基于单片机的智能电风扇毕业设计.docx
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基于单片机的智能电风扇毕业设计
毕业设计
题目智能遥控电风扇
学生所在学院电气信息学院
专业电子信息工程
学号
学生姓名
指导教师
起止日期2014.1.6至2014.5.25
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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日 期：
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使用授权说明
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学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
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日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
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日期：
年月日
注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
摘要
电风扇是给人们带来凉爽夏天的家用电器，智能温控调速风扇可自动根据室内环境温度控制风扇转速。
一般的电风扇只有机械档的人工调速，夏夜温度下降后人们容易因熟睡忘关风扇而受凉，当温度升高时，它又不能根据温度的变化改变转速。
为了使风扇更贴近人们的生活，开发一种新型温感遥控电风扇控制智能系统是迫在眉睫的。
本系统以51系列单片机为控制核心，由遥控板、红外接收头、温度传感器（DS18B20）使系统根据采集的环境温度以遥控方式对系统进行变档调速等控制。
主控模块以STC89C52单片机核心，输入部分以红外反射传感器、光敏传感器、温度传感器组成室内环境传感，遥控板键盘作入，单片机主要完成红外数据接收、温度数据、实时时钟（DS1302）数据的采集、分析及处理形成输出控制信号和数据；输出部分主要以PWM脉宽调制信号为中心，搭配普通继电器继电器模块、固态继电器模块、液晶显示模块、USB端口，大功率LED照明灯，及相应指示灯；输入输出模块同完成人机交互功能；单片机主控中心接收各种输入信号，驱动液晶显示，PWM波控制固态继电器模块来调节风扇无级转速，普通继电器模块来控制USB端口、LCD电源，LED照明灯和各类指示灯。
本系统可实现模拟自然风，使风速更符合人的感受，更具人性化。
关键词：
PWM无级调速红外发射接收固态继电器DS18B20DS1302
1.引言
1.1课题研究的意义与作用
风扇已是日常生活中常用到的电器，电风扇是通过通风换气来驱热的。
通风换气是电风扇的主要功能，也是消费者看中它的本质原因。
和时髦的空调相比，电风扇具有价格低和耗电量小，不受空间限制，吹出的风更贴近于自然等的优势，暂时不可能被空调取代，拥有庞大的目标消费群。
现行市面上的风扇大多是手工操作，模拟调控为主要控制手段，价格低廉，功能简单，其智能及自动化程度远远跟不上现代人的生活需求和应用要求；而且在功耗方面，一般的风扇的电机是采用电机抽头的小型电机来实现调速，这种调速方式单一，消费者选择的空间不大，而且在效率方面，节能方面的表面的确令人不满意。
面对着市场压力和消费者的需求，放眼市场，各种特设功能的电风扇可谓五花八门，各种附加的新功能，彰显了个性，也在无形中提高了电风扇的档次。
而智能温感遥控电风扇也必将作为消费市场的新宠儿，为电风扇行业增加新的亮点。
而将微控制器嵌入到工业控制中，将会成为一种不可阻挡的趋势，微控制器强大的控制能力将会使工业产品的功能和性能得到很大的提升。
也对应了时下流行的几个趋势，自动化和智能化，无线化，宽带化，低功耗化等趋势。
现在电风扇的现状：
大部分只有手动调速，功能单一，存在隐患或不足。
比如说人们常常离开后忘记关闭电风扇，浪费电且不说还容易引发火灾，长时间工作还容易损坏电器。
再比如说前半夜温度高电风扇调的风速较高，但到了后半夜气温下降，风速不会随着气温变化，容易着凉。
之所以会产生这些隐患，其根本原因是缺乏对环境的检测。
若有了智能温控调速电风扇，使电风扇系统朝着自动化、智能化，尤其是节能的方向发展。
它可以检测室内温度，并根据温度自动改变电风扇的电机转数，实现不同风速的自动转换，按预设温度自启动，低温停止的功能。
该设计实现了家电产品的更新换代，提高了产品的附加值。
从而迎合人们对健康、安全、节能减排和绿色环保的新需求。
单片机和一般的数字和模拟芯片相比有着强大的功能，而且编程简单，因此利用单片机来实现对控制电机转速与类型设置十分理想；本设计的研究目的就是实现对直流电风扇电机的控速来模拟风扇控制器，掌握单片机硬件和软件的综合设计方法。
风扇的控制有很多的方法，比如简单的有利用机械方式进行定时控制，有用模拟电子技术和数字电子技术进行转速等控制的。
随着人们生活水平的提高，人们对风扇的要求也越来越高，不但要求风速能够控制，而且要求风种模式能够多种选择，随着单片机技术的不断发展，单片机已广泛应用于各种家用电器产品中，它不仅大大提高了原有产品的性能质量,而且产品成本有所下降,生产也更简便。
通过单片机可以利用其本身的定时与中断功能编程实现风扇的风种控制，包括有正常风，自然风与睡眠风等的模式；而风速的控制也有多种方法，例如可以通过单片机控制固态继电器（双向可控硅）的导通角来调节电风扇的输入电压，以实现电风扇的无级速度调节,从而实现多档控速,但这里采用了通过单片机定时器输出脉宽调制PWM波控制占空比并外加一个固态继电器来控制风扇电机的转速，通过遥控板键盘输入设置有不同占空比对应着电风扇各个档位风速。
各功能状态使用液晶、发光管和蜂鸣器对应输出显示。
本系统电路设计比较简单，主要是充分利用了STC89C52单片机的资源，软件编程实现各功能，成本较低，实用性较强。
此外，在某些场合下，比如危险作业区，在人不适合作业的地方，比如有毒气产生的区域，高温或低温的地方，爆破点等危险场合，或者是家庭居室中控制，无线的应用将会得到非常广泛的应用，可见红外遥控的研究也是很有实践意义的。
1.2研究现状及发展趋势
风扇控制，主要有两点，一是控制方式，二是系统电机调速方式，也就是风速的调节方式，还有一点就是人机交互方式，风扇控制的差别就要体现在这两个方面。
风扇控制系统目前在市场上主要有几种类型，传统的类型即现在大多数人在使用的手动控制类型，该类型机子控制方式是手动控制，且只能在近距离中控制。
其内部电机是带多抽头的交流电机，一个抽头对应一个档位，以此来区分风速级别，也有其他种机子，是用过零比较器去控制可控硅的导通角，从而由可控硅去控制电机的转速；此种类型的机子控制方式单一且在某些特定场合会带来不便，此外其调速方式比较呆板，不能满足用户需求，而且当档位变化时，如果设计不好，会有电火花产生，存在安全隐患。
此外市面上还有用单片机结合传感器等类型的机子，比如，带温度控制传感器的风扇，能根据室温控制风扇转速，这种机子是将微控制器强大的控制能力注入到了系统中，从而实现了自动化及智能化；区别只在于控制方式由人工控制变成了温度调控，此外由于有了微控制器，电机的调速方式可采用不同的调节方法，如，采用PWM多种算法等，电路的形式也有了多种选择，此外还可以增加其他的功能，如吹风的模式选择，定时关机，自动休眠以节省电能等，此外还有语音控制的风扇控制系统，亮点就在于它的人机交互改良了，由此微控制器在系统中的应用的潜力巨大。
在电机调速方式上，随着家用电器产品变频技术的发展,单相电机的变频调速已成为一种可行的方法,在这种调速系统中,脉宽调制（PWM）技术仍然是提高调速性能的主要手段。
虽然PWM技术的实现方法很多,然而,为了降低产品的制造成本,采用微机控制软件实现PWM控制具有成本低、调制方式灵活等特点,比较适合于家用电器产品的要求。
本文针对电风扇电机的调速要求,提出了采用直接PWM（DPWM）软件计算的方法,并在51系列单片机STC89C52上实现,该方法可以很容易地实现电机的调速,其PWM算法简单,易于实现,是一种较为实用的方法。
2.系统总体设计
2.1本设计的任务要求
（1）根据所确定的方案做出一个总的系统框图（其中包含各个电路模块）。
（2）设计出硬件电路和软件编程。
硬件部分包括有单片机最小系统，外接控制电机转速的固态继电器部分，驱动USB端口，LED照明的普通6脚普通继电器部分，LCD数据显示部分，红外遥控部分，光电传感部分，红外反射传感部分，温度传感部分，实时时钟电路部分。
软件部分包括有初始化状态，温度采集，实时时钟采集，遥控解码，占空比控制，定时器中断控制，控制输入输出数据显示部分，蜂鸣器信号产生部分。
（3）最后将准备好的原件按照电路图焊接好，将程序烧录到单片机中，然后测试运行，检查其控制效果，风扇智能效果。
2.2系统的整体设计
系统输入端包括红外检测模块、感光模块、实时时钟模块、温度检测模块和红外遥控模块共同组成采集外部环境数据和外部输入数据，经过单片机进行数据分析与处理，然后控制输出端，输出端包括运行指示灯，提示音模块，LCD显示模块，继电器开关，调速模块。
系统的整体设计框图如图2-1所示。
图2-1系统整体设计框架
3.系统硬件模块的设计
3.1单片机系统模块的设计
3.1.1STC89C52单片机的简介
STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52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。
STC89C52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。
最高运作频率35MHz，6T/12T可选。
（1）特性
●8位CPU；
●32根I/O线；
●8K字节程序存储空间；
●512字节数据存储空间；
●内带2K字节EEPROM存储空间；
●3个16位的定时器/计数器；
●4个外部中断；
●看门狗定时器。
（2）STC89C52的芯片采用PID封装，一共40个引脚，与外围电路组成单片机最小系统。
其中外围电路包括晶振电路、复位电路、电源滤波电路。
STC89C52最小系统如图3-1所示。
图3-1STC89C52最小系统
3.1.2单片机时钟电路的设计
时钟是时序的基础，STC89C52单片机内部有一个构成振荡器的高增益反向放大器，它的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。
这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，构成一个稳定的自激振荡器。
本设在XTAL1和XTAL2跨接晶振Y1和微调电容C1，C2。
电容选30pf，晶振频率选择12MHz。
由石英晶体构成的振荡器产生的脉冲频率很稳定且速率很高，且电路简单。
时钟电路如图3-2所示。
图3-2时钟电路
3.1.3单片机复位电路的设计
复位是单片机的初始化操作，除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键以重新启动。
单片机复位电路设计的好坏，直接影响到整个系统工作的可靠性。
STC89C52芯片的第9脚RESET是复位信号的输入端，复位信号时高电平有效，有效时间应持续2个机器周期以上，若使用频率为12MHz的晶振，则复位信号持续时间超过2µs才能完成复位操作。
图3-3所示为复位电路，只要VCC上升时间不超过1ms，通过在VCC和RESET引脚之间加一个10µf的电容，上电瞬间，电容充电电流最大，电容相当于短路，RESET端为高电平，自动复位；电容两端的电压达到电源电压时，电容充电电流为零，电容相当于开路，RESET端为低电平，程序正常运行；当开关S按下，RESET端为高电平为高电平，系统复位。
图3-3复位电路
3.2液晶显示模块
3.2.1LCD1602的简介
1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。
每位之间有一个点距的间隔每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以他不能显示图形。
（1）LCD1602的特性
●+5V电压，对比度可调；
●内含复位电路；
●提供各种控制命令，如：
清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能；
●有80字节显示数据存储器DDRAM；
●内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM；
●8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM[4]。
（2）LCD1602主要技术参数
●显示容量:
16×2个字符；
●芯片工作电压:
4.5—5.5V；
●工作电流:
2.0mA（5.0V）；
●模块最佳工作电压:
5.0V；
●字符尺寸:
2.95×4.35（W×H）mm。
（3）LCD1602引脚功能说明
●第1脚：
VSS接地；
●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，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。
3.2.2液晶显示模块的设计
本设计通过单片机控制lcd1602显示室内温度及电风扇的档位。
LCD1602第3脚VO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。
如图所示P0口接lcd1602的八位数据接口，P2.5、P2.6、P2.7分别接LCD1602的RS、RW、EN端，液晶显示电路如图3-4所示。
图3-4液晶显示电路
3.3温度采集模块的设计
3.3.1DS18B20简介
DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。
DS18B20测温原理如图3-5所示。
图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。
高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。
计数器1和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。
计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。
图3-5DS18B20测温原理
3.3.2DS18B20的特点
（1）独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信；
（2）多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能；
（3）无须外部器件；
（4）可通过数据线供电，电压范围为3.0~5.5Ｖ；
（5）零待机功耗；
（6）温度以9或12位数字；
（7）用户可定义报警设置；
（8）报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；
（9）负电压特性，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。
DS18B20用于采集温度，并将采集到的温度传送给单片机。
DS18B20可以采用两种方式供电，一种是寄生电源供电方式，单片机端口接单线总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉；另一种是采用电源供电方式。
DS18B20的2脚为数字信号输入/输出端，此管脚必须接上拉电阻，使其在无数据传输时一直处于高电平状态，以此保持信号的稳定传输，1脚为电源地，3脚为外接供电电源输入端。
单片机根据温度作相应处理，并输出处理结果。
温度采集电路如图3-6所示。
图3-6温度采集电路
3.4继电器模块的设计
3.4.1继电器简介
继电器（relay）是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，当输入量（电、磁、声、光、热）达到定值时，输出量将发生跳跃式变化。
它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。
故在电路中起着自动
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