基于单片机电风扇自然风发生器设计
基于单片机电风扇自然风发生器设计[20200410140112]
摘 要
电子科学技术的发展深入到生活中的各个领域，电风扇控制器也不例外。因为普通电扇的风速是相对固定的,设计了基于单片机电风扇自然风发生器设计，风速能够调节，具有定时和过温保护功能。
本文首先介绍了电风扇的工作原理和工作特点，通过对方案的论证，提出了基于单片机AT89S52单片机的自然风发生器设计方案和设计思路；然后设计了单片机工作在最小系统下的硬件电路，并设计了过温保护电路、显示电路和电机驱动电路；接着设计了软件流程图，并分别设计了各子模块程序；最后搭建系统，并进行了硬件和软件调试， PWM波形和数码管显示模块能够准确反映设计要求，系统能够处于稳定运行状态。
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关键字:自然风单片机电风扇
目 录
1绪论 1
1.1设计背景 1
1.2本设计的目的和意义 1
1.3本设计的主要内容 1
2电风扇控制系统与方案选择 3
2.1电风扇自然风技术特点 3
2.1.1电风扇自然风发生器基本结构 3
2.1.2电风扇自然风发生器的工作原理 3
2.2方案比较与选择 4
3硬件设计 6
3.1 控制系统设计总图 6
3.2单片机AT89S52系统组成 6
3.2.1单片机晶振电路设计 8
3.2.2单片机电源电路设计 9
3.3主要功能模块硬件设计 10
3.3.1 主控制器电路设计 10
3.3.2 过温保护电路设计 11
3.3.3显示电路设计 11
3.3.4 电机驱动电路设计 12
4 控制系统软件设计 13
4.1 控制系统软件设计程序总图 13
4.2 主要功能模块软件设计 14
4.2.1读键程序设计 14
4.2.2数码管显示程序设计 18
4.2.3过温保护设计 19
4.2.4PWM波调制方法与程序设计 19
5系统调试 21
5.1硬件调试 21
5.2软件调试 21
5.2.1 软件调试步骤 21
5.2.2 软硬件联调步骤 21
5.2.3 烧录程序的步骤 21
5.3实验现象 22
5.3.1转速调试波形 22
5.3.2 数码管结果显示 24
总结与展望 27
参考文献 28
附录一：系统方案总图 29
附录二：系统控制程序 30
附录三：元器件清单 39
致 谢 40
1绪论
1.1设计背景
目前，家用电风扇的种类繁多，大部分电风扇都是用专门解码芯片设计的，机械定时器。用单片机设计的风扇比较少，家庭电器的发展因遵循社会生活的发展规律，向着安全、健康、快速、方便、经济效益等方向发展。家用电风扇是大家夏天必备的产品，平常用的电风扇正常是用手动按键控制，使用时的控制范围太窄不能送出理想的风，给使用者带来不便。普通电风扇的送风强度是恒定不变的，不如自然风那样阵阵吹拂给人舒适宜人的感觉，生活水平的进步使得大家回归大自然的意愿日趋强烈，普通电风扇模拟自然风也成了设计者的新任务。具有可自主调节风量大小的功能，使用者可以设置一个档位，风扇的风速和风量随着室内温度的降低会自动降低，直到关机。解决了由于深夜室温降低后电扇仍保持着很大的风量，这容易引发人体受寒着凉的不足，保障了消费者的身体健康。经过开发人员的不断努力，电风扇在控制技术上已经相当成熟，由过去功能单调，只有手动控制，发展到现在的风速多样，控制简单方便，功能多样化，给人们的生活带来更多的便利。
1.2本设计的目的和意义
文章使用以微处理器为中心的风扇智能控制器的设计方案，具有电扇开机，调节风量，模拟自然风、正常风、睡眠风，定时关机等功能。它是由直流电机与一台可以调制输出电压产生周期性高、低变化的电气装置有效组成。电风扇直流马达供电电压有效值永远处于周期性大、小变化，而不是处于一个周期性通、断变换状态。因此，电机的供电模式是合理的，轴承，机械磨损小。此外，结构合理，设计制造简易，制作成本低，容易使用。
1.3本设计的主要内容
本设计主要完成了基于AT89S52单片机的电风扇自然风发生器的设计，主要做了一下方面的工作：
1详细分析了电风扇的组成结构和电风扇自然风的运行原理，AT89S52单片机的最小系统以及直流电机的运行和调速原理，并对方案论证选取了合理的设计方案；
2.对系统总体方案进行详细介绍，并设计了系统的控制模块、驱动模块、过温保护模块、显示模块；
3.按照控制要求分模块设计了软件部分，包括整体控制部分和子模块；
4.对系统进行了调试和改进，使系统稳定的运行。
2电风扇控制系统与方案选择
2.1电风扇自然风技术特点
2.1.1电风扇自然风发生器基本结构
电风扇自然风发生器是模拟自然风的间歇性，改变风速给人一种舒适感。
1、脉宽调制电路
变换控制端口输出占空比，驱动三极管达到调节电容两端电压有效值，从而改变电机转速达到改变风速。
2、直流电机
将电能转换为风能。
2.1.2电风扇自然风发生器的工作原理
脉冲宽度调制（PWM），简称脉宽调制，是将模拟信号转变为脉冲方波的一种方法，一般的转换脉冲周期是固定的，但脉冲占空比取决于模拟信号。在模拟电路中，模拟信号可以连续变化，在时间、幅值上基本上都没有什么限定，可以采取任何实际值，输入和输出是线性相关的。因此在模拟电路中，电流和电压可直接用于对象控制，比如家用电器设备中的控制温度、控制灯泡灯具的亮暗度等等。其实模拟电路也有许多的不足：比如控制的信号容易随时间漂移，难以调控、功率损耗大、易受环境和噪声干扰等等。和模拟电路不同，数字电路是在预先确定的范围内取值，在任何时刻，其输出只可能为ON和OFF两种状态，因此以电流和电压通/断形式的重复方波信号加载到模拟负载。脉宽调制技术是一种对模拟信号电平的数字编码方式，通调制频率进而达到调制方波的占空比，从而完成对模拟信号的编码。其最大的优点是从处理器的所有信号的控制对象是数字形式的，无需数模转换过程；并且对于干扰信号的抗干扰能力也大大加强（干扰信号一般情况影响不了电平状态，只有强到足够将逻辑电平改变时，才有可能对数字信号电平产生本质的影响），这也就是是脉宽调制技术在控制和通讯信号传输领域中得到普遍使用的主要因素。实行脉宽调制控制之前，这类微处理器需要在软件中完成如下的准备：
1、设定调制方波的单片机上的定时器/计数器的周期
2、在掌控脉宽调制的寄存器中设定接通时段
3、设置控制PWM输出的方向，这个输出是一个通用I/O管脚
4、使能PWM控制器、启动时间定时器
脉宽调制的好处是从微处理器到被控制装置之间的信号都是采用数字信号的方式，不需利用数字信号转模拟信号。可以使信号一直保持为数字电平的形式，降低干扰信号影响。只有干扰信号在强到足以将逻辑0变为逻辑1或将逻辑1变为逻辑0时，这才对数字信号电平产生影响。
2.2方案比较与选择
针对本设计系统，各个模块实现的功能来设计自然风发生器的方案有以下几种：
方案一 LCD显示如图2.1
图2.1 LCD显示
此方案设计的基于单片机电风扇自然风发生器设计，可以实现电机过温保护功能，但是本系统只需要显示简单的数字，液晶显示接线比较复杂，成本比较高没有发挥其显示的优势。
方案二 数码管显示如图2.2
图2.2 数码管显示
系统由6个主要部分构成：主控制模块（CPU）、保护模块、显示电路、按键电路、晶振电路和电源部分，本设计系统总体方案的框架如上图2.2所示。驱动控制电路是利用脉宽调制来控制，到达改变直流电机的转速。通过按键来设置工作的模式，并将其送到数码管显示。
摘 要
电子科学技术的发展深入到生活中的各个领域，电风扇控制器也不例外。因为普通电扇
本文首先介绍了电风扇的工作原理和工作特点，通过对方案的论证，提出了基于单片机AT89S52单片机的自然风发生器设计方案和设计思路；然后设计了单片机工作在最小系统下的硬件电路，并设计了过温保护电路、显示电路和电机驱动电路；接着设计了软件流程图，并分别设计了各子模块程序；最后搭建系统，并进行了硬件和软件调试， PWM波形和数码管显示模块能够准确反映设计要求，系统能够处于稳定运行状态。
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关键字:自然风单片机电风扇
目 录
1绪论 1
1.1设计背景 1
1.2本设计的目的和意义 1
1.3本设计的主要内容 1
2电风扇控制系统与方案选择 3
2.1电风扇自然风技术特点 3
2.1.1电风扇自然风发生器基本结构 3
2.1.2电风扇自然风发生器的工作原理 3
2.2方案比较与选择 4
3硬件设计 6
3.1 控制系统设计总图 6
3.2单片机AT89S52系统组成 6
3.2.1单片机晶振电路设计 8
3.2.2单片机电源电路设计 9
3.3主要功能模块硬件设计 10
3.3.1 主控制器电路设计 10
3.3.2 过温保护电路设计 11
3.3.3显示电路设计 11
3.3.4 电机驱动电路设计 12
4 控制系统软件设计 13
4.1 控制系统软件设计程序总图 13
4.2 主要功能模块软件设计 14
4.2.1读键程序设计 14
4.2.2数码管显示程序设计 18
4.2.3过温保护设计 19
4.2.4PWM波调制方法与程序设计 19
5系统调试 21
5.1硬件调试 21
5.2软件调试 21
5.2.1 软件调试步骤 21
5.2.2 软硬件联调步骤 21
5.2.3 烧录程序的步骤 21
5.3实验现象 22
5.3.1转速调试波形 22
5.3.2 数码管结果显示 24
总结与展望 27
参考文献 28
附录一：系统方案总图 29
附录二：系统控制程序 30
附录三：元器件清单 39
致 谢 40
1绪论
1.1设计背景
目前，家用电风扇的种类繁多，大部分电风扇都是用专门解码芯片设计的，机械定时器。用单片机设计的风扇比较少，家庭电器的发展因遵循社会生活的发展规律，向着安全、健康、快速、方便、经济效益等方向发展。家用电风扇是大家夏天必备的产品，平常用的电风扇正常是用手动按键控制，使用时的控制范围太窄不能送出理想的风，给使用者带来不便。普通电风扇的送风强度是恒定不变的，不如自然风那样阵阵吹拂给人舒适宜人的感觉，生活水平的进步使得大家回归大自然的意愿日趋强烈，普通电风扇模拟自然风也成了设计者的新任务。具有可自主调节风量大小的功能，使用者可以设置一个档位，风扇的风速和风量随着室内温度的降低会自动降低，直到关机。解决了由于深夜室温降低后电扇仍保持着很大的风量，这容易引发人体受寒着凉的不足，保障了消费者的身体健康。经过开发人员的不断努力，电风扇在控制技术上已经相当成熟，由过去功能单调，只有手动控制，发展到现在的风速多样，控制简单方便，功能多样化，给人们的生活带来更多的便利。
1.2本设计的目的和意义
文章使用以微处理器为中心的风扇智能控制器的设计方案，具有电扇开机，调节风量，模拟自然风、正常风、睡眠风，定时关机等功能。它是由直流电机与一台可以调制输出电压产生周期性高、低变化的电气装置有效组成。电风扇直流马达供电电压有效值永远处于周期性大、小变化，而不是处于一个周期性通、断变换状态。因此，电机的供电模式是合理的，轴承，机械磨损小。此外，结构合理，设计制造简易，制作成本低，容易使用。
1.3本设计的主要内容
本设计主要完成了基于AT89S52单片机的电风扇自然风发生器的设计，主要做了一下方面的工作：
1详细分析了电风扇的组成结构和电风扇自然风的运行原理，AT89S52单片机的最小系统以及直流电机的运行和调速原理，并对方案论证选取了合理的设计方案；
2.对系统总体方案进行详细介绍，并设计了系统的控制模块、驱动模块、过温保护模块、显示模块；
3.按照控制要求分模块设计了软件部分，包括整体控制部分和子模块；
4.对系统进行了调试和改进，使系统稳定的运行。
2电风扇控制系统与方案选择
2.1电风扇自然风技术特点
2.1.1电风扇自然风发生器基本结构
电风扇自然风发生器是模拟自然风的间歇性，改变风速给人一种舒适感。
1、脉宽调制电路
变换控制端口输出占空比，驱动三极管达到调节电容两端电压有效值，从而改变电机转速达到改变风速。
2、直流电机
将电能转换为风能。
2.1.2电风扇自然风发生器的工作原理
脉冲宽度调制（PWM），简称脉宽调制，是将模拟信号转变为脉冲方波的一种方法，一般的转换脉冲周期是固定的，但脉冲占空比取决于模拟信号。在模拟电路中，模拟信号可以连续变化，在时间、幅值上基本上都没有什么限定，可以采取任何实际值，输入和输出是线性相关的。因此在模拟电路中，电流和电压可直接用于对象控制，比如家用电器设备中的控制温度、控制灯泡灯具的亮暗度等等。其实模拟电路也有许多的不足：比如控制的信号容易随时间漂移，难以调控、功率损耗大、易受环境和噪声干扰等等。和模拟电路不同，数字电路是在预先确定的范围内取值，在任何时刻，其输出只可能为ON和OFF两种状态，因此以电流和电压通/断形式的重复方波信号加载到模拟负载。脉宽调制技术是一种对模拟信号电平的数字编码方式，通调制频率进而达到调制方波的占空比，从而完成对模拟信号的编码。其最大的优点是从处理器的所有信号的控制对象是数字形式的，无需数模转换过程；并且对于干扰信号的抗干扰能力也大大加强（干扰信号一般情况影响不了电平状态，只有强到足够将逻辑电平改变时，才有可能对数字信号电平产生本质的影响），这也就是是脉宽调制技术在控制和通讯信号传输领域中得到普遍使用的主要因素。实行脉宽调制控制之前，这类微处理器需要在软件中完成如下的准备：
1、设定调制方波的单片机上的定时器/计数器的周期
2、在掌控脉宽调制的寄存器中设定接通时段
3、设置控制PWM输出的方向，这个输出是一个通用I/O管脚
4、使能PWM控制器、启动时间定时器
脉宽调制的好处是从微处理器到被控制装置之间的信号都是采用数字信号的方式，不需利用数字信号转模拟信号。可以使信号一直保持为数字电平的形式，降低干扰信号影响。只有干扰信号在强到足以将逻辑0变为逻辑1或将逻辑1变为逻辑0时，这才对数字信号电平产生影响。
2.2方案比较与选择
针对本设计系统，各个模块实现的功能来设计自然风发生器的方案有以下几种：
方案一 LCD显示如图2.1
图2.1 LCD显示
此方案设计的基于单片机电风扇自然风发生器设计，可以实现电机过温保护功能，但是本系统只需要显示简单的数字，液晶显示接线比较复杂，成本比较高没有发挥其显示的优势。
方案二 数码管显示如图2.2
图2.2 数码管显示
系统由6个主要部分构成：主控制模块（CPU）、保护模块、显示电路、按键电路、晶振电路和电源部分，本设计系统总体方案的框架如上图2.2所示。驱动控制电路是利用脉宽调制来控制，到达改变直流电机的转速。通过按键来设置工作的模式，并将其送到数码管显示。
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