- PAGE 2 - - PAGE i - 基于Arduino的温控风扇的设计与制作 摘 要：在现在的生活中电风扇是必不可少的，在炎热的夏天中假如没有电风扇，将会极度影响人体机能，使人体严重缺水，降低工作效率，甚至导致中暑，严重危害人类健康。随着时下人们的生活水平的提高，社会的发展，出现了智能化的电风扇。可以依据环境温度来自动调节电风扇的转速，不需要我们手动调节风扇转速，能让我们更轻松的生活。 本文的设计是一种温控风扇系统，具有灵敏的温度检测和显示功能，系统原理简单，设备很稳定，而且比传统电风扇更加节能和便利。设计以arduino为主控核心，利用DS18B20温度传感器检测环境和温度数据，通过数码管显示当前环境和温度，当环境和温度到达设定值时，电机就会启动，风扇开始转动，当温度不高于设定值时，电机就会停止，风扇停止。 关键词：温控风扇；DS18B20温度传感器；数码管 目 录 TOC \o 1-3 \h \z \u 8492 1 简述 1 22918 1.1课题背景 1 16149 1.2国内外相关研究情况 1 15809 1.3研究的意义与目的 2 25122 2 总体设计 3 18559 2.1总体方案设计 3 15578 2.2元器件的选择 3 17319 2.2.1单片机的选用 3 13590 2.2.2 显示电路的选用 5 31475 2.2.3温度传感器的选择 5 6093 2.2.4电机驱动选用 6 32542 2.2.5指示灯的选用 6 13312 2.2.6蜂鸣器的选用 7 10123 3 硬件设计 8 24134 3.1单片机的最小系统 8 28209 3.1.1复位模块 8 10638 3.1.2晶振模块 8 24521 3.1.3供电模块 8 18189 3.2外部硬件 9 27287 3.2.1风扇驱动 10 20076 3.2.2报警电路 10 26687 3.2.3数码管显示电路 10 30911 3.2.4 ds18b20温度传感器 10 25480 3.3设计的具体方案总流程 11 27587 4 软件的设计 12 24831 4.1程序的总体流程 12 24691 4.1.1传感器流程 12 27087 4.1.2数码管显示流程 12 1792 4.2 温度检测和显示器显示程序 12 21074 4.3 风扇转动程序 13 23454 5调试与安装 14 16929 5.1元件清单与安装 14 31446 5.2实物未上电 15 29101 5.3实物上电 15 14644 5.3实物正常运作时的状态 16 8582 结 论 17 13024 参考文献 18 22032 附录 程序代码 19 - PAGE 1 - 1 简述 1.1课题背景 近年来，虽然空调以其强大的制冷效果赶超过电风扇，但随着绿色生活，低碳生活意识的普及，空调的高耗电量、加剧温室效应、破坏臭氧层等弊端，使得低功耗低污染的电风扇仍有很大市场需求。 传统电风扇大部分只有手动调速，功能单一，十分不方便。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。对于夜间温差大的地区，人们在夏夜使用电风扇时可能遇到这一种的问题:当凌晨降温的时候电风扇依然在工作，可是人们因为熟睡而无法察觉，既浪费电资源又会造成感冒，传统的机械定时器虽然能够控制电风扇在工作一定后关闭，但定时范围有限，且无法对气温变化灵活处理。 为解决以上问题，我们设计了这套温控自动风扇系统。 1.2国内外相关研究情况 温度控制器大范围的应用在社会的所有的领域，但根据应用场合以及要求性能的不同使得其也不完全一样。对于温度控制方面能分为两代产品:第一代温度控制器主要是电气式产品。其温度传感器采用双金属片或气动温包，控制电路大都采用继电器控制电路，虽然结构相对比较简单，但由于继电器动作频繁，常导致触点不良而影响温度控制，且其通过“给定温度盘”调整预紧力来设定温度，使得这类控制器都会存在温度设定过粗、时间常数太大等问题;第二代温度控制器为电子式产品，其温度传感器采用热敏电阻等，控制温度值通过触摸键和液晶显示屏来设定，通过运算放大电路和开关电路实现双位调节来实现温度控制。这种控制器解决了温度设定值过粗等问题，但仍存在控制精度不高、时间常数大、操作较复杂等问题。而随着计算机等技术的迅猛发展以及其与温度控制技术的不段结合，使得温度控制技术在智能化、自适应、参数自整定等方面取得大量成果。在此基础上，日本、美国、德国等国在温度控制领域都生产出了一批性能优异的温度控制器及仪器数字控制器等。这些温度控制系统普遍具有参数自整定功能并结合了计算机、通信等技术，运用先进的算法，具有控制精度高、抗干扰力强、鲁棒性好的特点。但是在我国，尽管已经取得了一些成就，但是更多的企业仍值停留在简单的PID控制，与国外相比，我们在智能控制技术领域仍有很大的差距。 1.3研究的意义与目的 现如今，虽然不少家庭用上了空调，但是由于空调太费电还是有很多人用着电风扇，因此电风扇还是作为降温防暑必备电器设备，季节更替的时候，天气变化太快，时冷时热，气温有时候突然降低，但电风扇还是高速运转，白天还好尤其到了晚上，气温突然降的比较低，人都已经入睡，就会被冻醒，体验非常不好，虽然常用电风扇有调节不同档位的功能，但还是须要人工手动更换不同的档位，风扇都有定时功能，可是定时时间长短有限制，一般是一两个小时，如果气温在一两个小时后气温依旧比较高，但是风扇关闭了，就会被热醒，难以入睡，它不会随天气气温变化控制启停。为解决以上问题，我们设计了这款智能温控自动风扇系统。本系统采用高精度集成温度传感器，用单片机控制，能显示实时温度，并根据使用者设定的温度自动在相应温度时启停，动作准确和便利。 2 总体设计 2.1总体方案设计 系统模块设计方框图如图2-1所示。系统以arduino为核心控制器，由DS18B20温度传感器，按钮，电机，风扇，数码管以及LED灯和蜂鸣器组成。按下按钮，温度传感器将检测到的温度数据传送给arduino，然后将温度值通过、数码管来显示温度，并根据温度是否超出设定范围来控制电机停止或启动。 图2-1系统框图 2.2元器件的选择 2.2.1单片机的选用 （1）51单片机 图2-2 51单片机应用最广泛的8位单片机当然也是初学者们最容易上手学习的单片机，最早由Intel推出，由于其典型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理，众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统，堪称为一代“经典”，为以后的其它单片机的发展奠定了基础。如图2-2 图2-2 51单片机 51单片机之所以成为经典，成为易上手的单片机主要有以下特点： 1、从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作位处理器，处理对象不是字或字节而是位。不但能对片内某些特殊功能寄存器的某位做处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，其功能十分完备，用起来得心应手。 2、同时在片内RAM区间还特别开辟了一个双重功能的地址区间，使用极为灵活，这一功能无疑给使用者提供了极大的方便。 3、乘法和除法指令，这给编程也带来了便利。很多的八位单片机都不具备，作乘法时还得编上一段子程序调用，十分不便。 缺点 1、AD、EEPROM等功能需要靠扩展，增加了硬件和软件负担 2、虽然I/O脚使用简单，但高电平时无输出能力，这也是51系列单片机的最大软肋 3、工作速度过慢，特别是双数据指针，如能改进能给编程带来非常大的便利 4、51单片机保护能力很差，很容易烧坏芯片 应用场景范围：目前在教学场合和对性能要求不高的场合大量被采用。 使用最多的器件：8051、80C51 （2) Arduino单片机 1、Arduino核心板大部分使用的是AVR单片机作为核心，这就是他们之间的联系。AVR单片机通常用汇编语言、C语言开发，需要配置寄存器等等。Arduino在C的基础上简化了开发方式，自己实现了一套较为简单的语言，开发的时候不需要纠结于AVR的寄存器等底层的东西，直接写代码就能控制兼容Arduino的外设。 2、使用Arduino做项目，几乎不用考虑硬件部分的设计，可以按需求选用Arduino的控制板、扩展板等组成自己的需要的硬件系统。而使用单片机开发必须设计硬件，制作PCB板。 3、学习Arduino 单片机可以完全不有必要了解其内部硬件结构和寄存器设置，仅仅知道它的端口作用即可；可以不懂硬件知识，只要会简单的C语言，就可用Arduino 单片机编写程序。使用单片机则有必要了解单片机内部硬件结构和寄存器的设置，使用汇编语言或者C语言编写底层硬件函数。 4、Arduino 软件语言仅仅需掌握少数几个指令，而且指令的可读性也强，稍微懂一点C语言即可，轻松上手，快速应用。 5、Arduino 的理念就是开源，软硬件完全开放，技术上不做任何保留。针对周边I/O设备的Arduino 编程，很多常用的I/O 设备都已经带有库文件或者样例程序，在此基础上进行简单的修改，即可编写出很复杂的程序，完成功能多样化的作品。而单片机的软件开发，需要软件工程师编写底层到应用层的程序。没那么多现成的库函数能够正常的使用。 图2-3 Arduino开源版5、Arduino 由于开源，也就从另一方面代表着从Arduino 相关网站、博客，论坛里得到大量的共享资源，在共享资讯的辅助下，通过资源整合，能够加快您创作作品的速度及效率。 图2-3 Arduino开源版 6、相对其他开发板，Arduino 及周边产品相对质廉价优，学习或创作成本低，重要一点是：烧录代码不需要烧录器，直接用USB线就能够实现下载。 根据上述分析我们最终选择Arduino单片机，如图2-3。 2.2.2 显示电路的选用 （1）数码管 图2-4 数码管?数码管是设备的简易显示常用电子元器件。数码管的主要特征如下：(1)能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与CMOS、ITL电路兼容。(2)发光响应时间极短(0．1μs)，高频特性好，单色性好，亮度高。(3)体积小，重量轻，抗冲击性能好。(4)寿命长，常规使用的寿命在10万小时之后，甚至可达100万小时。成本低，如图2-4。 图2-4 数码管 （2）液晶显示屏 图2-5OLED 显示屏液晶屏有字符型、图形两种。他们都是比较高级的显示方式了。主

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