南京信息工程大学毕业论文基于单片机的智能风扇控制

南京信息工程大学毕业论文基于单片机的智能风扇控制内容摘要：

善的角度来考虑，选择此方案更有优势。 调速方式的选择 方案一：采用数模转化芯片 DAC0832 来控制，有单片机根据当前环境温度输出数值到 DAC0832 中，再由 DAC0832 产生相应的模拟信号控制晶闸管的导通角 ，从而采用无级调速电路实现电扇电机转速的调节。 方案二：采用单片机软件模拟 PWM 调速的方法。 PWM 是一种按照一定的规律改变脉冲序列的脉冲宽度，以调节输出量和波 形的一种调节方式，在 PWM 驱动控制的调节系统中，最常用的是矩形波 PWM 信号，在控制时调节 PWM 波的占空比。 占空比是指高电平在一个周期时间内的百分比。 在控制电机的转速时，占空比越大，转速就越快，若全为高电平时占空比为 100%，此时转速达到最大 [2]。 用单片机的 I/O 口输出 PWM 信号时，有如下三种方法： （ 1）利用软件延时。 当高电平延时时间到时，对 I/O 口电平取反，使其变成低电平，再延时一定时间，反之在低电平延时到时，对 I/O 口电平取反，如此循环即可得到 PWM 信号。 本设计就是采用了这种方法。 （ 2）利用定时器。 控制方法与（ 1）相同，只是在该方法中利用单片机的定时器来进行高低电平的转变，而不是利用软件的延时。 应用此方法时编程相对复杂，故不予以采用。 （ 3）利用单片机自带的 PWM 控制器。 STC 系列单片机自带 PWM 控制器，但本系统使用的 AT89 系列单片机没有此功能，所以不能使用。 对于方案一，该方案能实现对直流电机的无级调速，速度变化灵敏，但是 D/A 转换芯片价格较高，性价比不高，不采用。 对于方案二，相对于其他方案来说，采用软件模拟 PWM 实现调速的过程，具有个高的性价比与灵活性，充分的发挥了单片机自身的性能，对本系统的 实现又提供了一条有效的途径。 所以综合考虑还是选择方案二的第一种。 驱动方式选择 方案一：达林顿反向驱动器 ULN2803。 方案二：电桥驱动电路 L298N。 对于方案一，作为一款反向驱动器， ULN2803 应用广泛，驱动效果也很好，与 TTL 信号兼容性很好，但是在后续的硬件电路中表现不佳，风扇转速改变不明显，而且在最高档出现断档的情况，风扇不转，在 [2] 蓝厚荣 .单片机的 PWM 控制技术 [J] .工业控制计算机 ， 2020,23（ 3） :97— 98 修改硬件电路，修改程序后依旧效果不佳，驱动力明显不足，故方案一中途停用。 对于方案二，由于之前已经有使用过，对 L298N 这个桥式驱动模块的应用上手快速， 驱动能力也比ULN2803 好很多，驱动风扇 5 档变速的实际效果明显，故采用方案二。 3 硬件设计 系统主要器件包括温度传感器 DS18B AT89S51 单片机、液晶显示屏 LCD160桥式驱动模块L298N、对射式光电开关开关和风扇。 辅助元件包括电容电阻、晶振、电源、按键、变压器等。 单线程数字温度传感器 DS18B20 本系统的温度采集使用 DS18B20 数字温度传感器。 DS18B20 是一种具有单总线接口的数字温度传感器，具有体积小，功耗低，抗干扰能力强和单 片机借口简单等优点。 DS18B20 的工作电压范围是 ~，测量温度范围－ 55~＋ 125℃ 其特性如下： 1. 单总线接口。 与单片机连接时只需要单片机的的一个 I/O 口，该单总线能够实现单片机与 DS18B20 的双向通信。 同时该器件除上拉电阻外，不需要任何外围器件支持。 2. 可使用数据线供电。 当对系统空间要求严格时， DS18B20 可以通过数据线供电。 3. 可以编程的 9~12 位数据分辨率。 9~12 位数据分辨率对应的可分辨温度分辨为 ℃ ,℃， ℃，和 ℃。 当使用 9 位数据分辨率时， DS18B20 最快可在 内完成温度转换，当使用 12 位数据分辨率时。 最快可在 750ms 内完成温度转换。 4. 多点组网测量功能。 多个 DS18B20 可以通过同一根数据线组成分布式测量网 [3]。 图 2 温度传感器 DS18B20 AT89S52单片机简介 [3] 刘波文，刘向宇，黎胜容 .51 单片机 C 语言应用开发三位一体实战精讲 [M].北京：北京航空航天大学出版社 .— 170 AT89S52是一种低功耗，高性能 CMOS8位微处理器，具有 8K在系统可编程 AT89S523引脚图 DIP封装 Flash存储器。 使用 Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51产品指令与引脚完全兼容。 片上 Flash允许程序 存储器在系统可编程，也同样适用于常规编程器。 在单芯片上，拥有灵巧方便的 8位 CPU和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活，超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能： 8k字节 Flash， 256字节 RAM， 32位 I/O口线，看门狗定时器， 2个数据指针，三个 16位定时器 /计数器，一个 6向量 2级中断结构，全双工串行口，片内晶振 及时钟电路。 另外， AT89S52可降至 0Hz静态逻辑操作，支持 2种软件可选择节电模式。 空闲模式下， CPU停止工作，允许 RAM，定时器 /计数器、串口 、中断继续工作。 掉电保护方式下， RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 P0 口： P0口是一个 8位 漏极开关的双向 I/O口。 作为输出口，每位能驱动 8个 TTL逻辑电平。 对 P0端口写 “1” 时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时， P0口也被作为低 8位地址 /数据复用。 在这种模式下， P0不具有内部 上拉电阻。 在 Flash编程时， p0口也用来接受指令字节；在程序效验时，输出指令字节。 程序效验时，需要外部上拉电阻。 P1 口： P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双 向 I/O 口， p1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL逻辑电平。 此外， /计数器 2的外部计数输入（ ）和定时器 /计数器 2 的触发输入（ ）。 在 flash编程和校验时， P1口接收低 8位地址字节。 引脚号第二功能： T2（定时器 /计数器 T2的外部计数输入），时钟输 出 T2EX（定时器 /计数器 T2的捕捉 /重载触发信号和方向控制 ） MOSI（在系统编程用 ） MISO（在系统编程用 ） (在系统编程用 ) P2 口 ： P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 输出缓冲器能驱动 AT89S52引脚图 PLCC封装 4 个 TTL 逻辑电平。 对 P2 端口写 “1” 时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 在访问外部程序存储器或用 16位地址读取外部数据存储器（例如执行 MOVX @DPTR） 时， P2 口送出高八位地址。 在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送 1。 在使用 8位地址（如 MOVX @RI）访问外部数据存储器时， P2口输出 P2锁存器的内容。 在 flash编程和校验时， P2口也接收高 8位地址字节和一些控制信号。 P3 口： P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， p3 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。 P3口亦作为 AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在 flash编程和校验时， P3口也接收一些控制信号。 端口引脚第二功能 ： RXD(串行输入口 ) TXD(串行输出口 ) INTO(外中断 0) INT1(外中断 1) TO(定时 /计数器 0) T1(定时 /计数器 1) WR(外部数据存储器写选通 ) RD(外部数据存储器读选通 ) 此外， P3口还接收一些用于 FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。 图 3 AT89S52 脚图 DIP封装 桥式驱动电路 L298N简介 本系统要用单片机控制风扇直流电机，需要加驱动电路，为直流电机提供足够大的驱动电流，并能在模拟 PWM 波的情况下实现风扇转速的改变。 在本系统驱动电路中，选用桥式驱动电路 L298N 来驱动风扇直流电机。 L298N 在使用时接口简单，操作方便，可为电机提 供稳定的驱动电流，可以同时驱动两台直流电机，可以在模拟 PWM 波的情况下很好的输出信号，实现风扇转速的平滑改变。 L298N 是专用驱动集成电路，属于 H 桥集成电路，与 L293D 的差别是其输出电流增大，功率增强。 其输出电流为 2A，最高电流 4A，最高工作电压 50V，可以驱动感性负载，如大功率直流电机， (二相、三相、四相 )步进电机，伺服电机，电磁阀等，特别是其输入端可以与单片机直接相联，从而很方便地受单片机控制。 当驱动直流电机时，可以直接控制两路电机，并可以实现电机正转与反转，实现此功能只需改变输入端的逻辑电平。 模 块接口说明： +5V：芯片电压＋ 5V。 VCC：电机电压，最大可接 50V。 GND：共地接法。 EN EN2：高电平有效， EN EN2 分别为 IN1 和 IN IN3 和 IN4 的使能端。 IN1～ IN4：输入端，输入端电平和输出端电平是对应的。 LCD1602简介 字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式 LCD，目前常用 16*1， 16*2， 20*2和 40*2 行等的模块。 一般 1602 字符型液晶显示器实物如图： 图 5 LCD1602 LCD1602 主要技术参数： 显示容量 :16 2 个字符 芯片工作电压 :— 工作电流 :() 模块最佳工作电压 : 字符尺寸 : (W H)mm 第 1 脚： VSS 为地电源。 第 2 脚： VDD 接 5V 正电源。 第 3 脚： VL 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度 过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。 第 4 脚： RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第 5 脚： R/W 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。 当 RS和 R/W 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 R/W 为高电平时可以读忙信号，当 RS 为高电平 R/W 为低电平时可以写入数据。 第 6 脚： E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。 第 7～ 14 脚： D0～ D7 为 8 位双向数据线。 第 15 脚：背光源正极。 第 16 脚：背光源 负极。 图 6 对射式光电开关 光电开关 E18 的技术参数 : 输出电流 DC/SCR/继电器 Control output： 100mA/5V 供电 消耗电流 DC25mA 响应时间 2ms 指向角：≤ 15176。 ,有效距离 350CM 可调 检测物体：透明或不透明体 工作环境温度： 25℃ ~+55℃ 标准检测物体：太阳光 10000LX 以下 白炽灯 3000LX 以下 外壳材料：塑料 电气特性： U:5VDC I:100mA Sn:350CM 各部分电路设计 开关复位与晶振电路 单片机系统中，有两个非常重要的电路，一个是开关复位电路，用来对单片机本身和其外部扩展 I/O接口电路进行复位，还有一个是晶振电路，用于产生谐振，使单片机得以工作。 电路图如图 7 所示：ABP W M 1X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 .0 /T 21P 1 .1 /T 2 E X2P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2。