基于单片机智能温控风扇系统的设计
基于单片机智能温控风扇系统的设计[20200406140220]
摘要
温度控制是生活中的重要组成部分,在各行各业都有重要的应用,而要做好温度控制，首先要做好温度测量。要把温度控制在某些数值，是实际生活生产中的重要前提。因此温度控制对于工业生产是极其重要的一个因素。
本课题设计了一款智能温控调速风扇，利用的是89C52单片机进行控制，说明了此风扇系统的工作原理、软硬件设计和要实现的目的。主要利用数字温度传感器采集温度DS18B20，发送给单片机进行处理，进而单片机控制LCD显示和风扇的启停以档位。本文中详细说明了该系统的每个部分的结构和功能，还画软件设计思路的流程图，解释程序的内容。对电路进行仿真和修改时使用的是应用proteus仿真软件，使用c语言作为编程手段，使用keil进行程序的调试。本系统的结构简单，成本也不高，节能环保以及能安全稳定的工作。对于自动化控制电扇这一个处理，可以使得电器更加人性化、智能化，具有一定的实用性。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:温度智能89C52DS18B20
目录
1.绪论 1
1.1引言 1
1.2研究的背景和意义 1
1.3 国内外温度控制技术发展概述 2
2.整体方案的设计 3
2.1 方案论证 3
2.2 系统总体方案设计 3
3.系统硬件设计 4
3.1 主控电路 4
3.1.1 控制核心的选择方案 4
3.1.2 单片机的种类和选择 4
3.1.3 89C52单片机的简介 5
3.2 温度采集电路 7
3.2.1 温度传感器方案设计 7
3.2.2 DS18B20与单片机的接口电路 8
3.3 显示电路 10
3.4 风扇电机驱动与调速电路 11
3.5 开关复位电路 12
4.系统软件设计 13
4.1 DS18B20温度传感器子程序设计 13
4.2 LCD显示子程序设计 16
4.3 上下限温度设定子程序设计 18
4.4 电机控制子程序设计 19
4.5 系统主程序设计 21
5.显示结果分析 24
5.1 系统软件仿真分析 24
5.2 系统硬件显示分析 24
结束语 26
致谢 27
参考文献 28
附录 29
1.绪论
1.1引言
自2000年开始，迅猛发展的高新科学技术构成了一个信息化的时代。微型单片机技术等各种电子技得到了空前的广泛应用，随着这些高新科学技术的不断发展，需要满足各种环境因素才能很好的将这些技术应用，温度恰恰就是其中一员[1]。温度在平时的生活生产中已经越来越重要了，到达了一种不得不可忽视的地步，所以为了控制好温度的变化，温度的测量和控制技术才能慢慢的发展，在各行各业正常的生活生产中起到了重要的作用。像在工业生产中，为了工业生产的正常运行工作的需求，需要确保机器的正常工作需要，需要对环境温度进行测量和控制。在农业中，很多农民也运用此技术开发了恒温大棚，使各种蔬菜一年四季都能正常的生产。
温度控制在工业自动化控制中有着重要的作用，尤其是在高精度的方面，对于温度都有着很严格的温度控制需求。与此温度测量是温度控制当中不可或缺的一环，进而才能对温度的准确控制。为了确保实际生活生产的安全有效，需要把温度控制在各种理想范围之中。所以温度控制是极其需要控制的一个生产因素。
1.2研究的背景和意义
特别对于石油化工等温度高需求的领域，温度是工业控制中被控制的决定性因素之一，起着重要的作用。在不同场合中，所需要的温度需要和精确度都有严格要求，所以需要不同的测温元件，测温方式以及温度控制的方法。对于节能环保、提高生产效率、产品质量、安全生产等等，温度的测量和控制都可能是直接的影响关系。所以温度的测量和控制技术是一个有研究前景的方向。
过去的在温度测量和控制方面的技术不够精准，如果继续沿用下去，就不能确保现代生活生产的高要求，影响正常的工作环境需求。
在微型计算机和微电子技术的迅猛发展中，微机测量和控制的技术有着使用方便、逻辑简单、控制灵活及性价比高等优点，因此这方面发展迅猛和被广泛应用于各种场合[2]。在许多电脑控制技术的智能仪表和测控系统使用之后，使得传统仪器仪表设备发生跟不上世界的发展同时也为了自动化智能化发展奠定了坚定的基础[3]。
在工业生产、科研和日常生活中，被控参数温度是一个极其重要和普遍的。任何物理化学过程都会被温度各种各样的影响。从过程量的检测角度出发，温度是最常见的过程变量之一，它是一个非常重要的过程变量，因为它直接影响燃烧、化学反映、发酵、烘烤等物理及化学过程。而恒温控制技术在诸多领域都有着广泛的应用，由于实际情况具有复杂、运行惯性大、参数多变、控制滞后等不同不确定因素，对控制调节器有着很高的要求。温度控制不好就可能发生各种不能预期的一系列问题。
1.3 国内外温度控制技术发展概述
1970年以来，温度在工业控制过程所引起的极其需求，从而促使计算机技术和微电子技术的迅猛前行以及自动控制理论和设计方法的发展，世界温度控制系统发展被推向了一个高潮，尤其是在智能化、自适应、小型化、参数调整等方面得到了明显的研究结果[4]。在智能温控研究中，以美国、德国、瑞典等国技术遥遥超过其他国家，都可以生产出一批供市场使用的的温度控制器，性能稳定，可以安全使用，从而促使了大量的应用。
目前，国外温度控制系统及仪表在高精度智能化、小型化等方向发展迅速。
在国内各行各业虽然对于温度控制系统的使用已经十分广泛，但从自主生产技术来说，和国外在这方面有着先进技术的国家比较，仍然存在很大的距离，总体发展水平不高。目前，我国在这方面的总体技术层次还只能主要生产常规的PID控制器以及“点位”控制，只可以被使用于一些容易被控制的场合，对于一些控制滞后、复杂、时变温度系统，国内的温度控制器就很难达到预期很好的效果。而在某些高要求的控制场合，国内智能化、自适应控制仪表技术还远远不足以得到要求，可以生产成商品上市并供市场应用广泛的控制仪器仪表更是少之又少。由此可见，我国在智能化温度控制等仪器仪表中与国外相比较，存在很大的距离，还是处于20世纪80年代中后期的落后水平。
2.整体方案的设计
2.1 方案论证
本课题要展示的是直流风扇的智能温度控制[5]，使风扇能根据周围环境温度的变化自动开启，也能人为改变其转速和启停。因此需要对温度变化比较灵敏和稳定的档位控制系统[6]。
2.2 系统总体方案设计
本课题的总体思路是：采用温度传感器DS18B20测量用户所需要控制温度的环境温度[7]，由于此传感器发送给单片机的是数字信号[8]，使得单片机可以直接对该信号进行处理，进而让单片机控制LCD显示屏显示用户设计的警戒温度记忆实际测量的温度[9]。其中测量温度和预设温度都是以整数形式显示[10]。同时采用PWM脉宽调制方式来预设几个风扇转速档位[11]，可以人为的控制理想的转速。预设温度首先通过设定按键开始设定[12]，再通过加减按键设定成所需温度[13]，最后通过确定按键设定最终的预定温度。最后通过驱动芯片驱动电机转动[14]。系统结构框图如图2-1所示。
图2.1系统结构框图
3.系统硬件设计
3.1 主控电路
3.1.1 控制核心的选择方案
方案一：电压比较电路。比较电路由几个集成运放组成，当传送给热敏电阻测量得到的温度模拟量经过信号放大和转化变成的数字信号量时，电压比较电路就会起到判断电扇是否启动的作用，当温度高于预设温度时就会启动。
方案二：单片机。使用现有软件编写C语言程序来实现判断系统的各种功能[15]，并输出控制信号。
对比方案一，电压比较电路只需要简单地构建电路，不要编写程序，方便快捷，但是由于过于单一的控制方式，使得无法满足用户各种温度控制的需求，故不采用。
对比方案二，使用单片机能将各种功能高度集成化，一边采集温度传感器的数字信号量进行处理，同时控制LCD显示屏显示所需字符以及控制风扇的启停和转动速度。还能简单的修改用户所需控制的温度大小。
摘要
温度控制是生活中的重要组成部分,在各行各业都有重要的应用,而要做好温度控制，首先要做好温度测量。要把温度控制在某些数值，是实际生活生产中的重要前提。因此温度控制对于工业生产是极其重要的一个因素。
本课题设计了一款智能温控调速风扇，利用的是89C52单片机进行控制，说明了此风扇系统的工作原理、软硬件设计和要实现的目的。主要利用数字温度传感器采集温度DS18B20，发送给单片机进行处理，进而单片机控制LCD显示和风扇的启停以档位。本文中详细说明了该系统的每个部分的结构和功能，还画软件设计思路的流程图，解释程序的内容。对电路进行仿真和修改时使用的是应用proteus仿真软件，使用c语言作为编程手段，使用keil进行程序的调试。本系统的结构简单，成本也不高，节能环保以及能安全稳定的工作。对于自动化控制电扇这一个处理，可以使得电器更加人性化、智能化，具有一定的实用性。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:温度智能89C52DS18B20
目录
1.绪论 1
1.1引言 1
1.2研究的背景和意义 1
1.3 国内外温度控制技术发展概述 2
2.整体方案的设计 3
2.1 方案论证 3
2.2 系统总体方案设计 3
3.系统硬件设计 4
3.1 主控电路 4
3.1.1 控制核心的选择方案 4
3.1.2 单片机的种类和选择 4
3.1.3 89C52单片机的简介 5
3.2 温度采集电路 7
3.2.1 温度传感器方案设计 7
3.2.2 DS18B20与单片机的接口电路 8
3.3 显示电路 10
3.4 风扇电机驱动与调速电路 11
3.5 开关复位电路 12
4.系统软件设计 13
4.1 DS18B20温度传感器子程序设计 13
4.2 LCD显示子程序设计 16
4.3 上下限温度设定子程序设计 18
4.4 电机控制子程序设计 19
4.5 系统主程序设计 21
5.显示结果分析 24
5.1 系统软件仿真分析 24
5.2 系统硬件显示分析 24
结束语 26
致谢 27
参考文献 28
附录 29
1.绪论
1.1引言
自2000年开始，迅猛发展的高新科学技术构成了一个信息化的时代。微型单片机技术等各种电子技得到了空前的广泛应用，随着这些高新科学技术的不断发展，需要满足各种环境因素才能很好的将这些技术应用，温度恰恰就是其中一员[1]。温度在平时的生活生产中已经越来越重要了，到达了一种不得不可忽视的地步，所以为了控制好温度的变化，温度的测量和控制技术才能慢慢的发展，在各行各业正常的生活生产中起到了重要的作用。像在工业生产中，为了工业生产的正常运行工作的需求，需要确保机器的正常工作需要，需要对环境温度进行测量和控制。在农业中，很多农民也运用此技术开发了恒温大棚，使各种蔬菜一年四季都能正常的生产。
温度控制在工业自动化控制中有着重要的作用，尤其是在高精度的方面，对于温度都有着很严格的温度控制需求。与此温度测量是温度控制当中不可或缺的一环，进而才能对温度的准确控制。为了确保实际生活生产的安全有效，需要把温度控制在各种理想范围之中。所以温度控制是极其需要控制的一个生产因素。
1.2研究的背景和意义
特别对于石油化工等温度高需求的领域，温度是工业控制中被控制的决定性因素之一，起着重要的作用。在不同场合中，所需要的温度需要和精确度都有严格要求，所以需要不同的测温元件，测温方式以及温度控制的方法。对于节能环保、提高生产效率、产品质量、安全生产等等，温度的测量和控制都可能是直接的影响关系。所以温度的测量和控制技术是一个有研究前景的方向。
过去的在温度测量和控制方面的技术不够精准，如果继续沿用下去，就不能确保现代生活生产的高要求，影响正常的工作环境需求。
在微型计算机和微电子技术的迅猛发展中，微机测量和控制的技术有着使用方便、逻辑简单、控制灵活及性价比高等优点，因此这方面发展迅猛和被广泛应用于各种场合[2]。在许多电脑控制技术的智能仪表和测控系统使用之后，使得传统仪器仪表设备发生跟不上世界的发展同时也为了自动化智能化发展奠定了坚定的基础[3]。
在工业生产、科研和日常生活中，被控参数温度是一个极其重要和普遍的。任何物理化学过程都会被温度各种各样的影响。从过程量的检测角度出发，温度是最常见的过程变量之一，它是一个非常重要的过程变量，因为它直接影响燃烧、化学反映、发酵、烘烤等物理及化学过程。而恒温控制技术在诸多领域都有着广泛的应用，由于实际情况具有复杂、运行惯性大、参数多变、控制滞后等不同不确定因素，对控制调节器有着很高的要求。温度控制不好就可能发生各种不能预期的一系列问题。
1.3 国内外温度控制技术发展概述
1970年以来，温度在工业控制过程所引起的极其需求，从而促使计算机技术和微电子技术的迅猛前行以及自动控制理论和设计方法的发展，世界温度控制系统发展被推向了一个高潮，尤其是在智能化、自适应、小型化、参数调整等方面得到了明显的研究结果[4]。在智能温控研究中，以美国、德国、瑞典等国技术遥遥超过其他国家，都可以生产出一批供市场使用的的温度控制器，性能稳定，可以安全使用，从而促使了大量的应用。
目前，国外温度控制系统及仪表在高精度智能化、小型化等方向发展迅速。
在国内各行各业虽然对于温度控制系统的使用已经十分广泛，但从自主生产技术来说，和国外在这方面有着先进技术的国家比较，仍然存在很大的距离，总体发展水平不高。目前，我国在这方面的总体技术层次还只能主要生产常规的PID控制器以及“点位”控制，只可以被使用于一些容易被控制的场合，对于一些控制滞后、复杂、时变温度系统，国内的温度控制器就很难达到预期很好的效果。而在某些高要求的控制场合，国内智能化、自适应控制仪表技术还远远不足以得到要求，可以生产成商品上市并供市场应用广泛的控制仪器仪表更是少之又少。由此可见，我国在智能化温度控制等仪器仪表中与国外相比较，存在很大的距离，还是处于20世纪80年代中后期的落后水平。
2.整体方案的设计
2.1 方案论证
本课题要展示的是直流风扇的智能温度控制[5]，使风扇能根据周围环境温度的变化自动开启，也能人为改变其转速和启停。因此需要对温度变化比较灵敏和稳定的档位控制系统[6]。
2.2 系统总体方案设计
本课题的总体思路是：采用温度传感器DS18B20测量用户所需要控制温度的环境温度[7]，由于此传感器发送给单片机的是数字信号[8]，使得单片机可以直接对该信号进行处理，进而让单片机控制LCD显示屏显示用户设计的警戒温度记忆实际测量的温度[9]。其中测量温度和预设温度都是以整数形式显示[10]。同时采用PWM脉宽调制方式来预设几个风扇转速档位[11]，可以人为的控制理想的转速。预设温度首先通过设定按键开始设定[12]，再通过加减按键设定成所需温度[13]，最后通过确定按键设定最终的预定温度。最后通过驱动芯片驱动电机转动[14]。系统结构框图如图2-1所示。
图2.1系统结构框图
3.系统硬件设计
3.1 主控电路
3.1.1 控制核心的选择方案
方案一：电压比较电路。比较电路由几个集成运放组成，当传送给热敏电阻测量得到的温度模拟量经过信号放大和转化变成的数字信号量时，电压比较电路就会起到判断电扇是否启动的作用，当温度高于预设温度时就会启动。
方案二：单片机。使用现有软件编写C语言程序来实现判断系统的各种功能[15]，并输出控制信号。
对比方案一，电压比较电路只需要简单地构建电路，不要编写程序，方便快捷，但是由于过于单一的控制方式，使得无法满足用户各种温度控制的需求，故不采用。
对比方案二，使用单片机能将各种功能高度集成化，一边采集温度传感器的数字信号量进行处理，同时控制LCD显示屏显示所需字符以及控制风扇的启停和转动速度。还能简单的修改用户所需控制的温度大小。
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