单片机智能温控风扇的设计
目录
引言 1
一、系统方案设计 2
（一）产品功能分析 2
（二） 整体设计方案 2
二、单元模块的硬件设计 3
（一）电路硬件介绍 3
1.元件清单 3
2.AT89C52单片机的简介 3
3. DS18B20温度传感器的简介 5
（二）电路连接 6
1.开关复位电路 6
2.温度采集电路 7
3.数码管显示电路 8
4.独立键盘电路 9
三、软件设计 10
（一）编程思路 10
（二）主程序 10
（三）数字温度传感器模块 11
四、系统调试及制作过程 13
（一）软件调试 13
1.程序编写 13
2.基于Proteus的仿真 14
（二）硬件调试 19
1.按键显示部分的调试 19
2.传感器DS18B20温度采集部分调试 19
3.电动机调速电路部分调试 19
(三)实物展示 20
总 结 22
参考文献 23
致 谢 24
附录1：电路总图 25
附录2：源程序 26
引言
过去一段时间，社会日趋进步、科技日趋先进化，空调的价格逐渐平民化，已成为非常普遍的家用电器。而随着空调的普及，电风扇的地位似乎显得岌岌可危。可是事实并不是人们想象的那样，电风扇不但没有因为空调的冲击而退出市场，这些年的销售数量也呈现上升趋势。造成这种现象的原因不难总结：一是由于电风扇相对于空调来说体积较小而且价格相 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
对便宜，并且很省电，给生活带来的便携性更大。二是由于体弱群体，受不了空调强劲的制冷效果，所以选择制冷较为温和的电风扇。
我们常用的电风扇存在许多弊端，例如控制方式机械化，比较单一，各档风速的调节偏差较大等等问题。现在由于技术的不断改进，出现了一项优化这些弊端的机器：单片机。伴随着它的出现，许许多多利用单片机来控制的温度控制系统也随之诞生。它的原理十分简单，就是实现了风扇控制的智能化，让风扇会一切依据环境温度的改变而改变，当环境温度升高时，风扇会自动启动并提高转速，反之温度下降则会降低转速或停止。这样的设计不但改善了我们的生活水平和生活质量，同时还大大的起到了节约能源的效果，可谓一举多得。
我国电风扇的使用大多集中在人口密集的偏远农村地区或者山区，这些地区夏季由于高温难耐，一般都会选择电风扇来起到降温的效果。但是对于深处昼夜温差较大地区的人们来说，电风扇的使用会出现一种弊端：在入睡时很热人们开着风扇很快入睡，但当半夜气温降低的时候，人们由于进入熟睡状态，风扇会依然工作，这样就会一方面费电另一方面让人容易感冒。传统电风扇虽然有简易定时装置，能控制风扇在吹一段时间后自动停止，但是时间控制却不够灵活且不能及时随温度变化进行调整。再比如像一些工作时发热较大的产品的散热方面，目前很多都是利用了风冷系统来进行散热，原理是风扇的运转来使气体产生流动，从而起到给产品散热的效果而不至于产品发热过大从而损坏。一般来说，转速越快，功率越大，所产生的风量才会越大，从而才能起到更好的降温效果。但是同时噪音也会随着功率的增大而增大，这就导致了这种十分矛盾的问题。为了更好地处理这种矛盾，我们创造了这套智能温控风扇系统,这个系统工作原理是利用单片机对系统中的温度传感器进行有效控制，从而高效准确的依据用户所设置的温度自动的在对应的温度时进行各种调节，非常智能。
一、系统方案设计
（一）产品功能分析
此设计最核心的功能就体现在：智能化，自动化。其智能化与自动化就表现在它能够像人一样具有对温度自动调节功能，即根据环境温度调整转速大小来保持温度相对的稳定。利用数字传感器DS18B20采集周围环境的温度，通过外界温度变化自动调节风扇的转速，从而达到温度越高，风力越大；温度越低，风力越小的智能场面。
此课题涵盖了：（1）利用键盘将电风扇的风速设定为低档位和高档位（2）外界的环境温度低于设定的低档位值时，电风扇暂停工作（3）外界的环境温度处于低档位值和高档位值之间的温度时，电风扇轻缓的工作（4）外界的环境温度高于设定的高档位值时，电风扇高速工作。
（二） 整体设计方案
此方案的设计思路如图1.1所示：使用温度传感器DS18B20采集实时的气温，并传送至单片机，由此单片机根据内部程序做出必要的处理。使用按键设定来风扇的最高温度和最低温度值。由LED数码管显示在不同模式下的温度值。假设温度的最高限度H，最低限度L。当温度高于H时，单片机给出相应的PWM电压信号驱动直流电机，使风扇风速达到最大；当温度低于L时，单片机给出相应的PWM电压信号驱动直流电机，电扇会停止工作。当温度高于L低于H处于中间时，风扇缓慢运转，从而设定电风扇一系列不同转速。
图1.1 系统结构框图
二、单元模块的硬件设计
（一）电路硬件介绍
此次研究的内容涉及主要元器件包括型号为AT89C52的集成电路芯片、DS18B20温度传感器等等。有电阻、三极管、电容、拨码开关等辅助元件。
1. 元件清单
表1 元件清单表
2.AT89C52单片机的简介
型号为AT89C52的单片机装有两排直插封装（DIP），其管脚数量为40。此集成电路芯片的是由Atmel公司生产，应用了密度很大的存储技术，其不具有易失性，可和Intel公司的型号为MCS—51单片机的指示和管脚设置共同稳定工作。此单片机的九条特点：
（1）中央处理器的位数为8
（2）里面设有的字节数量为4K,并能进行频繁的撰写Flash，而且我们能进行很多回的改动。
（3）绝对非动性控制：0~24Hz，能提供时间信号
（4）单片机里面采用128B的储存设备
（5）能用以编程的I/O线的数量为32
（6）位数为16的定时器（可用于计数）有两个
（7）该集成电路芯片涵盖有6个中断源，可以将其中的两个提前使用
（8）一个双向传输的能编程的通道
（9）含有闲置和掉电两类可降低能耗的模式
我们可以看到：一般的I/O口（P0、P1、P2、P3口）的形式都是准双向的，在进行输入和输出时，其方式大相径庭，第一个可读取集成电路管脚的电压状态，第二个可纳入锁存设备的数据。如果让锁存器处于0或者1处，其所处的情况将很快传入管脚。进行输入时，若锁存器处于0位置，最终得不到管脚上的高电平数据。所以，当输入口采用准双向口时，必须让锁存器处于1位置（ 可叫做置输入方式），紧接着读取管脚，比如：在累加器A中纳入P1口的工作情况时，要进行如下的指令：
图3.2 DS18B20模块程序流程图
DS18B20芯片功能命令表如下：
上限值设定：
下限值设定：
检测到环境温度为20.7摄氏度，风扇未运转；通过温度传感器DS18B20提高环境温度为21.2摄氏度，风扇开始缓慢运转。如下图所示。
引言 1
一、系统方案设计 2
（一）产品功能分析 2
（二） 整体设计方案 2
二、单元模块的硬件设计 3
（一）电路硬件介绍 3
1.元件清单 3
2.AT89C52单片机的简介 3
3. DS18B20温度传感器的简介 5
（二）电路连接 6
1.开关复位电路 6
2.温度采集电路 7
3.数码管显示电路 8
4.独立键盘电路 9
三、软件设计 10
（一）编程思路 10
（二）主程序 10
（三）数字温度传感器模块 11
四、系统调试及制作过程 13
（一）软件调试 13
1.程序编写 13
2.基于Proteus的仿真 14
（二）硬件调试 19
1.按键显示部分的调试 19
2.传感器DS18B20温度采集部分调试 19
3.电动机调速电路部分调试 19
(三)实物展示 20
总 结 22
参考文献 23
致 谢 24
附录1：电路总图 25
附录2：源程序 26
引言
过去一段时间，社会日趋进步、科技日趋先进化，空调的价格逐渐平民化，已成为非常普遍的家用电器。而随着空调的普及，电风扇的地位似乎显得岌岌可危。可是事实并不是人们想象的那样，电风扇不但没有因为空调的冲击而退出市场，这些年的销售数量也呈现上升趋势。造成这种现象的原因不难总结：一是由于电风扇相对于空调来说体积较小而且价格相 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
对便宜，并且很省电，给生活带来的便携性更大。二是由于体弱群体，受不了空调强劲的制冷效果，所以选择制冷较为温和的电风扇。
我们常用的电风扇存在许多弊端，例如控制方式机械化，比较单一，各档风速的调节偏差较大等等问题。现在由于技术的不断改进，出现了一项优化这些弊端的机器：单片机。伴随着它的出现，许许多多利用单片机来控制的温度控制系统也随之诞生。它的原理十分简单，就是实现了风扇控制的智能化，让风扇会一切依据环境温度的改变而改变，当环境温度升高时，风扇会自动启动并提高转速，反之温度下降则会降低转速或停止。这样的设计不但改善了我们的生活水平和生活质量，同时还大大的起到了节约能源的效果，可谓一举多得。
我国电风扇的使用大多集中在人口密集的偏远农村地区或者山区，这些地区夏季由于高温难耐，一般都会选择电风扇来起到降温的效果。但是对于深处昼夜温差较大地区的人们来说，电风扇的使用会出现一种弊端：在入睡时很热人们开着风扇很快入睡，但当半夜气温降低的时候，人们由于进入熟睡状态，风扇会依然工作，这样就会一方面费电另一方面让人容易感冒。传统电风扇虽然有简易定时装置，能控制风扇在吹一段时间后自动停止，但是时间控制却不够灵活且不能及时随温度变化进行调整。再比如像一些工作时发热较大的产品的散热方面，目前很多都是利用了风冷系统来进行散热，原理是风扇的运转来使气体产生流动，从而起到给产品散热的效果而不至于产品发热过大从而损坏。一般来说，转速越快，功率越大，所产生的风量才会越大，从而才能起到更好的降温效果。但是同时噪音也会随着功率的增大而增大，这就导致了这种十分矛盾的问题。为了更好地处理这种矛盾，我们创造了这套智能温控风扇系统,这个系统工作原理是利用单片机对系统中的温度传感器进行有效控制，从而高效准确的依据用户所设置的温度自动的在对应的温度时进行各种调节，非常智能。
一、系统方案设计
（一）产品功能分析
此设计最核心的功能就体现在：智能化，自动化。其智能化与自动化就表现在它能够像人一样具有对温度自动调节功能，即根据环境温度调整转速大小来保持温度相对的稳定。利用数字传感器DS18B20采集周围环境的温度，通过外界温度变化自动调节风扇的转速，从而达到温度越高，风力越大；温度越低，风力越小的智能场面。
此课题涵盖了：（1）利用键盘将电风扇的风速设定为低档位和高档位（2）外界的环境温度低于设定的低档位值时，电风扇暂停工作（3）外界的环境温度处于低档位值和高档位值之间的温度时，电风扇轻缓的工作（4）外界的环境温度高于设定的高档位值时，电风扇高速工作。
（二） 整体设计方案
此方案的设计思路如图1.1所示：使用温度传感器DS18B20采集实时的气温，并传送至单片机，由此单片机根据内部程序做出必要的处理。使用按键设定来风扇的最高温度和最低温度值。由LED数码管显示在不同模式下的温度值。假设温度的最高限度H，最低限度L。当温度高于H时，单片机给出相应的PWM电压信号驱动直流电机，使风扇风速达到最大；当温度低于L时，单片机给出相应的PWM电压信号驱动直流电机，电扇会停止工作。当温度高于L低于H处于中间时，风扇缓慢运转，从而设定电风扇一系列不同转速。
图1.1 系统结构框图
二、单元模块的硬件设计
（一）电路硬件介绍
此次研究的内容涉及主要元器件包括型号为AT89C52的集成电路芯片、DS18B20温度传感器等等。有电阻、三极管、电容、拨码开关等辅助元件。
1. 元件清单
表1 元件清单表
2.AT89C52单片机的简介
型号为AT89C52的单片机装有两排直插封装（DIP），其管脚数量为40。此集成电路芯片的是由Atmel公司生产，应用了密度很大的存储技术，其不具有易失性，可和Intel公司的型号为MCS—51单片机的指示和管脚设置共同稳定工作。此单片机的九条特点：
（1）中央处理器的位数为8
（2）里面设有的字节数量为4K,并能进行频繁的撰写Flash，而且我们能进行很多回的改动。
（3）绝对非动性控制：0~24Hz，能提供时间信号
（4）单片机里面采用128B的储存设备
（5）能用以编程的I/O线的数量为32
（6）位数为16的定时器（可用于计数）有两个
（7）该集成电路芯片涵盖有6个中断源，可以将其中的两个提前使用
（8）一个双向传输的能编程的通道
（9）含有闲置和掉电两类可降低能耗的模式
我们可以看到：一般的I/O口（P0、P1、P2、P3口）的形式都是准双向的，在进行输入和输出时，其方式大相径庭，第一个可读取集成电路管脚的电压状态，第二个可纳入锁存设备的数据。如果让锁存器处于0或者1处，其所处的情况将很快传入管脚。进行输入时，若锁存器处于0位置，最终得不到管脚上的高电平数据。所以，当输入口采用准双向口时，必须让锁存器处于1位置（ 可叫做置输入方式），紧接着读取管脚，比如：在累加器A中纳入P1口的工作情况时，要进行如下的指令：
图3.2 DS18B20模块程序流程图
DS18B20芯片功能命令表如下：
上限值设定：
下限值设定：
检测到环境温度为20.7摄氏度，风扇未运转；通过温度传感器DS18B20提高环境温度为21.2摄氏度，风扇开始缓慢运转。如下图所示。
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