课程设计———智能风扇设计报告.doc

智能风扇设计报告
学院:信息工程学院
专业:自动化
班级:09级3班
姓名:鱼亮、贾延昭
学号:09423030、9423041
日期:2012年6月14日

基于单片机的智能电风扇控制系统

引言
电风扇曾一度被认为是空调产品冲击下的淘汰品,其实并非如此,市场人士称,家用电风扇并没有随着空调的普及而淡出市场,近两年反而出现了市场销售复苏的态势。其主要原因:一是风扇和空调的降温效果不同——空调有强大的制冷功能,可以快速有效地降低环境温度,但电风扇的风更温和,更加适合老人儿童和体质较弱的人使用;二是电风扇有价格优势,价格低廉而且相对省电,安装和使用都非常简单。
尽管电风扇有其市场优势,但传统电风扇还是有许多地方应当进行改良的,最突出的缺点是它不能根据温度的变化适时调节风力大小,对于夜间温差大的地区,人们在夏夜使用电风扇时可能遇到这样的问题:当凌晨降温的时候电风扇依然在工作,可是人们因为熟睡而无法察觉,既浪费电资源又容易引起感冒,传统的机械定时器虽然能够控制电风扇在工作一定后关闭,但定时范围有限,且无法对温度变化灵活处理。鉴于以上方面的考虑,我们需要设计一种智能电风扇控制系统来解决这些问题。
智能电风扇控制系统概述
传统电风扇是220V交流电供电,电机转速分为几个档位,通过人为调整电机转速达到改变风力大小的目的,亦即,每次风力改变,必然有人参与操作,这样势必带来诸多不便。
本设计中的智能电风扇控制系统,是指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力大小的效果。
设计任务和主要内容
本设计以MCS51单片机为核心,通过温度传感器对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变换档位,实现“温度高,风力大,温度低,风力弱”的性能。另外,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。
本设计主要内容如下:
风速设为从高到低6个档位,可由用户通过键盘手动设定。
②当温度每降低3℃则电风扇风速自动下降一个档位。
③当温度每升高3℃则电风扇风速自动上升一个档位。
10℃最低工作温度,当低于该温度时,电风扇自动停转。
自动与手动的切换
系统主要硬件电路设计
总体硬件设计
系统总体设计框图如图2-1所示
键盘输入
温度显示
单片机系统
电机控制模块
数字温度传感模块
图2-1 系统原理框图
对于单片机中央处理系统的方案设计,根据要求,我们可以选用具有4KB片内E2PROM的AT89C51单片机作为中央处理器。作为整个控制系统的核心,AT89C51内部已包含了定时器、程序存储器、数据存储器等硬件,其硬件能符合整个控制系统的要求,不需要外接其他存储器芯片和定时器件,方便地构成一个最小系统。整个系统结构紧凑,抗干扰能力强,性价比高。是比较合适的方案
温度传感器模块设计
温度传感器可以选用LM324A的运算放大器,将其设计成比例控制调节器,输出电压与热敏电阻的阻值成正比,但这种方案需要多次检测后方可使采样精确,过于烦琐。所以我采用更为优秀的DS18B20数字温度传感器,它可以直接将模拟温度信号转化为数字信号,降低了电路的复杂程度,提高了电路的运行质量。
温度传感器模块组成
本模块以DS18B20作为温度传感器,AT89C51作为处理器,配以温度显示作为温度控制输出单元。整个系统力求结构简单,功能完善。电路图如图2-2所示。
系统工作原理如下:
DS18B20进行现场温度测量,,经过单片机处理后显示温度值,并与设定温度值的上下限值比较,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调整。
电路图见附录。
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的方面。通过4905,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。
电机调速原理
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。
电风扇的风速设为从高到低6、5、4、3、2、1档,各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,
电机控制模块硬件设计
电路图见附录。
温度显示与控制模块设计
温度的显示通过LED灯来显示其变化,在表盘上,共有8个LED指示灯。分别为自动或手动,1级风苏、2级风速等。LED会随着温度以