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1、 第十九届“开拓杯”参赛作品基于STC89C58RD+单片机的智能温控风扇目 录摘要.3一、设计要求与方案论证.41.1设计任务和任务要求. .41.2系统方案选择和论证.4二、系统硬件设计和实现62.1系统总体设计62.1.1 系统总体设计框图62.2系统各模块作用72.2.1 STC89C52单片机72.2.2 1602液晶显示屏模块82.2.3 DS18B20温度传感器模块8 2.2.4 ULN2003AN驱动模块.92.2.5电源模块.9 2.2.6报警电路模块.102.3 程序的设计102.3.1控制算法设计与实现102.3.2 PID算法程序流程图12三、 系统测试123.1测试内
2、容123.1.1电源电路测试.123.1.2最小系统和1602液晶电路测试.13 3.1.3 ULN2003AN驱动测试.13 3.1.4 DS18B20温度感器测传试.133.2测试步骤133.2.1仿真133.2.2实际测试133.3 测试记录133.3.1电源输出电压143.3.2 ULN2003AN驱动输出电压(理论)14四、设计总结和心得15 参考文献.16附录一：芯片管脚17附录二：程序清单21摘 要智能温控风扇是基于51单片机设计而成的，通过DS18B20温度传感器对温度进行采集，并通过1602液晶屏显示，当温度超过35度时,PWM通过改变占空比来驱动ULN2003AN，从而使风
3、扇转动，从而达到温度降低的效果，当温度传感器检测到温度低于35度的时侯，风扇自动停止运转，此时随着风扇的停止，温度又开始上升，但当系统检测到温度超过35度时，风扇又自动运转，如此反复使最终温度趋于35度左右，从而达到智能温控的效果。若温度超过40度时，系统自动报警。关键字：PWM；DS18B20温度传感器 ；1602液晶显示屏； STC89C52单片机；ULN2003AN驱动 ；40度报警器一. 设计要求与方案论证1.1设计任务和任务要求设计并制作一个 智能温控风扇 ，要求如下： 1、温度超过35度时风扇自动运转，当温度降到35度以下时，风扇自动停止运转，当温度又开始上升超过35度时，风扇又自
4、动运转，如此反复使温度最终趋于35度左右。2、液晶屏上能显示检测到的温度以及相应的占空比。 3、当温度超过40度时，系统自动报警。1.2 系统方案选择和论证 根据设计要求，选择设计一个基于51单片机实现智能温控风扇的装置，控制部分由单片机实现，采用1602液晶显示屏显示温度和占空比。使用ULN2003AN驱动来驱动风扇的转动，温度传感器的方案选择如下。方案一DS18B20温度传感器优点：（1）DS18xx系列温度传感器是数字式温度传感器，相对于传统温度传感器精度高、稳定性好、电路简单、控制方便。（2）应用中不需要外部任何元器件即可实现测温电路。 （3）测温范围-55+125，最大精度0.062
5、5。 （4）只通过一条数据线即可实现通信。 （5）每个DS1820器件上都有独一无二的序列号，所以一条数据线上可以挂接很多该传感器。 （6）内部有温度上、下限告警功能。缺点：（1）编程复杂（2）转换速度慢方案二AD590温度传感器优点：AD590好处是速度快，编程简单。缺点：需要和高精度ADC配合使用才能得到数据，需要校准，电路复杂，成本高，需要模拟转数字电路 ，精确度低，对线阻有要求 。总的来说DS18B20的优点都是在弥补AD590的缺点的，所以选择方案一。二.系统硬件设计和实现2.1系统总体设计2.1.1 系统总体设计框图1602液晶显示屏模块 STC89C52单片机模块 DS18B20
6、温度传感器模块ULN2003AN驱动模块报警电路模块风扇模块通过DS18B20温度传感器对温度进行采集，并通过1602液晶屏显示，当温度超过35度时，CPU通过ULN2003AN来驱动风扇转动，从而达到温度降低的效果，当温度传感器检测到温度低于35度的时侯，1602显示上占空比逐渐下降，最终趋于0，风扇自动停止运转，此时随着风扇的停止，温度又开始上升，但当系统检测到温度超过35度时，风扇又自动运转，同时1602上显示的占空比也在上升，使风扇转速加快，从而缩短降温的时间。如此反复使最终温度趋于35度左右，从而达到智能温控的效果。2.2系统各模块作用2.2.1 STC89C52单片机利用51单片机
7、的I/O口输出，来控制PWM脉宽调制，使其输出不同的占空比来实现风扇的转速不同，同时也通过51单片机，使1602液晶屏显示相应的占空比和温度。2.2.2 1602液晶显示屏模块通过51单片机来驱动1602液晶显示屏，直观地显示出外界温度和占空比的具体数值以及变化。2.2.3 DS18B20温度传感器模块由其对外界的温度进行采集，并通过单片机的I/O口返回一个温度值信号。 2.2.4 ULN2003AN驱动模块由于单片机I/O口输出地电流很小，其不足以使电风扇很好的工作起来，因而我们需要给其添加一个驱动电路，从而使电风扇转动起来，很好的工作，实现降温的目的。2.2.5电源模块原理图由直流稳压源来
8、提供其12V和5v的系统输入电压。.2.2.6报警电路模块 此模块电路采用三极管做驱动蜂鸣器和发光二极管，三极管基极与单片机I/O口相连，低电频有效。图中D2二极管作用为续流，防止三极管截止时产生的反电动势击穿三极管。此声光报警电路如图F-7。图F-72.3 程序的设计2.3.1控制算法设计与实现1、 PID参数的整定 确定比例系数Kp确定比例系数Kp时，首先去掉PID的积分项和微分项，可以令Ti=0、Td=0，使之成为纯比例调节。输入设定为系统允许输出最大值的6070，比例系数Kp由0开始逐渐增大，直至系统出现振荡；再反过来，从此时的比例系数Kp逐渐减小，直至系统振荡消失。记录此时的比例系数
9、Kp，设定PID的比例系数Kp为当前值的6070。 确定积分时间常数Ti比例系数Kp确定之后，设定一个较大的积分时间常数Ti，然后逐渐减小Ti，直至系统出现振荡，然后再反过来，逐渐增大Ti，直至系统振荡消失。记录此时的Ti，设定PID的积分时间常数Ti为当前值的150180。 确定微分时间常数Td微分时间常数Td一般不用设定，为0即可，此时PID调节转换为PI调节。如果需要设定，则与确定Kp的方法相同，取不振荡时其值的30。 系统空载、带载联调对PID参数进行微调，直到满足性能要求。2.3.2 PID算法程序流程图PID算法程序流程图如图F-5所示开始采样取实测值计算偏差计算增量计算位置量位置
10、量上限制位置量下限制位置量=上限制位置量=下限制返回位置量结束三.系统测试3.1测试内容3.1.1电源电路测试 （1）在输入端输入220V交流电压，测输出电压。 （2）在示波器上观察波形，并测出纹波大小。 3.1.2最小系统和1602液晶电路测试 3.1.3 ULN2003AN驱动测试 3.1.4 DS18B20温度传感器测试3.2测试步骤3.2.1仿真所测试的内容，先在Protus软件上进行电脑仿真。对仿真中遇到的问题进行分析、找出解决问题的方法，若程序出错，及时修改程序。3.2.2实际测试确保仿真内容达到要求后，对实际硬件制作的系统及个模块进行测试。最好测试结果的分析记录。若系统存在问题，
11、即使找出解决问题的方法。确保最小系统的良好工作性、扩展性。在测试过程中，同时测试复位功能。按下复位键，看测试现象。3.3 测试记录可先一个模块的测试，然后整个模块进行测试。测试仪器：双通道数字示波器Tektonix TDS2012B 100MHz 1Gs/s，数字万用表DT9205A，稳压电压QJE QJ3003SIII 2XO30V/3A5V/3A。3.3.1电源输出电压(测试)输入输出纹波输入输出纹波220v（交流）11.96v4.2mv220v(交流)4.98v5.4mv3.3.2 ULN2003AN驱动输出电压(理论)由于在整个电路中利用的是脉冲宽度调制(PWM)来调节风扇的转速，通过
12、输出电压的测试，我们可以直观的看到电压不同，可感受到风扇的转速不同。电压计算公式 U=12V*Q占空比(Q)0%20%50%100%输出电压(U)0V2.4V6V12V四、设计总结和心得 通过对智能温控风扇的设计与制作，我们深刻的认识到用模块化的思想设计电路的重要性，其有利于我们分块的找出问题。在和队友准备比赛和比赛过程中，相互的配合和支持会使整个比赛充满挑战和乐趣，充分意识到团队合作的重要性。方案论证过程中，难免有些不和意见，这些都不是问题的问题。比赛过程中需要我们要有对新知识的快速汲取能力，来应对对不同芯片不同器件的快速掌握，从而满足对比赛的要求。在硬件设计过程中，一些常见的低级错误常常在
13、不知不觉中发生，且制作过程中往往很难得到发现，因而我们需要不断地总结经验，吸取教训，特别是不要把电源短路了，这是最忌讳的地方。在软件方面，我们学会了要掌握很多算法，从基础入手，同时在写之前最好要列一个程序流程图，这有利于我们理清程序的思路。比赛往往充满着机遇和挑战，比赛结果固然重要，但从整个比赛过程中来认识自己，发现自己，挑战自己，既而更好的提高自己和丰富自己，在以后的天天成长过程中时刻提醒自我，从而不断得超越自我参考文献：1黄智伟。全国大学生电子设计竞赛培训教程。北京：电子工业出自出版社，20052杨加国。单片机原理与应用及C51程序设计。北京：清华大学出版社，20083吴运昌。模拟集成电路
14、原理与应用。华南理工大学出版社，2004.4肖景和。集成运算放大器应用精粹。人民邮电出版社，2006.5康华光。电子技术基础（模拟部分）。高等教育出版社，2005.6康华光。电子技术基础（数字部分）。高等教育出版社，2005.附录一：芯片管脚ULN200378057812DS18B20温度传感器附录二、程序清单#define uint8_t char#include #include#include 1602.h#includeds18b20.h#includePID.hsbit P30=P30;uint8_t string32= ;/显示缓冲区unsigned char temp,count
15、;unsigned char ZKB,set=35;/*说明：DS18B20显示函数*/void Dispaly_Temperature() unsigned char ng=0; if(Temp_Vaule1&0xf8)=0xf8) Temp_Vaule1=Temp_Vaule1; Temp_Vaule0=Temp_Vaule0+1; if(Temp_Vaule0=0x00) Temp_Vaule1+; ng=1; temp=(Temp_Vaule0&0xf0)4)|(Temp_Vaule1&0x0f)10)count=0; if(count9)ZKB=10; if(ZKB1) ZKB=0;void main() TMOD=0X01; TH0=0XF7; TL0=0X18; TR0=1; ET0=1; EA=1; lcdInit(); while(1) Dispaly_Temperature(); Read_Temperature(); lcdWriteNew(string); ZKB_ctrol(); set_ctrol(); 25
“开拓杯”参赛作品基于STC89C58RD+单片机的智能温控风扇
