基于单片机的智能温控风扇设计论文

基于单片机的智能温控风扇设计论文内容摘要：

+85 0000 0101 0101 0000 0550H + 0000 0001 1001 0001 0191H + 0000 0000 1010 0010 00A2H + 0000 0000 0000 1000 0008H 0 0000 0000 0000 0000 0000H 1111 1111 1111 1000 FFF8H 1111 1111 0110 1110 FF5EH 1111 1111 0110 1111 FF6FH 55 1111 1100 1001 0000 FC90H 温度传感器和显示电路组成 本模块的温度传感器选用更加优秀的 DS18B20，选用 STC89C52 单片机作为控制处理器，再添加温度显示部分作为温度控制输出单元。 本系统尽量结构简单，但功能也要完善。 温度传感器电路图如图 2 所示。 系统的工作原理： 通过 DS18B20 采集周围环境的温度，将测量传入单片机 口温度数据，通过单片机处理显示当前温度，并与用户设定的温度上下限值进行比较，如果设定的高限或高于设定的阈值低，控制电机的转速自动调节。 图 DS18B20温度传感器原理图 电机调速电路 电机速度控制是整个控制装置的一个重要方面。 通过控制改变三极翻出的导，使输 8 出端电压发生改变，从而使施加在电风扇的输入电压发生改变，以调节风扇的转速，实现各档位风速的无级调速。 电机调速原理 双向可控硅的导通条件如下： (1）阳 阴极间加正向电压； (2）控制极 阴极间加正向触发电压； (3）阳极电流 IA 大于可控硅的最小维持电流 IH。 电风扇的档位设为高低两档，每个档位的风速有一个限定值。 当在额定的电压和功率下以最高速度转动时，要使风扇风叶的最大圆周上的线速度不小于或等于2150m/min。 而且线速度可通过下面的公式求得 V=πDn103 （ ） 式（ ）中， V 代表风扇扇叶最大圆周上的线速度 (m/min),D 代表风扇扇叶的最大直径(mm)， n 代表电风扇的最快转速 (r/min)。 代入数据可得 n5≤ 1555r/min,取 n5=1250 r/： %70%100  最高调速档的转速最低调速档的转速调速比 () 取 n1=875r/min。 因此可以得到五个档位的转速值： n1=875r/min， n2=980r/min， n3=1063r/min， n4=1150 r/min， n5=1250r/min 又因为负载上的电压有效值为 u0=u1     2 2sin （ ） 式（ ）中， u1代表输入交流电压的有效值， α代表控制角。 求解得： (1)当 α5=0176。 时， t=0ms； (2)当 α4=176。 时， t=； (3)当 α3=176。 时， t=； (4)当 α2=176。 时， t=； (5)当 α1=176。 时， t=。 上面得出的是控制角度和触发的时间，当检测到过零点时，通过所求解的触发时间延时发脉冲，就可以实现预期转速。 电机控制模块设计 本模块使用了 MOC3041M 过零双向可控硅 型光耦 ,过零检测、集光电隔离和过零触 9 发等功能 ,防止了输入和输出通道同时控制双向可控硅触发的缺点 , 使得输出通道隔离2 驱动电路的结构简化。 可控硅触发电路原理图见下图 3。 其中 RL 电路即作为电机负载，它的工作原理是 :单片机先响应用户的参数设置 , 使得在 I/ O 口输出一个高电平 , 再经过反向器反向 , 输出一个低电平 ,这使得光电耦合器导通 , 与此同时触发双向可控硅 , 使得工作电路导通。 在给定的时间内 ,负载的功率为 : UINnP () 式 ()中 : P 表述负载产生的功率（ kW）， n 表示给定的时间内可控硅导通过正弦波的个数， N 表示给定时间内交流正弦波总数， U 表示可控硅在一个电源周期全导通时所对应电压有效值（ V）， I 表示可控硅在一个电源周期全导通时所对应的电流有效值（ A）。 由式 () 可得 ,当 U , I , N 为定值时 , 只需改变 n 值就可以控制功率的输出大小 ,这就达到调节风扇的转速。 图 电机控制原理图 5 控制器软件设计 本系统的程序选用 C 语言进行编写，采 用模块化的设计方法 ，整体的程序由主程序和显示，键盘扫描，红外线接收，电机控制等子程序模块组成。 主程序 当主程序初始化以后，就开始反复的检测各个模块相关部分的缓冲区的标志，假设缓冲区进行了置位，就说明了相应的数据需要进行处理，随后主程序就调用相应的处理子模块。 如下图 所示。 10 图 主程序的模块流程图 温度传感器模块和显示模块 如下图 所示， 本设计用的是 4 位 共阴极数码管。 在硬件连接上，利用 MCU 的A 口控制 8 个位段（数据），用 B 口的低四位控制数码管的位选信号。 图中， PTA7～ 0分别接 h～ a 位段， PTB3～ 0 分别过 1K 电阻与 CS3～ 0 位选端相接，这样 PTB3 就控制最左边一个数码管的显示， PTB0 则控制最右边一个数码管的显示。 接在位选线上的 1K电阻是限流电阻，避免电流过大烧坏数码管。 程序启动 初始化温度 初始化电机 读取测温子程序 温度赋值处理程序 读取键盘子程序 运行温度判断子程序 运行电控制子程序 结束 图 MCU与 4位 数码管的连接 a g d f e c b h a g d f e c b h a g d f e c b h a g d f e c b h a b f CS0 CS1 CS2 c d e g h CS3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 PTB3 PTA6 PTA2 PTA7 PTA3 PTA4 1K 1K 1K 1K PTA1 PTB2 PTB1 PTA5 PTA0 PTB0 11 如 下 图 所示， 单片机 控制 DS18B20 数字温度传感器完成温度转换工作必须经过三个步骤：。 操作指令。 单片机使用的系统频率为 12MHz,12M 是比较常用的晶， 51 单片机 是 12 分频 的，如果选用 12M 晶振 ，如果是单 指令周期 的语句，刚好是 1us，其他语句正好是 1us 的整数倍。 很轻松算出每个语句用了多长时间。 依 据 DS18B20 温度传感器进行初始化时序、读时序和写时序分别可编写 3 个子程序：初始化子程序、写子程序、读子程序。 图 数字温度传感器模块的 程序流程图 开始 DS18B20 初始化 启动 DS18B20 测温 内部判断。 调用读子程序 显示子程序 结束 调用相应的控制程序 调用相应的键值处理程序 调用写子程序 异常 正常 12 DS18B20 芯片功能命令表如下 表。 表 DS18B20功能命令表 命令 说明 READ ROM 读取激光 ROM64 位 MATCH ROM 匹配 ROM SKIP ROM 跳过 ROM SEARCH ROM 搜索 ROM ALARM SEARCH 告警搜索 WRITE SCRATCHPAD 把字节写入暂存器的地址 2 和 3 READ SCRATCHPAD 读取暂存器和 CRC 字节 COPY SCRATCHPAD 把暂存器内容拷贝到非易失性存储器中 CONVERT T 开始温度转换 RECALL E2 把非易失性存储器中的值召回暂存器 READ POWER SUPPLY 读电源供电方式： 0 为寄生电源， 1 为外电源 电机调速和控制子模块 本模块使用的是双向可控硅过零触发方式，用单片机来控制双向可控硅是否导通，通过控制每个控制周期内的可控硅导通和关断交流完整的全波信号的数目来调整负载的功率，这样转速就得到了调整。 由于 INT0 信号反映出工频电压过零时刻，因此只需在 图 外中断 0 的中断服务程序里实现控制门开启与关闭，并且使用中断服务的次数对控制量 n 进行计数 和判断，每次中断一次，就对 n 减 1，假设 n 不等于 0，维持控制电平使之为“ 1”，再打开控制门；如果 n=0，就让控制电平复位变为“ 0”，关闭控制门，就使可控硅的过零触发脉冲不能通过。 这就能够按照控制处理获得的控制量的要求，完成可控硅的过零控制，这样就达到了按控制量控制的功效，实现速度的可调整。 （ 1） 中断服务程序：当中断服务程序运行时，先要保护现场， INT0 中断标志的置位，阻止主程序进行参数的修改，再开始减 1 计数，同时判断是否关断可控硅，最后INT0 中断标志位进行清零，使初始化数据还原，恢复现场，中断返回。 （设 1 秒钟通过波形个数为 N=100） （ 2） 回路控制执行程序：主回路控制执行程序是为了初始化数据存储单元，确定电机的工作参数 nmin/nmax，同时将它换算为“有效过零脉冲”的个数；确定中断的优先级、开中断，这样可以保证正弦波的完整性，而工频过零同步中断 INT0 定为高一级的中断源。 中断响应流程图 如下图。 13 图 电机控制模块中断响应流程图 参考文献 [1] 曹巧媛 .单片机原理及应用 [M].北京：电子工业出版社， 2020.： 210. [2] 王伦 .电风扇原理与维修技术 [M].北京：新时代出版社， 1999.： 118119. [3] 张毅刚 .新编 MCS51 单片机应用设计 [M].哈尔滨工业大学出版社， 2020.： 1015. [4] 梁廷贵、王裕琛 .可控硅触发电路语音电路分册 [M].北京：科学技术文献出版社， 2020. [5] 陈明荧 .8051单片机课程设计实训教材 [M]. 北京：清华大学出版社， 2020.： 8588. [6] 徐新艳 .单片机测控技术应用实例解析 [M]. 北京：中国电力出版社， 2020.： 7982. [7] 周广兴，张子红 .单片机原理及应用教程 [M].北京： 北京大学出版社， 2020.： 1424. [8]魏小龙 MSP430单片机接口技术及系统设计实例 [M].北京：北京航空航天大学出版社 ,2020.： 4050. [9]周琛晖 ,冯少怀 .基于 DS18820的温度测量系统 [J].电脑知识与技术 ,2020.:第 10 期 . [10]立华、王立柱。 C语言程序设计 [M].北京：人民邮电出版社 ,2020.： 5670. EX0 中断 温度大于等于下限值并且 小于上限 值 控制可控硅 截止。