单片机的声控电风扇的设计
目 录
引言 1
一、系统整体设计 1
二、元器件介绍 2
（一）、STC89C52单片机 2
（二）、LM393的介绍 3
（三）、ULN2003的介绍 4
三、硬件电路设计 4
（一）单片机的最小系统 4
（二）手控设计 4
（三）声控模块设计 5
（四）电机驱动设计 5
（五）供电部分设计 6
四、系统软件设计 6
五、软件仿真 8
总结 11
附录一：系统整体原理图 12
附录二：系统PCB布线图 13
附录三：系统源程序 14
参考文献 17
致 谢 18
引言
风扇又称电扇，主要用于散热，夏天纳凉取于风扇为最佳,也可用于驱散屋内热气。每年夏季将至,即五月份左右，自然环境温度逐渐上升,那到了酷夏，更是炎热。那在这炎热的夏季怎样才能让空气中的温度降低呢？由于科技的进步，纳凉的工具应运而生，其中空调是使用最为最智能且方便的。但同时带来的是高额的费用，而且给
人们带来“空调病”，关节炎等一些疾病。
由于电风扇有史以来都以低廉的价格来销售,所以人们正常都通宵达旦的使用，放置进处时间较长会引起关节疼痛，正常应放置床位一米左右。而老式的电风扇要起来开关和换挡比较麻烦。而新颖的声控电扇比老式的风扇控制更为简洁，它无需任何红外线装置去控制，只需要发出声响，即可改变电风扇的风量及停机.
对于电风扇市场而言，在国内严重受到了空调的威胁，但前景依 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
然广阔，不仅仅是在落后偏远的乡镇地区，就连经济发达的城镇地区，依然能见到电风扇。所以电风扇依旧是炎炎的夏日不可缺少纳凉工具，它相对于空调价格便宜、易于维修、便等携带方便等的先天优势，因此前景依然广阔。
本设计主要能实现的功能如下：
1、本设计主要有两种工作模式：手动模式和声控模式。
2、能够实现调速，风速分为四档，0档、1档、2档、3档，利用四个发光二极管分别指示四个档位的工作状态。
3、在手动模式下，有四个档位键，按下其中一个，就切换到相应的档位。
4、在声控模式下，每发出一次响声，转速加一，当达到3档时，发出声响，切换到0档。
一、系统整体设计
本设计主要采用MCS-51系列单片机作为主控芯片，由P6连接的声音模块供给单片机一微弱的电压信号，而这信号需要放大器放大再由电压比较器转换为高低平信号在输送给单片机。由单片机的P2.0口给外接芯片ULN2003一个翻转的脉冲信号送给电机进而控制转动。
系统基本结构如图1所示，主要有单片机主控模块、按键模块、声音传感器模块、电机驱动模块这几个模块，下面将对各个模块的设计方案逐一进行设计。
主控部分 ：主要采用的单片机是C51系类的，该单片机具有高性能的8位单片机，可靠性较高，可反复擦写只读程序存储器和随机存取数据存储器（RAM），价格便宜，且无法解密，32个并行I/O接口，而且单片机具有在线编程、调试的特性，方便进行程序的下载与调试，且此单片机通常运用在一些较复杂的控制系统中。
手动部分 ：主要采用四个开关按键，来显示出4个不同的档位，按下其中任意一个，就切换到相应的档位。
声控部分 ：利用驻立体话筒将接受到的声音信号转化为微弱的电压信号并通过
图1设计模块结构框图
放大器放大，再将此信号通过电压比较器（LM393）转换成高低信号送入单片机，经过双向稳压管变成翻转电平信号，然后传给单片机的外部中断口。
电机驱动部分 ：主要利用控制单片机内的定时器输出PWM波去控制步进电机，同时是使用ULN2003来驱动电机的运作。
二、元器件介绍
（一）、STC89C51单片机
图2 STC89C51单片机管脚图
如图2所示。
1. 高性能8位微处理器（CPU）。
2. 内部含8KB的可反复擦写,读取程序存储器。
3. 内部可以用来存放程序和储存原始数据和表格。
4. 4组8位共32个I/O口，可输出输入。
5. 内部的计数是以2个定时器或计数器来实现的，这两种方式可以单独运行，并根据的计算的结果来实现对计算机的控制。
6. 内部含有5个中断源的中断控制系统。
7. 内部有1个通用异步接收器的串行口用于实现单片机与微机或单机之间的串行通信。
8. 内部含有时钟电路和振荡器，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率为12MHz。18、19引脚。
（二）、LM393的介绍
LM393是一个宽频带比较器，具有输入电源电压范围比较宽，双电压高增益的特性。正常工作范围在2-36V之间。它的输出与CMOS，MOS，DTL，TTL 等兼容。当它的输入状态改变时，他的输入和输出之间会发生耦合，引起振荡。这种现象，即使是加入旁路滤波也完全不能去除振荡。但是可以利用减小输入电阻（小于10K），正加他的反馈量从而达到快速转换可在同时利用滞后来解决这一问题。如果输入信号是脉冲波形的话，波形如果类似于方形波，滞回就可以不需要了。
图3 LM393 引脚示意图
如图3所示：LM393芯片有8个引脚。
1、OUT1：比较器A输出端口。
2、IN1-：比较器A的反相输入端口。
3、IN1+: 比较器 A的同向输入端口。
4、GND: 电源的负级。
5、IN2+: 比较器 B的同向输入端口。
6、IN2-: 比较器 B 的反相输入端口。
7、IN2+: 比较器B的输出端口。
8、VCC：电源的正级。
（三）、ULN2003的介绍
如图4所示 ULN2003型是高压大电流达林顿晶体管阵列电路的输入脉冲占空比、输出的路数与输出电流的关系曲线，当输入脉冲比输出的占空比多时，他的输出电流下降。最终导致电路驱动能力的下降。
图4 ULN2003引脚示图
ULN2003芯片有16个引脚，1-7引脚与10-16脚集成7个反向器，内部集成了消线圈反电动势二级管，主要用于电机的驱动。其中8脚是电源的负级，9脚是电源的正极性。
三、硬件电路设计
（一）单片机的最小系统
图5所显示的是其单片机的时钟电路、复位电路以及单片机芯片这些组成了最小系统。其中单片机的18.19引脚是由一个12MHZ的晶振电路接入，作为基本指令所需时间的提供。单片机的复位电路接在9脚即输入端，此信号为高电平有效。按下此按键（S2）之后可以使单片机恢复到刚上电的初始状态。
图5 单片机最小系统
引言 1
一、系统整体设计 1
二、元器件介绍 2
（一）、STC89C52单片机 2
（二）、LM393的介绍 3
（三）、ULN2003的介绍 4
三、硬件电路设计 4
（一）单片机的最小系统 4
（二）手控设计 4
（三）声控模块设计 5
（四）电机驱动设计 5
（五）供电部分设计 6
四、系统软件设计 6
五、软件仿真 8
总结 11
附录一：系统整体原理图 12
附录二：系统PCB布线图 13
附录三：系统源程序 14
参考文献 17
致 谢 18
引言
风扇又称电扇，主要用于散热，夏天纳凉取于风扇为最佳,也可用于驱散屋内热气。每年夏季将至,即五月份左右，自然环境温度逐渐上升,那到了酷夏，更是炎热。那在这炎热的夏季怎样才能让空气中的温度降低呢？由于科技的进步，纳凉的工具应运而生，其中空调是使用最为最智能且方便的。但同时带来的是高额的费用，而且给
人们带来“空调病”，关节炎等一些疾病。
由于电风扇有史以来都以低廉的价格来销售,所以人们正常都通宵达旦的使用，放置进处时间较长会引起关节疼痛，正常应放置床位一米左右。而老式的电风扇要起来开关和换挡比较麻烦。而新颖的声控电扇比老式的风扇控制更为简洁，它无需任何红外线装置去控制，只需要发出声响，即可改变电风扇的风量及停机.
对于电风扇市场而言，在国内严重受到了空调的威胁，但前景依 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
然广阔，不仅仅是在落后偏远的乡镇地区，就连经济发达的城镇地区，依然能见到电风扇。所以电风扇依旧是炎炎的夏日不可缺少纳凉工具，它相对于空调价格便宜、易于维修、便等携带方便等的先天优势，因此前景依然广阔。
本设计主要能实现的功能如下：
1、本设计主要有两种工作模式：手动模式和声控模式。
2、能够实现调速，风速分为四档，0档、1档、2档、3档，利用四个发光二极管分别指示四个档位的工作状态。
3、在手动模式下，有四个档位键，按下其中一个，就切换到相应的档位。
4、在声控模式下，每发出一次响声，转速加一，当达到3档时，发出声响，切换到0档。
一、系统整体设计
本设计主要采用MCS-51系列单片机作为主控芯片，由P6连接的声音模块供给单片机一微弱的电压信号，而这信号需要放大器放大再由电压比较器转换为高低平信号在输送给单片机。由单片机的P2.0口给外接芯片ULN2003一个翻转的脉冲信号送给电机进而控制转动。
系统基本结构如图1所示，主要有单片机主控模块、按键模块、声音传感器模块、电机驱动模块这几个模块，下面将对各个模块的设计方案逐一进行设计。
主控部分 ：主要采用的单片机是C51系类的，该单片机具有高性能的8位单片机，可靠性较高，可反复擦写只读程序存储器和随机存取数据存储器（RAM），价格便宜，且无法解密，32个并行I/O接口，而且单片机具有在线编程、调试的特性，方便进行程序的下载与调试，且此单片机通常运用在一些较复杂的控制系统中。
手动部分 ：主要采用四个开关按键，来显示出4个不同的档位，按下其中任意一个，就切换到相应的档位。
声控部分 ：利用驻立体话筒将接受到的声音信号转化为微弱的电压信号并通过
图1设计模块结构框图
放大器放大，再将此信号通过电压比较器（LM393）转换成高低信号送入单片机，经过双向稳压管变成翻转电平信号，然后传给单片机的外部中断口。
电机驱动部分 ：主要利用控制单片机内的定时器输出PWM波去控制步进电机，同时是使用ULN2003来驱动电机的运作。
二、元器件介绍
（一）、STC89C51单片机
图2 STC89C51单片机管脚图
如图2所示。
1. 高性能8位微处理器（CPU）。
2. 内部含8KB的可反复擦写,读取程序存储器。
3. 内部可以用来存放程序和储存原始数据和表格。
4. 4组8位共32个I/O口，可输出输入。
5. 内部的计数是以2个定时器或计数器来实现的，这两种方式可以单独运行，并根据的计算的结果来实现对计算机的控制。
6. 内部含有5个中断源的中断控制系统。
7. 内部有1个通用异步接收器的串行口用于实现单片机与微机或单机之间的串行通信。
8. 内部含有时钟电路和振荡器，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率为12MHz。18、19引脚。
（二）、LM393的介绍
LM393是一个宽频带比较器，具有输入电源电压范围比较宽，双电压高增益的特性。正常工作范围在2-36V之间。它的输出与CMOS，MOS，DTL，TTL 等兼容。当它的输入状态改变时，他的输入和输出之间会发生耦合，引起振荡。这种现象，即使是加入旁路滤波也完全不能去除振荡。但是可以利用减小输入电阻（小于10K），正加他的反馈量从而达到快速转换可在同时利用滞后来解决这一问题。如果输入信号是脉冲波形的话，波形如果类似于方形波，滞回就可以不需要了。
图3 LM393 引脚示意图
如图3所示：LM393芯片有8个引脚。
1、OUT1：比较器A输出端口。
2、IN1-：比较器A的反相输入端口。
3、IN1+: 比较器 A的同向输入端口。
4、GND: 电源的负级。
5、IN2+: 比较器 B的同向输入端口。
6、IN2-: 比较器 B 的反相输入端口。
7、IN2+: 比较器B的输出端口。
8、VCC：电源的正级。
（三）、ULN2003的介绍
如图4所示 ULN2003型是高压大电流达林顿晶体管阵列电路的输入脉冲占空比、输出的路数与输出电流的关系曲线，当输入脉冲比输出的占空比多时，他的输出电流下降。最终导致电路驱动能力的下降。
图4 ULN2003引脚示图
ULN2003芯片有16个引脚，1-7引脚与10-16脚集成7个反向器，内部集成了消线圈反电动势二级管，主要用于电机的驱动。其中8脚是电源的负级，9脚是电源的正极性。
三、硬件电路设计
（一）单片机的最小系统
图5所显示的是其单片机的时钟电路、复位电路以及单片机芯片这些组成了最小系统。其中单片机的18.19引脚是由一个12MHZ的晶振电路接入，作为基本指令所需时间的提供。单片机的复位电路接在9脚即输入端，此信号为高电平有效。按下此按键（S2）之后可以使单片机恢复到刚上电的初始状态。
图5 单片机最小系统
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