*學院課 程 設 計 課程名稱： 智能儀器 題目： 電風扇模擬控制系統設計 專業班次： 姓 名： 學 號： 指導教師： 學 期： 2011-2012學年 第一學期 日 期： 2011.12 14目 錄引言第一章 電風扇控制系統原理11.1 系統總體設計主要內容11.2 主要內容11.3 控制裝置的原理11.4 設計方案特點1第二章 系統主要硬件設計22.1 AT89C51單片機簡介22.2 系統硬件設計電路圖32.3 單片機復位電路、顯示模塊和時鐘電路32.3.1 復位電路32.3.2 時鐘電路32.3.3 顯示模塊4第三章 系統軟件設計53.1 PWM控制方法53.2 占空比53.3 電風扇控制設計主程序流程圖63.4 電機控制模塊與定時器T1中斷流程圖7第四章 調試與仿真84.1 軟件仿真84.2 仿真運行8第五章 結論9參考文獻10附 錄11引 言許多邊緣、交叉學科的發展促進了現代科學技術的進步，尤其是對機電一體化、自動控制、計算機技術以及光電通信技術等科學領域的意義更是非同一般。本文設計的智能電風扇正是以上交叉學科的有機結合體。它的獨特之處在于巧妙的采用了紅外遙控技術、單片機控制技術，把智能控制技術用于家用電器的控制中,通過主控單片機AT89C51對電風扇實施智能控制。本次設計用到了微電子技術、電子計算機技術、現代通訊技術、光電子技術，新技術的成群崛起，將促進不同原理、不同性能、不同結構和用途的電子產品。作為一種老式家電，電風扇具有價格便宜、擺放方便、體積輕巧等特點。由于大部分家庭消費水平的限制，電風扇作為一個成熟的家電行業的一員，尤其在中小城市，以及鄉村將來一段時間內仍然會占有市場的大部分份額。面臨龐大的市場需要的同時，也要提高電風扇的市場競爭力。使之在技術含量上有所提高，應使風扇不僅功能多樣，操作簡便，而且更加安全可靠。為此，在現有市場多功能電風扇的基礎上，我們提出了一種新型的智能電風扇。該風扇功能更多，添加了很多人性化的設計，如安全保護，傾倒保護，智能照明等，使電風扇更加人性化。可實現：多級調速功能，即提供更多的風力級別和風型，提高用戶的舒適度；定時工作功能，即該定時功能可以讓用戶自己定制風扇工作時間的長短，以提供更人性化的服務。第一章 電風扇控制系統原理1.1 系統總體設計主要內容鍵盤功能輸入AT89C51控制電機輸出顯示圖2.1 電風扇系統總體設計1.2 主要內容本設計以AT89C51單片機為核心，從而建立一個控制系統，本設計內容：實現弱風、中風、強風（1、2、3、4檔）然后顯示數字1，2，3，4。2.2 控制裝置的原理 傳統電風扇供電采用是200V交流電，電機轉速分為幾個檔位，通過人工手動調整電機轉速達到改變風速的目的，每改變一次風力，必然有人參與操作，這樣就會帶來諸多的不便。本設計介紹了一種AT89C51單片機的智能電風扇調速器的設計，該設計巧妙利用了單片機控制技術、調速技術，把智能控制技術應用于家用電器的控制中，將電風扇變成智能化。初始加電時，電風扇不加電，一位數碼顯示器顯示0，只有按下按鈕電路就將按系統默認控制負載定時工作的時間方式自動開始運行。在進行風速調節過程中，系統采用一位數碼管顯示，顯示直觀、準確。1.3 設計方案特點 初始加電時，電風扇不加電，一位數碼顯示器顯示0，只有按下按鈕電路就將按系統默認控制負載定時工作的時間方式自動開始運行。在進行風速調節過程中，系統采用一位數碼管顯示，顯示直觀、準確。 第二章 系統主要硬件設計 2.1 AT89C51單片機簡介 AT89C51是一個低功耗，高性能CMOS8位單片機,片內含4kBytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統及89C51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89C51可為許多嵌入式控制應用系統提供高性價比的解決方案.AT89C51具有如下特點：40個引腳，4k Bytes Flash片內程序存儲器，128 bytes的隨機存取數據存儲器，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數器,2個全雙工串行通信口，片內時鐘振蕩器。 此外，AT89C51設計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設置省電模式。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數器，串行口，外中斷系統可繼續工作，掉電模式凍結振蕩器而保存RAM的數據，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應不同產品的需求。AT89C51單片機的基本結構和外部引腳如圖2.1所示 。 圖3.1 AT89C51單片機2.2 系統硬件設計電路圖電風扇設計系統以AT89C51單片機為核心，由時鐘電路，復位電路，顯示電路，鍵盤，電機組成，如圖2.2所示。 圖2.2 電風扇設計總電路圖2.3 單片機復位電路、顯示模塊和時鐘電路 2.3.1 復位電路首先形成單片機最小系統，在89C51單片機芯片 XTAL1、XTAL2 加入時鐘電路，RST加入復位電路，EA，加入高電平。89C51的復位是由外部的復位電路來實現的。復位電路分為上電復位和手動復位，我們采用的是上電+手動復位，正常工作時按下 S1 鍵，9 腳變成高電平，單片機復位，按鍵松開，通過電容放電，9 腳回到低電平。采用的是12MHZ 晶振，所以 C=10uf,R1=8.2K,R2=2OO。如圖2.3所示。圖2.3 復位電路2.3.2 時鐘電路89C51單片機的時鐘信號通常有兩種方式產生：一是內部時鐘方式，二是外部時鐘方式。采用內部時鐘方式：89C51 單片機各功能的運行都是時鐘控制信號為基準，有條不紊的工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，始終電路的質量也直接影響單片機系統的穩定性。89C51內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入端為芯片引進 XTAL1,輸出端為引腳 XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器（簡稱晶振）和微調電容，就構成一個穩定的自激振蕩器，如圖 2.4時鐘電路所示，是89C51內部時鐘方式的振蕩器電路。電路中的電容 C1、C2 典型值通常選擇30pF，對外接電容雖然沒有嚴格要求，但電容的大小會影響振蕩器頻率的高低。振蕩器穩定性和起振的快速性。晶振的頻率越高，則系統的時鐘頻率也就越高，單片機的運行速度也越快，此次實驗我們選擇的晶振是12MHZ晶振。如圖2.4所示。圖2.4 時鐘電路2.3.3 顯示模塊顯示模塊采用數碼管，在顯示模塊中與以往的不同之處在與加入了指示燈模塊，將指示燈加在斷碼所在的I/O口上了，將指示燈進行編碼進行顯示，在顯示模塊中考慮到電路最優化問題，位選口所需的電流較大些，而P2口所承受的電流較大一些，所以位選選擇為P0口，而斷碼選在P2口上，如圖2.5所示。圖2.5 顯示模塊第三章 系統軟件設計3.1 PWM控制方法SPWM（Sinusoidal PWM）法是一種比較成熟的、目前使用較廣泛的PWM法。前面提到的采樣控制理論中的一個重要結論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環節上時, 其效果基本相同。SPWM法就是以該結論為理論基礎,用脈沖寬度按正弦規律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開關器件的通斷, 使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應區間內的面積相等,通過改變調制波的頻率和幅值則可調節逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。PWM 調速系統具有以下特點: 1.主電路簡單,所用功率元件少,且工作于開關狀態,因此電路的導通損耗小,裝置效率比較高; 2.開關頻率高,可避開機床的共振區,工作平穩; 3.采用功率較小的低慣量電機時,具有高的定位速度和精度; 4.低速性能好,穩速精度高,調速范圍寬; 5.系統頻帶寬,動態響應好,抗干擾能力強。3.2 占空比 在一串理想的脈沖序列中（如方波），正脈沖的持續時間與脈沖總周期的比值。例如：脈沖寬度1s，信號周期4s 的脈沖序列占空比為0.25。在一段連續工作時間內脈沖占用的時間與總時間的比值。在 CVSD 調制中，比特“1”的平均比例。在周期型的現象中，現象發生的時間與總時間的比。占空比是高電平所占周期時間與整個周期時間的比值，如圖3.1所示。圖3.1 占空比3.3 電風扇控制設計主程序流程圖 初始化顯示按鍵是否有按下置占空比1：3按鍵是否有按下Y置占空比1：6NY N按鍵是否有按下置占空比1：9 NY結束開始圖3.2 主程序流程圖3.4 電機控制模塊與定時器T1中斷流程圖 PWM調制Y按鍵是否有按下開始NPWM輸出速度顯示結束圖3.3 電機控制模塊圖關中斷程序電機是否高電平標志位為1標志位為1置標志位占空比達到電機輸出置定時器T1初值清標志位電機輸出清標志位中斷返回開中斷置定時器T1初值占空比達到置標志位NNNYYY圖3.4 定時器T1中斷圖第四章 調試與仿真4.1 軟件仿真1、把程序在Keil uVision3中調試，成功無錯誤后生成Hex文件。2、根據電路圖在proteus軟件中回去電路圖，檢查無錯誤。3、雙擊89C51導入生成Hex文件。4、點擊proteus軟件左下方的開始鍵，進行仿真，觀察高低電平情況。4.2 仿真運行 開關按下時，單片機輸出一定的占空比，電機的轉速也發生變化，同時數碼管顯示數字。通過示波器可以看到占空比的波形，如圖4.1所示。 圖4.1 波形及其仿真圖第五章 結論通過本次設計，使我學到了許多書本上無法學到的知識，也使我深刻體會到單片機技術應用領域的廣泛。不僅讓我對學過的單片機知識有了很多的鞏固，同時也對單片機這一門課程產生更大的興趣。在本次設計過程中，我學會了在網絡上查找有關設計的個硬件的資源，其中包括：直流電機PWM調速AT89C51的腳圖的資料。本系統是以單片機AT89C51芯片為核心部件，實現了電風扇系統控制功能，在軟件上是花費時間最多的，我們上網找資料，上圖書館，盡可能的了解有關于電風扇的知識。通過這次設計，使我得到了一次用專業知識、專業技能分析和解決問題全面系統的鍛煉。使我在單片機的基本原理、單片機應用系統開發過程，以及在常用編程設計思路技巧的掌握方面都能向前邁了一大步。在設計的過程中，不斷的學習，思考和同學間的相互討論，運用科學的分析問題的方法解決遇到的困難，掌握單片機系統一般的開發流程，學會對常見問題的處理方法，積累設計系統的經驗，充分發揮教學與實踐的結合。全能提高個人系統開發的綜合能力，開拓了思維，為今后能在相應工作崗位上的工作打下了堅實的基礎。不但加深我對在課程上所學到的單片機理論知識的認識和理解，重新讓自己認識到了這門學科的在應用方面的廣闊前景，并且通過知識與應用于實踐的結合更加豐富了自己的知識。擴展了知識面，不但掌握了本專業的相關知識，而且對其他專業的知識也有所了解，而且較系統的掌握單片機應用系統的開發過程，因而自身的綜合素質有了全面的提高。經過這次一個較完整的產品設計和制作過程，對于認識到自己在知識方面存在的不足，明確今后的學習方向是非常有益的，為將來的的就業提前打了下堅實的基礎。的初期階段，難度很大，沒有頭緒。通過求助老師，理清思路。同時，在圖書館里、網上查閱資料，攻克設計中的道道難題。在克服困難的過程中，我學到了許多，特別是在課堂上學不到的東西。總的感受有以下幾方面：1、通過本次設計，我不但對單片機有了更深的了解，對一個課題如何畫流程圖，編程序等有了一定的認識。2、進一步加強了我的動手能力和運用專業知識的奴隸，從學習到如何去思考和解決問題，以及如何靈活地改變方法實現設計方案。3、讓我了解到單片機技術對當今人們生活的重要性。同時這次設計的經歷也使我受益匪淺，讓我知道做任何事情都應腳踏實地，刻苦努力地去做，只有這樣，才能做好。參考文獻1 余錫存，曹國華單片機原理及接口技術M西安：西安電子科技大學出版社，2000：174-1782 鄒振春MCS-51系列單片機原理及接口技術M北京：機械工業出版社，2006：186-187，1913 饒慶和，任德齊MCS-51系列單片機實用技術M北京：電子工業出版社，2003：23-36，73-754 張凱MCS-51單片機綜合系統及其設計開發M北京：科學出版社，19965 朱宇光單片機應用新技術教程M北京：電子工業出版社，20006 樓然苗，李光飛51系列單片機設計實例M北京：北京航空航天大學出版社，20037 劉守義，楊宏麗，王靜霞單片機應用技術M西安電子科技大學出版社，20008 何立民單片機高級教程M 北京：北京航空航天大學出版社，20009 馬忠梅，藉順心，張凱單片機的C語言應用程序設計M 北京：北京航空航天大學出版社，200310 何立民MCS51系列單片機應用系統設計M北京：北京航空航天大學出版社，199211 吳金戍，沈慶陽，郭庭吉8051單片機實踐與應用M 北京：清華大學出版社，2002附 錄#include #define Key P1_1#define motor P3_2unsigned char code tab5=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99; /數碼管編碼unsigned char code set4=0,3,6,9; /PWM占空比90%，60%，30%unsigned char code zy9=2,4,6,8,9,8,6,4,2; /自然風unsigned char tt=0; /檔位unsigned char jj=0; void delay( unsigned int ms);void main( void) bit kk=0; /按鍵 motor = 0; TMOD = 0x01; /定時器T0，工作方式1TH0 = -1000/256;T