届毕业设计（文）
系部
电子工程系
班级
通信技术
姓名
学号
题目
智温控风扇
指导教师
文提交日期
2015
目录
摘 1
第章 绪 2
11课题研究应前景 2
12设计务求 2
第二章 方案选择 3
21温度传感器选择 3
22控机选择 4
23显示电路 5
24调速方式 5
第三章 系统硬件设计 7
31系统总体设计 7
32控芯片介绍 7
321AT89C51简介 7
322AT89C51功系统参数 8
323AT89C51单片机引脚说明 9
324AT89C51单片机系统 11
33DS18B20温度采集电路 13
331DS18B20温度处理方法 13
332DS18B20工作原理 13
34电路 14
341数码驱动显示电路 14
342风扇驱动电路 15
343键模块 15
第四章 系统软件设计 17
41程序流程图 17
42DS18B20子程序流程图 18
43数码显示子程序流程图 19
44键子程序流程图 19
第五章 系统调试 21
51系统功 21
511硬件调试 21
512系统实现功 21
513系统功分析 21
总结 22
致谢 23
参考文献 24
附录 25
附录1：protel原理图 25
附录2：系统PCB板图 26
附录3：源程序 27
摘
炎热夏天常电风扇降温传统电风扇采机械方式进行控制存功单需手动换挡等问题着科技发展生活水提高家电器产品趋动化智化环保化性化智电风扇逐渐走进生活中智温控风扇根环境温度动调节风扇启停转速实际生活中温控风扇仅节省宝贵电资源方便生活
设计种温控风扇系统具灵敏温度检测显示功采单片机AT89C51核心控制器风扇转速进行控制温度传感器DS18B20检测温度数通数码显示实时温度根采集温度实现风扇起停者设置高低温度值测温度值高低温度间时开风扇弱风档温度升高超设定温度时动切换风档温度设定温度时动关闭风扇控制状态外界温度定
关键词：单片机AT89C51温度传感器DS18B20数码电风扇
第章 绪
11课题研究应前景
年然空调强制冷效果赶超电风扇着绿色生活低碳生活意识普空调高耗电量加剧温室效应破坏臭氧层等弊端低功耗低污染电风扇市场需求
传统电风扇采机械方式进行控制部分手动调速功单存隐患足说常常离开忘记关闭电风扇浪费电说容易引发火灾长时间工作容易损坏电器夜间温差区夏夜电风扇时遇样问题：凌晨降温时候电风扇然工作熟睡法察觉浪费电资源容易引起感传统机械定时器然够控制电风扇工作定关闭定时范围限法温度变化灵活处理
解决述问题设计套温控动风扇系统系统采高精度集成温度传感器单片机控制显示实时温度根者设定温度动相应温度时作出风风停机动作精确度高动作准确广泛应普日常生活带极方便发展趋势根性质进行相应改进运场合温度监测控制带量济效益
12设计务求
设计AT89C51单片机核心通温度传感器外界环境温度进行数采集建立控制系统电风扇温度变化动调节档位实现温度高风力温度低风力弱性
(1)风速风风停机3档位户通键设定
(2)温度低限值时电风扇风速关闭
(3)温度限限间时电风扇转速缓慢
(4)温度高限值时电风扇风速全速运转
第二章 方案选择
21温度传感器选择
温度传感器种方案供选择：
方案：选热敏电阻作感测温度核心元件通运算放器放温度变化引起热敏电阻电阻变化进导输出电压变化微弱电压变化信号AD转换芯片ADC0809模拟信号转化数字信号输入单片机处理具体方案图21
图21 热敏温度采集电路
方案二：采热电偶作感测温度核心元件配合桥式电路运算放电路AD转换电路温度变化信号送入单片机处理方案原理方案原理异AD转换电路样模拟量输入处理方式样热电偶需配合桥式电路整体更加复杂点方案测温范围更广
方案三：采数字式集成温度传感器DS18B20作感测温度核心元件直接输出数字温度信号供单片机处理
方案采热敏电阻价格便宜元件易购优点热敏电阻温度细微变化敏感信号采集放转换程中会产生失真误差热敏电阻RT关系非线性身电阻温度变化存较误差然通定电路予纠正仅电路复杂稳定性降低体处温度环境温度变化中难检测温度变化该方案适合系统
方案二采热电偶桥式测量电路相热敏电阻温度敏感性器件非线性误差较提高测温范围非常宽50摄氏度1600摄氏度均测量然存电路复杂温度敏感性达系统求标准采该方案
方案三数字式集成温度传感器DS18B20高度集成化降低外接放转换等电路误差素温度误差感测温度原理述两种方案原理着质温度分辨力极高温度值器件部转换成数字量直接输出简化系统程序设计该传感器采先进单总线技术（1WRIE）单片机接口变非常简洁抗干扰力强
22控机选择
方案：采电压较电路作控制部件温度传感器采热敏电阻热电偶等温度信号转电信号放集成运放组成较电路判决控制风扇转速高低某值时风扇切换相应档位
方案二：采单片机作控制核心软件编程方法进行温度判断端口输出控制信号
方案采电压较电路具电路简单易实现需编写软件程序特点控制方式单设置限动作温度法满足户环境种动作温度求系统中采
方案二单片机作控制器通编写程序传感器感测温度通显示电路显示出户通键盘接口设置限动作温度值满足全方位需求通程序判断温度具极高精准度精确握环境温度微变化系统采方案二
23显示电路
方案：采数码显示温度动态扫描显示方式采LED数码种方案然显示容限显示数字英文字母设计中已足够价格液晶字符式低控制设计制作成设计中选LED数码显示
方案二：采液晶显示屏LCD显示温度显示液晶字符式软件达控制硬件复杂液晶字符显示器显示丰富容液晶字符式价格昂贵
方案该方案成低廉显示温度明确醒目夜间见功耗极低显示驱动程序编写相简单种显示方式广泛应足方扫描显示方式数码逐点亮会闪烁眼视觉暂留时间20MS数码扫描周期时间时眼感觉闪烁通增扫描频率消闪烁感
方案二液晶体显示屏具显示字符优美显示数字显示字符甚图形优点LED数码法拟液晶显示模块价格昂贵驱动程序复杂简单实原考虑系统采方案
24调速方式
方案：采变压器调节方式运电磁感应原理220V电压通线圈降压电压控制风扇电机接电压值线圈控制电机转速控制风扇风力
方案二：采三极驱动PWM进行控制脉宽调制定规律改变脉序列脉宽度调节输出量波形种调节方式PWM驱动控制调节系统中常矩形波PWM信号控制时需调节PWM波占空占空指高电持续时间周期时间百分控制电机转速时占空越转速越快全高电占空100时转速达
方案采变压器改变电压调节风速级限制适应性化求变压程中会损耗发热效率高发热安全素
方案二PWM优点处理器控系统信号数字形式需进行数模转换信号保持数字形式噪声影响降噪声强足逻辑1改变逻辑0逻辑0改变逻辑1时数字信号产生影响噪声抵抗力增强PWM相模拟控制外优点某时候PWM通信原模拟信号转PWM极延长通信距离系统采方案二
第三章 系统硬件设计
31系统总体设计
系统集成温度传感器单片机LED数码三极驱动电路外围器件组成AT89C51单片机编程控制通修改程序方便实现系统升级系统框图结构：
通修改程序方便实现系统升级系统框图结构：
数码
驱动电路
风扇
驱动电路
风扇
复位电路
温度采集电路
单
片
机
晶振电路
键设置电路
数码
显示
图31 系统框图
32控芯片介绍
321AT89C51简介
AT89C51美国ATMEL公司生产低电压高性CMOS 8位单片机片含4k bytes反复擦写读程序存储器（PEROM）128 bytes机存储数存储器（RAM）器件采ATMEL公司高密度非易失性存储技术生产兼容标准MSC51指令系统片置通8位中央处理器（CPU）Flash存储单元功强AT89C51灵活应种控制领域具标准功：4k 字节Flash 闪速存储器128字节部RAM32 IO 口线两16位定时计数器5量两级中断结构全双工串行通信口片振荡器时钟电路时AT89C51降0Hz静态逻辑操作支持两种软件选节电工作模式空闲方式停止CPU工作允许RAM定时计数器串行通信口中断系统继续工作掉电方式保存RAM中容振荡器停止工作禁止部件工作直硬件复位
图32 AT89C51单片机引脚图
322AT89C51功系统参数
（1） MCS51产品指令系统完全兼容
（2） 4K字节重擦写FLASH闪速存储器
（3） 1000次擦写周期
（4） 全静态工作：0Hz24MHz
（5） 三级程序存储器锁定
（6） 128×8位部RAM
（7） 32编程IO口线
（8） 216位定时器计数器
（9） 6中断源
（10） 编程串行UART通道
（11） 低功耗闲置掉电模式
323AT89C51单片机引脚说明
VCC：供电电压
GND：接
P0口：P0口8位漏级开路双IO口脚吸收8TTL门电流P0口脚第次写1时定义高阻输入P0够外部程序数存储器定义数址低八位FIASH编程时P0 口作原码输入口FLASH进行校验时P0输出原码时P0外部必须接拉电阻
P1口：P1口部提供拉电阻8位双IO口P1口缓器接收输出4TTL门电流P1口脚写入1部拉高作输入P1口外部拉低电时输出电流部拉缘FLASH编程校验时P1口作低八位址接收
P2口：P2口部拉电阻8位双IO口P2口缓器接收输出4TTL门电流P2口写1时脚部拉电阻拉高作输入作输入时P2口脚外部拉低输出电流部拉缘P2口外部程序存储器16位址外部数存储器进行存取时P2口输出址高八位出址1时利部拉优势外部八位址数存储器进行读写时P2口输出特殊功寄存器容P2口FLASH编程校验时接收高八位址信号控制信号
P3口：P3口脚8带部拉电阻双IO口接收输出4TTL门电流P3口写入1部拉高电作输入作输入外部拉低电P3口输出电流（ILL）拉缘
P3口作AT89C51特殊功口表示：
口脚 备选功
P30 RXD（串行输入口）
P31 TXD（串行输出口）
P32 INT0（外部中断0）
P33 INT1（外部中断1）
P34 T0（计时器0外部输入）
P35 T1（计时器1外部输入）
P36 WR（外部数存储器写选通）
P37 RD（外部数存储器读选通）
P3口时闪烁编程编程校验接收控制信号
RST：复位输入振荡器复位器件时保持RST脚两机器周期高电时间
ALEPROG：访问外部存储器时址锁存允许输出电锁存址低位字节FLASH编程期间引脚输入编程脉时ALE端变频率周期输出正脉信号频率振荡器频率16作外部输出脉定时目然注意：作外部数存储器时跳ALE脉想禁止ALE输出SFR8EH址置0时 ALE执行MOVXMOVC指令ALE起作外该引脚略微拉高果微处理器外部执行状态ALE禁止置位效
PSEN：外部程序存储器选通信号外部程序存储器取指期间机器周期两次PSEN效访问外部数存储器时两次效PSEN信号出现
EAVPP：EA保持低电时期间外部程序存储器（0000HFFFFH）否部程序存储器注意加密方式1时EA部锁定RESETEA端保持高电时间部程序存储器FLASH编程期间引脚施加12V编程电源（VPP）
XTAL1：反振荡放器输入部时钟工作电路输入
XTAL2：反振荡器输出
324AT89C51单片机系统
系统包括单片机需必电源晶振复位等部件单片机始终处正常运行状态电源晶振等电路单片机运行必备条件系统作应系统核心部分通进行存储器扩展AD扩展等单片机完成较复杂功
AT89C51片ROMEPROM单片机种芯片构成系统简单﹑AT89C51单片机构成应系统时单片机接晶振电路复位电路结构图33示集成度限制应系统作型控制单元
时钟电路
复位电路
AT89C51
I0
口
图33 单片机系统原理框图
1 时钟电路
AT89C51单片机部振荡电路单片机XTAL1(18)XTAL2(19)引脚外接石英晶体(简称晶振)构成激振荡器单片机部产生时钟脉信号图中电容C1C2作稳定频率快速起振电容选30pF晶振频率选择12MHz
石英晶体构成振荡器产生脉频率稳定速率高电路简单单片机时钟电路设计原理图图34示
图34 AT89C51部时钟电路
2 复位电路
复位单片机初始化操作进入系统正常初始化外程序运行出错操作错误系统处死锁状态时摆脱困境需复位键重新启动单片机复位电路设计坏直接影响整系统工作性
AT89C51芯片第9脚RESET复位信号输入端复位信号时高电效效时间应持续2机器周期频率12MHz晶振复位信号持续时间超2µs完成复位操作
图35电动复位电路VCC升时间超1ms通VCCRESET引脚间加10µF电容电瞬间电容充电电流电容相短路RESET端高电动复位电容两端电压达电源电压时电容充电电流零电容相开路RESET端低电程序正常运行
图35 AT89C51复位电路
33DS18B20温度采集电路
331DS18B20温度处理方法
DS18B20美国DALLAS半导体器件公司推出单总线数字化智集成温度传感器传统热敏电阻相够直接读出测温度根实际求通简单编程实现9～12位数字值读数方式分9375 ms750 ms完成9位12位数字量DS18B20读出信息写入DS18B20信息仅需根口线（单线接口）读写温度变换功率源数总线总线身挂接DS18B20供电需额外电源DS18B20系统结构更趋简单性更高测温精度转换时间传输距离分辨率等方面较DS1820改进户带更方便更令满意效果
332DS18B20工作原理
DS18B20数字温度传感器采集现场温度测量数送入AT89C51单片机P16口单片机处理显示前温度值设定温度值限值作较高设定限值低设定限值控制风速进行调整
图36 DS18B20温度采电路
34电路
341数码驱动显示电路
电路显示驱动模块74HC573芯片完成74HC573包含八路D 型透明锁存器锁存器具独立D 型输入适面总线应三态输出锁存器锁存（LE）端输出（OE）端
电路显示模块4位体7段LED数码构成显示测量温度前档位位数码abcdefgdp端连接起接收单片机P0口产生显示段码S1S2S3S4引脚端位选端接收单片机P2口产生位选码系统采动态扫描方式扫描方式数码8划段a~gdp名端连起数码公极COM独立受IO线控制CPU字段输出口送出字型码时数码接收相字型码究竟数码亮取决COM端COM端单片机IO接口相连接单片机输出位位选码IO接口控制时位数码点亮轮流点亮数码位扫描程中位数码点亮时间极短暂视觉暂留现象印象组稳定显示数码动态方式优点十分明显耗电省动态扫描程中时刻数码处工作状态具体原理图图41示
图37 数码显示电路
342风扇驱动电路
风扇驱动采两三极三级信号放然传输风扇图该模块电路：
图38 风扇驱动模块
343键模块
设计选独立式键盘接法实现方法利单片机IO口读取口电高低判断否键常开键端接端接IO 口程序开始时IO口置高电时键时IO口保持高电键时IO 口短路迫IO 口低电键释放单片机部拉电阻IO口然保持高电软件中通软件延时消键机械抖动
图39 键模块电路图
第四章 系统软件设计
41程序流程图
实现根前温度实时控制风扇状态需程序中时判断前温度值否超设定动作温度值范围单片机工作频率高达12MHz执行程序时断前温度设定动作温度进行较判断超设定温度值范围时时转执行超温处理欠温处理子程序控制风扇实时切换关闭弱风风三状态
显示驱动程序查七段码取数码应显数字逐位扫描显示程序流程图图41示
开始
程序初始化
调DS18B20
初始化函数
调DS18B20
温度转换函数
调温度读取函数
调键
扫描函数
调数码
显示函数
调温度
处理函数
调风扇
控制函数
结束
图41 程序流程图
42DS18B20子程序流程图
先DS18B20初始化进行ROM操作命令存储器操作数操作DS18B20步操作遵循严格工作时序通信协议机控制DS18B20完成温度转换程根DS18B20通讯协议须三步骤：次读写前DS18B20进行复位复位成功发送条ROM指令发送RAM指令样DS18B20进行预定操作
图42 DS18B20程序流程图
43数码显示子程序流程图
程序实现功DS18B20读取二进制温度值转换七段码LED显示出显示方式采动态扫描方式先位选信号段选信号然延时具体流程图图43
第位送位选低
第位送形
延时10ms显示
第二位送位选低
第三位送位选低
第四位送位选低
第二位送形
第三位送形
第四位送形
延时10ms显示
延时10ms显示
延时10ms显示
结束
图43 数码显示电路流程图
44键子程序流程图
硬件设计通3键键扫描子程序KEYSCAN子程序提供软件支持次设置键K1进入温度限设置时加键K2加减键K3减1次设置键K2进入温度限设置状态时加键K2加减键K3减1限动作温度值TL限动作温度值设置范围10100摄氏度满足般求次设置键K3退出限温度设置状态
判断设置键
否
设置键
延时抖
判断前设置模式
设置限
设置限
退出设置
判断加减键
否
修改设置阀值
结束
N
Y
Y
N
图44键程序流程图
第五章 系统调试
51系统功
511硬件调试
系统调试中验证DS18B20否系统板工作手心拢者捏住芯片发现LED显示前两位温度迅速升高验证DS18B20系统板工作系统中风扇电机转速实现两级调速通温度传感器检测温度系统预设温度值较实现转速变换外界温度低设置温度时电机转动动停止转动外界温度高设置温度时电机转速升高动开始转动
512系统实现功
系统够实现单片机系统检测环境温度变化然根环境温度设置阀值控制风扇直流电机输入占空变化产生转动速度根键盘调节设置温度环境温度设置温度差值控制电机环境温度低设置温度时电机停止转动环境温度高设置温度时单片机应输出口输出占空PWM信号控制电机开始转动系统动态显示前温度前档位通键盘调节前设置温度
513系统功分析
系统总体四部分组成键电路数码驱动显示电路温度检测电路风扇驱动电路首先考虑温度检测电路该部分整系统首部分首先检测环境温度单片机判断温度高低然通单片机控制直流风扇电机转速次电机驱动电路该部分需外围电路单片机输出PWM信号转化均电压输出根PWM波形均电压控制电机转速电路设计中采两三极组成复合驱动实现较控制效果次数码动态显示电路该部分功实现环境温度档位显示中DS18B20采集环境温度键实现设置温度调整实现环境温度档位时连续显示
总结
次毕业设计课题智温控风扇次课题专业知识实际次结合更完成次毕业设计查阅量关温度控制类书籍学术文等相关资料开始手慢慢理解通中间历确学
次设计系统单片机控制核心温度传感器DS18B20检测环境温度实现根环境温度变化调节风扇电机转速LED数码连续稳定显示环境温度档位通三独立键调节设置温度改变环境温度设置温度差值进改变电机转速实现基单片机温控风扇设计
系统设计推广种电动机控制系统中实现电动机转速调节生产生活中系统简单日常风扇智控制生活带便利工业生产中改变输入信号实现信号输入控制电机转速进实现生产动化电力系统中根负荷达电压信号电压信号调节发电机转速进调节发电量实现电力系统动化调节综述该系统设计研究社会生产生活中具重位
致谢
次毕业设计结束首先衷心感谢XX校长XX老师直指导帮助正老师耐心指导热情帮助利完成次毕业设计务段时间里老师严谨治学态度热忱工作作风令十分敬佩老师指导受益匪浅
通次毕业设计深刻认识学专业知识重性理解理联系实际含义检验四年学成果然次毕业设计中知识运衔接够熟练会工作学中继续努力断完善段时间设计学知识系统提高扩充程发展坚实基础
参考文献
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[3] 李青 单品机原理接口技术 北京 北京航空航天学出版社 2008
[4] 胡健．单片机原理接口技术实践教程．北京：机械工业出版社2010
[5] 陈跃东 DS18B20集成温度传感器原理应 安徽 安徽机电学院学报 2012
[6] DALLAS公司 DS18B20数手册
[7] 张越 张炎 赵延军 基DS18B20温度传感器数字温控器 2011
[8] 郝振涛张建北江恒乔曼 家庭温度监控装置 [P] 中国专CN201629819U 20101110
[9] 邹丰基AT89C51单片机温控器系列[J]电子世界2011年第5期P39
[10] 张海龙 基单片机风扇控制系统[J] 网络信息 2009年 第4期P47
附录
附录1：protel原理图
附录2：系统PCB板图
附录3：源程序
#include
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit djP1^0电机控制端接口
sbit DQP1^6温度传感器接口
键接口
sbit key1P3^5设置温度
sbit key2P3^6温度加
sbit key3P3^7温度减
sbit w1P2^4
sbit w2P2^5
sbit w3P2^6
sbit w4P2^7
阴数码段选
uchar table[22]
{0x3F0x060x5B0x4F0x66
0x6D0x7D0x070x7F0x6F
0x770x7C0x390x5E0x790x71
0x400x380x760x000xff0x37}＇＇LH灭全亮n 1621
uint wen_du
uchar gaodipwm
uint shangxia 温度暂存变量
uchar dang档位显示
uchar flag
uchar d1d2d3显示数暂存变量
void delay(uint ms)
{
uchar x
for(msms>0ms)
for(x10x>0x)
}
***********ds18b20延迟子函数（晶振12MHz ）*******
void delay_18B20(uint i)
{
while(i)
}
**********ds18b20初始化函数**********************
void Init_DS18B20()
{
uchar x0
DQ1 DQ复位
delay_18B20(8) 稍做延时
DQ0 单片机DQ拉低
delay_18B20(80) 精确延时 480us
delay_18B20(14)
xDQ 稍做延时 果x0初始化成功 x1初始化失败
delay_18B20(20)
}
***********ds18b20读字节**************
uchar ReadOneChar()
{
uchar i0
uchar dat0
for (i8i>0i)
{
DQ0 脉信号
dat>>1
DQ1 脉信号
if(DQ)
delay_18B20(4)
}
return(dat)
}
*************ds18b20写字节****************
void WriteOneChar(uchar dat)
{
uchar i0
for (i8i>0i)
{
DQ0
DQdat&0x01
delay_18B20(5)
DQ1
dat>>1
}
}
**************读取ds18b20前温度************
void ReadTemperature()
{
uchar a0
uchar b0
Init_DS18B20()
WriteOneChar(0xCC) 跳读序号列号操作
WriteOneChar(0x44) 启动温度转换
delay_18B20(100) this message is wery important
Init_DS18B20()
WriteOneChar(0xCC) 跳读序号列号操作
WriteOneChar(0xBE) 读取温度寄存器等（读9寄存器） 前两温度
delay_18B20(100)
aReadOneChar() 读取温度值低位
bReadOneChar() 读取温度值高位
wen_du((b*256+a)>>4) 前采集温度值16实际温度值
}
void display()显示温度
{
w10P0table[d1]delay(10) 第1位
P00x00w11delay(1)
w20P0table[16]delay(10)第2位
P00x00w21delay(1)
w30P0table[d2] delay(10)第3位
P00x00w31delay(1)
w40P0table[d3]delay(10)第4位
P00x00w41delay(1)
}
void zi_keyscan()动模式键扫描函数
{
if(key10)
{
delay(10)
if(key10)flag1
while(key10)松手检测
}
while(flag1)
{
d118d2shang10d3shang10
display()
if(key10)
{
delay(10)
if(key10)flag2
while(key10)松手检测
}
if(key20)
{
if(key20)
{
shang+5
if(shang>100)shang100
}while(key20)松手检测
}
if(key30)
{
delay(10)
if(key30)
{
if(shang<10)shang10
}while(key30)松手检测
}
}
while(flag2)
{
d117d2xia10d3xia10
display()
if(key10)
{
delay(10)
if(key10)flag0
while(key10)松手检测
}
if(key20)
{
delay(10)
if(key20)
{
if(xia>95)xia95
}while(key20)松手检测
}
if(key30)
{
delay(10)
if(key30)
{
xia1
if(xia<0)xia0
}while(key30)松手检测
}
}
}
void zi_dong()动温控模式
{
uchar i
d1dangd2wen_du10d3wen_du10
zi_keyscan()键扫描函数
display()
if(wen_du if((wen_du>xia)&&(wen_du {
dang1
for(i0i<5i++){dj0display()zi_keyscan()}
for(i0i<5i++){dj1display()zi_keyscan()}
}
if(wen_du>shang){dj1dang2}高温全速
}
void main()
{
uchar j
dj0
shang30
for(j0j<80j++)
ReadTemperature()
while(1)
{
ReadTemperature()
for(j0j<100j++)zi_dong()动温控模式
}
}
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通信技术
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题目
智温控风扇
指导教师
文提交日期
2015
目录
摘 1
第章 绪 2
11课题研究应前景 2
12设计务求 2
第二章 方案选择 3
21温度传感器选择 3
22控机选择 4
23显示电路 5
24调速方式 5
第三章 系统硬件设计 7
31系统总体设计 7
32控芯片介绍 7
321AT89C51简介 7
322AT89C51功系统参数 8
323AT89C51单片机引脚说明 9
324AT89C51单片机系统 11
33DS18B20温度采集电路 13
331DS18B20温度处理方法 13
332DS18B20工作原理 13
34电路 14
341数码驱动显示电路 14
342风扇驱动电路 15
343键模块 15
第四章 系统软件设计 17
41程序流程图 17
42DS18B20子程序流程图 18
43数码显示子程序流程图 19
44键子程序流程图 19
第五章 系统调试 21
51系统功 21
511硬件调试 21
512系统实现功 21
513系统功分析 21
总结 22
致谢 23
参考文献 24
附录 25
附录1：protel原理图 25
附录2：系统PCB板图 26
附录3：源程序 27
摘
炎热夏天常电风扇降温传统电风扇采机械方式进行控制存功单需手动换挡等问题着科技发展生活水提高家电器产品趋动化智化环保化性化智电风扇逐渐走进生活中智温控风扇根环境温度动调节风扇启停转速实际生活中温控风扇仅节省宝贵电资源方便生活
设计种温控风扇系统具灵敏温度检测显示功采单片机AT89C51核心控制器风扇转速进行控制温度传感器DS18B20检测温度数通数码显示实时温度根采集温度实现风扇起停者设置高低温度值测温度值高低温度间时开风扇弱风档温度升高超设定温度时动切换风档温度设定温度时动关闭风扇控制状态外界温度定
关键词：单片机AT89C51温度传感器DS18B20数码电风扇
第章 绪
11课题研究应前景
年然空调强制冷效果赶超电风扇着绿色生活低碳生活意识普空调高耗电量加剧温室效应破坏臭氧层等弊端低功耗低污染电风扇市场需求
传统电风扇采机械方式进行控制部分手动调速功单存隐患足说常常离开忘记关闭电风扇浪费电说容易引发火灾长时间工作容易损坏电器夜间温差区夏夜电风扇时遇样问题：凌晨降温时候电风扇然工作熟睡法察觉浪费电资源容易引起感传统机械定时器然够控制电风扇工作定关闭定时范围限法温度变化灵活处理
解决述问题设计套温控动风扇系统系统采高精度集成温度传感器单片机控制显示实时温度根者设定温度动相应温度时作出风风停机动作精确度高动作准确广泛应普日常生活带极方便发展趋势根性质进行相应改进运场合温度监测控制带量济效益
12设计务求
设计AT89C51单片机核心通温度传感器外界环境温度进行数采集建立控制系统电风扇温度变化动调节档位实现温度高风力温度低风力弱性
(1)风速风风停机3档位户通键设定
(2)温度低限值时电风扇风速关闭
(3)温度限限间时电风扇转速缓慢
(4)温度高限值时电风扇风速全速运转
第二章 方案选择
21温度传感器选择
温度传感器种方案供选择：
方案：选热敏电阻作感测温度核心元件通运算放器放温度变化引起热敏电阻电阻变化进导输出电压变化微弱电压变化信号AD转换芯片ADC0809模拟信号转化数字信号输入单片机处理具体方案图21
图21 热敏温度采集电路
方案二：采热电偶作感测温度核心元件配合桥式电路运算放电路AD转换电路温度变化信号送入单片机处理方案原理方案原理异AD转换电路样模拟量输入处理方式样热电偶需配合桥式电路整体更加复杂点方案测温范围更广
方案三：采数字式集成温度传感器DS18B20作感测温度核心元件直接输出数字温度信号供单片机处理
方案采热敏电阻价格便宜元件易购优点热敏电阻温度细微变化敏感信号采集放转换程中会产生失真误差热敏电阻RT关系非线性身电阻温度变化存较误差然通定电路予纠正仅电路复杂稳定性降低体处温度环境温度变化中难检测温度变化该方案适合系统
方案二采热电偶桥式测量电路相热敏电阻温度敏感性器件非线性误差较提高测温范围非常宽50摄氏度1600摄氏度均测量然存电路复杂温度敏感性达系统求标准采该方案
方案三数字式集成温度传感器DS18B20高度集成化降低外接放转换等电路误差素温度误差感测温度原理述两种方案原理着质温度分辨力极高温度值器件部转换成数字量直接输出简化系统程序设计该传感器采先进单总线技术（1WRIE）单片机接口变非常简洁抗干扰力强
22控机选择
方案：采电压较电路作控制部件温度传感器采热敏电阻热电偶等温度信号转电信号放集成运放组成较电路判决控制风扇转速高低某值时风扇切换相应档位
方案二：采单片机作控制核心软件编程方法进行温度判断端口输出控制信号
方案采电压较电路具电路简单易实现需编写软件程序特点控制方式单设置限动作温度法满足户环境种动作温度求系统中采
方案二单片机作控制器通编写程序传感器感测温度通显示电路显示出户通键盘接口设置限动作温度值满足全方位需求通程序判断温度具极高精准度精确握环境温度微变化系统采方案二
23显示电路
方案：采数码显示温度动态扫描显示方式采LED数码种方案然显示容限显示数字英文字母设计中已足够价格液晶字符式低控制设计制作成设计中选LED数码显示
方案二：采液晶显示屏LCD显示温度显示液晶字符式软件达控制硬件复杂液晶字符显示器显示丰富容液晶字符式价格昂贵
方案该方案成低廉显示温度明确醒目夜间见功耗极低显示驱动程序编写相简单种显示方式广泛应足方扫描显示方式数码逐点亮会闪烁眼视觉暂留时间20MS数码扫描周期时间时眼感觉闪烁通增扫描频率消闪烁感
方案二液晶体显示屏具显示字符优美显示数字显示字符甚图形优点LED数码法拟液晶显示模块价格昂贵驱动程序复杂简单实原考虑系统采方案
24调速方式
方案：采变压器调节方式运电磁感应原理220V电压通线圈降压电压控制风扇电机接电压值线圈控制电机转速控制风扇风力
方案二：采三极驱动PWM进行控制脉宽调制定规律改变脉序列脉宽度调节输出量波形种调节方式PWM驱动控制调节系统中常矩形波PWM信号控制时需调节PWM波占空占空指高电持续时间周期时间百分控制电机转速时占空越转速越快全高电占空100时转速达
方案采变压器改变电压调节风速级限制适应性化求变压程中会损耗发热效率高发热安全素
方案二PWM优点处理器控系统信号数字形式需进行数模转换信号保持数字形式噪声影响降噪声强足逻辑1改变逻辑0逻辑0改变逻辑1时数字信号产生影响噪声抵抗力增强PWM相模拟控制外优点某时候PWM通信原模拟信号转PWM极延长通信距离系统采方案二
第三章 系统硬件设计
31系统总体设计
系统集成温度传感器单片机LED数码三极驱动电路外围器件组成AT89C51单片机编程控制通修改程序方便实现系统升级系统框图结构：
通修改程序方便实现系统升级系统框图结构：
数码
驱动电路
风扇
驱动电路
风扇
复位电路
温度采集电路
单
片
机
晶振电路
键设置电路
数码
显示
图31 系统框图
32控芯片介绍
321AT89C51简介
AT89C51美国ATMEL公司生产低电压高性CMOS 8位单片机片含4k bytes反复擦写读程序存储器（PEROM）128 bytes机存储数存储器（RAM）器件采ATMEL公司高密度非易失性存储技术生产兼容标准MSC51指令系统片置通8位中央处理器（CPU）Flash存储单元功强AT89C51灵活应种控制领域具标准功：4k 字节Flash 闪速存储器128字节部RAM32 IO 口线两16位定时计数器5量两级中断结构全双工串行通信口片振荡器时钟电路时AT89C51降0Hz静态逻辑操作支持两种软件选节电工作模式空闲方式停止CPU工作允许RAM定时计数器串行通信口中断系统继续工作掉电方式保存RAM中容振荡器停止工作禁止部件工作直硬件复位
图32 AT89C51单片机引脚图
322AT89C51功系统参数
（1） MCS51产品指令系统完全兼容
（2） 4K字节重擦写FLASH闪速存储器
（3） 1000次擦写周期
（4） 全静态工作：0Hz24MHz
（5） 三级程序存储器锁定
（6） 128×8位部RAM
（7） 32编程IO口线
（8） 216位定时器计数器
（9） 6中断源
（10） 编程串行UART通道
（11） 低功耗闲置掉电模式
323AT89C51单片机引脚说明
VCC：供电电压
GND：接
P0口：P0口8位漏级开路双IO口脚吸收8TTL门电流P0口脚第次写1时定义高阻输入P0够外部程序数存储器定义数址低八位FIASH编程时P0 口作原码输入口FLASH进行校验时P0输出原码时P0外部必须接拉电阻
P1口：P1口部提供拉电阻8位双IO口P1口缓器接收输出4TTL门电流P1口脚写入1部拉高作输入P1口外部拉低电时输出电流部拉缘FLASH编程校验时P1口作低八位址接收
P2口：P2口部拉电阻8位双IO口P2口缓器接收输出4TTL门电流P2口写1时脚部拉电阻拉高作输入作输入时P2口脚外部拉低输出电流部拉缘P2口外部程序存储器16位址外部数存储器进行存取时P2口输出址高八位出址1时利部拉优势外部八位址数存储器进行读写时P2口输出特殊功寄存器容P2口FLASH编程校验时接收高八位址信号控制信号
P3口：P3口脚8带部拉电阻双IO口接收输出4TTL门电流P3口写入1部拉高电作输入作输入外部拉低电P3口输出电流（ILL）拉缘
P3口作AT89C51特殊功口表示：
口脚 备选功
P30 RXD（串行输入口）
P31 TXD（串行输出口）
P32 INT0（外部中断0）
P33 INT1（外部中断1）
P34 T0（计时器0外部输入）
P35 T1（计时器1外部输入）
P36 WR（外部数存储器写选通）
P37 RD（外部数存储器读选通）
P3口时闪烁编程编程校验接收控制信号
RST：复位输入振荡器复位器件时保持RST脚两机器周期高电时间
ALEPROG：访问外部存储器时址锁存允许输出电锁存址低位字节FLASH编程期间引脚输入编程脉时ALE端变频率周期输出正脉信号频率振荡器频率16作外部输出脉定时目然注意：作外部数存储器时跳ALE脉想禁止ALE输出SFR8EH址置0时 ALE执行MOVXMOVC指令ALE起作外该引脚略微拉高果微处理器外部执行状态ALE禁止置位效
PSEN：外部程序存储器选通信号外部程序存储器取指期间机器周期两次PSEN效访问外部数存储器时两次效PSEN信号出现
EAVPP：EA保持低电时期间外部程序存储器（0000HFFFFH）否部程序存储器注意加密方式1时EA部锁定RESETEA端保持高电时间部程序存储器FLASH编程期间引脚施加12V编程电源（VPP）
XTAL1：反振荡放器输入部时钟工作电路输入
XTAL2：反振荡器输出
324AT89C51单片机系统
系统包括单片机需必电源晶振复位等部件单片机始终处正常运行状态电源晶振等电路单片机运行必备条件系统作应系统核心部分通进行存储器扩展AD扩展等单片机完成较复杂功
AT89C51片ROMEPROM单片机种芯片构成系统简单﹑AT89C51单片机构成应系统时单片机接晶振电路复位电路结构图33示集成度限制应系统作型控制单元
时钟电路
复位电路
AT89C51
I0
口
图33 单片机系统原理框图
1 时钟电路
AT89C51单片机部振荡电路单片机XTAL1(18)XTAL2(19)引脚外接石英晶体(简称晶振)构成激振荡器单片机部产生时钟脉信号图中电容C1C2作稳定频率快速起振电容选30pF晶振频率选择12MHz
石英晶体构成振荡器产生脉频率稳定速率高电路简单单片机时钟电路设计原理图图34示
图34 AT89C51部时钟电路
2 复位电路
复位单片机初始化操作进入系统正常初始化外程序运行出错操作错误系统处死锁状态时摆脱困境需复位键重新启动单片机复位电路设计坏直接影响整系统工作性
AT89C51芯片第9脚RESET复位信号输入端复位信号时高电效效时间应持续2机器周期频率12MHz晶振复位信号持续时间超2µs完成复位操作
图35电动复位电路VCC升时间超1ms通VCCRESET引脚间加10µF电容电瞬间电容充电电流电容相短路RESET端高电动复位电容两端电压达电源电压时电容充电电流零电容相开路RESET端低电程序正常运行
图35 AT89C51复位电路
33DS18B20温度采集电路
331DS18B20温度处理方法
DS18B20美国DALLAS半导体器件公司推出单总线数字化智集成温度传感器传统热敏电阻相够直接读出测温度根实际求通简单编程实现9～12位数字值读数方式分9375 ms750 ms完成9位12位数字量DS18B20读出信息写入DS18B20信息仅需根口线（单线接口）读写温度变换功率源数总线总线身挂接DS18B20供电需额外电源DS18B20系统结构更趋简单性更高测温精度转换时间传输距离分辨率等方面较DS1820改进户带更方便更令满意效果
332DS18B20工作原理
DS18B20数字温度传感器采集现场温度测量数送入AT89C51单片机P16口单片机处理显示前温度值设定温度值限值作较高设定限值低设定限值控制风速进行调整
图36 DS18B20温度采电路
34电路
341数码驱动显示电路
电路显示驱动模块74HC573芯片完成74HC573包含八路D 型透明锁存器锁存器具独立D 型输入适面总线应三态输出锁存器锁存（LE）端输出（OE）端
电路显示模块4位体7段LED数码构成显示测量温度前档位位数码abcdefgdp端连接起接收单片机P0口产生显示段码S1S2S3S4引脚端位选端接收单片机P2口产生位选码系统采动态扫描方式扫描方式数码8划段a~gdp名端连起数码公极COM独立受IO线控制CPU字段输出口送出字型码时数码接收相字型码究竟数码亮取决COM端COM端单片机IO接口相连接单片机输出位位选码IO接口控制时位数码点亮轮流点亮数码位扫描程中位数码点亮时间极短暂视觉暂留现象印象组稳定显示数码动态方式优点十分明显耗电省动态扫描程中时刻数码处工作状态具体原理图图41示
图37 数码显示电路
342风扇驱动电路
风扇驱动采两三极三级信号放然传输风扇图该模块电路：
图38 风扇驱动模块
343键模块
设计选独立式键盘接法实现方法利单片机IO口读取口电高低判断否键常开键端接端接IO 口程序开始时IO口置高电时键时IO口保持高电键时IO 口短路迫IO 口低电键释放单片机部拉电阻IO口然保持高电软件中通软件延时消键机械抖动
图39 键模块电路图
第四章 系统软件设计
41程序流程图
实现根前温度实时控制风扇状态需程序中时判断前温度值否超设定动作温度值范围单片机工作频率高达12MHz执行程序时断前温度设定动作温度进行较判断超设定温度值范围时时转执行超温处理欠温处理子程序控制风扇实时切换关闭弱风风三状态
显示驱动程序查七段码取数码应显数字逐位扫描显示程序流程图图41示
开始
程序初始化
调DS18B20
初始化函数
调DS18B20
温度转换函数
调温度读取函数
调键
扫描函数
调数码
显示函数
调温度
处理函数
调风扇
控制函数
结束
图41 程序流程图
42DS18B20子程序流程图
先DS18B20初始化进行ROM操作命令存储器操作数操作DS18B20步操作遵循严格工作时序通信协议机控制DS18B20完成温度转换程根DS18B20通讯协议须三步骤：次读写前DS18B20进行复位复位成功发送条ROM指令发送RAM指令样DS18B20进行预定操作
图42 DS18B20程序流程图
43数码显示子程序流程图
程序实现功DS18B20读取二进制温度值转换七段码LED显示出显示方式采动态扫描方式先位选信号段选信号然延时具体流程图图43
第位送位选低
第位送形
延时10ms显示
第二位送位选低
第三位送位选低
第四位送位选低
第二位送形
第三位送形
第四位送形
延时10ms显示
延时10ms显示
延时10ms显示
结束
图43 数码显示电路流程图
44键子程序流程图
硬件设计通3键键扫描子程序KEYSCAN子程序提供软件支持次设置键K1进入温度限设置时加键K2加减键K3减1次设置键K2进入温度限设置状态时加键K2加减键K3减1限动作温度值TL限动作温度值设置范围10100摄氏度满足般求次设置键K3退出限温度设置状态
判断设置键
否
设置键
延时抖
判断前设置模式
设置限
设置限
退出设置
判断加减键
否
修改设置阀值
结束
N
Y
Y
N
图44键程序流程图
第五章 系统调试
51系统功
511硬件调试
系统调试中验证DS18B20否系统板工作手心拢者捏住芯片发现LED显示前两位温度迅速升高验证DS18B20系统板工作系统中风扇电机转速实现两级调速通温度传感器检测温度系统预设温度值较实现转速变换外界温度低设置温度时电机转动动停止转动外界温度高设置温度时电机转速升高动开始转动
512系统实现功
系统够实现单片机系统检测环境温度变化然根环境温度设置阀值控制风扇直流电机输入占空变化产生转动速度根键盘调节设置温度环境温度设置温度差值控制电机环境温度低设置温度时电机停止转动环境温度高设置温度时单片机应输出口输出占空PWM信号控制电机开始转动系统动态显示前温度前档位通键盘调节前设置温度
513系统功分析
系统总体四部分组成键电路数码驱动显示电路温度检测电路风扇驱动电路首先考虑温度检测电路该部分整系统首部分首先检测环境温度单片机判断温度高低然通单片机控制直流风扇电机转速次电机驱动电路该部分需外围电路单片机输出PWM信号转化均电压输出根PWM波形均电压控制电机转速电路设计中采两三极组成复合驱动实现较控制效果次数码动态显示电路该部分功实现环境温度档位显示中DS18B20采集环境温度键实现设置温度调整实现环境温度档位时连续显示
总结
次毕业设计课题智温控风扇次课题专业知识实际次结合更完成次毕业设计查阅量关温度控制类书籍学术文等相关资料开始手慢慢理解通中间历确学
次设计系统单片机控制核心温度传感器DS18B20检测环境温度实现根环境温度变化调节风扇电机转速LED数码连续稳定显示环境温度档位通三独立键调节设置温度改变环境温度设置温度差值进改变电机转速实现基单片机温控风扇设计
系统设计推广种电动机控制系统中实现电动机转速调节生产生活中系统简单日常风扇智控制生活带便利工业生产中改变输入信号实现信号输入控制电机转速进实现生产动化电力系统中根负荷达电压信号电压信号调节发电机转速进调节发电量实现电力系统动化调节综述该系统设计研究社会生产生活中具重位
致谢
次毕业设计结束首先衷心感谢XX校长XX老师直指导帮助正老师耐心指导热情帮助利完成次毕业设计务段时间里老师严谨治学态度热忱工作作风令十分敬佩老师指导受益匪浅
通次毕业设计深刻认识学专业知识重性理解理联系实际含义检验四年学成果然次毕业设计中知识运衔接够熟练会工作学中继续努力断完善段时间设计学知识系统提高扩充程发展坚实基础
参考文献
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[3] 李青 单品机原理接口技术 北京 北京航空航天学出版社 2008
[4] 胡健．单片机原理接口技术实践教程．北京：机械工业出版社2010
[5] 陈跃东 DS18B20集成温度传感器原理应 安徽 安徽机电学院学报 2012
[6] DALLAS公司 DS18B20数手册
[7] 张越 张炎 赵延军 基DS18B20温度传感器数字温控器 2011
[8] 郝振涛张建北江恒乔曼 家庭温度监控装置 [P] 中国专CN201629819U 20101110
[9] 邹丰基AT89C51单片机温控器系列[J]电子世界2011年第5期P39
[10] 张海龙 基单片机风扇控制系统[J] 网络信息 2009年 第4期P47
附录
附录1：protel原理图
附录2：系统PCB板图
附录3：源程序
#include
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit djP1^0电机控制端接口
sbit DQP1^6温度传感器接口
键接口
sbit key1P3^5设置温度
sbit key2P3^6温度加
sbit key3P3^7温度减
sbit w1P2^4
sbit w2P2^5
sbit w3P2^6
sbit w4P2^7
阴数码段选
uchar table[22]
{0x3F0x060x5B0x4F0x66
0x6D0x7D0x070x7F0x6F
0x770x7C0x390x5E0x790x71
0x400x380x760x000xff0x37}＇＇LH灭全亮n 1621
uint wen_du
uchar gaodipwm
uint shangxia 温度暂存变量
uchar dang档位显示
uchar flag
uchar d1d2d3显示数暂存变量
void delay(uint ms)
{
uchar x
for(msms>0ms)
for(x10x>0x)
}
***********ds18b20延迟子函数（晶振12MHz ）*******
void delay_18B20(uint i)
{
while(i)
}
**********ds18b20初始化函数**********************
void Init_DS18B20()
{
uchar x0
DQ1 DQ复位
delay_18B20(8) 稍做延时
DQ0 单片机DQ拉低
delay_18B20(80) 精确延时 480us
delay_18B20(14)
xDQ 稍做延时 果x0初始化成功 x1初始化失败
delay_18B20(20)
}
***********ds18b20读字节**************
uchar ReadOneChar()
{
uchar i0
uchar dat0
for (i8i>0i)
{
DQ0 脉信号
dat>>1
DQ1 脉信号
if(DQ)
delay_18B20(4)
}
return(dat)
}
*************ds18b20写字节****************
void WriteOneChar(uchar dat)
{
uchar i0
for (i8i>0i)
{
DQ0
DQdat&0x01
delay_18B20(5)
DQ1
dat>>1
}
}
**************读取ds18b20前温度************
void ReadTemperature()
{
uchar a0
uchar b0
Init_DS18B20()
WriteOneChar(0xCC) 跳读序号列号操作
WriteOneChar(0x44) 启动温度转换
delay_18B20(100) this message is wery important
Init_DS18B20()
WriteOneChar(0xCC) 跳读序号列号操作
WriteOneChar(0xBE) 读取温度寄存器等（读9寄存器） 前两温度
delay_18B20(100)
aReadOneChar() 读取温度值低位
bReadOneChar() 读取温度值高位
wen_du((b*256+a)>>4) 前采集温度值16实际温度值
}
void display()显示温度
{
w10P0table[d1]delay(10) 第1位
P00x00w11delay(1)
w20P0table[16]delay(10)第2位
P00x00w21delay(1)
w30P0table[d2] delay(10)第3位
P00x00w31delay(1)
w40P0table[d3]delay(10)第4位
P00x00w41delay(1)
}
void zi_keyscan()动模式键扫描函数
{
if(key10)
{
delay(10)
if(key10)flag1
while(key10)松手检测
}
while(flag1)
{
d118d2shang10d3shang10
display()
if(key10)
{
delay(10)
if(key10)flag2
while(key10)松手检测
}
if(key20)
{
if(key20)
{
shang+5
if(shang>100)shang100
}while(key20)松手检测
}
if(key30)
{
delay(10)
if(key30)
{
if(shang<10)shang10
}while(key30)松手检测
}
}
while(flag2)
{
d117d2xia10d3xia10
display()
if(key10)
{
delay(10)
if(key10)flag0
while(key10)松手检测
}
if(key20)
{
delay(10)
if(key20)
{
if(xia>95)xia95
}while(key20)松手检测
}
if(key30)
{
delay(10)
if(key30)
{
xia1
if(xia<0)xia0
}while(key30)松手检测
}
}
}
void zi_dong()动温控模式
{
uchar i
d1dangd2wen_du10d3wen_du10
zi_keyscan()键扫描函数
display()
if(wen_du
dang1
for(i0i<5i++){dj0display()zi_keyscan()}
for(i0i<5i++){dj1display()zi_keyscan()}
}
if(wen_du>shang){dj1dang2}高温全速
}
void main()
{
uchar j
dj0
shang30
for(j0j<80j++)
ReadTemperature()
while(1)
{
ReadTemperature()
for(j0j<100j++)zi_dong()动温控模式
}
}
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