小风扇-设计-单片机.doc

2010-11-12 23:31:00

华南理工大学
智能控制大赛设计报告
智能小风扇

学院： xxx
作者：xxxxxxxx
日期： xxx

目录
一、 设计任务及要求…………………………………………1
1.设计任务……………………………………………………1
2.设计要求……………………………………………………1
二、作品特色……………………………………………………2
三、设计思路……………………………………………………2
1.调速功能……………………………………………………2
2.自然风功能…………………………………………………3
3.显示功能……………………………………………………4
4.定时功能……………………………………………………5
5.防倾倒功能…………………………………………………6
6.USB接口实现………………………………………………7
7.遥控功能……………………………………………………7
四、调试问题及解决方案………………………………………7
1.三极管放大电路无法带动小风扇转动………………………………7
2.防倾倒功能中断无法实现中断……………………………………8
3.遥控无法实现…………………………………………………8
五、软件设计及源程序…………………………………………9
1.软件设计……………………………………………………9
2.源程序………………………………………………………10
六、总结………………………………………………………20
七、参考书目…………………………………………………21

一、设计任务及要求

1.设计任务
制作一个小型风扇
2.设计要求
1、基本要求：
1) 实现高速，低速档选择。（能明显感觉到风力变化即可）
2) 使用USB供电
3) 实现自然风功能。自然风是指一段时间高速，过一段时间改为低速，如此往复。
2、发挥要求：
1) 可以用遥控器遥控
2) 可以设定定时关机
3) 风扇倾倒时可自动关闭
4) 其他创新功能

二、 作品特色
本作品以89C52芯片作处理器,以小直流电机为风扇的动力，使用ＵＳＢ接口提供电源,外壳以木板为主,有较强的机械性能．本作品可实现以下功能：　１．空档、低速、高速、自然风由个档位可自由切换．２．定时控制换档功能：用户可以设置一定的时间，风扇在设定的时间过后会自动切换到用户指定的档位上．３．倾倒自动关闭风扇并报警．

关键词：89C52，光控防倾倒，数码管显示，人性化定时。

三、 设计思路
1.调速功能

方案一：利用给风扇串联电阻分压降流来实现调速功能；
方案二：利用单片机模拟输出PWM波作为控制信号，利用放大电路调速。

经比较，选用方案二。

本作品是基于8051单片机，单片机内部定时器可以输出占空比可调的方波，通过改变P3.6口输出的不同占空比不同的方波，可以方便实现高速和低速转换。利用三极管做开关电路。

2.自然风功能
单片机定时器可以调节高速和低速转换的频率，从而实现自然风功能，程序如下：
while(mode==3)//自然风
{
TR1=1;
shijian();
keyscan();

P1_0=0;
P0=0xfe;
if(m==0)
di();
else
gao();
}
void di()//低速,占空比70%
{
feng=0;
delay1ms(7);
feng=1;
delay1ms(3);
}
void gao()//高速,占空比100%
{
feng=0;
delay1ms(10);
feng=1;
}
/*定时中断1*/
void timer1() interrupt 3 using 1
{
n++;
if(n==100)
{
n=0;
m=~m;
}
}
自然风是通过交替调用高速与低速两个函数来实现的,再用定时器设定高低速切换时间就可实现自然风了。

3.显示功能：

显示模块由发光管和数码管组成，发光管可以显示当前档位，分为停止、低速、高速、自然风四个档位。数码管可以显示定时时间，显示控制由单片机软件控制。
原理：数码管动态显示原理。

4.定时功能

定时功能的实现主要用现单片机的计时中断0。该作品除了简单的定时外，还有定时控制功能，例如：在某一时刻风扇正在低速运作，通过设定计时器可使风扇在N时间后自动跳到任意一档。N由用户设定。

定时功能由单片机定时计数器中断实现，程序如下：
/*定时中断0*/
void timer0() interrupt 1 using 1
{

timecount++;
TH0=(65535-50000*T)/256;
TL0=(65535-50000)%256;

if(timecount==20)
{
timecount=0;
second--;
if(second<0)
{

if(minute==0)
{
second=0;
minute=0;
TR0=0;
mode=hou;
xianshi=0;
}
else
{
second=59;
minute--;
}
}
}
}

5.防倾倒功能
方案一：利用机械开关和风扇座重力实现开关功能，缺点是稳定性不好。
方案二：利用光敏元件结合单片机中断实现让风扇停止转动功能。
方案三：利用防倾倒开关，缺点是对材料性能要求较高。
经比较选择方案二。
利用光敏电阻在黑暗和光照条件下阻值不同，与一个定值电阻串联后，在亮度变化时会产生一个高低电平跳变，将跳变输入单片机外部中断口，利用软件控制P3.6口电平，从而控制风扇停止转动。

参数测量及计算：
光敏电阻在有光照时电阻约为5KΩ-8KΩ之间，黑暗条件下阻值可达10MΩ。利用这个变化，串如阻值为100K的电阻，两电阻之间的电位可以实现高低电平跳变。

6.USB接口的实现
USB输出电压为5V，电流为500MA。USB接口有四个引脚，两个数据传输，两个电源，本作品中只使用两个电源引脚。
经测量，小风扇正常工作电压为1.2V-1.7V，电流为180mA-250mA。所以完全可以带动小型风扇。
7.遥控功能
利用PT2262和PT2272红外编码和解码电路，解码后输出电平信号输入单片机I/O口，通过扫描程序实现对单片机的控制。

四、调试问题及解决方案
1.遥控无法实现
故障：红外接收头输出端没有电平变化。红外发射管管脚电压变化范围不大
原因分析：可能原因：1.电路有问题；2.电路是按照PT2262-1R芯片设计的，芯片不适合。
解决方案 ：
改用简单红外发射电路，发射电路由三极管放大电路组成，通过开关控制发射管通断，接收头导通，输出端电位由高到低变化，通过管脚扫描程序，实现循环控制风扇运行在各档位。
测试结果：
实现档位控制功能，但无法实现遥控定时。

最终实现功能：
实现高速，低速档选择，自然风功能，可以用遥控器遥控档位，可以设定定时关机、定时换挡，防倾倒功能，数码显示定时功能，无极调速。
不完善之处：
遥控无法直接档位选择，没有实现遥控定时功能；防倾倒在黑暗条件下无法正常运行；无极调速操作人性化程度不够。

五、软件设计及源程序
1.软件设计：
本作品的程序全部都由自已编写的,设计时的步骤如下:
1,总体规划,对要求的功能进行分析.
2,划分模块,主函数用mode参数将程序划分为四个模快,分别代表四个档位.
3,细化模快,在每个模快编写函数以实现相应的功能.
4,检查修补.检查程序,主要检查模快与模块之间的联接与切换.
5,下载调试.检查软硬件之间的衔接有没问题.

2.源程序：
省略
六、总结
本系统采用51系列单片机为控制核心，实现了小风扇调速，定时功能。作品操作界面友好，设计人性化，便于使用。
在本次作品设计的过程中，我们遇到了许多突发事件和各种困难。尤其是调试光控防倾倒功能时，中断口无法置低电平，我们经过多次试验后才解决了这个问题。通过小组成员的仔细分析和查阅各种资料后我们终于解决了这些问题，取得了令人满意的结果。
本届智能控制设计大赛让我们对电子设计有了新的认识，之前学习单片机只注重软件而忽略硬件的设计，在本次设计中这个问题凸显出来，无论是元件性能参数还是电路计算，都不能马虎，只有认真做好每一步工作，才能设计出一个完整可行的电子作品。同时也让我们对对单片机有了进一步的认识和学习，得到了很多宝贵的实践经验。
作为工科专业的本科生，应该很好的利用类似智能控制大赛这样的实践平台提高自己。

七、参考书目
1. 肖学云，无线电元器件精汇，北京，人民邮电出版社
2. 马楚仪，数字电子技术实验，广州，华南理工大学出版社出版社
7/8