单片机的室内通风系统设计
单片机的室内通风系统设计[20200131184706]
摘要
本论文介绍了基于单片机控制的通风系统的研究，通过单片机结合温度传感技术、LED显示技术、自动开关等技术来实现室内通风系统控制。根据这些技术运用单片机设计控制电路对通风设备进行开关来达到室内温度均衡目的。工作时，通过温度检测仪检测室内温度并自动转换成数据送至单片机处理，单片机做出判断是否启动电机组来进行室内通风，并将数据送至LED显示器显示温度，让人时刻了解室内温度状况，以此达到智能效果。
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关键字:】单片机、温度传感技术、LED显示技术、电机组
一、引言 1
（一）课题研究背景、意义 1
（二）国内外动态 1
二、总体设计 1
（一）设计思想 1
（二）方案论证 1
三、硬件设计 2
（一）AT89C51单片机概述 2
（二）温度测量模块 6
（三）显示模块 7
（四）电机驱动模块 8
（五）按键模块 9
（六）温度报警 9
（七）电源电路 9
四、软件设计 10
（一）主程序 10
（二）温度读取报警流程图 11
总结 12
附录 13
附录一 原理图 13
附录二 PCB图 14
附录三 程序 15
参考文献 23
致谢 24
一、引言
（一）课题研究背景、意义
如今,随着人们生活水平的不断提升,人们在选择居家时，室内通风成为一个不小的考虑因素，在自然通风不能满足时，往往会通过机械通风来改善室内的热环境与空气质量。但由于认为调节不能有效控制节能与冷暖，因此，提出运用智能系统来控制室内通风系统。
（二）国内外动态
目前，一些发达国家早已实现家居窗户通风的自动化及智能化，但是在我国相对比较落后。在市场上流行的开窗机主要是人工和电动两种。虽然我国开窗以实现电动开关，但人为在起主导作用。
二、总体设计
（一）设计思想
本系统设计主要包括单片机、温度采集、电源、按键电路、LED温度显示、电机和报警器组成。系统运行时，先通过温度检测仪检测温度，经过转换送至单片机，单片机做出处理将温度送至LED显示温度，当温度与设定温度不符合时，报警器报警，同时，电机启动进行通风处理，当处于不同季节时可以通过按键电路进行温度上下限的设定。
图2.1 总体设计框
（二）方案论证
1、测温传感器模块
方案一：使用热敏电阻设计
由于本设计是测温控制直流电机电路，可以使用热敏电阻之类的器件，利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦而且测量的精度不够，抗干扰能力比较差，受各方面因素的影响较多，所以此方案不可取。
方案二：使用DS18B20传感器设计
采用89C51单片机作控制器，温度传感器选用DS18B20来对环境温度采集，测温电路由温度传感器DS18B20实现，本设计所介绍的DS18B20温度采集与传统的热敏电阻之类的利用感温效应相比，具有温度采集数据处理方便，测温范围广，测温准确，故选择方案二。
2、显示模块
方案一：用四位七段数码管，对于数码显示，显示的数据信息比较有限，而且显示的控制比较繁琐，因此我们放弃了这种方案。
方案二：用液晶LCD显示，可以显示的数据信息比较多 ，对液晶显示的控制写入比较简单，而且它的价格较便宜，所以，选择方案二。
3、电机驱动模块的选择
方案一：采用专用芯片L298N作为直流电机驱动芯片。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率比较高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良,但芯片比较贵。
方案二：用分立元件制作直流电机驱动电路。由分立元件构成电机驱动电路，结构简单，价格低廉，在实际应用中比较广泛。但是这种电路工作性能不够稳定。
方案三：用ULN2003反相器作为直流电机驱动芯片，ULN2003也是一个7路反向器电路，即当输入端为高电平时ULN2003输出端为低电平，当输入端为低电平时ULN2003输出端为高电平，具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,而且价格低廉。因此，选用方案三。
三、硬件设计
（一）AT89C51单片机概述
AT89C51单片机是美国ATMEL公司MCS-51系列单片机中的AT89C51芯片，片内含4K bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机数据存储器（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。AT89C51单片机功能强大，可应用于许多高性价比的场合，可灵活应用于各种控制领域。
1.主要特性
n 兼容MCS-51指令系统；
n 4k可反复擦写(>1000次）Flash ROM；
n 时钟频率0-24MHz；
n 三级程序存储器锁；
n 128×8位内部RAM；
n 32个双向I/O口；
n 2个16位定时/计数器；
n 6个中断源；
n 可编程串行通道；
n 低功耗空闲和省电模式。
2.引脚功能说明
引脚如图3.1所示。
图3.1 AT89C51引脚图
n 电源引脚：
VCC（40）：+5V电源
GND（20）：接地。
n 时钟引脚：
XTAL1（19）：反向振荡放大器的输入。
XTAL2（18）：来自反向振荡器的输出。
n 控制引脚：
RST（9）：复位输入。当振荡器复位时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG（30）：地址锁存有效信号输出端。
/PSEN（29）：外部程序存储器的选通信号。
/EA/VPP（31）：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
n I/O引脚：
P0口：无片外存储器时，可作通用I/O口使用，访问外存储器时，用作地址总线的低8位和数据总线。
P1口：仅用作I/O口。
P2口：无片外存储器时，作通用I/O口使用，访问外存储器时，用作地址总线的低8位。
P3口：用作I/O口，用于串行口、中断源输入、计数器、片外RAM选通。
3.AT89C51单片机的基本结构
AT89C51的工作电源电压为5（1±0.2）V，且典型值为5V，最高工作频率为24MHz。
AT89C51各部分的组成及功能如图3.2所示。
图3.2 AT89C51单片机的组成及功能
单片机的中央处理器（CPU）是单片机的核心，完成运算和操作控制，主要包括运算器和控制器两部分。
（1）运算器
运算器主要用来实现算术、逻辑运算和位操作。其中包括算术和逻辑运算单元ALU、累加器ACC、B寄存器、程序状态字PSW和两个暂存器等。
摘要
本论文介绍了基于单片机控制的通风系统的研究，通过单片机结合温度传感技术、LED显示技术、自动开关等技术来实现室内通风系统控制。根据这些技术运用单片机设计控制电路对通风设备进行开关来达到室内温度均衡目的。工作时，通过温度检测仪检测室内温度并自动转换成数据送至单片机处理，单片机做出判断是否启动电机组来进行室内通风，并将数据送至LED显示器显示温度，让人时刻了解室内温度状况，以此达到智能效果。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】单片机、温度传感技术、LED显示技术、电机组
一、引言 1
（一）课题研究背景、意义 1
（二）国内外动态 1
二、总体设计 1
（一）设计思想 1
（二）方案论证 1
三、硬件设计 2
（一）AT89C51单片机概述 2
（二）温度测量模块 6
（三）显示模块 7
（四）电机驱动模块 8
（五）按键模块 9
（六）温度报警 9
（七）电源电路 9
四、软件设计 10
（一）主程序 10
（二）温度读取报警流程图 11
总结 12
附录 13
附录一 原理图 13
附录二 PCB图 14
附录三 程序 15
参考文献 23
致谢 24
一、引言
（一）课题研究背景、意义
如今,随着人们生活水平的不断提升,人们在选择居家时，室内通风成为一个不小的考虑因素，在自然通风不能满足时，往往会通过机械通风来改善室内的热环境与空气质量。但由于认为调节不能有效控制节能与冷暖，因此，提出运用智能系统来控制室内通风系统。
（二）国内外动态
目前，一些发达国家早已实现家居窗户通风的自动化及智能化，但是在我国相对比较落后。在市场上流行的开窗机主要是人工和电动两种。虽然我国开窗以实现电动开关，但人为在起主导作用。
二、总体设计
（一）设计思想
本系统设计主要包括单片机、温度采集、电源、按键电路、LED温度显示、电机和报警器组成。系统运行时，先通过温度检测仪检测温度，经过转换送至单片机，单片机做出处理将温度送至LED显示温度，当温度与设定温度不符合时，报警器报警，同时，电机启动进行通风处理，当处于不同季节时可以通过按键电路进行温度上下限的设定。
图2.1 总体设计框
（二）方案论证
1、测温传感器模块
方案一：使用热敏电阻设计
由于本设计是测温控制直流电机电路，可以使用热敏电阻之类的器件，利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦而且测量的精度不够，抗干扰能力比较差，受各方面因素的影响较多，所以此方案不可取。
方案二：使用DS18B20传感器设计
采用89C51单片机作控制器，温度传感器选用DS18B20来对环境温度采集，测温电路由温度传感器DS18B20实现，本设计所介绍的DS18B20温度采集与传统的热敏电阻之类的利用感温效应相比，具有温度采集数据处理方便，测温范围广，测温准确，故选择方案二。
2、显示模块
方案一：用四位七段数码管，对于数码显示，显示的数据信息比较有限，而且显示的控制比较繁琐，因此我们放弃了这种方案。
方案二：用液晶LCD显示，可以显示的数据信息比较多 ，对液晶显示的控制写入比较简单，而且它的价格较便宜，所以，选择方案二。
3、电机驱动模块的选择
方案一：采用专用芯片L298N作为直流电机驱动芯片。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率比较高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良,但芯片比较贵。
方案二：用分立元件制作直流电机驱动电路。由分立元件构成电机驱动电路，结构简单，价格低廉，在实际应用中比较广泛。但是这种电路工作性能不够稳定。
方案三：用ULN2003反相器作为直流电机驱动芯片，ULN2003也是一个7路反向器电路，即当输入端为高电平时ULN2003输出端为低电平，当输入端为低电平时ULN2003输出端为高电平，具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,而且价格低廉。因此，选用方案三。
三、硬件设计
（一）AT89C51单片机概述
AT89C51单片机是美国ATMEL公司MCS-51系列单片机中的AT89C51芯片，片内含4K bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128bytes的随机数据存储器（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。AT89C51单片机功能强大，可应用于许多高性价比的场合，可灵活应用于各种控制领域。
1.主要特性
n 兼容MCS-51指令系统；
n 4k可反复擦写(>1000次）Flash ROM；
n 时钟频率0-24MHz；
n 三级程序存储器锁；
n 128×8位内部RAM；
n 32个双向I/O口；
n 2个16位定时/计数器；
n 6个中断源；
n 可编程串行通道；
n 低功耗空闲和省电模式。
2.引脚功能说明
引脚如图3.1所示。
图3.1 AT89C51引脚图
n 电源引脚：
VCC（40）：+5V电源
GND（20）：接地。
n 时钟引脚：
XTAL1（19）：反向振荡放大器的输入。
XTAL2（18）：来自反向振荡器的输出。
n 控制引脚：
RST（9）：复位输入。当振荡器复位时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG（30）：地址锁存有效信号输出端。
/PSEN（29）：外部程序存储器的选通信号。
/EA/VPP（31）：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
n I/O引脚：
P0口：无片外存储器时，可作通用I/O口使用，访问外存储器时，用作地址总线的低8位和数据总线。
P1口：仅用作I/O口。
P2口：无片外存储器时，作通用I/O口使用，访问外存储器时，用作地址总线的低8位。
P3口：用作I/O口，用于串行口、中断源输入、计数器、片外RAM选通。
3.AT89C51单片机的基本结构
AT89C51的工作电源电压为5（1±0.2）V，且典型值为5V，最高工作频率为24MHz。
AT89C51各部分的组成及功能如图3.2所示。
图3.2 AT89C51单片机的组成及功能
单片机的中央处理器（CPU）是单片机的核心，完成运算和操作控制，主要包括运算器和控制器两部分。
（1）运算器
运算器主要用来实现算术、逻辑运算和位操作。其中包括算术和逻辑运算单元ALU、累加器ACC、B寄存器、程序状态字PSW和两个暂存器等。
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