51单片机智能风扇控制系统:温控与多模式操作

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本篇毕业设计论文主要探讨了基于51单片机的智能风扇控制系统的设计与实现。随着气温升高,对智能风扇的需求日益增长,传统风扇的不足在于无法根据外部温度自动调节转速和开关状态,造成能源浪费。论文的核心技术解决方案是采用STC89C51RC单片机作为基础平台,结合多种模块来构建智能功能。 系统的关键组成部分包括: 1. **DS18B20温度采集模块**:用于实时监测环境温度,采集的数据被用来与预设阈值进行比较,实现温度控制。 2. **LCD1602显示屏**:用于显示当前室温以及工作模式,提供用户友好的界面。 3. **L298N电机驱动模块**:负责驱动风扇电机,实现风扇的开关和转速调整。 4. **HC-SR501人体感应模块**:通过感应人体红外信号,当检测到人进入室内时,自动触发风扇的开启。 5. **舵机控制模块**:可能用于实现风扇的摇头或旋转功能。 6. **ESP8266 WiFi控制模块**:使得系统具备远程控制能力,用户可以通过手机APP对风扇进行操控,如启动/停止、改变转速等。 设计中采用了三种工作模式: - **按键控制**:用户可以通过按键操作,如左右切换选择不同的功能,如风扇摇头、红外感应、恒温控制和定时功能。 - **红外遥控器控制**:提供更为便捷的远程操作方式,通过按下遥控器上的相应按键,实现风扇的控制。 - **手机APP控制**:用户可以通过手机应用程序,实现对风扇的智能控制,增加了系统的智能化程度。 论文还涉及到软件开发工具,即使用了Keil uVision作为开发环境,进行程序设计和调试。通过这个系统,不仅提高了风扇的能效,还提升了用户体验,实现了温度、人体感应和无线网络控制的集成,充分体现了51单片机在智能家居领域的应用潜力。 整个设计过程不仅涵盖了硬件选型、电路设计、程序编写,还包括了系统集成与调试,具有较高的实用性和科研价值。此篇论文对于学习和理解51单片机在智能家电控制中的实际应用,以及传感器、通信技术与嵌入式系统设计有着重要的参考作用。
2023-05-26 上传
引 言 随着人们生活水平及科技水平的不断提高,现在家用电器在款式、功能等方面日益求 精,并朝着健康、安全、多功能、节能等方向发展。过去的电器不断的显露出其不足之 处。电风扇作为家用电器的一种,同样存在类似的问题。 现在电风扇的现状:大部分只有手动调速,再加上一个定时器,功能单一。 存在的隐患或不足:比如说人们常常离开后忘记关闭电风扇,浪费电且不说还容易引 发火灾,长时间工作还容易损坏电器。再比如说前半夜温度高电风扇调的风速较高,但 到了后半夜气温下降,风速不会随着气温变化,容易着凉。 之所以会产生这些隐患的根本原因是:缺乏对环境的检测。 如果能使电风扇具有对环境进行检测的功能,当房间里面没有人时能自动的关闭电风 扇;当温度下降时能自动的减小风速甚至关闭风扇,这样一来就避免了上述的不足。本 次设计就是围绕这两点对现有电风扇进行改进。 1.总体方案设计及功能描述 本设计是以AT89C51单片机控制中心,主要通过提取热释电红外传感器感应到的人体 红外线信息和温度传感器DS18B20得到的温度以及内部定时器设定时间长短来控制电风扇 的开关及转速的变化。 功能描述:电风扇工作在四种状态:手动调速状态、自动调速状态、定时状态、停止 状态。 手动状态时可以手动调节速度;自动状态时通过温度高低自动调节速度,如果出现手 动现象则变为手动状态;定时状态时可以调节定时时间,并设定是否启动定时,之后可以 手动退出,也可以在不操作6秒后自动退出进入手动状态;停止状态时可以被唤醒并进入 自动状态。 当没有检测到人体存在超过3分钟或定时完毕时进入停止状态。 在数码管显示方面,当没有定时时,只显示气温,当定时启动时气温和定时剩余时间 以3秒的速度交替显示。 系统方框图如下图所示,主要包括:输入、控制、输出三大部分8个功能模块。 图1-1系统方框图 2.功能模块硬件简介与实现 2.1键盘输入电路 由于设计中用到的按键数目不多,所以可以直接用AT89C51的通用IO端口且选用AT89 C51的P1口(内部有上拉电阻)作为键盘接口。对于按键只需一端接地另一端接P1口即可 。见下图(2-1): 图 2-1 2.2热释电红外传感器模块 2.2.1热释电红外线传感器原理简介 人体辐射的红外线中心波长为 9~10um,而探测元件的波长灵敏度在 0.2~20um 范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口,这个滤光片可通 过光的波长范围为 7~10um,正好适合于人体红外辐射的探测,而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收, 这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。 实质上热释电传感器是对温度敏感的传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成, 在元件两个表面做成电极,如图2所示。在环境温度有ΔT的变化时,由于有热释电效应, 在两个电极上会产生电荷ΔQ,即在两电极之间产生一微弱的电压ΔV。 2.2.2热释电红外线传感器应用 热释电红外线传感器有三个端口,如图2- 2所示:一个接电源、一个接地、一个信号端口,当有人进入其检测区域时,信号端口便 产生一个电平跳变,并维持数秒钟,我们就是利用这个跳变来判断是否有人在这个检测 区域。 图2-2 2.3温度传感器 2.3.1温度传感器DS18B20简介 新型数字温度传感器DS18B20具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总 线,在实际应用中取得了良好的测温效果。 DS18B20的主要特性: (1)独特的单线接口方式,DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微 处理器与DS18B20的双向通讯。 (2)测温温范围-55 ~+125 (3)最高分辨率为0.0625 。 2.3.2 DS18B20的一般操作过程 (1)、初始化; (2)、跳过ROM(命令:CCH); (3)、温度变换(命令:44H); (4)、读暂存存储器(命令:BEH); 注:每次读取温度都要经过上面四个过程。 2.3.3 DS18B20的温度存储方式即温度计算 DS18B20是用12位存储温度,最高位为符号位,下图为它的温度存储方式: 2^3 2^2 2^1 2^0 2^-1 2^-2 2^-3 2^-4 LSBYTE Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 S S S S S 2^6 2^5 2^4 MSBYTE Bit15 Bit14 Bit13 Bit12 Bit11 Bit10 Bit9 Bit8 表2-1 DS18B20温度存储地址分配 这是12位转化后得到的12位数据,存储在DS18B20的两个8比特的RAM中,二进制中的前面5位是符号位,如果测得的温度大于0,这5位为0,只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度;如果温度小于0,这5位为1,测到的数值需要取反加1再