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1、 1 Design and implementation of intelligent fan control system based on 51 single chip microcomputer Abstract：This system mainly studies the composition and functions of the intelligent fan system,and introduces some related technology realization process.Whats more,the possibility of the current te
2、chnology realization is very large,the market demand is also very high,and with the societys increasing demand for intelligence,so the fan is destined to develop in the direction of intelligence.In our real life,science and technology are also changing with each passing day,peoples income is also gr
3、adually increasing,peoples most intuitive is that the quality of life has been improved,and they enjoy a lot of products.However,due to the backward technology,there are still many types of fans that are low-end and common.Mainly because of the low price of electric fans,many families,schools or fac
4、tories will purchase such products.But the common fan technology content is not high,the operation is mainly rely on manual,resulting in cumbersome operation,lack of intelligence and other problems.Therefore,the intelligent fan system was born.Intelligent fan can automatically perceive the external
5、environment,respond in time,and adjust the speed according to the external temperature.Combining with the technology of human body recognition module and infrared module,it can create an intelligent fan system.This can make our life more convenient,intelligent,and reduce a lot of unnecessary and ted
6、ious operations,to achieve energy conservation and environmental protection intelligent life enjoyment.Keywords：51 single chip microcomputer,intelligent fan,human body recognition 2 目 录 1.1 系统研究背景.3 1.2 系统研究意义.3 1.3 国内外研究现状.4 1.4 系统现状.4 第 2 章 系统的设计与论证.6 2.1 系统控制模块设计与论证.6 2.2 系统测温模块设计与论证.6 2.3 系统温度显示
7、模块设计与论证.6 2.4 系统调速模块设计与论证.7 第 3 章 系统硬件模块设计.8 3.1 系统整体结构设计.8 3.2 系统控制模块设计.8 3.2.1 控制模块 STC89C52 设计.8 3.2.2 STC89C52 的工作电路.9 3.3 系统测温模块设计.10 3.3.1 DS18B20 的特点与简介.10 3.3.2 DS18B20 的测温工作原理.11 3.3.3 DS18B20 温度数据的读写.12 3.4 系统温度显示模块设计.13 3.4.1 LED 数码管的结构.13 3.4.2 LED 数码管的显示工作原理.14 3.5 系统风扇驱动和调速模块设计.15 3.5.
8、1 系统风扇的驱动模块设计.15 3.5.2 系统风扇调速模块设计.16 3.6 系统按键模块设计.16 3.7 系统红外控制模块设计.17 3.8 人体识别模块设计.18 第 4 章 系统软件设计.20 4.1 程序设计的软件.20 4.2 主程序流程图.20 4.3 测温模块程序流程图.21 4.4 数码管显示模块程序流程图.22 4.5 按键模块程序流程图.23 第 5 章 系统测试.25 5.1 系统硬件模块测试.25 5.1.1 按键测试.25 5.1.2 传感器 DS18B20 温度采集测试.25 5.2 系统功能测试.26 第 6 章 结论.29 参考文献：.30 致谢.31 3
9、 第 1 章 绪 论 1.1 系统研究背景 我们常见的电风扇一般只有四、五个风速档,用的是人工开关,而且并不是每个人家里都会有空调，或者在一些小型的工厂或者一些小型加工厂，这些地方都可能没有配备大型的中央空调系统这些东西，所以这些东西往往都会采用风扇这种小成本的东西来代替，但是不清楚室内温度,只是手动的控制用哪个档，一旦人们因为环境温度的变化之后又得要去手动调节，所以这是一个很麻烦的操作方法。因而就诞生了智能风扇。它用的 51 单片机,通过单片机与温度传感器结合,将其用于普通电风扇等转速准确控制,可以有良好的性能。而且随着生活的发展，社会的经济水平不断的提高，人们对于一些高新技术的接受程度也越
10、来越高，也渴望享受更好的生活，智能风扇就是一个很好的例子，它采用单片机作为作为控制系统，采用温度传感器，人体识别，按键，红外等等技术的融合，使得风扇的智能化水平也越来越高，人们对于这样的技术掌握也很高，所以这样的产品在市场上有很大机会流行起来，也使得我们的日常生活或工作时候变得更加的愉快，不再会因为传统的机器问题以及操作问题对我们产生影响。1.2 系统研究意义 我们的生活水平在不断提高，人们就会渴望享受到更好，更舒适，更便捷的生活，这时候，传统的电风扇是不能够带来这样的体验的，因此，智能风扇的诞生是非常利于人们在生活中的感受,智能风扇系统等设计就解决了这些问题，可以让我们在生活或者在工作中可以
11、有是更好的体验，较少因为外界环境或者设备的问题而导致的各种烦心事。不仅如此，风扇除了应用在我们的家里，学校，小型工厂外，我们生活上许多产品都有应用到。例如，我们学习或者工作中使用到的笔记本散热器，工厂大型设备的散热等等，这些设备如果有更加智能化的控制，会大大的提高工作效率和降低设备损坏的可能性。目前市场上已经拥有了一批智能风扇，它们可以根据外界的环境选择符合当前状态的工作模式，还有的是使用人体识别模块感应，自动控制风扇的启动与停止，还可以通过红外遥控进行远程的操控，这样的设备对于我们的生活体验上是 4 非常智能便捷的这样不仅能大量的节省人力物力，做到更加的便捷以及环保，使得我们可以更加的专注于
12、学习和工作上面，不再因为这些问题而一直困扰着我们，使我们的生活水平进入了智能化，更便捷，更环保，更省心。1.3 国内外研究现状 目前，社会的发展迅猛，传统家电的发展也变得越来越智能化，风扇的应用也越来越广泛，例如手机电脑的散热，工厂大型设备的散热，通讯设施的散热等等，这些东西大部分都用到了风扇。所以，风扇的智能化发展是不可避免的，因为它对于我们的发展起到举足轻重的效果。风扇，在我们国内，几乎每个家庭内都能发现，作用而都是为了散热，降温，而风扇的构造也很简单，驱动电机，扇叶，外壳等构成的，种类也非常的繁多。所以，当风扇用于一些高端产品的时候，所以就要对风扇的质量要求越来越高，因此，风扇的智能化是
13、十分重要的。风扇应用的场景也更加的广泛，社会工业发展的过程中，风扇的运用也是越来越多样化，国内外对于智能风扇的发展也是逐渐的看重了。因为我们日常所使用到的各种交通工具，工业生产的设备等等制造业和服务业，这些行业的应用都是对风扇的需求也会越来越多，因此，风扇的发展与我们的经济发展息息相关了，风扇的智能化也对于一些高端产品的质量保证和使用也会有更好的保证。1.4 系统现状 系统设计主要由单片机，按键，数码管，温度传感器等这些硬件构成。当系统工作的时候，由单片机发出控制命令，温度传感器和数码管作出测量温度和显示温度的反应。通过按键的选择不同的工作模式，由三极管驱动直流电机带动风扇进行转动，由于工作模
14、式的不同，风扇的转速也会跟着改变，这个主要是根据 PWM 调速方式控制，还可以通过人体识别模块的感知进行不同的工作模式，而且还可以使用红外进行远程控制。如图 1-1 系统结构图所示。5 图 1-1 系统结构图 6 第 2 章 系统的设计与论证 2.1 系统控制模块设计与论证 设计方案：采取 51 单片机作为系统的控制模块 因为 51 单片机在我们日常生活中应用的场景很多，操作难度一般，而且成本相对来说比较便宜，虽然它的处理速度一般，但是本系统对于处理速度的要求不高，从系统实现的角度考虑，所以选择 STC89C52 单片机作为本设计的控制模块。它拥有功耗低，抗干扰能力强等优点，并且兼容传统 51
15、 单片机的指令代码，也比传统的单片机有所升级，时钟信号和机器周期都可以自由的选择，对于实现功能来说比较方便。系统通过控制器模块进行对各模块的调用，实现起来相对来说比较方便。2.2 系统测温模块设计与论证 设计方案：采用 DS18B20 温度传感器测量外界的温度。因为 DS18B20 温度传感器是一款高度集成化的器件，因此它对于外界的一些干扰有很好的作用，这样可以减少因为误差带来测量的温度的不准确，这样的话，使用这个温度传感器测量的温度会更加的准确。它在内部将温度系数转化，很好的减去了系统编程这方面的工作。又因为这个传感器采用的是单总线技术，使得与单片机的连接变得简单有效，因此选择其作为系统的测
16、温模块。2.3 系统温度显示模块设计与论证 设计方案：采用 LED 数码管显示温度。LED 数码管在们日常生活中是随处可见的，操作的难度也比较低，而且 LED 数码管的技术发展也很成熟，由它构成的产品或系统都比较多。而且它的成本也是比较廉价，但是实现的效果也是比较好的。它是通过公共极 COM 增加位选通控制电路，然后其又是通过各自的 I/O 线控制，当单片机调用数码管显示的时候，我们只需要将数码管的选通控制打开，这样我们就可以在数码管上实现我们想要的数字或者图形，而没有打开选通的数码管就不会显示了。我们采取的是动态驱动，就是通过分时轮流控制数码管的 COM 端，这样就可以使得你想要亮的数码管亮
17、起来，不想要的就不会 7 亮。所以选择 LED 数码管为显示模块。2.4 系统调速模块设计与论证 设计方案：使用 PWM（脉冲宽度调制）调速的方法。它是按照一定的规律来改变脉冲序列的脉冲宽度，以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，经常使用的是矩形波 PWM 信号，在控制时需要调节 PWM 的占空比。我们把在一个周期内一直处于高电平的时间成为占空比。因为风扇的转速是与占空比有关系的，当占空比越大，风扇的转速就会与之成正比，就会越快。当系统一直处于高电平的时候，风扇的转速就会按它最快的转速转动，这时候占空比就是 100%，那么这时候风扇的转速就是最快的。当我们想设置风
18、扇转速最快的时候，我们可以采用软件延时的方法。就是当其处于高电平的时候，然后将当前的 I/O 口的电平取反变为低电平，这样再延时一段时间。当延时的低电平的时间到了之后，再把目前的 I/O 口取反变为高电平。这样我们就可以得到了 PWM 信号牌。在本系统中，就是采用这种调速方式。对于本系统的设计方案，与别的调速方式对比，系统采取 PWM 软件延时的方法来达到调速的效果，拥有更好的灵活性，并且可以很大程度上降低成本，还能够充分发挥单片机的功能，对于本系统简单速度控制的实现提供了比较有效的途径。蓝牙数据传输智能温控风扇系统的设计文海琼 卓朝松-电子世界-2018 8 第3章 系统硬件模块设计 3.1
19、 系统整体结构设计 本系统主要用到的硬件器件有 STC89C52、DS18B20 温度传感器、LED 数码管、按键模块、红外识别等等，如图 3-2 系统整体框图所示 图 3-2 系统整体框图 3.2 系统控制模块设计 3.2.1 控制模块 STC89C52 设计 系统的控制模块是由 STC89C52 单片机构成的，它具有低功耗，低成本，高性能的优点，而且比传统的 51 单片机有更好的处理速度。它拥有 32 个 I/O 口，可以随意选择 6 时钟信号/机器周期或者 12 时钟/机器周期，按照不同的情况应用到不同的系统，并且还拥有 8K 的 Flash 存储器，因此可以为很多的控制系统提供了有效快
20、捷的解决方案。如图 3-3STC89C52 电路图 9 图 3-2STC89C52 电路图 3.2.2 STC89C52 的工作电路 1.时钟电路 在 STC89C52 单片机中，可以通过内部时钟方式和外部时钟的方式产生时钟信号，在STC89C52单片机内部有一处振荡电路，你只需要在单片机的XTAL1(18)和XTAL2(19)的引脚外接石英晶体(简称晶振)，这样就可以构成了自激振荡器，并且可以在单片机内部产生时钟脉冲信号。如图 3-3 时钟内部时钟电路图。12晶 振112 MC 230 PC 330 P 韩兴国.基于STC89C52 单片机的智能风扇控制系统设计J.装备制造技术.2013(0
21、3)10 图 3-3 内部时钟电路图 2.复位电路 在单片机 STC89C52 中，高电平信号通过 RST 引脚输入，而且一直保持了 2 个机器周期，然后单片机内部就会执行复位的操作。如果高电平信号一直在持续，那么单片机内部就会执行循环复位操作。单片机的复位方式电路一般有上电自动复位和按钮复位两种，而本系统所采用的复位方式是手动复位。所以，单片机是主要通过时钟信电路的作用将其他硬件的所传输的信号加以处理、加工，然后传输给芯片进行应对工作，而复位电路就是在芯片执行完命令之后，通过自动复位或手动复位，将单片机复位成初始化状态。3.3 系统测温模块设计 3.3.1 DS18B20 的特点与简介 DS
22、18B20 温度传感器内部集成化程度非常高，拥有抗干扰性，功耗低，成本低，易于扩展等优点。它采取的是单根信号线，就是可以传输时钟和数据，而且传输的方式是双向，这样有传输速度快，应答事件迅速的特点。如图 3-4DS18B20 原理图。（1）采取独特的单总线接口方式，就是仅有一根信号线与控制器连接在一起，但是可以双向传输数据，不需要借助任何的外部器件；（2）传感器将从外界所测得的温度系数可以直接转换为数字信号，然后通过单总线串行传输给控制器，同时也进行 CRC 校验码的传送，拥有超高的抗干扰能力；（3）3.0-5.5V 是传感器的工作电压，不需要备份电源、可以直接使用数据线提供电源，温度测量的范围
23、在-55125，而且在这个范围内，误差一般不超过 1 度。韩兴国.基于 STC89C52 单片机的智能风扇控制系统设计J.装备制造技术.2013(03)11 VCCGND1DQ2VCC3U3DS18B20R410K 图 3-4DS18B20 原理图 3.3.2 DS18B20 的测温工作原理 在 DS18B20 传感器中，因为在低温的时候，温度寄存器被设置为-55，所以，当外界温度变化较少的时候，它的震荡频率因为温度的影响就非常小，用来产生固定率的脉冲信号，然后再传输给计数器 1。高温度系数晶振则与之相反，它受温度变化成正比，温度变化越大，震荡率越明显，因此所产生的脉冲信号输入计数器 2。当低
24、温度系数晶振产生了脉冲信号之后，计数器 1 就会采用减法计数，当预置值减到 0 的时候，温度寄存器的数值就会加 1，计数器 1 的预制值就会被重新输入。然后就再次重复刚才的操作，这样的操作一直持续下去，直到计数器 2 等于 0 的时候，温度寄存器的数值就停止累加了，这个时候，温度寄存器的这个数值，就是你所测到外界环境的实时温度。图 3-5 测温原理图中的斜率累加器是用于补偿和修正测温过程的线性,其输出用于修正计数器 1 的预置值。这样我们就可以把外界的实时温度测量出来了，然后再通过读时序和写时序这两步操作，这样我们就可以通过数码管的显示得到我们想要的 韩兴国.基于 STC89C52 单片机的智
25、能风扇控制系统设计J.装备制造技术.2013(03)韩兴国.基于 STC89C52 单片机的智能风扇控制系统设计J.装备制造技术.2013(03)12 温度了。图 3-5 测温原理图 3.3.3 DS18B20 温度数据的读写 一个存储器操作指令结束之后就会将进行数据的读写,这个操作要视存储器操作指令而确定例如执行转换指令则控制器必须等待 DS18B20 行其指命一般转换时间为50u5,如执行数据该写指令则需要严格遵循 DS18B20 的读写时序来操作数据。如图3-6 读时序操作图和图 3-7 写时序操作图。王蕊.基于单片机的多功能自动调温风扇系统设计D.郑州大学,2012.7 王蕊.基于单片
26、机的多功能自动调温风扇系统设计D.郑州大学,2012.7 13 图 3-6 读时序操作图 图 3-7 写时序操作图 3.4 系统温度显示模块设计 3.4.1 LED 数码管的结构 在 LED 数码管中，它的构成是通过多个发光二极管，而且外形像一个数字“8”的器件。在内部结构中，多个二极管的引线它已经连接完好，我们可以直接使用了，但是我们要引出数码管的各个笔划和公共电极。而且数码管是由一个小数点和 7 段组成的如图 3-8 数码管引脚图。14 e1 2dp3c4g5S46b7S38S29f10a11S112U34-LEDAFBEDdpC GP24P25P26P27 图 3-8 数码管引脚图 3.
27、4.2 LED 数码管的显示工作原理 当 LED 数码管工作的时候，数码管的各个段码要采用驱动电路来驱动，这样就可以展现出我们想要的字形，在本系统中，数码管的驱动主要是采用了动态显示驱动。动态显示驱动：数码管动态显示是单片机应用最广泛的方式之一，动态驱动是将全部数码管的 8 个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp 的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极 COM 增加位元选通控制电路，位元选通由各自独立的 I/O 线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位元选通 COM 端电路的控制。因此，我们在使用数码管的动态扫描的时
28、候，我们需要将数码管的选通控制都打开，这样我们想要得到的字形就会显示出来，当你只是想部分显示，有一部分不显示的时候，你只需要把你需要显示的选通控制打开，不想显示的选通控制关闭，这样，就可以显示出你想定制的字形了。当你想把数码管轮流受控显示的时候，你可以通过分时轮流控制各个数码管的COM 端，这样就可以让你的数码管轮流受控显示了，这样我们就可以实时地观察到环境的温度以及风扇目前所处在的模式，这样就使得我们的风扇更准确，更高效的运行。如图 3-9 数码管原理图。韩兴国.基于 STC89C52 单片机的智能风扇控制系统设计J.装备制造技术.2013(03)15 图 3-9 数码管原理图 3.5 系统
29、风扇驱动和调速模块设计 3.5.1 系统风扇的驱动模块设计 风扇的驱动主要是由两个三极管来构成，三极管通过电流放大，然后直接驱动直流电机，就带动了风扇的转动。三极管是电流放大器件，分成 NPN 和 PNP 两种。如图3-10 三极管电路图 M风扇VCCQ28550Q18050R21kR310kR41k 图 3-10 三极管电路图 电流放大 三极管的放大作用就是：当集电极电流受到了基极电流的控制，并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系。所以，因为单片机的端口电流比较小，所以我们要使用到三极管放大电流的原理，这样三极管才能有足够大的电流去驱动风扇。因此，系统风
30、扇的驱动主要是通过三极 王蕊.基于单片机的多功能自动调温风扇系统设计D.郑州大学,2012.7 16 管 PNP 低电平的时候，三极管导通，在 NPN 高电平的时候导通，而且 PNP 和 NPN 的电流是相反的，然后就到三极管的开关，用来以小电流控制大电流的通断，这样，通过三极管的的驱动直流电机，带动风扇转动，然后通过 PWM 的调速方式，来控制凤扇的转速，这样风扇就可以按照我们程序所设计的模式来进行转动。3.5.2 系统风扇调速模块设计 当 PWM 脉宽调制的时候，主要是通过改变脉冲宽度，以此来控制输出电压的高低，并且它的输出频率经过周期的改变来控制，然后通过改变脉冲的调制周期来实现输出频率
31、的变化。这样，使调压和调频两个作用配合一致，用于中间直流环节无关，因而加快了调节速度，改善了动态性能。工作原理 脉宽调制（PWM）。控制方式就是通过不断的改变电路的高低电平信号，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次斜波谐波少。11按照相应的需求对各脉冲的宽度进行调制，这样就可以改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。在调速的过程中，它主要是通过改变脉冲序列的宽度，这样就尅调节输出量和输出电压，这样就可以使得风扇有不同的速度转动。在 PWM 驱动控制的调速方式下
32、，最常用的是矩形波 PWM 信号，在控制时需要调节 PWM 占空比。我们把在一个周期内一直处于高电平的时间成为占空比。因为风扇的转速是与占空比有关系的，当占空比越大，风扇的转速就会与之成正比，就会越快。当系统一直处于高电平的时候，风扇的转速就会按它最快的转速转动，在这个时候，占空比的值就等于 1，风扇就会以全速来转动。3.6 系统按键模块设计 系统的按键模块的工作过程，主要是通过单片机的 I/O 口，识别目前的电平信号，来判断当前是否有按键按下。然后我们把按键的一端接地，另外一端接 I/O 口，当单 焦玉朋.基于 51 单片机的 PWM 直流电机调速系统D.内蒙古大学 2013 11 韩兴国.
33、基于 STC89C52 单片机的智能风扇控制系统设计J.装备制造技术.2013(03)17 片机接通电源的时候，把这个 I/O 口置于高电平，当没有按键按下的时候，该端口会保护高电平。然而当我们按下按键的时候，这时候 I/O 口和地短接，把目前的 I/O 口的的高电平取反，变成低电平。当我们把按键松开之后，单片机内部的上拉电阻就会把当前为低电平的状态转换成高电平，并且一直保持着。知道有下一次按键按下。因此，我们识别按键是否按下就是在程序中查看 I/O 的电平信号的状态就可以了。因此我们采用 P11，P12，P13 作为独立按键的 IO 口，并且我们在使用的按键的过程中避免因为端口的混用，导致按
34、键存在一些误触的一些错误，这样设计更加的便捷。如图 3-12 按键电路图 1234K11234K21234K3P11P12P13 图 3-12 电路图 3.7 系统红外控制模块设计 在红外遥控实现的过程中，主要是靠红外发射装置和红外接收设备，通过这两个部分就可以实现红外远程控制了。在系统工作过程中，我们为了把信号传送到发送端，所以我们选择将基带二进制信号调制为脉冲串信号,通过红外发射管发射。如图 3-13红外控制电路原理图 当接收设备收到这个频率时，接收头就会自动把信问号解码输出为低电平，也就是说没信答号时是高电平，有信号时低电平，然后单片机接收到相对的指令就可以答工作，红外遥控的三个按键与单
35、片机上的三个独立按键的作用与定义都是同时进行的，所以当红外遥控按下按键之后，单片机接收到属于红外的定义的时候。系统就会 18 按照其定义作出反应，如下图 3-14 红外框图 123D1红外一体R 930 kR 810 0+C 410 0ufC 510 4VCCHW 图 3-13 红外控制电路原理图 图 3-14 红外框图 3.8 人体识别模块设计 人体识别模块是在硬件通电之后，模块本身就会发射出电平信号，在模块持续发射高电平信号的时候，说明在模块感应的范围内存在人；在模块持续发射出低电平信号的时候，说明附近没有人的存在。然后就是单片机，单片机可以在通电之后持续检测到人体识别模块的电平信号，然后
36、通过识别电平信号来进行了有人或无人状态下，风扇应该进行的工作方式，这样直接通过电平信号的检测，大大的降低了实现的技术难度和减少误差。如图 3-15 人体识别模块电路原理图 19 GNDVCCOUT人 体 感 应 模 块VCCR210kP20 图 3-15 人体识别模块电路原理图 20 第4章 系统软件设计 4.1 程序设计的软件 主要通过各个元器件的引脚图和电路图来熟识元器件，进而根据相对应的程序来控制各个器件所实现的功能。系统主要使用的编程软件为 Keil，因为这个软件的操作简单，高效，快捷，并且在学习上使用的频率比较高，会使得我们队代码的理解程度加深，而且编译的过程中也会更加的便捷，快速。
37、如图 4-16 程序设计软件图 图 4-16 程序设计软件图 4.2 主程序流程图 首先是单片机开始工作，然后将各部件的的设置初始化，然后调用温度传感器，使其进行测温工作，然后将测的温度数据传输到数码管上，然后数码管就会显示出测量的温度。接着我们可以通过调用按键来切换工作模式或者设置温度数值，然后通过记录这个温度值去调用风扇进行驱动，实行各个模式的工作，如下图4-17 主程序流程图所示。21 图 4-17 主程序流程图 4.3 测温模块程序流程图 当系统接通电源的时候，系统程序首先会进行初始化 DS18B20 的各个参数或配置，然后先发送复位命令，将正在测量的温度复位为零，然后进行 ROM 操
38、作，接着就是进行测量外界温度的命令，进行读时序和写时序，然后进行 CRC 校验，如果是正确的数值，则会把所测到的温度值先存进温度暂存器，然后再通过单片机的命令将温度系数传输给数码管，这样就完成了测量外界的温度。如下图 4-18 测温模块流程图 22 图 4-18 测温模块流程图 4.4 数码管显示模块程序流程图 这部分的程序就是通过从温度传感器传来的温度系数，通过数码管内部的转换，采用动态扫描的方法，最后在数码管上显示准确的温度值。具体流程图如图4-19 显示模块流程图 23 图 4-19 显示模块流程图 4.5 按键模块程序流程图 为了让系统的控制简单方便，所以我们在按键模块只设置了三个按键
39、，作用分别是，工作模式的切换/设置，加和减，三个作用。所以程序执行的过程就是，首先判断此时系统的模式，如果是自动模式的话，分别设置上下限温度；如果是手动模式，就是通过两个按键进行档位的加和减；自然风模式的话，则与按键没关系，是通过人体识别模块和控制风扇是否转动。具体如图 4-20 按键模块流程图。24 图 4-20 按键模块流程图 25 第5章 系统测试 这一章我们主要的是进行风扇系统整体的测试，首先通过对各个模块的测试，确保不会因为硬件存在的误差而导致实现的功能出现偏差，然后再通过对风扇整体进行测试，对风扇所设计的四个功能进行一一测试，这样我们就可以准确的保证系统的整体设计得以顺利进行。5.
40、1 系统硬件模块测试 5.1.1 按键测试 首先我们先接通电源，然后通过测试按键的反应情况，一开始按下模式切换按键，看是否可以通过按键来切换风扇的工作模式，然后就是在自动模式的情况下，看是否能通过按键设置温度的上下限，接着就是自动模式的测试，看是否通过加减按键可以进行对风扇的调档，如图 5-21 按键前图，5-22 按键后图，这样，通过一系列的功能测试，发现按键可以正常工作，没有出现什么异常。图 5-21 按键模块流程图图 5-22 按键模块流程图 5.1.2 传感器 DS18B20 温度采集测试 首先我们先直通电源，等待数码管上显示出温度系数，然后我们就通过用手来捂住温度传感器，观测数码管上
41、的温度系数是否有改变，发现是正常显示的，然后我们通过自动模式的测试，设置好上下限的温度，然后通过用手捂住加热后再松开，观察 26 风扇是否显示停止，然后等待一段时间，等温度达到设置温度的区间的时候，风扇会再次转动起来，这样测试的温度传感器是正常工作的。如图 5-1 温度显示 图 5-23 温度显示 5.2 系统功能测试 本系统通过单片机作为控制系统，然后调用各个模块去实现不同的功能，首先是使用温度传感器先测量外界的实时温度，然后将测得的温度通过数据传输给显示模块，而数码管通过内部的数值转换之后，通过 LED 数码管显示出来，还有就是通过按键或者红外遥控对风扇系统的工作模式的切换和设置。系统设计
42、一共有3 个按键:分别是模式的切换/设置，加，减。系统的功能设计的工作模式也有三种，分别是自动模式、手动模式和自然风模式。系统功能一：自动模式，当我们通过按键切换到自动模式的时候，这时候设置好温度的区间，包括最高温度和最低温度，上下限的温度都是通过加减键来控制，按一下增加或减少 0.1 度，设置好温度后，当人体识别模块感应到附近有人的时候，外界温度低于设置温度的最小值时，风扇停止不转；外界温度在设置温度的最大值之上，风扇会以全速转动。如果人体识别模块感应到附近没有人的时候，风扇就会停止转动。如下图 5-24 自动模式功能图。就是当我们把上限温度设置为 37 度，下限温度设置为 30 度时。这是
43、人体识别模块先进行附近是否有人进行检测，然后再有人时，当外界温度低于 36 度的时候，风扇停止不转，当外界温度处于 36 度和 40 度之间的时候，风扇会以最高转速的 50%进行转动，当外界温度高于 37 度的时候，风扇就会以全速进行转动。27 图 5-24 自动模式功能图 功能二：手动模式，此时数码管上会有两个数据，前面的第一位为风扇的档数，后面的数据为外界的实时温度我们可以切换到自动模式之后，通过加减按键进行风扇档位的调速。如下图 5-25 手动模式功能图。我把风扇划分为三个档位，根据按键的输入或者红外遥控的控制，风扇可以分别进行 1,2,3 档进行转动，这时与外界温度和是否有人无关。图
44、5-25 手动模式功能图 功能三：自然风模式，这时候数码管上有两个数据，前面的第一位一直都会显示“b”，后面的三位显示的是实时测得的外界温度，这时候人体识别模块工作，不断的发射电平信号感知附近是否有人，有人的情况下，风扇就会转动，转速是随机的，时快时慢；没有人的情况下。如下图 5-26 自然风模式功能图。当我们把风扇的工作模式切换为自然风模式，此时风扇转动的情况与外界温度无关，只与是否检测到有人存在有关，在有人时，风扇以随机速度转动，无人的时候，28 风扇停止。图 5-26 自然风模式功能图 功能四：红外遥控功能，这个主要是用过遥控上的三个按键进行操作，分别是工作模式切换/设置，加和减，实现的
45、情况和按键的作用是一样的。如图 5-27 红外遥控功能图。图 5-27 红外遥控功能图 29 第 6 章 结论 本系统是一个智能风扇系统的设计，通过各个模块的共同工作，例如 51 单片机，温度传感器，三极管等这些硬件的作用下实现的风扇的转动，然后通过不同的工作模式和设置下，采取 PWM 调速方式对风扇的转速进行控制，实现不同模式和情况下风扇的工作状态，对这个风扇系统的操控主要是通过按键的红外遥控，借此来改变风扇的工作模式和设置好相应的温度系数，就这样实现了智能风扇系统 本系统的设计可以运用到社会上各种各样的情景，例如家庭风扇，工业生产，设备散热等器件上，可以发挥出很好的作用。而且随着社会的发展
46、，我们队智能事物的追求也会越来越高，因为对于我们生活的便捷性、智能化来说，是非常重要的，可以推动着我们经济的发展，综上所述，该系统的设计和研究在社会生产和生活中具有重要地位。30 参考文献：1.王蕊.基于单片机的多功能自动调温风扇系统设计D.郑州大学,2012.7 2.曾献芳.基于 AT89C55WD 单片机的机电产品控制器开发D.合肥工业大学 2007 3.焦玉朋.基于 51 单片机的 PWM 直流电机调速系统D.内蒙古大学 2013 4.韩兴国.基于 STC89C52 单片机的智能风扇控制系统设计J.装备制造技术.2013(03)5.刘晗.iShine 智能创意多功能小风扇J.物联网技术.
47、2013(02)6.徐坤.基于MSP430 单片机的直流电动机调速系统的设计J.煤矿机械.2013(01)7.何柳.基于USB电源的智能风扇控制技术J.自动化应用.2012(12)8.文海琼 卓朝松.蓝牙数据传输智能温控风扇系统的设计-电子世界-2018 9.Chen Zhong.Design of Control System Based on STC89C52 Single Chip Microcomputer.2015 10.Guihong Zhang.Design of real-time monitoring about air-source heat pump based on kingview.Chinese Control and Decision Conference.2017 31 致谢 美好的学习生活即将结束，在学校的每天，老师的教诲与指导，都深深的铭记在我的心中，因为他们的存在，才使得我可以学到那么多的知识，那么多的技能，才足以在这个社会上生存，所以非常感谢大学里的各位老师和帮助我完成的这次设计的张老师，他们都非常的辛苦，因为，我对各位良师致以最高的致敬。