单片机的智能温控风扇系统的设计毕业论文
目录
一、 绪论 1
（一）研究本课题的目的和意义 1
（二）发展现状 2
二、整体方案选择 3
（一）温度传感器的选用 3
（二）主控机的选择 4
（三）显示器的选择 4
（四）调速方式的选择 5
三、系统硬件组成 6
（一）系统结构 6
（二）主控芯片介绍 6
（三）DS18B20温度采集电路 9
（四）显示电路 12
（五）风扇驱动电路 12
（六）按键模块 12
四、软件设计 13
（一）软件介绍 13
（二）主程序流程图 15
（三）DS18B20子程序流程图 15
（四）按键子程序流程图 16
五、调试 18
（一）按键显示部分的调试 18
（二）DS18B20温度采集部分调试 19
结 论 20
谢 辞 21
参考文献 22
附 录 23
附录1：protel原理图 23
附录2：源程序 24
一、 绪论
（一）研究本课题的目的和意义
随着社会的不断发展，电子产品在人们的日常生活中就变得更加的普及，为了满足人们对自己起居生活的要求，越来越多的产品制造商会选择去制作一款功能丰富，智能简便的电子产品，而这类的电子产品也会博得很多人的喜爱，因为这些产品的出现可以使得使用者的日常生活变得更加的方便与快捷，让人们能够真正去享受舒适的生活。
在人们的生活中，经常会用到用于制冷的电器或电子设备，比如：空调、电冰箱、电 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
风扇等等。在这些电器中，空调和电冰箱都有着自带的温度检测装置，主要就是为了判断当下温度是否与用户设定的温度一致，以及在不一致的情况下应该执行的动作。空调由于有着强大的制冷功能，老人和孩子在这个环境中很容易感冒，风扇的风温和适合体质较弱的人使用，但传统的电风扇采用机械方式进行控制，具有噪音大，功能少，功耗大，一般只能进行定时开关人们睡觉忘关风扇很容易感冒。又比如在功率比较大的电子产品散热方面，绝大部分都采用了智能的风冷系统，当温度达到了一定的温度值时，系统就会驱使制冷系统工作，从而使得相应环境下的温度能够维持在能够使得相关重要元器件正常工作的温度。有的电子产品需要保持较低的温度，则必须使用功率大、转速高、风量大的风扇当温度达到了一定的温度值时，系统就会驱使制冷系统工作，从而使得相应环境下的温度能够维持在能够使得相关重要元器件正常工作的温度。比如我们的笔记本电脑，其内部的散热装置就是根据这一个原理来实现的。而在实际的制造与生产过程中，有的电子产品保持低温度和低噪音，但风扇的噪音与功率成正比，不能够两全其美。
为了解决电风扇在实现温度检测与控电机上的功率问题，本人打算通过设计出一款低功耗的智能风扇温控系统来解决并攻克这一个难题。本设计主要是想通过单片机来控制温度传感器、直流电机、液晶显示模等设备，实现温度的检测与比较、自行更具温度比较的实际情况来调整电机的不同转速，并且在用户的界面上能够有着较为良好的用户与机器交流沟通的界面。
（二）发展现状
现代社会是一个电子信息化时代，智能温控在很多的行业得到了充分的利用。对周围的环境温度进行实时监控，并根据预设程序控制电机来改变温度。它的广泛的应用给人们生活方式带来了很大的改变。
温控风扇是通过对单片机这一固件进行程序的编写，然后通过外围电路与单片机引脚的连接来实现单片机控制外围电路的工作和功能切换等等。而今温控风扇更多的应用于智能家具当中，其中包括了自行测温与启动的风扇，还包括了语音控制的风扇，可见此类风扇的在当今生活中的应用极为普遍。 二、整体方案选择
（一）温度传感器的选用
方案一：选用热敏电阻作为本设计的温度采集元件，此时热敏电阻电阻的变化受到温度变化而变化是由于运算放大器而放大，进而引起输出电压的微弱电压变化信号，再经过模拟信号与数字信号转换芯片ADC0809使微弱电压变化的模拟信号转化为供单片机处理的数字信号。
方案二：选用热电偶作为本设计的温度采集元件，配合模拟信号与数字信号转换电路，运算放大电路。热电偶的输出电压随着周围环境的温度变化而变化，再通过放大电路将这个电压信号进行放大，单片机在处理信号时需要配合桥式电路，增加电路系统的复杂性，但该方案的测温范围较广。
方案三：选用温度传感器DS18B20作为本设计的温度采集元件，由于DS18B20内部能够直接进行模数转换，这时的单片机直接处理输出数字信号。
图2.1 DS18B20温度采电路
对于方案一:选用热敏电阻虽然有体积小，容易购买等优点，但热敏电阻对周围环境的温度细微变化不是那么的敏感，并且AD0809的分辨率只有8位，所以显示温度也只能显示到度，不能显示到小数。温度信号的放大、采集、信号模数转换过程中还会产生一些失真和误差，同时由于热敏电阻的阻值与环境温度的变化成线性关系，所测的温度值是通过某个公式计算而来的，存在一定的误差。虽然上述的误差可以通过一定电路予以纠正，可是这样会增加电路的复杂性，降低系统的稳定性。因此热敏电阻不适合作为本设计的温度采集元件。
对于方案二:虽然热电偶的测温范围广，但它测量准确度难以超高0.2度。在高温环境下，硬件容易放生氧化（还原）等现象，影响温度测量的准确性。使用热电偶时需要桥式电路的配合，增加电路的复杂性。测温的敏感性不高，例如，人体体温的细微的变化。考虑到电路的复杂性及温度采集的准确性，故不采用该方案。
对于方案三:DS18B20温度传感器与单片机端口接线方便，封装形式多样，体积小，用途广泛。与热敏电阻和热电偶相比较，它的温度分部能力更高，可直接在内部进行A/D转换不需要额外的电路设计。价格低廉，抗干扰能力强，性价比高。综合考虑，选用DS18B20温度传感器作为本设计的温度采集元件。
（二）主控机的选择
方案一：选用MSP430单片机作为本设计的主控机。MSP430单片机具有执行效率高、功率低、
方案二：选用C51单片机作为本设计的主控机。利用程序编程的预设值与I/O端口所采集的温度之间比较作出判断，根据判断的结果输出控制。
因MSP430系列比51单片机价格高很多，相对C51单片机而言性价比不高，它的处理速度很快，但本设计不需要高性能的处理器，从经济和方便使用角度考虑，本设计选择了方案二。对于方案二，把c51单片机作为主控机，利用编写好的程序不仅可以将DS18B20温度传感器感测到的温度值通过显示电路实时显示出来，并且用户可以通过独立键盘，自行预设上下限温度值，方便用户的使用。故本设计选用方案二。
一、 绪论 1
（一）研究本课题的目的和意义 1
（二）发展现状 2
二、整体方案选择 3
（一）温度传感器的选用 3
（二）主控机的选择 4
（三）显示器的选择 4
（四）调速方式的选择 5
三、系统硬件组成 6
（一）系统结构 6
（二）主控芯片介绍 6
（三）DS18B20温度采集电路 9
（四）显示电路 12
（五）风扇驱动电路 12
（六）按键模块 12
四、软件设计 13
（一）软件介绍 13
（二）主程序流程图 15
（三）DS18B20子程序流程图 15
（四）按键子程序流程图 16
五、调试 18
（一）按键显示部分的调试 18
（二）DS18B20温度采集部分调试 19
结 论 20
谢 辞 21
参考文献 22
附 录 23
附录1：protel原理图 23
附录2：源程序 24
一、 绪论
（一）研究本课题的目的和意义
随着社会的不断发展，电子产品在人们的日常生活中就变得更加的普及，为了满足人们对自己起居生活的要求，越来越多的产品制造商会选择去制作一款功能丰富，智能简便的电子产品，而这类的电子产品也会博得很多人的喜爱，因为这些产品的出现可以使得使用者的日常生活变得更加的方便与快捷，让人们能够真正去享受舒适的生活。
在人们的生活中，经常会用到用于制冷的电器或电子设备，比如：空调、电冰箱、电 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
风扇等等。在这些电器中，空调和电冰箱都有着自带的温度检测装置，主要就是为了判断当下温度是否与用户设定的温度一致，以及在不一致的情况下应该执行的动作。空调由于有着强大的制冷功能，老人和孩子在这个环境中很容易感冒，风扇的风温和适合体质较弱的人使用，但传统的电风扇采用机械方式进行控制，具有噪音大，功能少，功耗大，一般只能进行定时开关人们睡觉忘关风扇很容易感冒。又比如在功率比较大的电子产品散热方面，绝大部分都采用了智能的风冷系统，当温度达到了一定的温度值时，系统就会驱使制冷系统工作，从而使得相应环境下的温度能够维持在能够使得相关重要元器件正常工作的温度。有的电子产品需要保持较低的温度，则必须使用功率大、转速高、风量大的风扇当温度达到了一定的温度值时，系统就会驱使制冷系统工作，从而使得相应环境下的温度能够维持在能够使得相关重要元器件正常工作的温度。比如我们的笔记本电脑，其内部的散热装置就是根据这一个原理来实现的。而在实际的制造与生产过程中，有的电子产品保持低温度和低噪音，但风扇的噪音与功率成正比，不能够两全其美。
为了解决电风扇在实现温度检测与控电机上的功率问题，本人打算通过设计出一款低功耗的智能风扇温控系统来解决并攻克这一个难题。本设计主要是想通过单片机来控制温度传感器、直流电机、液晶显示模等设备，实现温度的检测与比较、自行更具温度比较的实际情况来调整电机的不同转速，并且在用户的界面上能够有着较为良好的用户与机器交流沟通的界面。
（二）发展现状
现代社会是一个电子信息化时代，智能温控在很多的行业得到了充分的利用。对周围的环境温度进行实时监控，并根据预设程序控制电机来改变温度。它的广泛的应用给人们生活方式带来了很大的改变。
温控风扇是通过对单片机这一固件进行程序的编写，然后通过外围电路与单片机引脚的连接来实现单片机控制外围电路的工作和功能切换等等。而今温控风扇更多的应用于智能家具当中，其中包括了自行测温与启动的风扇，还包括了语音控制的风扇，可见此类风扇的在当今生活中的应用极为普遍。 二、整体方案选择
（一）温度传感器的选用
方案一：选用热敏电阻作为本设计的温度采集元件，此时热敏电阻电阻的变化受到温度变化而变化是由于运算放大器而放大，进而引起输出电压的微弱电压变化信号，再经过模拟信号与数字信号转换芯片ADC0809使微弱电压变化的模拟信号转化为供单片机处理的数字信号。
方案二：选用热电偶作为本设计的温度采集元件，配合模拟信号与数字信号转换电路，运算放大电路。热电偶的输出电压随着周围环境的温度变化而变化，再通过放大电路将这个电压信号进行放大，单片机在处理信号时需要配合桥式电路，增加电路系统的复杂性，但该方案的测温范围较广。
方案三：选用温度传感器DS18B20作为本设计的温度采集元件，由于DS18B20内部能够直接进行模数转换，这时的单片机直接处理输出数字信号。
图2.1 DS18B20温度采电路
对于方案一:选用热敏电阻虽然有体积小，容易购买等优点，但热敏电阻对周围环境的温度细微变化不是那么的敏感，并且AD0809的分辨率只有8位，所以显示温度也只能显示到度，不能显示到小数。温度信号的放大、采集、信号模数转换过程中还会产生一些失真和误差，同时由于热敏电阻的阻值与环境温度的变化成线性关系，所测的温度值是通过某个公式计算而来的，存在一定的误差。虽然上述的误差可以通过一定电路予以纠正，可是这样会增加电路的复杂性，降低系统的稳定性。因此热敏电阻不适合作为本设计的温度采集元件。
对于方案二:虽然热电偶的测温范围广，但它测量准确度难以超高0.2度。在高温环境下，硬件容易放生氧化（还原）等现象，影响温度测量的准确性。使用热电偶时需要桥式电路的配合，增加电路的复杂性。测温的敏感性不高，例如，人体体温的细微的变化。考虑到电路的复杂性及温度采集的准确性，故不采用该方案。
对于方案三:DS18B20温度传感器与单片机端口接线方便，封装形式多样，体积小，用途广泛。与热敏电阻和热电偶相比较，它的温度分部能力更高，可直接在内部进行A/D转换不需要额外的电路设计。价格低廉，抗干扰能力强，性价比高。综合考虑，选用DS18B20温度传感器作为本设计的温度采集元件。
（二）主控机的选择
方案一：选用MSP430单片机作为本设计的主控机。MSP430单片机具有执行效率高、功率低、
方案二：选用C51单片机作为本设计的主控机。利用程序编程的预设值与I/O端口所采集的温度之间比较作出判断，根据判断的结果输出控制。
因MSP430系列比51单片机价格高很多，相对C51单片机而言性价比不高，它的处理速度很快，但本设计不需要高性能的处理器，从经济和方便使用角度考虑，本设计选择了方案二。对于方案二，把c51单片机作为主控机，利用编写好的程序不仅可以将DS18B20温度传感器感测到的温度值通过显示电路实时显示出来，并且用户可以通过独立键盘，自行预设上下限温度值，方便用户的使用。故本设计选用方案二。
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