发布时间 : 星期二 文章基于单片机的智能风扇控制系统设计，知网查重5.4%更新完毕开始阅读
第二章 方案论证
2.1 控制核心的选择
方案一：采用单片机作为主要控制芯片。在本设计中采用AT89C51单片机，通过软件编程的方法来实现对温度的实时采集和控制，在其I/O口输出相应的控制信号。单片机AT89C51工作电压相对比较低，单片内含有4k字节的ROM和256字节的RAM，并且价格也相对较便宜。
方案二：采用电压比较电路作为控制执行部件。将采集到的温度信号转换为电信号并经放大电路放大，集成运算放大器组成的比较电路来判断决定电风扇的转动速度。
对于方案一，用单片机作为控制器件，通过简单的程序编写可以将温度传感器DS18B20检测的温度通过LED数码管显示出来，而且可以通过按键扫描程序通过单片机的外部按键对预设的初值进行增加或者减少，同时对于驱蚊功能采用单片机的软件编程更易实现，成本低，故以单片机AT89C51为控制核心，适合本次设计。对于AT89C51的具体参数参见下面“硬件设计”中的各器件介绍。
对于方案二，采用电压比较电路作为控制的核心，虽然电路比较简单、容易实现，但不能对预设温度的值进行更改，无法满足不同用户的需求，故本次设计不采用。
2.2 调速方式的选择
方案一：采用变压器调节方式，运用变压器原理将市电220V交流电压通过线圈降压到不同的值，电风扇电机接到不同电压值的线圈上就可以来控制直流电机的转速。
方案二：采用单片机的PWM软件编程方式。PWM中文意思是脉冲宽度调制，英文意思是Pulse Width Modulation的简写形式，它是一种按某种规律变化的脉冲方波，在PWM驱动直流电机的调节控制系统当中，最常用的是矩形PWM脉冲波信号，也是编写程序最简单的。在对直流电机的转速进行控制时，需要根据当前温度来输出不同占空比的PWM脉冲。PWM脉冲的占空比是指高电平的
时间在一个周期时间内的百分比，若全为低电平，占空比为零，风扇不转；若全为高电平，占空比为100%时，转速达到最大 [4]。用单片机输出PWM脉冲信号时，有如下两种方法：
(1) 利用软件延时。可以利用单片机自带的定时器编程实现不同占空比的PWM脉冲的输出，利用中断程序对单片机输出的电平进行高低转换，从而实现风扇的调速，本设计采用该方法。设计不同占空比的PWM脉冲的思路是：假设采用1S的周期方波，以50MS为基准，则20个基准便就是一个1S，那么当其中4个连续的50MS的高电平脉冲，然后16连续的50MS低电平脉冲，便得到了占空比为20%的PWM方波信号。
(2) 利用单片机自带的PWM功能。但本次设计所用得AT89C51单片机没有这种功能，只有STC系列的才有，故不可行。
对于方案一，该方案可以对直流风扇进行调速，但调节不是很方便，而且采用变压器来改变电压，不能适应人性化要求。
对于方案二，采用PWM 脉冲调制的纯软件的方法来实现对直流电机的实时调速，具有很大的灵活性，而且可以更充分地发挥单片机的功能，综合考虑选用方案二。
2.3 温度传感器的选择
方案一：用热电偶来作为检测温度的元器件，配合适当的外围电路，将检测到的温度信号送入单片机AT89C51处理。
方案二：用热敏电阻作为检测温度的元器件，经过运算放大器放大，由于温度变化会引起热敏电阻的电阻值发生相应的变化、便可以得到输出电压变化的信号。
方案三：用高精度集成温度传感器DS18B20作为检测温度的元器件，直接输出数字温度信号给单片机处理[5]。
对于方案一，采用热电偶作为检测元器件，其检测的温度范围非常宽，可检测-50摄氏度到1600摄氏度，但是电路设计比较复杂，故本设计不采用该方案。
对于方案二，采用热敏电阻价格相对便宜、元器件也很容易买到，但热敏电阻对温度的变化不是很敏感，在检测温度信号的时候，还有可能产生失真和误差，故本设计不采用该方案。
对于方案三，由于温度传感器DS18B20的集成度很高，大大减少了外接电路，从而检测误差也会变小很多，DS18B20检测温度的原理与前面两种方案的原理有着很大的不同。其检测到的温度值可以直接送入单片机处理，不用编写更多的转换程序，简化了程序的编写，且只用一根线便可与单片机相连，接口相当简单，本次设计采用该方案。关于DS18B20的详细参数参看下面“硬件设计”中的器件介绍。
2.4 显示电路的选择
方案一：采用四位共阳极数码管显示温度，动态扫描显示方式。 方案二：采用液晶显示屏LCD显示温度
对于方案一，该方案成本低廉，显示温度明确醒目，在夜间也能看见，功耗极低，显示驱动程序的编写也相对简单，这种显示方式得到广泛应用。不足的地方是扫描显示方式是使四个LED逐个点亮，因此会有闪烁，但是人眼的视觉暂留时间为20MS，当数码管扫描周期小于这个时间时人眼将感觉不到闪烁，因此可以通过增大扫描频率来消除闪烁感。
对于方案二，液晶体显示屏具有显示字符优美，不但能显示数字还能显示字符甚至图形的优点，这是LED数码管无法比拟的。但是液晶显示模块价格昂贵，驱动程序复杂，从简单实用的原则考虑，本系统采用方案一。
第三章 主要原件的介绍
系统主要器件包括DS18B20温度传感器、AT89C51单片机、四位LED共阳数码管、风扇。辅助元件包括电阻、电容、晶振、电源、按键、开关等。
3.1 AT89C51简介
AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压单片机，其含有4K字节的ROM和256字节的RAM，兼容MCS-51指令。其中央处理器是8位的，且含有Flash存储单元，功能非常强大。
AT89C51单片机具有以下标准的功能：一个8位CPU频率范围1.2-12MHZ，4K字节Flash闪存，256字节内部数据存储器RAM，4个8位并行I/O口，一个全双工串行口，2个16位定时/计数器，5个中断源的中断控制系统，片内自带
振荡器和时钟电路。
AT89C51单片机管脚图如3.3所示：
图3.3 AT89C51单片机
各管脚功能如下[8]:
VCC：40引脚接5V供电电压。 GND：20引脚接地。
XTAL1：19引脚为单片机提供外部时钟信号，外接石英晶体和微调电容。 XTAL2：18引脚为单片机提供外部时钟信号，外接石英晶体和微调电容。 P0口：P0.7~P0.0，这组引脚共8条，其中P0.7为最高位，P0.0为最低位。是漏极开路的8位准双向I/O口，有两种功能。第一:做通用I/O口，无片外内存时，P0口可做通用I/O接口使用。第二：做地址/数据口，在访问外部内存时，用作地址总线的低8位和数据总线。
P1口：P1.7~P1.0,其中P1.7为最高位，P1.0为最低位，仅用作I/O口。 P2口：P2.7~P2.0，其中P2.7为最高位，P2.0为最低位。P2口是带内部上拉电阻的8位准双向I/O接口，具有两种功能。第一：做通用I/O口，无片外内存时，P2口可用作通用I/O口。第二：做地址口，在访问外部内存时，用作地