學們表達我了我在大學四年深造的機會，讓我能繼續(xù)學習和提高 ：感謝山東科技大學的老師和同學們四年來的關(guān)心和鼓勵。老師們課堂上的激情洋溢，課堂下的諄諄教誨 。同學們在學習中的認真熱情，生活上的熱心主動，所有這些都讓我的四年充滿了感動。在本次畢業(yè)論文中， 首先，也是最主要感謝的是我的指導老師， 盧文娟 老師 ， 在整個過程中 她 給了我很大的幫助，在論文提綱制定時，我的思路不是很清晰，經(jīng)過老師的幫忙，讓我具體寫作時思路頓時清晰。在完成初稿后 ，老師認真查看了我的文章，指出了我存在的很多問題。在此十分感謝盧 老師的細心指導，才能讓我順利完成畢業(yè)論文 ，在此謹向 盧 老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。感謝在整個畢業(yè)設(shè)計期間和我密切合作的同學，和曾經(jīng)在各個方面給予過我?guī)椭幕锇閭儯诖耍以僖淮握嬲\地向幫助過我的 自動化學院的 老師和同 學表示感謝 ! 祝山東科技大學校運昌隆！