摘 要

在日常生活中，电风扇是人们的去暑圣品，相比于空调的价格昂贵、破坏环境和封闭空间等缺点，风扇的成本低廉、环保节能、空气流通和便于移动等特点，使它仍占据一部分市场。随着人类科技文明的发展，人工智能也是当今时代的发展热门，智能温控风扇也应运而生。根据对周围环境温度的变化来判断风扇的启动或者关闭，让我们的生活更加便利与健康。本文的主要研究工作如下：

1. 给出了智能温控风扇的整体方案。系统以STC89C52单片机为控制核心，以DS18B20采集环境实时温度，再经单片机接收和输出信号处理后，利用三极管对信号进行放大后驱动直流风扇的电机工作。
2. 完成了智能温控风扇的硬件电路设计，系统由四个模块组成：按键模块、温度传感模块、温度显示模块和电机控制模块，电路结构清晰简单，易于实现；
3. 完成了智能温控风扇的软件设计，包括系统主控制流程、DS18B20子程序流程图、按键子程序和数码管显示几部分。实现了基于单片机的智能温控风扇。经过软件的仿真以及硬件的调试，论文提出的基于单片机的智能温控风扇系统基本能实现功能，能很好的为人们的基本生活需求提供帮助，同时在普通风扇的基础上并没有增加太高的成本，相信很快就能占据一部分的市场。
   

关键词：单片机STC89C52 ；DS18B20 ；数码管 ；智能温控风扇

Abstract

In daily life, electric fan is people QuShu st, compared to the air conditioning is expensive, environmental damage, and closed space such as faults, fan of low cost, environmental protection and energy saving, air circulation and movement characteristics, making it still occupy the market. With the development of human science and technology civilization, artificial intelligence is also a hot trend in the development of The Times, and intelligent temperature control fan has emerged at the historic moment. Judging the starting or closing of the fan according to the change of ambient temperature makes our life more convenient and healthy. The main research work of this paper is as follows:

(1) the overall scheme of intelligent temperature control fan is presented. System with STC89C52 single-chip microcomputer as the control core, with real-time temperature DS18B20 acquisition environment, then through single chip microcomputer after receiving and output signal processing, signal to make use of triode amplifier dc fan motor after work.

(2) complete the hardware circuit design of intelligent temperature control fan, the system is composed of four modules: key module, the temperature sensing module, temperature display module and motor control module, clear and simple circuit structure, easy to implement;

(3) Completed the software design of the intelligent temperature control fan, including the main control flow of the system, DS18B20 subroutine flow chart, key subroutine and digital tube display. The intelligent temperature control fan based on microcontroller is realized. Through software simulation and hardware debugging, this paper puts forward that the based on single chip microcomputer intelligent temperature control fan system can achieve the basic functions, can be a very good help for people's basic living needs, at the same time, on the basis of the ordinary fan did not increase the cost of too much, believe that will soon be able to occupy the market.

Key Words：SCM STC89C52 ; DS18B20 ; Digital Tube ; Intelligent Temperature Control Fan

目录

第1章 绪论 1

1.1 目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 研究的基本内容、目标 2

第2章 智能温控风扇设计方案 3

2.1 系统整体设计 3

2.2 模块方案选用 3

2.2.1 温度传感模块 4

2.2.2 主控机模块 4

2.2.3 温度显示模块 5

2.2.4 电机控制模块 5

2.2.5 电源电路 5

第3章 智能温控风扇硬件设计 7

3.1 整体原理图 7

3.2 单片机最小系统 7

3.2.1 ST89C52简介 8

3.2.2 最小系统 9

3.3 DS18B20温度采集电路 10

3.3 显示电路 12

3.4 按键电路 13

3.5 驱动电路 13

第4章 智能温控风扇软件设计 15

4.1主程序 15

4.2 DS18B20子程序流程图 15

4.3 按键子程序流程图 16

4.4 数码管显示子程序流程图 18

第5章 智能温控风扇调试 19

5.1 系统功能 19

5.1.1 系统实现的功能 19

5.1.2 系统功能分析 19

5.2 软件调试 19

5.3 硬件调试 21

结论 22

参考文献 23

附录 源代码 24

致谢 35

绪论

传统电风扇，由于它的环保节能、便于移动等特点，在很多人心中是最好的解暑圣品。随着时代的发展，人们希望风扇能在降温的前提下实现更多的功能，使得它能实现迎合智能时代的一些特性，更好的满足人们的日常需求。

目的及意义

传统的电风扇只能依靠手动操作改变档位来开启或者关闭，不能随着温度变化自动调节开关状态。我们就比方说有一部分人常常忘记关闭电风扇，不但会浪费电资源，还会有引起火灾的隐患，长时间工作容易对机器造成损害。对一些昼夜温差大的地区的居民来说，可能凌晨降温的时候人们在熟睡时电风扇仍然在工作着，可是人们处于睡眠状态无法明显的察觉出环境温度变化，不但耗电还有可能引起感冒发烧症状，同时还存在着安全隐患。现实中是有因风扇长时间工作造成失火的事件的。传统的机械定时器虽然能控制电风扇在工作一定时间后关闭，但只能规定固定的工作时间^[1]，没有办法根据环境温度变化进行灵活处理。

智能温控风扇，是依赖周围环境实时的温度变化情况自动启动运转和关闭电风扇，可以有效的节约电资源，人性化的设计体系，也能一定程度的保障人们的身体健康。事实上，随着目前市场上空调生产技术的成熟以及行业内的竞争，空调的价格水平也是在发生不断的变化，空调的使用率已经大大超过了电风扇。但是空调的强大制冷效果、高耗电率、封闭性、氟利昂污染等弊端，使得通过空气流动降低热量、功耗低等优点的电风扇仍能占据一定的市场。同时对炎热地区来说，初夏深秋时作为空调的替代品来解暑也是更节能环保的。

国内外研究现状

近年来，智能控制系统是社会上的一大热点。智能温控系统也在人类的日常生活中的各个领域中扮演者非常重要的角色，大到工业冶炼、物质分离、电力机房、冷冻库、医疗卫生等方面，小到汽车、冰箱、空调、太阳能热水器等方面都能够得到广泛的应用^[2]，可以说智能温控系统已经大大的改善了我们的生活。国内智能温控系统有着还不错的发展，相对国外的发展速度和技术而言在性能方面还存在落后的情况，它们之间最大的区别主要还是在控制算法方面，例如国内的温控系统控制精度低，不能很好的反应温度，还有自适应性较差等缺点。这种不足是由很多的原因导致的，就比如面对不同的温度控制的角色，由于控制的算法存在一些缺点而导致控制精度不是很准确等。

一些发达国家为了尽可能避免空调带给人们的危害，已经开始着手研发温控风扇。国外的智能温控风扇精度较高，但价格比较昂贵。同样国内也有很多人把目光转向智能温控风扇，开始研制基于多传感器采集温度、光照和人体红外等检测信息，结合程序控制模块对电风扇工作状态进行控制，解决因昼夜变更存在温差的自动控制问题。另外基于PWM调速技术的智能温控风扇也可以降低功耗，成本上却增加不了多少。国内外都正朝着高精度、智能化、小型化的方向快速前进。

而基于单片机来设计智能温控风扇系统应时而生。单片机微处理器的实际功能随着时代发展不断得到扩展和提高，可以为先进的控制算法提供有效的足以支撑整个系统的载体。同时结合单片机实现功能能力强、本身的体积不大、可靠性非常高、成本低廉和开发周期短等优点，使得单片机在自动化领域和其他测控领域中有着十分广泛的应用，在工业生产线和工厂控制过程中也是必不可少的一部分。而在温度控制系统中，单片机更是起到了不可替代的作用。

就智能温控风扇而言，对温度的精度要求不是特别高，易于实现。再和普通风扇相比，使用单片机成本增加不了多少，更能满足人民的日常需求。

研究的基本内容、目标

通过单片机实现控制智能温控电风扇，其主要功能为：当按下开关按键时，系统初始化默认的设定温度为26度，如果外界温度高于设定的温度时，电风扇自动启动运转，如果外界温度低于设定温度则电风扇自动关闭，同时显示外界的温度。可以设置个人环境所需的温度，并同时显示所设定的温度，另外可按加减键来改变设定温度。

本次的设计选用DS18B20作为温度传感模块的最核心元件。通过使用温度传感器来检测环境实时温度，可以直接输出数字温度信号，然后将数据一一传给单片机处理。因为DS18B20是采用单总线数据传递方式，且集成度极高，所以DS18B20可以很大程度上降低外部所带来的误差，其次由于其感测温度的识别能力很强，检测到的温度精度高。故采用本方案进行设计。

主控模块选用了ST89C52单片机来控制系统的工作与运转。主要使用源程序编写的方式对DS18B20测得的环境实时温度进行显示与判断，然后输出对应的控制信号，进而实现对系统的实时控制。同时ST89C52单片机在市场上的价格也不算很高，本系统要求的处理速度和精度要求不是特别高，所以这是一个很好的选择。

第2章 智能温控风扇设计方案

系统所要实现的主要功能是：当按下开关按键时，系统初始化默认的设定温度为26度，如果外界温度高于设定的温度时，电风扇自动启动运转，如果外界温度低于设定温度则电风扇自动关闭，同时显示外界的温度。可以设置所处环境需要的温度，并同时显示所设定的温度，另外可按加减键改变设定温度。

2.1 系统整体设计

本智能温控风扇系统的设计原理为：通过温度传感模块检测环境的实时温度并直接将相关的数字信号传输给单片机微处理系统进行处理，温度显示模块使用LED数码管显示环境温度和默认的温度，通过按键模块来进行切换实时温度和设定温度，同时可使用按键模块来改变用来与实际温度做比较的设定温度。最后由单片机系统判断电机模块是否需要自动启动运转。

图2.1 系统框图

2.2 模块方案选用

本设计是要通过温度来判断实现风扇到底是自动启动运转还是自动关闭。各个模块会存在不同的实现方法，这和元件的特性有关。一一对比之下选择最适用于本设计的模块，通过单片机微处理器将各个模块结合起来，共同实现该系统所需功能。

2.2.1 温度传感模块

在本设计中，温度传感器的选择至关重要。温度传感器将影响环境实际温度数据的传输和显示，同时也影响主控模块对于温度的判定，从而决定风扇是否能启动运转。

方案一：选用热敏电阻。热敏电阻的工作温度范围宽，热敏电阻的阻值可以随着温度的改变而变化，将其产生的模拟信号放大后，通过AD0809数模转换得到数字信号，发送给主控机处理。

方案二：选用温度传感器DS18B20^[3]。可以通过检测温度，直接输出温度的数字信号传送给主控机。温度检测和数据处理功能集成在一个芯片上，可以避免中间过程中会产生的误差。

对于方案一，热敏电阻价格低廉，可以直接使用，且不需要通过软件直接控制其功能。但是它的缺点也是十分明显的，阻值与温度的非线性关系严重，对温度的微小的变化不敏感，元件易老化，稳定性差，这些都会导致实际中对温度检测的误差变得很大。且需要使用合适精度的AD转换器来将模拟信号转化为数字信号^[4]，从成本和电路设计上来说，并不占据任何优势。

对于方案二，温度传感器DS18B20不但体积小，抗干扰能力强，而且检测的温度精度高。温度传感器具有着独树一帜的单线接口方式，在与主控机连接时仅需要一条线就能完成数据的双向传输。对于数据的读写操作有着严格的先后顺序要求，一般低位在前。由于其极高的集成度，可以大幅度降低外部带来的误差。温度可直接用数字信号来输出，大大简化了电路的设计。

方案二成本虽然是热敏电阻的几倍，再考虑到数模转换芯片的存在，实用性是远远高于热敏电阻的。故选择方案二。

2.2.2 主控机模块

方案一：选用凌阳系列单片机。凌阳系列单片机的体积小，有着非常高的集成度，可靠性极好，而且非常易于扩展，这些特点很适合本次设计。凌阳系列单片机是将各个模块化的功能部件集成在一个芯片当中。单片机的内部是采用总线结构的，通过减少各个功能部件模块之间的连接，提高了整个单片机的可靠性和抗干扰能力^[5]，另外，整体结构的模块化非常有利于系列的扩展应用，可以适应不同用户的需求。具有较强的中断处理能力。指令系统的指令格式简洁明了，可以以十分快速的方式执行，并且其指令结构对高级语言有着一定的支持，实际上这确实很大程度上缩短产品的开发时间。凌阳系列单片机处理工作电压范围大，可以在低电压供电时正常工作，也可以使用用电池对整个电路供电。

方案二：选用ST89C52单片机。通过软件编程来实现温度的检测和判断，在I/O口输出其对应的控制信号。能耗非常低。

考虑到ST89C52单片机成本上远远低于凌阳系列单片机，且本人对ST89C52更加熟悉，有着较多的处理经验，操作起来更加的方便。设计本身的需求方案二也都能够满足，故选用方案二。

2.2.3 温度显示模块

方案一：选用液晶显示屏LCD。功耗很低，它的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面配合背部灯管构成画面^[6]。

方案二：选用四位功能数码管显示具体温度，动态扫描显示。成本低，功耗低，显示模板的驱动程序也是非常简单的。

液晶显示屏可以显示数字字符，还能显示图形，甚至滚动显示内容。这些都是数码管没有办法完成的。但是本设计系统的显示部分仅需要显示温度，没有太高的要求，通过动态扫描方式，数码管也能完成这项任务。又考虑到液晶显示屏成本更高，其显示的驱动程序也相对复杂。从实际的角度出发，方案二更加合适。

2.2.4 电机控制模块

方案一：选用专门的电机驱动芯片。一般电风扇驱动芯片输出的电流比较大，从而能够驱动一些大功率功率的电机。

方案二：选用三极管驱动。每当三极管导通时，风扇会被驱动。当三极管截止时，风扇会自动关闭。

相较两种方案，采用专门的驱动芯片风扇运行的效果好，而三极管在长时间运行下，不断的发热状态必然会影响它的使用寿命。但三极管成本低廉，只需要一个I/O口即可驱动，可以有效的节省单片机资源。驱动芯片的价格更高，驱动程序也比较复杂，占用较多的单片机资源，在电路的设计方面也更加的麻烦。综合考虑，应该选用方案二。

2.2.5 电源电路

方案一：采用电池盒供电。电池供电可以让智能温控风扇随时移动，便于携带，一般出门在外非常实用。

方案二：采用USB供电。实用USB转DC电源线来为智能温控风扇提供电源。

比较两种方案，实用电池供电便于携带，但对电池的消耗量比较大，废旧电池也会对环境造成污染。使用电源线供电，虽然在携带上稍微麻烦一点，平时可以通过计算机来为电路板提供电源，不方便时也可以使用充电宝来供电的。也不会对环境构成任何污染。故选择方案二。

分析毕业设计的工作原理，将整个设计剖分成一个个的模块，然后逐个攻破，针对单个模块设计出多个方案，从每个方案本身的优劣考虑，再考虑到各个模块结合在一起所要完成的功能，最终选出最为合适的设计方案。即供电方式采用USB转DC电源，ST89C52单片机作为主控模块，通过编写的程序来获取DS18B20温度传感器检测到的实际温度，运用按键模块设定温度，比对之后决定是否让三极管驱动风扇启动工作。温度数据都显示在四段共阳数码管上。

第3章 智能温控风扇硬件设计

确定了系统的设计方案之后，可以落实具体要使用的元件，主要是单片机ST89C52作为主控部分，DS18B20检测和处理温度数据，温度会显示在四位共阳LED数码管上，三极管驱动电路，风扇也是不可缺少的，按键用来调整设置温度。外加一些辅助作用的元件，电阻、电容、晶振和导线。这些元件共同作用，将各个模块这个相连，完成硬件方面的基本需求。

3.1 整体原理图

如图3.1是硬件设计的原理图。