1、 科学 技 术 学 院NANCHANG UNIVERSITY COLLEGE OFSCIENCE AND TECHNOLOGY 学 士 学 位 论 文THESIS OF BACHELOR（2012 20 13 年）题 目 基于单片机 AT89S52 的温控风扇的设计 学 科 部： 信息学科部 专 业： 通信工程 1摘 要生活中，我们经常会使用到电风扇。比如，在炎热的夏天人们用电风扇来降温；在工业生产中，大型机械用电风扇来散热等。但是当环境温度变化的时候，人工很难做到及时控制风扇的转速，也很难有效利用宝贵的电资源。随着温度控制的技术不断发展，温控技术已经完全满足现代的日常生活和生产的要求，应运而
2、生的温控电风扇也逐渐走进了人们的生活中。温控电风扇可以根据环境温度自动调节电风扇启停与转速，在实际生活的使用中，温控电风扇不仅可节省宝贵的电资源，也大大方便了人们的生活和生产。温控风扇是利用温度的变化控制风扇启停及转速的智能系统，在现代社会中的生产以及人们的日常生活中都有广泛的应用，如工业生产大型机械散热系统中的风扇、现在笔记本电脑上的广泛应用的智能 CPU 风扇等。本文设计了基于单片机的温控风扇系统，用单片机为控制器，利用温度传感器 DS18B20 作为温度采集元件，并根据采集到的温度，通过一个达林顿反向驱动器 ULN2803 驱动风扇电机。根据检测到的温度与系统设定的温度比较实现风扇电机的
3、自动启动和停止，并能根据温度的变化自动改变风扇电机的转速，同时用 LED 八段数码管显示检测到的温度与设定的温度。系统的预设温度的设置是通过两个独立按键来实现的，一个增大预设温度，一个减小预设温度。 关键词: 单片机；DS18B20 ；温控；风扇2ABSTRACTIn life, we often use to electric fan. For example, in the hot summer people use electric fan to cool; in industrial production, large-scale machinery use electric fan
4、for cooling. But when the environmental temperature changes, artificial hard to timely control the speed of the fan, is also very difficult to effectively utilize valuable resources. With the development of technology of temperature control, temperature control technology has been fully meet the mod
5、ern daily life and production requirements, emerge as the times require temperature-controlled electric fan has gradually entered peoples life. Temperature control electric fan according to the ambient temperature automatic regulating electric fan start / stop and speed, in real life use, temperatur
6、e-controlled electric fan not only can save valuable resources, also brings great convenience for peoples life and production.Temperature control fan in modern society production and peoples daily life have a wide range of applications, Such as industrial production of large mechanical cooling syste
7、m of fan, now notebook computer on a wide range of application of intelligent CPU fan. This paper introduces the design of MCU based temperature control fan system, using SCM as the controller, use of temperature sensor DS18B20 as a temperature acquisition component, and according to the collected t
8、emperature, through a Darlington reverse driving fan motor driver ULN2803. According to the detected temperature and a set temperature to achieve system comparison of fan motor for automatic start and stop, and according to temperature changes automatically change the fan motor speed, at the same ti
9、me with the LED eight digital tube display the detected temperature and a set temperature. The preset temperature set by two independent buttons to achieve, The one increase the preset temperature, and the another one reduced the preset temperature.Key words: single chip microcomputer; DS18B20; temp
10、erature control; fan1目 录第一章 前 言 .1第二章 整体方案设计 .22.1 系统整体的设计 .22.2 方案论证 .22.2.1 温度传感器的选择 .32.2.2 控制核心的选择 .32.2.3 温度显示器件的选择 .42.2.4 调速方式的选择 .4第三章 各单元模块的硬件设计 .63.1 系统器件简介 .63.1.1 DS18B20 单线数字温度传感器简介 .63.1.2 达林顿反向驱动器 ULN2803 简介 .63.1.3 AT89C52 单片机简介 .73.1.4 LED 数码管简介 .93.2 电路设计 .103.2.1 开关复位与晶振电路 .103.2.
11、2 独立按键连接电路 .113.2.3 数码管显示电路 .123.2.4 温度采集电路 .133.2.5 风扇电机驱动与调速电路 .143.2.6 电路总图 .15第四章 软件设计 .174.1 程序设置 .174.1.1 主要程序代码 .1824.2 用 Keil C51 编写程序 .204.3 用 Proteus 进行仿真 .214.3.1 Proteus 简介 .214.3.2 本设计基于 Proteus 的仿真 .22第五章 系统调试 .265.1 软件调试 .265.1.1 按键显示部分的调试 .265.1.2 传感器 DS18B20 温度采集部分调试 .265.1.3 电动机调速电
12、路部分调试 .275.2 硬件调试 .275.2.1 按键显示部分的调试 .275.2.2 传感器 DS18B20 温度采集部分调试 .275.2.3 电动机调速电路部分调试 .285.3 系统功能 .285.3.1 系统实现的功能 .285.3.2 系统功能分析 .28第六章 结束语 .29参考文献 .301第一章 前 言在现代的生活和生产中，电风扇被广泛的使用，发挥着举足轻重的作用，如夏天人们使用的散热风扇、工业生产中大型机械中的散热风扇以及现在笔记本电脑上广泛使用的智能 CPU 风扇等。而随着温度控制技术的发展，为了降低风扇运转时的噪音以及节省能源等，温度控制风扇越来越受到重视并被广泛的
13、应用。在先阶段，温控风扇的设计已经有了一定的成效，可以使风扇根据环境温度的变化进行自动无极调速，当环境温度升高到到一定时能自动启动风扇，并随着环境温度的升高自动加快风扇的转速，当环境温度降到一定时能自动停止风扇的转动，实现智能控制。本文设计了由 ATMEL 公司的 8052 系列单片机 AT89C52 作为控制器，采用 DALLAS 公司的温度传感器 DS18B20 作为温度采集元件，并通过一个达林顿反向驱动器 ULN2803 驱动风扇电机的转动。同时使系统检测到的环境温度以及系统预设的温度动态显示在 LED 数码管上。根据系统检测到的环境温度与系统预设温度的比较，实现风扇电机的自动启动与停止
14、以及转速的自动调节。2第二章 整体方案设计2.1 系统整体的设计本设计的整体思路是：利用温度传感器 DS18B20 检测环境温度并直接输出数字温度信号给单片机 AT89C52 进行处理，在 LED 数码管上显示当前环境温度值以及预设温度值。其中预设温度值只能为整数形式，检测到的当前环境温度可精确到小数点后一位。同时采用 PWM 脉宽调制方式来改变直流风扇电机的转速。并通过两个按键改变预设温度的大小，一个提高预设温度，另一个降低预设温度。系统结构框图如图 2-1 所示。AT89C52温度显示 DS18B20复位 晶振独立按键PWM 驱动电路 直流电机图 2-1 系统构成框图2.2 方案论证本设计
15、需要实现风扇直流电机的温度控制，使风扇电机能根据环境温度的变化自动启动和停止以及转速的自动调节，需要比较高的温度变化分辨率以及稳定可靠的换挡停机控制部件。32.2.1 温度传感器的选择在本设计中，温度传感器的选择有一下两种方案：方案一：使用数字式的 DS18B20 集成温度传感器作为温度检测的核心元件，由其检测并直接输出数字信号给单片机进行处理。方案二：使用热敏电阻作为检测温度的核心元件，并通过运算放大器放大，由于热敏电阻会随温度变化而变化，进而产生输出电压变化的微弱电压变化信号，再经模数转换芯片 ADC0809 将微弱电压变化信号转化为数字信号输入单片机处理。对于方案二，采用热敏电阻作为温度
16、检测元件，有价格便宜，元件容易购的优点，但是热敏电阻对温度的细微变化不太敏感，在信号采集、放大以及转换的过程中还会产生失真和误差，并且由于热敏电阻的 R-T 关系的非线性，其自身对温度的变化存在较大的误差，虽然可以通过一定电路来修正，但这个不仅将使电路变得更加复杂，而且在人体所处环境温度变化过程中难以检测到小的温度变化。故该方案不适合本系统。对于方案一，由于数字式集成温度传感器 DS18B20 的高度集成化，大大降低了外界放大转换等电路的误差因数，温度误差变的很小，并且由于其检测温度的原理与热敏电阻检测的原理有着本质的不同，使得其温度分辨力极高。温度值在器件内部转化成数字量直接输出，简化了系统
17、程序的设计，又由于该温度传感器采用先进的单总线技术，与单片机的接口变的非常简洁，抗干扰能力强，因此该方案适用于本系统。2.2.2 控制核心的选择在本设计中采用 AT89C52 单片机作为控制核心，通过软件编程的方法进行温度检测和判断，并在其 I/O 口输出控制信号。AT89C52 单片机工作电压低，性能高，片内含 8k 字节的只读程序存储器 ROM 和 256 字节的随机数据存储器RAM，它兼容标准的 MCS-51 指令系统，单片机价格便宜，适合本设计系统。42.2.3 温度显示器件的选择方案一：应用动态扫描的方式，采用 LED 共阴极数码管显示温度。方案二：采用 LCD 液晶显示屏显示温度。
18、对于方案一，该方案成本很低，显示温度明确醒目，即使在黑暗空间也能清楚看见，功耗极低，同时温度显示程序的编写也相对简单，因而这种方式得到了广泛的应用。但不足的地方是它采用动态扫描显示方式，各个 LED 数码管是逐个点亮的，因此会产生闪烁 ，但由于人眼的视觉暂留时间为 20ms，故当数码管扫描周期小于这个时间时，人眼不会感觉到闪烁，因此只要扫描频率设置得到即可采用该方案。对于方案二，液晶显示屏具有显示字符优美，其不仅能显示字符甚至图形，这是 LED 数码管无法比拟的。但是液晶显示模块的元件价格昂贵，显示驱动程序的编写也较复杂，从简单实用的角度考虑，本系统采用方案一。2.2.4 调速方式的选择方案一
19、：采用单片机软件编程实现 PWM（脉冲宽度调制）调速方法。PWM 的英文全称是：Pulse Width Modulation 的缩写，它是按一定的规律改变脉冲序列的脉冲宽度，一调节输出量和波形的一种调节方式，在 PWM 驱动控制的调节系统中，最常用的是以矩形波 PWM 信号，早控制时需要调节 PWM波的占空比。占空比是指高电平持续时间在一个周期时间内的百分比。在控制电机转速时，占空比越大，转速就越快，若全为高电平，占空比为 100%时，转速达到最大。用单片机 I/O 口输出 PWM 信号时，有如下三种方法：（1）利用软件延时。当高电平延时时间到时，对 I/O 电平取反，使其变成低电平，然后再延时一定时间；当低电平延时时间到时，再对 I/O 电平取反，使其变成高电平，如此循环即可得到 PWM 信号。在本设计中采用了此方法。（2）利用定时器。控制方法与（1）相同，只是在该方法中利用单片机的定时器来定时进行高低电平的转变，而不是用软件延时。但是此方法编程相对复杂。（3）利用单片机自带的 PWM 控制器。在 STC12 系列单片机中自身带有PWM 控制器，但本系统所应用到的 AT89C52 单片机无此功能。
