基于单片机的智能遥控感应风扇设计.doc
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1、基于单片机的智能遥控感应风扇设计基于单片机的智能遥控感应风扇设计 摘 要 本设计为一种智能温控和湿控风扇系统,具有灵敏的温度感测、湿度感测和显示功能,系统STC89C52单片机作为控制平台对风扇转速进行控制。可由用户设置高、低温度值,测得温度值在高低温度之间时打开风扇弱风档,当温度升高超过所设定的温度时自动切换到大风档,当温度小于所设定的温度时自动关闭风扇,控制状态随外界温度而定。所设高低温值保存在温度传感器DS18B20内部E2ROM中,掉电后仍然能保存上次设定值,性能稳定,控制准确。通过温湿度传感器DHT11监测温度,当湿度超过所设定的高湿度值时自动打开加热片去湿,当湿度小于所设定的低湿度
2、值时自动打开水泵加湿。 关键词:STC89C51单片机;STC89C52单片机;温湿度传感器;智能控制。 Abstract This design is an intelligent temperature control and humidity control fan system, with sensitive temperature sensing, humidity sensing and display functions, the system STC89C52 microcontroller as a control platform to control the fan sp
3、eed. High and low temperature values can be set by the user. When the measured temperature value is between high and low temperature, the weak wind shield of the fan will be opened. When the temperature rises beyond the set temperature, the fan will be automatically switched to the high wind shield.
4、 The set high and low temperature value is saved in the internal E2ROM of the temperature sensor DS18B20 . After power off, the last set value can still be saved with stable performance and accurate control. The temperature is monitored through the temperature and humidity sensor DHT11. When the hum
5、idity exceeds the set high humidity value, the heating element is automatically opened to dehumidify; when the humidity is less than the set low humidity value, the water pump is automatically opened to humidify. Key words: STC89C51 single-chip microcomputer; STC89C52 single chip microcomputer; Temp
6、erature and humidity sensor; Intelligent control. 目录 摘要 I Abstract II 第1章 绪 论 1 第1节 智能遥控感应风扇的背景 1 第2节 智能遥控感应风扇的内容 1 第3节 智能遥控感应风扇的创新点 2 第2章 智能遥控感应风扇设计过程 3 第1节 风扇硬件设计 5 第2节 风扇软件设计 9 第3章 智能遥控感应风扇的功能与测试结果 14 第1节 智能遥控感应风扇的功能 14 第2节 智能遥控感应风扇功能测试结果 15 结 论 18 参考文献 19 致 谢 20 附 录 21 第一章 绪论 第1节 智能遥控感应风扇的背景近年来,
7、虽然空调以其强大的制冷效果赶超过电风扇,但随着绿色生活,低碳生活意识的普及,空调的高耗电量、加剧温室效应、破坏臭氧层等弊端,使得低功耗低污染的电风扇仍有很大市场需求。传统电风扇采用机械方式进行控制,大部分只有手动调速,功能单一,存在隐患或不足。使用电风扇作为降温防暑设备,春夏(夏秋)交替时节,白天温度依旧很高,电风扇应高转速、大风量,使人感到清凉;到了晚上,气温降低,当人入睡后,应该逐步减小转速,以免使人感冒。虽然风扇都有调节不同档位的功能,但必须要人手动换档,睡着了就无能为力了,而普遍采用的定时器关闭的做法,一.方面是定时时间长短有限制,一般是一-两个小时;另一方面可能在一-两个小时后气温依
8、旧没有降低很多,而风扇就关闭了,使人在睡梦中热醒而不得不起床重新打开风扇,增加,定时器时间,非常麻烦,而且可能多次定时后最后一次定时时间太长,在温度降低以后风扇依旧继续吹风,使人感冒;第三方面是只有简单的到了定时时间就关闭风扇电源的单-一功能,不能满足气温变化对风扇风速大小的不同要求。又比如在较大功率的电子产品散热方面,现在绝大多数都采用了风冷系统,利用风扇引起空气流动,带走热量,使电子产品不至于发热烧坏。要使电子产品保持较低的温度,必须用大功率、高转速、大风量的风扇,而风扇的噪音与其功率成正比。如果要低噪音,则要减小风扇转速,又会引起电子设备温度上升,不能两全其美。为解决上述问题,我们设计了
9、这套温控自动风扇系统。 本系统采用高精度集成温湿度传感器,用单片机控制,能显示实时温度,并根据使用者设定的温度自动在相应温度时作出小风、大风、停机动作,精确度高,动作准确。它的广泛应用和普及将给人们的日常生活带来极大的方便,其发展趋势可根据其性质进行相应的改进可以运用与不同场合的温度监测控制,并带来大量的经济效益。 第2节 智能遥控感应风扇完成的内容 本文以STC89C52单片机为核心,通过数字温度传感器对外界环境温度进行数据采集,从而建立一个控制系统,使电风扇随温度的变化而自动调节档位,实现“温度高、风力大、温度低、风力弱”的性能。另外,通过红外发射和接收装置及按键实现各种功能的启动与关闭,
10、并且可对各种功能实现遥控,用户可以在一定范围内设置电风扇的最低工作温度,当温度低于所设置温度时,电风扇将自动关闭,当高于此温度时电风扇又将重新启动。通过DHT11温湿度传感器检测湿度,当湿度超过所设定的最大湿度值时自动打开水泵,当温度小于所设定的最小湿度值时自动打开加热片,控制状态随外界湿度而定。 本设计主要内容如下: (1)风速设为从低到高共2个档位,可由用户通过键盘设定。 (2)每当温度低于下限值时,则电风扇风速关闭。 (3)每当温度在下限和上限之间时,则电风扇转速缓慢。 (4)每当温度高于上限值时,则电风扇风速全速运转。 (5)每当室内湿度高于上限值时,则电风扇运转去湿。 (6)每当室内
11、湿度低于下限值时,则电风扇运转加湿。 第3节 智能遥控感应风扇的创新点 此次智能遥控感应风扇设计的优点,主要由18B20温度传感器、红外接收、LCD1602显示系统、STC89C52单片机和独立式按键等组成。主要创新点如下所示: 1. 风扇可监测室内的湿度并具有去湿和加湿功能;2.使用者可以通过红外遥控设置温度上、下限;3.采用PWM调速原理实现风扇速度的控制;4.温度精确到小数点显示,并可以通过LCD1602显示出来。 第2章 智能遥控感应风扇设计过程 第一节 风扇硬件设计 1.1 STC89C52单片机简介 STC89C52是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机,片内4
12、bytes的可反复擦写的只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器,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,片内置用8位中央处理器和Flash存储单元,功能强大。STC89C52单片机可灵活应用于各种控制领域。 STC89C52单片机提供以下标准功能:4K字节Flash闪速存储器,128字节内部RAM,32个I/O口线,两个16位定时、计数器,一个5向量两级中断结构,一个全双工串行通信口,片内振荡器及时钟电路。同时,STC89C52单片机可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作,但允许RAM,
13、定时、计数器,串行通行口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容,但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 1.2 DS18B20温度传感器简介 DS18B20是常用的数字温度传感器,其输出的是数字信号,具有体积小,硬件开销低,抗干扰能力强,精度高的特点。 独特的单线接口方式:DS18B20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。 在使用中不需要任何外围元件。 可用数据线供电,电压范围:+3.0 +5.5 V。 测温范围:-55 +125 。固有测温分辨率为0.5 。 通过编程可实现912位的数字读数方式。 用户可自设定非易失性的报警上
14、下限值。 支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在惟一的三线上,实现多点测温。 负压特性,电源极性接反时,温度计不会因发热而烧毁,但不能正常工作。 单线数字输出 +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +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 FFF
15、8H -10.125 1111 1111 0110 1110 FF5EH -25.625 1111 1111 0110 1111 FF6FH -55 1111 1100 1001 0000 FC90HDS18B20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。 表2-1 部分温度值与DS18B20输出的数字量对照表1.3 DHT11数字温湿度传感器介绍 DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器,它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术,确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温
16、元件,并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有 品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式存在OTP内存中,传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口,使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗,使其成为该类应用中,在苛刻应用场合的最佳选择。产品为4针单排引脚封装,连接方便。 1.4 系统总体设计 键盘输入温湿度显示 单片机系统 电机控制模块 温湿度传感模块图2-1 系统总体结构框图 1.5 控制装置设计原理 传统电风扇供电采用的是220V交流电,电机转速分为几个档位,通过人
17、工手动调整电机转速达到改变风速的目的,亦即,每改变一次风力,必然有人参与操作,功能单一,这样就会带来诸多不便。 本设计一种基于单片机的智能电风扇调速器的设计,该设计巧妙利用红外线遥控技术、单片机控制技术、无级调速技术和温度传感技术,把智能控制技术应用于家用电器的控制中,将电风扇的电机转速作为被控制量,由单片机分析采集到的数字温度信号,再通过可控硅对风扇电机进行调速。从而达到无须人为控制便可自动调整风扇速度和控制温湿度的效果。 1.6 温湿度传感器和显示电路组成 本模块用更为优秀的DS18B20温度传感器和DHT11温湿度传感器,STC89C52单片机作为处理器,配以温度显示作为温度控制输出单元
18、。整个系统力求结构简单,功能完善。电路图如图1-2所示。 系统工作原理如下: DS18B20数字温度传感器采集现场温度,将测量到的数据送入STC89C52单片机的P2.4口,经过单片机处理后显示当前温度值,并与设定温度值的上下限值作比较,若高于设定上限值或低于设定下限值则控制电机转速进行自动调整。 DHT11温湿度传感器检测湿度,当湿度超过所设定的最大湿度值时自动打开水泵,当温度小于所设定的最小湿度值时自动打开加热片,控制状态随外界湿度而定。 图2-2 DS18B20温湿度原理图 图2-3 LCD1602原理图1.7 电机调速电路 电机调速是整个控制装置中的一个相当重要的方面。通过控制改变三极
19、翻出的导,使输出端电压发生改变,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。 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。 电风扇的风速从高到低设为5、4、3、2、1档,每档风速都有一个限定值。在额定电压、额定功率下,以最高转速运转时,要求风叶最大圆周上的线速度不大于2150m/min。且线速度可由下列公式求得 V=Dn103 式中,V为扇叶最大圆周上的线速度(m/min),D为扇中的最大顶端扫出圆的直径(mm),n为电风扇的最高转速(r/min)。 代入数据
20、求得n51555r/min,取n5=1250 r/min.又因为: 取n1=875r/min。则可得出五个档位的转速值: n1=875r/min,n2=980r/min,n3=1063r/min,n4=1150 r/min,n5=1250r/min 又由于负载上电压的有效值 u0=u1式中,u1为输入交流电压的有效值,为控制角。解得: (1) 当5=0时,t=0ms;(2) 当4=23.5时,t=1.70ms;(3) 当3=46.5时,t=2.58ms;(4) 当2=61.5时,t=3.43ms;(5) 当1=76.5时,t=4.30ms。 上述计算出的是控制角和触发时间,当检测到过零点时,按
21、照所求得的触发时间延时发脉冲,便可实现预期转速。 本模块电路中采用了过零双向可控硅型光耦MOC3041M ,集光电隔离、过零检测、过零触发等功能于一身,避免了输入输出通道同时控制双向可控硅触发的缺陷, 简化了输出通道隔离2驱动电路的结构。所设计的可控硅触发电路原理图见图1-3。其中RL即为电机负载,其工作原理是:单片机响应用户的参数设置, 在I/ O 口输出一个高电平, 经反向器反向后, 送出一个低电平,使光电耦合器导通, 同时触发双向可控硅, 使工作电路导通工作。给定时间内,负载得到的功率为: (3) 式中: P 为负载得到的功率; n 为给定时间内可控硅导通的正弦波个数; N 为给定时间内
22、交流正弦波的总个数; U为可控硅在一个电源周期全导通时所对应的电压有效值; I 为可控硅在一个电源周期全导通时所对应的电流有效值。由式(3) 可知,当U , I , N 为定值时, 只要改变n 值的大小即可控制功率的输出,从而达到调节电机的目的。 。 图2-4 电机控制原理图 1.8 红外遥控 红外遥控是单工的红外通信方式,本设计的红外遥控采用以通信方式为基础的红外遥控,而且本设计也使用了红外通信技术,故着重分析红外通信的基本原理。 红外通信是利用红外技术实现两点间的近距离保密通信和信息转发。它一般由红外发射和接收系统两部分组成。发射系统对一个红外辐射源进行调制后发射红外信号,而接收系统用光学
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