单片机的智能温控风扇设计
目 录
引 言 1
一、智能控风电风扇概述 2
（一）智能控风电风扇的意义 2
（二）本课题主要研究内容 2
二、系统整体设计方案 2
（一）设计目标 2
（二）设计原理 2
（三）主要器件选型 3
三、系统硬件设计 4
（一）单片机最小系统 4
（二）液晶显示模块 4
（三）温度采集模块 5
（四）风扇驱动电路 6
（五）按键电路设计 7
四、系统软件设计 7
（一）主函数流程 8
（二）温度采集流程 9
（三）按键采集流程 10
五、系统调试 11
（一）Proteus软件介绍 11
（二）仿真原理图设计 12
（三）仿真运行结果分析 13
总 结 14
致 谢 15
参考文献 16
附 录 17
引言
随着电子业的不断发展，社会对生活用品的要求越来越高，各个行业都需要有发明创新并且运作可靠的来满足人们的需求。作为一种老家电，风扇曾经被认为是空调海浪下的过时品，但电风扇风扇的需求依然很高因为风扇相比空调就有价格便宜、摆放多样、体小轻巧能耗较低的特点至今一直给大众所喜爱。但老式的电风扇功能过于简单，不能满足日渐智能化的时代要求。现如今的电风扇产业日渐衰落前景不好，为提高电风扇的在市场上的竞争力，满足时代智能化的趋势，且更安全可靠，智能电风扇的概念给提出来。温度是衡量一个事物特征的重要数据之一，在一些昼夜温差大的地区里，传统电风扇不能改变自己的转速而适应周边环境，尤其在人们在熟睡 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
时，不但浪费电力资源，睡觉时一直吹电风扇还容易使人们生病感冒，这就是传统电风扇的弊端。鉴于传统风扇的这些缺点，我们需要设计出一款能够根据温度变化自动调节开关和风速的智能温控风扇。这类智能温控风扇不仅能应用于人们的日常生活中，而且能够用于散热需求大的电器设备中根据温度的变化自动调节风速促进设备的散热防止温度过高使设备烧坏的情况的发生。随着微型化技术的发展，可以将微型化的智能温控风扇应用于更多的微型化设备中。因此我设计了这个简易的智能温控风扇。
一、智能控风电风扇概述
（一）智能控风电风扇的意义
利用以单片机为核心的温度调节系统来对温度进行控制，这是一类用途很广的控制技术，将这种技术广泛应用于社会的各个领域，将会对人们的生活作出深远的改变。这种系统不仅具有控制方便、灵活可靠、成本低，性价比高等优点，而且能够大幅提高我国对温度控制的整体水平。
（二）本课题主要研究内容
研究主要内容：
1.单片机最小系统及外围电路的设计；
2.温度采集电路的设计；
3.数码管显示电路设计；
4.系统软件和硬件实现；
5.软件和硬件的仿真调试。
二、系统整体设计方案
（一）设计目标
1.实现环境温度采集；
2.根据采集的温度实现对风扇的自动控制；
3.能够实现调节点温度上下限设置；
4.实现系统的硬件电路设计和软件程序设计；
5.利用Protues软件对系统软件和硬件设计进行验证。
（二）设计原理
整个系统的原理是通过DS18B20温度传感器测得实时温度，然后通过A/D转换器把测得的实时温度数据转换成数字信号传递给单片机，单片机接收到数字信号后将信号数据进行优化处理，在显示模块上显示出温度数值和驱动风扇改变转动速度。利用按键设置温度调调节点上下限，当采集的温度值超过温度上限值时，风扇全速运转；当处于上下限之间时，风扇缓慢运转；当低于设置温度最低值时，关闭风扇。
（三）系统整个设计方案
整个智控风扇控制系统由以下几个部分：STC89C52单片机控制单元，温度采集单元，按键模块，数码管显示模块，风扇控制模块部分组成。电源模块为系统供电，按键模块调控温度极限，显示模块显示实时温度，温度模块采集温度传输给单片机系统，单片机对温度数据进行处理后控制风扇改变转速。系统结构见图2-1为所示。
图2-1 系统结构图
（四）主要器件选型
1．主控器件选型
方案一：AVR单片机。AVR不是一个简单的外设功能的叠加，但更多的模型以满足开发者的不同设计的实际需要，同时可以提供一个低成本的OTP芯片。PIC具有低功耗的睡眠功能、深度睡眠、上电、掉电复位电路、看门狗电路，外围设备，占用空间小并且具有成本低，安全技术也非常可靠的优点，可以最大程度地满足开发者的实际要求。因此，在工业控制，PIC单片机被广泛的应用到各行各业的控制中，其稳定性、系统功耗等都为广大开发者认可。相比同性能产品价格较高。
方案二：51系列单片机，51系列单片机具有功耗低、高性能等优点，内含4K字节Flash只读程序存储器，兼容MCS-51指令和80C5l引脚结构，功能强大的微型计算机的STC89C52为工业控制应用系统提供低成本、高可靠性的解决方案。它具有如下特点：128字节内部RAM，32个I/O口线，看门狗，两个16位定时和计数单元，一个5两级中断结构的向量，一个UART通信口，内部晶振和时钟电路。
根据系统实际需要，最终选择成本低廉，便于操作的51系列单片机，型号为STC89C52。
2.显示器件选型
本文涉及显示方案有以下两种。LCD液晶显示和采用七段数码管显示。液晶显示可以显示汉子、英文和数字；数码管适合在显示信息量较小的系统中使用，数码管适合显示数字。由以上可知，数码管显示电路最为简单/低廉，但是很难胜任汉字信息的显示，本设计中需要显示英文、数字和汉字信息。考虑到系统显示单一，显示信息的数量也较小，数码管可以满足显示的要求。通过综合考虑设计中选择数码管作为显示为器件，它价格低廉，操作和编程简单，可以满足系统显示的要求。
3.温度传感器选型
温度传感器选型方面。根据不同温度场合的要求设计中选择两种不同的温度传感器，当温度范围在在-55℃到+125℃之间时，选用单线数字温度传感器DS18B20进行温度数据采集温度在0-800℃之间时，本设计决定采用K型热电偶作为本系统的温度传感器。考虑到在实际的应用环境在室内，温度不会高于100℃，设计中选择DS18B20温度传感器实现对室内温度的采集。
图4-4按键实物图
五、系统调试
（一）Proteus软件介绍
Proteus 提供智能模拟仿真环境能够使实验具有高效性和准确性，同时提供多钟单片机芯片以及虚拟仪器，可以使开发者在PC上进行系统仿真，使得直接在PC上进行预开发成为可能。Proteus可以同时从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，能够真正实现了从概念到产品的完整设计。Proteus是一款可以将电路仿真软件、PCB设计和虚仿真合为一体的设计与开发的平台，处理器支持51单片机的仿真，软件开发环境支持IAR、Keil等环境的仿真。
引 言 1
一、智能控风电风扇概述 2
（一）智能控风电风扇的意义 2
（二）本课题主要研究内容 2
二、系统整体设计方案 2
（一）设计目标 2
（二）设计原理 2
（三）主要器件选型 3
三、系统硬件设计 4
（一）单片机最小系统 4
（二）液晶显示模块 4
（三）温度采集模块 5
（四）风扇驱动电路 6
（五）按键电路设计 7
四、系统软件设计 7
（一）主函数流程 8
（二）温度采集流程 9
（三）按键采集流程 10
五、系统调试 11
（一）Proteus软件介绍 11
（二）仿真原理图设计 12
（三）仿真运行结果分析 13
总 结 14
致 谢 15
参考文献 16
附 录 17
引言
随着电子业的不断发展，社会对生活用品的要求越来越高，各个行业都需要有发明创新并且运作可靠的来满足人们的需求。作为一种老家电，风扇曾经被认为是空调海浪下的过时品，但电风扇风扇的需求依然很高因为风扇相比空调就有价格便宜、摆放多样、体小轻巧能耗较低的特点至今一直给大众所喜爱。但老式的电风扇功能过于简单，不能满足日渐智能化的时代要求。现如今的电风扇产业日渐衰落前景不好，为提高电风扇的在市场上的竞争力，满足时代智能化的趋势，且更安全可靠，智能电风扇的概念给提出来。温度是衡量一个事物特征的重要数据之一，在一些昼夜温差大的地区里，传统电风扇不能改变自己的转速而适应周边环境，尤其在人们在熟睡 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
时，不但浪费电力资源，睡觉时一直吹电风扇还容易使人们生病感冒，这就是传统电风扇的弊端。鉴于传统风扇的这些缺点，我们需要设计出一款能够根据温度变化自动调节开关和风速的智能温控风扇。这类智能温控风扇不仅能应用于人们的日常生活中，而且能够用于散热需求大的电器设备中根据温度的变化自动调节风速促进设备的散热防止温度过高使设备烧坏的情况的发生。随着微型化技术的发展，可以将微型化的智能温控风扇应用于更多的微型化设备中。因此我设计了这个简易的智能温控风扇。
一、智能控风电风扇概述
（一）智能控风电风扇的意义
利用以单片机为核心的温度调节系统来对温度进行控制，这是一类用途很广的控制技术，将这种技术广泛应用于社会的各个领域，将会对人们的生活作出深远的改变。这种系统不仅具有控制方便、灵活可靠、成本低，性价比高等优点，而且能够大幅提高我国对温度控制的整体水平。
（二）本课题主要研究内容
研究主要内容：
1.单片机最小系统及外围电路的设计；
2.温度采集电路的设计；
3.数码管显示电路设计；
4.系统软件和硬件实现；
5.软件和硬件的仿真调试。
二、系统整体设计方案
（一）设计目标
1.实现环境温度采集；
2.根据采集的温度实现对风扇的自动控制；
3.能够实现调节点温度上下限设置；
4.实现系统的硬件电路设计和软件程序设计；
5.利用Protues软件对系统软件和硬件设计进行验证。
（二）设计原理
整个系统的原理是通过DS18B20温度传感器测得实时温度，然后通过A/D转换器把测得的实时温度数据转换成数字信号传递给单片机，单片机接收到数字信号后将信号数据进行优化处理，在显示模块上显示出温度数值和驱动风扇改变转动速度。利用按键设置温度调调节点上下限，当采集的温度值超过温度上限值时，风扇全速运转；当处于上下限之间时，风扇缓慢运转；当低于设置温度最低值时，关闭风扇。
（三）系统整个设计方案
整个智控风扇控制系统由以下几个部分：STC89C52单片机控制单元，温度采集单元，按键模块，数码管显示模块，风扇控制模块部分组成。电源模块为系统供电，按键模块调控温度极限，显示模块显示实时温度，温度模块采集温度传输给单片机系统，单片机对温度数据进行处理后控制风扇改变转速。系统结构见图2-1为所示。
图2-1 系统结构图
（四）主要器件选型
1．主控器件选型
方案一：AVR单片机。AVR不是一个简单的外设功能的叠加，但更多的模型以满足开发者的不同设计的实际需要，同时可以提供一个低成本的OTP芯片。PIC具有低功耗的睡眠功能、深度睡眠、上电、掉电复位电路、看门狗电路，外围设备，占用空间小并且具有成本低，安全技术也非常可靠的优点，可以最大程度地满足开发者的实际要求。因此，在工业控制，PIC单片机被广泛的应用到各行各业的控制中，其稳定性、系统功耗等都为广大开发者认可。相比同性能产品价格较高。
方案二：51系列单片机，51系列单片机具有功耗低、高性能等优点，内含4K字节Flash只读程序存储器，兼容MCS-51指令和80C5l引脚结构，功能强大的微型计算机的STC89C52为工业控制应用系统提供低成本、高可靠性的解决方案。它具有如下特点：128字节内部RAM，32个I/O口线，看门狗，两个16位定时和计数单元，一个5两级中断结构的向量，一个UART通信口，内部晶振和时钟电路。
根据系统实际需要，最终选择成本低廉，便于操作的51系列单片机，型号为STC89C52。
2.显示器件选型
本文涉及显示方案有以下两种。LCD液晶显示和采用七段数码管显示。液晶显示可以显示汉子、英文和数字；数码管适合在显示信息量较小的系统中使用，数码管适合显示数字。由以上可知，数码管显示电路最为简单/低廉，但是很难胜任汉字信息的显示，本设计中需要显示英文、数字和汉字信息。考虑到系统显示单一，显示信息的数量也较小，数码管可以满足显示的要求。通过综合考虑设计中选择数码管作为显示为器件，它价格低廉，操作和编程简单，可以满足系统显示的要求。
3.温度传感器选型
温度传感器选型方面。根据不同温度场合的要求设计中选择两种不同的温度传感器，当温度范围在在-55℃到+125℃之间时，选用单线数字温度传感器DS18B20进行温度数据采集温度在0-800℃之间时，本设计决定采用K型热电偶作为本系统的温度传感器。考虑到在实际的应用环境在室内，温度不会高于100℃，设计中选择DS18B20温度传感器实现对室内温度的采集。
图4-4按键实物图
五、系统调试
（一）Proteus软件介绍
Proteus 提供智能模拟仿真环境能够使实验具有高效性和准确性，同时提供多钟单片机芯片以及虚拟仪器，可以使开发者在PC上进行系统仿真，使得直接在PC上进行预开发成为可能。Proteus可以同时从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，能够真正实现了从概念到产品的完整设计。Proteus是一款可以将电路仿真软件、PCB设计和虚仿真合为一体的设计与开发的平台，处理器支持51单片机的仿真，软件开发环境支持IAR、Keil等环境的仿真。
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