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智能电风扇创新设计说明书解析
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智能电风扇创新设计说明书解析
航空制造工程学院
创新能力综合训练
研 究 报 告
题 目: 智能电风扇设计
所属课题: 智能电风扇系统硬件设计
学 院:
专业名称:
班级学号:
学生姓名:
合作者:
指导教师:
二O一三年 十一月
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智能电风扇系统硬件设计研究
学生姓名: 班级:
指导老师:
大纲:采用单片机作为控制器,基于单片机最小系统下利用温度传感器 DS18B20
作为温度采集元件,同时还利用风速传感器WFS-1采集室内空气流速,并依照采集到的温度和WFS-1输出的电压信号与系统设定的温度细风速值的比较实现风扇电机的自动启动和停止,并能根温度和室内空气流速的变化自动改变风扇电机的
转速,用LCD显示检测到的温度、风速。研究了相关芯片如AT89C51、8255、AD0808
等的功能、接线方式以及工作方式,同时,还研究了相关元件如DS18B20、LCD等接口功能等,结果表示,经过Proteus硬件仿真软件的仿真可是在LCD上观察到两传感器对环境温度细风速的实时连续的牢固显示。
要点词: 单片机、DS18B20、WFS-1、风扇、温控、风控
主要创新点
基于单片机最小系统下控制电风扇,利用温度传感器 DS18B20细风速传感器
WFS-1对室内温度、风速等进行检测,进而依照其检测信号对电风扇工作状态进
行改变,达到令人体最酣畅的工作状态,同时用 LCD显示检测到的温度、风速。
进而实现更人性化、智能化的控制。
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目
录
1
序言
..................................................
4
2
研究方法...............................................
5
3
研究结果及解析.........................................
6
系统整体设计......................................6
温度模块硬件设计...................................
6
、DS18B20数字温度传感器简介.....................
6
1
、DS18B20的外形和内部结构
.......................
6
2
、DS18B20的主要特点................................
7
、温度传感器的接线方式
............................
8
、基于Proteus温度模块仿真...........................
9
.....................................
10
、风速传感器WFS-1简介............................
11
-1型风速传感器的主要技术参数...................
12
..........................................
12
.........................................
12
、风速传感器的接线方式............................
13
、基于Proteus风速模块仿真
........................
14
4
结论
..................................................
16
5
参照文件..............................................
17
6指导教师考语和成绩评定................................
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序言
在现代社会中,风扇被广泛的应用,发挥着举足轻重的作用,如夏天人们用的散热风扇、工业生产中大型机械中的散热风扇以及现在笔录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约能源等,温控风扇越来越碰到重视并被广泛的应用。在现阶段,温控风扇的设计已经有了必然的见效,能够使风扇依照环境温度的变化进行自动无级调速,当温度高升到一准时能自动启动风扇,当温度降到一准时能自动停止风扇的转动,实现智能控制。
随着单片机在各个领域的广泛应用,好多用单片机作控制的温度控制系统也应运而生,如基于单片机的温控风扇系统。它使风扇依照环境温度的变化实
现自动启停,使风扇转速随着环境温度的变化而变化,实现了风扇的智能控制。它的设计为现代社会人们的生活以及生产带来了诸多便利,在提高人们的生活质量、生产效率的同时还能够节约风扇运转所需的能量。
本文采用单片机作为控制器,利用温度传感器DS18B20作为温度采集元件,同时还利用风速传感器WFS-1采集室内空气流速,并依照WFS-1输出的电压信号和采集到的温度与系统设定的温度细风速的比较实现风扇电机的自动启动和
停止,并能根温度和室内空气流速的变化自动改变风扇电机的转速,用LCD显示检测到的温度、风速。
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研究方法
在传统电风扇结构和控制的基础上,加入单片机控制,采用遥控器控制风
扇的启动/停止,再加入温度控制环节细风速控制环节, 实现房间的风速和人体
酣畅性的自动调治。整体工作情况是:
1)用按键设定风速,温度,准时启动和准时时间等信息 ;
2)启动风扇工作;
3)风速、温度传感器实时检测房间的温度细风速信息;
4)单片机控制依照设定信息和检测信息,控制电机转速,实现自动、智能化、
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更酣畅的控制。
开始
启动准时了吗?
Y
启动准时
检测风速
风速满足要求吗?
N
调治电机转速
检测温度
温度满足要求吗?
N
调治电机转速
电机驱动流程图
N
Y
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研究结果及解析
系统整体设计
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
的数字温度信号细风速传感器 WFS-1检测环境风速并输出电压信号经过 AD0808
变换成数字信号传给单片机 AT89C51进行办理,在LCD上显示当前环境参数值
以及预设参数值。其中预设环境值只能为整数形式,检测到的当前环境温度和
风速可精确到小数点后两位,同时采用 PWM脉宽调制方式来改变直流风扇电机
的转速。系统结构框图以下:
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DS18B20 WFS-1
温度、风速
显示显示
独立键盘
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AT89C51
PWM驱动
直流电机
电路
复位 晶振
系统结构框图
温度模块硬件设计
、DS18B20数字温度传感器简介
、DS18B20的外形和内部结构
DS18B20内部结构主要由4部分组成:64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置存放器。
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(1)光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的,它能够看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是:开始8位(28H)是产品种类标号,接着的48位是该DS18B20自己的序列号,最后8位是前面56位的循环冗余校验码(CRC=X8+X5+X4+1)。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同,这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。
(2) DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量,以 12位转变成例:用
16位符号扩展的二进制补码读数形式供应, ℃/LSB形式表达,其中S
为符号位。
2、DS18B20的主要特点
1)适应电压范围更宽,电压范围:~,在寄生电源方式下可由数据线供电
2)温范围-55℃~+125℃,在-10~+85℃时精度为±℃
3)独到的单线接口方式,DS18B20在与微办理器连接时仅需要一条口线即可实现微办理器与DS18B20的双向通讯
(4)DS18B20 支持多点组网功能,多个 DS18B20能够并联在唯一的三线上,
实现组网多点测温。
(5)DS18B20在使用中不需要任何外面元件,全部传感元件及变换电路集成在形如一只三极管的集成电路内可编程的分辨率为9~12位,℃、℃、℃℃,,12位分辨率时最多在750ms内把
温度值变换为数字,速度更快测量结果直接输出数字温度信号,以"一线总线"串行传达给CPU,同时可传达CRC校验码,拥有极强的抗搅乱纠错能力负压特点:电源极性接反时,芯片不会因发热而烧毁,但不能够正常工作。
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部分温度值与 DS18B20输出的数字量比较表
温度值/℃ 数字输出(二进制) 数字输出(十六进制)
+85℃
00000**********
0550H
+
℃
0000000110010001
0191H
+
℃
0000000010100010
00A2H
+℃
0000000000001000
0008H
0℃
0000000000000000
0000H
-℃
11111**********
FFF8H
-
℃
11111**********
FF5EH
-
℃
11111**********
FF6FH
-55℃
11111**********
FC90H
上表是DS18B20温度采集转变后获取的12位数据,储藏在
DS18B20的两个8
比特的RAM中,二进制中的前面5位是符号位,若是测得的温度大于或等于
0,
这5位为0,;若是温度小于0,这5位为1,。
温度变换计算方法举例:
比方:当DS18B20采集到+85℃的实质温度后,输出为0550H,则:
实质温度=0550H╳=1360╳=85℃。
比方:当DS18B20采集到-55℃的实质温度后,输出为 FC90H,则应先将11位数
据位取反加1得370H(符号位不变,也不作为计算),则:
实质温度=370H╳=880╳=55℃。
、温度传感器的接线方式
DS18B20数字温度传感器经过其内部计数时钟周期来的作用,实现了特有
的温度测量功能。低温系数振荡器输出的时钟信号经过由高温度系数振荡器产
生的门周期而被计数,计数器起初置有与-55℃相对应的一个基权值。若是计数
器计数到0时,高温度系数振荡周期还未结束,则表示测量的温度值高于 -55℃,
被预置在-55℃的温度存放器中的值就增加 1℃,尔后这个过程不断重复,直到
高温度系数振荡周期结束为止。此时温度存放器中的值即为被测温度值,这个
值以16位二进制形式存放在储藏器中,经过主机发送储藏器读命令可读出此温
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度值,读取时低位在前,高位在后,依次进行。由于温度振荡器的抛物线特点
的影响,其内用斜率累加器进行补偿 。
DS18B20在使用时,一般都采用单片机来实现数据采集。只须将 DS18B20
信号线与单片机 1位I/O线相连,且单片机的 1位I/O线可挂接多个DS18B20,
即可实现单点或多点温度检测。
采集。其与单片机的连接以以下图
温度传感器接线图
、基于Proteus温度模块仿真
第一启动Proteus软件并建立一工程,尔后依照原理图调出相应的原件,
再依照要求改变各原件的属性并把各个原件按原理图连接起来。在原理图绘制
连接好后再把编译好的程序加载到其中,并进行仿真。
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当把温度传感器DS18B20温度设置为25摄氏度。点击开始按钮,系统开始
仿真,待一段时间牢固后,观察到此时 LCD显示的数值,如图下所示。
温度模块仿真见效图
经过以上仿真能够看出,当温度传感器DS18B20采集到温度信号能实时的、
正确无误的经过 LCD显示出来,可知温度模块硬件设计正确。自然温度传感器
上显示的温度由于软件中元件的弊端只能整数改变,小数位总是 0,而现实生
活中的温度不能能总为整数。
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