基于DS18B20单片机的智能温控风扇设计
基于DS18B20单片机的智能温控风扇设计[20200131184735]
【摘要】
温控风扇在现代社会中的生产以及人们的日常生活中都有广泛的应用，如工业生产中大型机械散热系统中的风扇、现在笔记本电脑上的广泛应用的智能CPU风扇等。本文设计了基于单片机的温控风扇系统，采用单片机作为控制器，利用温度传感器DS18B20作为温度采集元件，并根据采集到的温度，通过一个驱动器驱动风扇电机。根据检测到的温度与系统设定的温度的比较实现风扇电机的自动启动和停止，并能根温度的变化自动改变风扇电机的转速，同时用LED八段数码管显示检测到的温度与设定的温度。
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关键字:】单片机、DS18B20、温控、风扇
第一章 引言 1
1.1 选题背景 1
1.2单片机功能特点及原理 1
1.3 传感器 DS18B20 2
第二章 系统硬件电路设计架构 2
2.1总体方案设计及功能描述 2
2.2 温度采集模块 3
2.3 键盘输入模块 3
2.4 复位与晶振模块 4
2.5 数码管显示模块 5
2.6 风扇电机驱动与调速模块 5
第三章 系统软件设计框架 6
3.1 主程序设计 6
3.2 温度测量程序设计 7
3.3 显示程序设计 8
3.4 温度设定程序设计 9
第四章 结束语 10
参考文献 11
致 谢 12
附 录A 13
附 录B 14
第一章 引言
1.1选题背景
伴随着人们生活水平及科技水平的提高，现在家用电器在款式、功能等方面也是各式各样，日渐丰富，并且越来越健康、安全、多功能、节能。以前的电器也不能满足现代人的需求。电风扇作为家用电器的一种，同样存在着类似的一些问题。
目前的电风扇：基本上只能手动调速，再加上一个定时器，功能比较单一。而且还存在许多隐患和不足，比如说有的人常常离开后忘记关闭电风扇，浪费电且不说还容易引发火灾，长时间工作还容易损坏电器。再比如说前半夜温度高电风扇调的风速较高，但到了后半夜气温下降，风速不会随着气温变化，容易着凉。而这样的原因是，电器缺乏对周围环境的检测。
随着单片机在各个领域的广泛应用，许多用单片机作控制的温度控制系统也应运而生，上诉的问题也就得到了解决。如基于单片机的智能温控风扇设计，它使风扇根据环境温度的变化实现自动启停，使风扇转速随着环境温度的变化而变化，实现了风扇的智能控制。它的设计为现代社会人们的生活以及生产带来了诸多便利，在提高人们的生活质量、生产效率的同时还能节省风扇运转所需的能量。
1.2单片机功能特点及原理
AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央 处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。
AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2 个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash存储器可有效地降低开发成本。
AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。
主要功能特性：
· 兼容MCS51指令系统 · 8k可反复擦写(>1000次）Flash ROM
· 32个双向I/O口 · 256x8bit内部RAM
· 3个16位可编程定时/计数器中断 · 时钟频率0-24MHz
· 2个串行中断 · 可编程UART串行通道
· 2个外部中断源 · 共6个中断源
· 2个读写中断口线 · 3级加密位
· 低功耗空闲和掉电模式 · 软件设置睡眠和唤醒功能
1.3 传感器 DS18B20
1.3.1 传感器的特点
本次设计中，温度采集模块采用DS18B20，图1.1为数字温度传感器DS18B20它具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线，在实际应用中测温效果良好。
图1.1 DS18B20
DS18B20数字温度传感器通过其内部计数时钟周期来的作用，实现了特有的温度测量功能。DS18B20在使用时，一般都采用单片机来实现数据采集。只须将DS18B20信号线与单片机1位I/O线相连，且单片机的1位I/O线可挂接多个DS18B20，就可实现单点或多点温度检测。在本设计中将DS18B20接在P1.7口实现温度的采集。
1.3.2 主要技术参数：
（1）工作电源: 3~5V/DC
（2）测温范围 －55℃～+125℃。
（3）固有测温分辨率0.5℃。
（4）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。
第二章 系统硬件电路设计架构
2.1总体方案设计及功能描述
本设计是以AT89C52单片机为中心，通过温度传感器DS18B20得到的温度来控制电风扇的开关及转速的变化。在LED数码管上显示当前环境温度值以及预设温度值。其中预设温度值只能为整数形式，检测到的当前环境温度可精确到小数点后一位。同时采用PWM脉宽调制方式来改变直流风扇电机的转速。并通过两个按键改变预设温度值，一个提高预设温度，另一个降低预设温度值。
系统方框图如图2.1，主要包括：输入、控制、输出三大部分7个功能模块。
图2.1系统方框图
2.2 温度采集模块
单片机温度采集模块硬件电路图如图2.2所示。
图2.2 温度采集模块原理图
2.3 键盘输入模块
键盘有2个独立按键S2和S3，一端与单片机的P1.3和P1.4口相连，另一端接地，当按下任一键时，P1口读取低电平有效。系统上电后，进入键盘扫描子程序，以查询的方式确定各按键，完成温度初值的设定。其中按键S2为加按键，每按下一次，系统对最初设定值加一，按键S3为减按键，每按下一次，系统对初设定值进行减一计算。其接线如下图2.3：
图2.3 键盘连接电路
2.4 复位与晶振模块
在单片机应用系统中，除单片机本身需要复位以外，外部扩展I/O接口电路也需要复位，因此需要一个包括上电和按钮复位在内的系统同步复位电路。单片机上的XTAL1和XTAL2用来外接石英晶体和微调电容，即用来连接单片机片内OSC的定时反馈回路。本设计中开关复位与晶振电路如图2.4所示，当按下按键开关S1时，系统复位一次。
图2.4开关复位与晶振电路
2.5 数码管显示模块
本设计制作中选用5位共阴极数码管作为显示模块如图2.5所示。其中前3位数码管DS1、DS2、DS3用于显示温度传感器实时检测采集到的温度，可精确到0.1摄氏度，显示范围为0~99.9摄氏度；后2位数码管DS4、DS5用于显示系统设置的初值温度，只能显示整数的温度值，显示范围为0~99摄氏度。5位数码管的段选a、b、c、d、e、f、g、dp线分别与单片机的P0.0~P0.7口连接，其中P0口需接一10K的上拉电阻，以使单片机的P0口能够输出高低电平。5位数码管的位选W1~W5分别与单片机的P2.0~P2.4口相连接，只要P2.0~P2.4中任一位中输出低电平，则选中与该位相连的数码管。
【摘要】
温控风扇在现代社会中的生产以及人们的日常生活中都有广泛的应用，如工业生产中大型机械散热系统中的风扇、现在笔记本电脑上的广泛应用的智能CPU风扇等。本文设计了基于单片机的温控风扇系统，采用单片机作为控制器，利用温度传感器DS18B20作为温度采集元件，并根据采集到的温度，通过一个驱动器驱动风扇电机。根据检测到的温度与系统设定的温度的比较实现风扇电机的自动启动和停止，并能根温度的变化自动改变风扇电机的转速，同时用LED八段数码管显示检测到的温度与设定的温度。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】单片机、DS18B20、温控、风扇
第一章 引言 1
1.1 选题背景 1
1.2单片机功能特点及原理 1
1.3 传感器 DS18B20 2
第二章 系统硬件电路设计架构 2
2.1总体方案设计及功能描述 2
2.2 温度采集模块 3
2.3 键盘输入模块 3
2.4 复位与晶振模块 4
2.5 数码管显示模块 5
2.6 风扇电机驱动与调速模块 5
第三章 系统软件设计框架 6
3.1 主程序设计 6
3.2 温度测量程序设计 7
3.3 显示程序设计 8
3.4 温度设定程序设计 9
第四章 结束语 10
参考文献 11
致 谢 12
附 录A 13
附 录B 14
第一章 引言
1.1选题背景
伴随着人们生活水平及科技水平的提高，现在家用电器在款式、功能等方面也是各式各样，日渐丰富，并且越来越健康、安全、多功能、节能。以前的电器也不能满足现代人的需求。电风扇作为家用电器的一种，同样存在着类似的一些问题。
目前的电风扇：基本上只能手动调速，再加上一个定时器，功能比较单一。而且还存在许多隐患和不足，比如说有的人常常离开后忘记关闭电风扇，浪费电且不说还容易引发火灾，长时间工作还容易损坏电器。再比如说前半夜温度高电风扇调的风速较高，但到了后半夜气温下降，风速不会随着气温变化，容易着凉。而这样的原因是，电器缺乏对周围环境的检测。
随着单片机在各个领域的广泛应用，许多用单片机作控制的温度控制系统也应运而生，上诉的问题也就得到了解决。如基于单片机的智能温控风扇设计，它使风扇根据环境温度的变化实现自动启停，使风扇转速随着环境温度的变化而变化，实现了风扇的智能控制。它的设计为现代社会人们的生活以及生产带来了诸多便利，在提高人们的生活质量、生产效率的同时还能节省风扇运转所需的能量。
1.2单片机功能特点及原理
AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央 处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。
AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2 个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash存储器可有效地降低开发成本。
AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。
主要功能特性：
· 兼容MCS51指令系统 · 8k可反复擦写(>1000次）Flash ROM
· 32个双向I/O口 · 256x8bit内部RAM
· 3个16位可编程定时/计数器中断 · 时钟频率0-24MHz
· 2个串行中断 · 可编程UART串行通道
· 2个外部中断源 · 共6个中断源
· 2个读写中断口线 · 3级加密位
· 低功耗空闲和掉电模式 · 软件设置睡眠和唤醒功能
1.3 传感器 DS18B20
1.3.1 传感器的特点
本次设计中，温度采集模块采用DS18B20，图1.1为数字温度传感器DS18B20它具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线，在实际应用中测温效果良好。
图1.1 DS18B20
DS18B20数字温度传感器通过其内部计数时钟周期来的作用，实现了特有的温度测量功能。DS18B20在使用时，一般都采用单片机来实现数据采集。只须将DS18B20信号线与单片机1位I/O线相连，且单片机的1位I/O线可挂接多个DS18B20，就可实现单点或多点温度检测。在本设计中将DS18B20接在P1.7口实现温度的采集。
1.3.2 主要技术参数：
（1）工作电源: 3~5V/DC
（2）测温范围 －55℃～+125℃。
（3）固有测温分辨率0.5℃。
（4）独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。
第二章 系统硬件电路设计架构
2.1总体方案设计及功能描述
本设计是以AT89C52单片机为中心，通过温度传感器DS18B20得到的温度来控制电风扇的开关及转速的变化。在LED数码管上显示当前环境温度值以及预设温度值。其中预设温度值只能为整数形式，检测到的当前环境温度可精确到小数点后一位。同时采用PWM脉宽调制方式来改变直流风扇电机的转速。并通过两个按键改变预设温度值，一个提高预设温度，另一个降低预设温度值。
系统方框图如图2.1，主要包括：输入、控制、输出三大部分7个功能模块。
图2.1系统方框图
2.2 温度采集模块
单片机温度采集模块硬件电路图如图2.2所示。
图2.2 温度采集模块原理图
2.3 键盘输入模块
键盘有2个独立按键S2和S3，一端与单片机的P1.3和P1.4口相连，另一端接地，当按下任一键时，P1口读取低电平有效。系统上电后，进入键盘扫描子程序，以查询的方式确定各按键，完成温度初值的设定。其中按键S2为加按键，每按下一次，系统对最初设定值加一，按键S3为减按键，每按下一次，系统对初设定值进行减一计算。其接线如下图2.3：
图2.3 键盘连接电路
2.4 复位与晶振模块
在单片机应用系统中，除单片机本身需要复位以外，外部扩展I/O接口电路也需要复位，因此需要一个包括上电和按钮复位在内的系统同步复位电路。单片机上的XTAL1和XTAL2用来外接石英晶体和微调电容，即用来连接单片机片内OSC的定时反馈回路。本设计中开关复位与晶振电路如图2.4所示，当按下按键开关S1时，系统复位一次。
图2.4开关复位与晶振电路
2.5 数码管显示模块
本设计制作中选用5位共阴极数码管作为显示模块如图2.5所示。其中前3位数码管DS1、DS2、DS3用于显示温度传感器实时检测采集到的温度，可精确到0.1摄氏度，显示范围为0~99.9摄氏度；后2位数码管DS4、DS5用于显示系统设置的初值温度，只能显示整数的温度值，显示范围为0~99摄氏度。5位数码管的段选a、b、c、d、e、f、g、dp线分别与单片机的P0.0~P0.7口连接，其中P0口需接一10K的上拉电阻，以使单片机的P0口能够输出高低电平。5位数码管的位选W1~W5分别与单片机的P2.0~P2.4口相连接，只要P2.0~P2.4中任一位中输出低电平，则选中与该位相连的数码管。
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