89C51单片机CPU控制风扇系统设计
89C51单片机CPU控制风扇系统设计 [20200128194113]
2012年 10 月 14 日一 摘要 1
（一）智能电风扇控制系统概述 2
（二）设计任务和主要内容 2
三 整体方案设计 3
（一）系统总体设计 3
（二）数字温度传感器模块设计 3
1.温度传感器模块组成 4
2.DS18B20的温度处理方法 4
（三）电机调速与控制模块设计 5
1.电机调速原理 5
2.电机控制模块硬件设计 6
（四）温度显示与控制模块设计 7
四 系统软件设计 9
（一）数字温度传感器模块程序设计 9
（二）电机调速与控制模块程序流程 14
1.程序设计原理 14
2.主要程序 15
五 结束语 17
六 谢辞 18
七 参考文献 18
一 摘要
本设计以89C51单片机为核心，采用DS18B20温度传感器，采集环境温度数据，以便调整转速达到对风扇的智能控制，，从而建立一个控制系统，随着温度的变化，自动控制电风扇档位，实现“温度高，风力大，温度低，风力弱”的性能。此外，通过键盘控制面板，用户可以在一定范围内设置电风扇的最低工作温度，当温度低于设定温度时，风扇会自动关闭，当超过这一温度，电风扇将重新启动。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:89C51单片机,温度测量,数字温度传感器,直流电动机。
二 引言 2
Abstract
This design uses 89C51 micro-controller as the core, using the temperature sensor DS18B20, collecting temperature data, so as to adjust the speed to achieve intelligent control of the fan,, so as to establish a control system, with the change in temperature, automatic control electric fan stall, the realization of "high temperature, wind, low temperature performance, weak wind". In addition, the control panel through the keyboard, users can set the lowest working temperature of the electric fan in a certain range, when the temperature is lower than the set temperature, the fan will automatically shut down, when the above this temperature, the electric fan will restart.
Keywords: 89C51 micro-controller, temperature measurement, digital temperature sensor, DC motor.
二 引言
虽然空调的制冷功能很强大，能快速有效地降低环境温度，但电风扇更为温和，更加适合老人儿童和体质较弱的人；而且因为大多数家庭的消费水平的限制，电风扇作为一种成熟的家用电器，具有价格优势，价格低廉节能省电，安装和使用都很方便。在乡村和中小城市，未来一段时间仍会占据主要市场。
虽然电风扇有市场优势，但在面对巨大的市场需求的同时，也要提高它的市场竞争力，电风扇还有很多地方可以改进，最突出的缺点是它不能根据温度变化及时调整风速大小，在夜晚温差较大的地区，人们在夏天使用时可能遇到这样一个问题：当凌晨温度下降时风扇仍在工作，但由于人们熟睡而无法察觉，不仅浪费资源，更容易引起感冒，传统的机械定时器可控制电风扇在一定时间内工作，但时间设定范围有限，不是根据温度变化做出灵活的处理。有鉴于此，我们需要设计一个电风扇智能控制系统来解决这些问题。
（一）智能电风扇控制系统概述
传统电风扇使用的是220V交流电源，电机的旋转速度分为几个档位，想要改变风力只有通过人力来调整电机转速，这样肯定会带来很多不便。
对电风扇的智能控制系统的设计，是指把电风扇电机转速当作控制变量，由单片机分析数字温度传感器采集到的信号，然后通过调整可控硅来调整电风扇的转速，进而达到自动调整控制风速大小的效果。
（二）设计任务和主要内容
本设计以89C51单片机为核心，采用DS18B20温度传感器，采集环境温度数据，以便调整转速达到对风扇的智能控制，，从而建立一个控制系统，随着温度的变化，自动控制电风扇档位，实现“温度高，风力大，温度低，风力弱”的性能。此外，通过键盘控制面板，用户可以在一定范围内设置电风扇的最低工作温度，当温度低于设定温度时，风扇会自动关闭，当超过这一温度，电风扇将重新启动。
本设计主要内容如下：
① 风速从高到低设定为5个档位，用户可通过键盘手动设定。
② 温度每降低2℃电风扇风速自动下降一个档位。
③ 温度每升高2℃电风扇风速自动上升一个档位。
④ 用户可以设定电风扇的最低工作温度，当低于此温度时，电风扇将自动停转。
三 整体方案设计
（一）系统总体设计
系统总体设计框图如图3-1所示
图3-1 系统原理框图
根据要求，单片机中央处理系统的设计方案，我们选用有4KB片内E2PROM的AT89C51单片机作为中央处理器。作为整个系统的控制核心，AT89C51包含定时器，程序存储器，数据存储器和其它硬件，硬件能满足控制系统的要求，无需其他外部储存器芯片和定时装置，容易形成一个最小系统。整个系统的结构紧凑，抗干扰能力较强，性能价格比较高，是一个合适的方案。
（二）数字温度传感器模块设计
温度传感器选用DS18B20数字温度传感器。DS18B20数字温度传感器芯片是基于9位数字量的形式来反映设备的温度值。DS18B20数字温度传感器通过一个单线接口发送或者接受信息，因此只需要一条数据线连接中央微处理器和DS18B20。这条数据线也可以提供用于读写和温度转换的电源，它可以直接把模拟温度信号转变成数字信号，简化了电路，提高了运行质量。
1.温度传感器模块组成
本模块采用DS18B20作为温度传感器，单片机作为处理器，温度显示器作为温度控制输出单元。系统尽量结构简单，功能完善。电路图如图3-2所示。
系统工作原理如下：
DS18B20会测量现场温度，把测量数据输入AT89C51 的P3.7端口，通过单片机处理之后显示温度，并与设定的温度值比较，如果高于设定上限或低于设定下限那就控制电机的转速来进行调节。
图3-2 DS18B20温度计原理图
2.DS18B20的温度处理方法
DS18B20直接将测量温度值转化为数字量提交给单片机，工作时必须严格遵守单总线器件的工作时序。
温度值/℃ 数字输出（二进制） 数字输出（十六进制）
+85℃ 0000 0101 0101 0000 0550H +25.625℃ 0000 0001 1001 0001 0191H +10.125℃ 0000 0000 1010 0010 00A2H +0.5℃ 0000 0000 0000 1000 0008H 0℃ 0000 0000 0000 0000 0000H -0.5℃ 1111 1111 1111 1000 FFF8H -10.125℃ 1111 1111 0110 1110 FF5EH -25.625℃ 1111 1111 0110 1111 FF6FH -55℃ 1111 1100 1001 0000 FC90H
表3-1 部分温度值与DS18B20输出的数字量对照表
（三）电机调速与控制模块设计
电机调速是整个控制系统中的一个重要方面。通过控制双向可控硅，来让输出端电压发生变化，从而使电风扇的输入电压发生变化，来调节风扇转速，实现各档位的五级调速。
1.电机调速原理
可控硅的导通条件如下：
1）阳-阴极间施加正向电压；
2）控制极-阴极间施加正向触发电压；
3）阳极电流IA 要大于可控硅最小维持电流IH。
2012年 10 月 14 日一 摘要 1
（一）智能电风扇控制系统概述 2
（二）设计任务和主要内容 2
三 整体方案设计 3
（一）系统总体设计 3
（二）数字温度传感器模块设计 3
1.温度传感器模块组成 4
2.DS18B20的温度处理方法 4
（三）电机调速与控制模块设计 5
1.电机调速原理 5
2.电机控制模块硬件设计 6
（四）温度显示与控制模块设计 7
四 系统软件设计 9
（一）数字温度传感器模块程序设计 9
（二）电机调速与控制模块程序流程 14
1.程序设计原理 14
2.主要程序 15
五 结束语 17
六 谢辞 18
七 参考文献 18
一 摘要
本设计以89C51单片机为核心，采用DS18B20温度传感器，采集环境温度数据，以便调整转速达到对风扇的智能控制，，从而建立一个控制系统，随着温度的变化，自动控制电风扇档位，实现“温度高，风力大，温度低，风力弱”的性能。此外，通过键盘控制面板，用户可以在一定范围内设置电风扇的最低工作温度，当温度低于设定温度时，风扇会自动关闭，当超过这一温度，电风扇将重新启动。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:89C51单片机,温度测量,数字温度传感器,直流电动机。
二 引言 2
Abstract
This design uses 89C51 micro-controller as the core, using the temperature sensor DS18B20, collecting temperature data, so as to adjust the speed to achieve intelligent control of the fan,, so as to establish a control system, with the change in temperature, automatic control electric fan stall, the realization of "high temperature, wind, low temperature performance, weak wind". In addition, the control panel through the keyboard, users can set the lowest working temperature of the electric fan in a certain range, when the temperature is lower than the set temperature, the fan will automatically shut down, when the above this temperature, the electric fan will restart.
Keywords: 89C51 micro-controller, temperature measurement, digital temperature sensor, DC motor.
二 引言
虽然空调的制冷功能很强大，能快速有效地降低环境温度，但电风扇更为温和，更加适合老人儿童和体质较弱的人；而且因为大多数家庭的消费水平的限制，电风扇作为一种成熟的家用电器，具有价格优势，价格低廉节能省电，安装和使用都很方便。在乡村和中小城市，未来一段时间仍会占据主要市场。
虽然电风扇有市场优势，但在面对巨大的市场需求的同时，也要提高它的市场竞争力，电风扇还有很多地方可以改进，最突出的缺点是它不能根据温度变化及时调整风速大小，在夜晚温差较大的地区，人们在夏天使用时可能遇到这样一个问题：当凌晨温度下降时风扇仍在工作，但由于人们熟睡而无法察觉，不仅浪费资源，更容易引起感冒，传统的机械定时器可控制电风扇在一定时间内工作，但时间设定范围有限，不是根据温度变化做出灵活的处理。有鉴于此，我们需要设计一个电风扇智能控制系统来解决这些问题。
（一）智能电风扇控制系统概述
传统电风扇使用的是220V交流电源，电机的旋转速度分为几个档位，想要改变风力只有通过人力来调整电机转速，这样肯定会带来很多不便。
对电风扇的智能控制系统的设计，是指把电风扇电机转速当作控制变量，由单片机分析数字温度传感器采集到的信号，然后通过调整可控硅来调整电风扇的转速，进而达到自动调整控制风速大小的效果。
（二）设计任务和主要内容
本设计以89C51单片机为核心，采用DS18B20温度传感器，采集环境温度数据，以便调整转速达到对风扇的智能控制，，从而建立一个控制系统，随着温度的变化，自动控制电风扇档位，实现“温度高，风力大，温度低，风力弱”的性能。此外，通过键盘控制面板，用户可以在一定范围内设置电风扇的最低工作温度，当温度低于设定温度时，风扇会自动关闭，当超过这一温度，电风扇将重新启动。
本设计主要内容如下：
① 风速从高到低设定为5个档位，用户可通过键盘手动设定。
② 温度每降低2℃电风扇风速自动下降一个档位。
③ 温度每升高2℃电风扇风速自动上升一个档位。
④ 用户可以设定电风扇的最低工作温度，当低于此温度时，电风扇将自动停转。
三 整体方案设计
（一）系统总体设计
系统总体设计框图如图3-1所示
图3-1 系统原理框图
根据要求，单片机中央处理系统的设计方案，我们选用有4KB片内E2PROM的AT89C51单片机作为中央处理器。作为整个系统的控制核心，AT89C51包含定时器，程序存储器，数据存储器和其它硬件，硬件能满足控制系统的要求，无需其他外部储存器芯片和定时装置，容易形成一个最小系统。整个系统的结构紧凑，抗干扰能力较强，性能价格比较高，是一个合适的方案。
（二）数字温度传感器模块设计
温度传感器选用DS18B20数字温度传感器。DS18B20数字温度传感器芯片是基于9位数字量的形式来反映设备的温度值。DS18B20数字温度传感器通过一个单线接口发送或者接受信息，因此只需要一条数据线连接中央微处理器和DS18B20。这条数据线也可以提供用于读写和温度转换的电源，它可以直接把模拟温度信号转变成数字信号，简化了电路，提高了运行质量。
1.温度传感器模块组成
本模块采用DS18B20作为温度传感器，单片机作为处理器，温度显示器作为温度控制输出单元。系统尽量结构简单，功能完善。电路图如图3-2所示。
系统工作原理如下：
DS18B20会测量现场温度，把测量数据输入AT89C51 的P3.7端口，通过单片机处理之后显示温度，并与设定的温度值比较，如果高于设定上限或低于设定下限那就控制电机的转速来进行调节。
图3-2 DS18B20温度计原理图
2.DS18B20的温度处理方法
DS18B20直接将测量温度值转化为数字量提交给单片机，工作时必须严格遵守单总线器件的工作时序。
温度值/℃ 数字输出（二进制） 数字输出（十六进制）
+85℃ 0000 0101 0101 0000 0550H +25.625℃ 0000 0001 1001 0001 0191H +10.125℃ 0000 0000 1010 0010 00A2H +0.5℃ 0000 0000 0000 1000 0008H 0℃ 0000 0000 0000 0000 0000H -0.5℃ 1111 1111 1111 1000 FFF8H -10.125℃ 1111 1111 0110 1110 FF5EH -25.625℃ 1111 1111 0110 1111 FF6FH -55℃ 1111 1100 1001 0000 FC90H
表3-1 部分温度值与DS18B20输出的数字量对照表
（三）电机调速与控制模块设计
电机调速是整个控制系统中的一个重要方面。通过控制双向可控硅，来让输出端电压发生变化，从而使电风扇的输入电压发生变化，来调节风扇转速，实现各档位的五级调速。
1.电机调速原理
可控硅的导通条件如下：
1）阳-阴极间施加正向电压；
2）控制极-阴极间施加正向触发电压；
3）阳极电流IA 要大于可控硅最小维持电流IH。
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