泉州师范学院毕业论文（设计）题目数字电风扇模拟控制系统设计物信学院电子信息科学与技术专业07 级电信班学生姓名卢晗辉学号070303003指导教师袁放成职称教授完成日期2011年4月教务处制数字电风扇模拟控制系统设计物信学院电子信息科学与技术专业070303003 卢晗辉指导老师袁放成教授【摘要】该数字电风扇模拟控制系统以单片机STC89C52为主控制核心控制风扇功能，通过单片机控制L298N 芯片驱动风扇实现三个档位的转速，温度传感器DS18B20实现温度的采集，并且具有定时功能，液晶LCD1602实现了显示风扇的工作状态、温度、动态倒计时显示剩余的定时时间。

文章主要介绍了该数字电风扇模拟控制系统的硬件电路设计和软件设计。

【关键词】数字电风扇模拟系统；单片机STC89C52；风扇功能；LCD显示；目录引言........................................................ 错误!未定义书签。

1. 设计指标要求............................................. 错误!未定义书签。

2．系统设计................................................. 错误!未定义书签。

2.1直流电机风扇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42.2双全桥功率放大芯片L298N (5)2.2.1双全桥功率放大芯片L298N介绍 (5)2.2.2双全桥功率放大芯片L298N工作原理 (5)2.2.3光电耦合器TLP521芯片介绍...................... 错误!未定义书签。

2.3数字温度计DS18B20 (7)2.4单片机STC89C52主控制模块．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．102.5LCD显示模块．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．122.6键盘模块．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．122.７直流稳压电源．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．123. 软件程序设计 (13)3.1软件设计流程图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．133.2占空比．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．134. 硬件电路的焊接与调试 (15)4.1 焊接注意的实现 (15)4.2 硬件电路的调试 (15)5. 软件的调试及问题分析 (15)6设计总结与感受．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 7致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16 参考文献： (17)附录PCB图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19引言电风扇曾一度被认为是空调产品冲击下的淘汰品，其实并非如此。

市场人士称，家用电风扇并没有随着空调的普及而淡出市场，近两年反而出现了市场销售复苏的态势。

其主要原因：一是风扇和空调的降温效果不同，空调有强大的制冷功能，可以快速有效地降低环境温度，但电风扇的风更温和，更加适合老人、儿童和体质较弱的人使用；二是电风扇有价格优势，价格低廉而且相对省电，安装和使用都非常简单。

随着电子技术以及单片机技术的发展，人们对风扇的要求越来越高，尤其是电风扇的智能化及人性化等方面，且电风扇的人性化显得更为重要。

本文基于单片机控制系统设计了一款较为人性化的数字电风扇模拟系统。

1．设计指标要求（1）电风扇产生三类风：“自然风”、“常风”和“睡眠风”；（2）电风扇具有定时工作功能及倒计时工作功能；（3）具有省电模式：外界温度低于临界温度，电风扇停止转动；外界温度高于临界温度，电风扇可恢复转动；（4）LCD液晶显示：实时显示电风扇的工作状态，包括风类显示、定时时间显示、动态倒计时剩余时间。

2．系统设计系统设计框图如图2-1所示。

图2-1 数字电风扇模拟系统的设计框图2.1 直流电机风扇直流电机是一种能实现机电能量转换的电磁装置，它能使绕组在气隙磁场中旋转感生出交流电动势，并依靠换向装置，将此交流电变为直流电。

其产生交流电的物理根源在于，电机中存在磁场和与之有相对运动的电路，即气隙磁场和绕组。

旋转绕组和静止气隙磁场相互作用的关系可通过电磁感应定律和电磁力定律来分析。

根据电磁感应定律，在恒定磁场中，当导体切割磁场磁力线时，导体中将感应电动势。

如果磁力线、导体及其运动方向三者互相垂直，则导体中产生的感应电动势的大小为Blve=图2-2 式中，b为磁感应强度，单位为t；l为导体切割磁力线的有效长度，单位为m；v为导体切割磁场的线速度，单位为m／s；e为导体感应电动势，单位为v。

依据电磁力定律，当磁场与载流导体相互垂直时，如图2-2（a）所示，作用在载流导体上的电磁力为Bil f=式中，i为载流导体中电流，单位为a；f为电磁力，单位为n。

电磁力的方向用左手定则确定，如图2-2(b)所示。

直流电机的工作原理是基于载流导体在磁场中受力产生电磁力形成电磁转矩的基本原理。

但要获得恒定方向的转矩，需将其外电路的直流电流变为绕组中的交流电流，即同样需要机械整流装置。

直流电机的基本结构与直流发电机相同，如图2-3所示，此时a、b电刷接在直流电源上，电机的轴上带着被拖动的负载。

图2-3当直流电流从电刷a流人，经换向片1、线圈abcd、换向片2，由电刷b流出时，如图2-3(a)所示，载流导体在磁场中将受到电磁力的作用，据左手定则，使线圈沿逆时针方向转动。

当电枢转过半周时，如图2-3(b)所示，dc处于n极下，ab处于s极下，此时电流仍从电刷a流入，经换向片2、线圈dcba、换向片1，最后由电刷b流出，据左手定则，此时线圈仍然沿逆时针方向转动。

因此，电枢将沿一个恒定方向转动。

实际上，直流电机风扇的电枢上有许多线圈，这些线圈产生的电磁转矩合成为一个总的电磁转矩，拖动负载转动。

总之，在上述直流电机的工作过程中，单从电枢线圈的角度看，每个导体中的电流方向是交变的；但从磁极看，每个磁极下导体中电流的方向是固定的，即不管是哪个导体运行到该极下，其中的电流方向总是相同的。

因此，直流电机风扇可获得恒定方向的电磁转矩，使电机持续旋转。

这就是直流电机的工作原理。

这次选用的直流电机风扇型号是小型CPU散热风扇，额定电压为12V，额定功率为0.25W。

2.2 双全桥功率放大芯片L298N2.2.1 双全桥功率放大芯片L298N介绍采用L298N来驱动风扇的直流电机，L298N是恒压恒流桥式2A驱动芯片，内部包含4通道逻辑驱动电路，可以驱动两个直流电机，或两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压。

可以直接用单片机的I/O口提供信号[7][8]。

引脚排列如图2-4所示，各引脚功能为：15引脚-输出电流反馈引脚，在通常使用中这两个引脚也可以直接接地。

2、3引脚-此两脚是全桥式驱动器A的两个输出端，用来连接负载。

4引脚-Vs，电机驱动电源输入端。

5、7引脚-输入标准的TTL逻辑电平信号，用来控制全桥式驱动器A的开关。

6、11引脚-使能控制端.输入标准TTL 逻辑电平信号；低电平时全桥式驱动器禁止工作。

8引脚-接地端，芯片本身的散热片与8脚相通。

9引脚-逻辑控制部分的电源输人端口。

10、12引脚-输入标准的TTL逻辑电平信号，用来控制全桥式驱动器B的开关。

13、14引脚-此两脚是全桥式驱动器B的两个输出端，用来连接负载。

图2-4 L298N的引脚图由于只需要驱动一个电机风扇，所以本设计只用了双桥功率放大芯片L298N的A路驱动。

PWM波输入为引脚6，转向控制信号输入为引脚5与引脚7，输出信号为引脚2与引脚32.2.2 双全桥功率放大芯片L298N电路工作原理双全桥功率放大芯片L298N在本设计中用来控制直流风扇电机的转向及转速。

1.转向控制电风扇转动状态与L298N的输入编码如表2-1所示：表2-1 电风扇转动状态编码IN1 IN2 电机转动状态1 0 正转0 1 反转1 1 停止表中IN1和IN2为转动控制信号，由单片机控制并通过光电耦合器进行耦合。

2.转速控制电风扇的调速是采用脉宽调制（PWM）信号来完成的。

其原理是由单片机控制L298N的使能端，使风扇电机输入电压为PWM电压，则电风扇两端的平均电压U=Vcc*（t/T）=qVcc,q为PWM波的占空比。

电风扇的转速与电风扇两端的电压成比例，所以与PWM波的占空比成正比。

PWM波的占空比由单片机控制，从而可达到智能控制电风扇转速，而产生不同强度的风。

L298N的驱动电路如图2-5所示，图中二极管用来续流保护。

图2-5 L298N的驱动电路2.2.3 光电耦合器TLP521芯片介绍光电耦合器是一种把红外光发射器件和红外光接受器件以及信号处理电路等封装在同一管座内的器件。

当输入电信号加到输入端发光器件LED上，LED发光，光接受器件接受光信号并转换成电信号，转换及传输，光是传输的媒介，因而输入端与输出端在电气上是绝缘的，也称为电隔离。

TLP521-4是内部含有独立的四个光电耦合器构成的芯片。

每个光电耦合器的结构图如图2-7所示。

光电耦合器的作用是免干扰由输出通道传入控制微机，吸收尖峰干扰信号，所以具有很强的抑制噪声干扰能力，作为开关时，耐用，可靠性高和转换速度高，作高压开关，信号隔离转换脉冲系统间的匹配。

图2-6光电耦合器结构图2．3数字温度计DS18B20数字温度计DS18B20特征：（1）全数字温度转换及输出；（2）先进的单总线数据通信；（3）最高12位分辨率，精度可达土0.5摄氏度；（4）12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒；（5）可选择寄生工作方式；（6）检测温度范围为–55°C ~+125°C (–67°F ~+257°F) ；（7）内置EEPROM，具有限温报警功能；（8）64 位光刻ROM，内置产品序列号，方便多机挂接；（9）多样封装形式，适应不同硬件系统。