本科毕业设计（论文）基于单片机的电风扇模拟自然风控制器设计学院电子信息工程学院专业电气工程及其自动化年级班别13电气工程及其自动化学号*************学生姓名胡长新2017年3月21日摘要随着社会的不断发展，科技的不断进步，人们对于电风扇的选择也变得更苛刻了，面临着强大的竞争力，电风扇想要在市场上取得一席之地就必须变得更加人性化，更加智能化。
因此，模拟自然风的电风扇就会越来越被重视，从而被广泛的应用。
本文设计的是基于单片机的电风扇模拟自然风控制器，通过使用STC12C5A60S2单片机来输出PWM波，并由两个BTS7960芯片组成一个H桥驱动电路来驱动电风扇电机转动。
该设计能够实现控制风扇的扇叶由停止→慢慢转动→快速转动→慢速转动→停止进行这种周期性的转动，而且能够对这个周期的时间进行调节。
这样风扇就可以模拟成自然风了，给人们带来了更好的舒适感。
关键词：单片机；PWM波；H桥驱动电路；模拟自然风AbstractWith the continuous development of society, the progress of science and technology, people's choice for electric fan has become more severe, facing strong competition, the electric fan to make a space for one person in the market must become more humane, more intelligent. Therefore, the simulation of natural wind fans will be more and more attention, which is widely used. This paper is the design of MCU simulation natural wind controller for electric fan based on STC12C5A60S2 MCU by using PWM wave output, and by two BTS7970 chip is composed of a H bridge driving circuit to drive the electric fan motor rotation. The design of the utility model can realize the control of the fan blade from the stop to the slow rotation, the fast rotation, the slow rotation and the periodic rotation, and can adjust the time of the cycle. So that the fan can simulate the natural wind, to bring people a better sense of comfort.Key words: single chip；PWM wave；H bridge driver circuit；simulation of natural wind目录1.绪论 (1)1.1 选题的依据和意义 (1)1.2 本设计需实现的功能 (1)2.系统设计总体方案 (2)2.1风扇的功能需求分析 (2)2.2 系统方案论证 (2)2.2.1 电机调速控制方案 (2)2.2.2显示功能方案 (2)2.3 系统整体结构框图 (3)3.系统硬件设计 (4)3.1 STC12C5A60S2单片机系统的硬件设计 (4)3.1.1 STC12C5A60S2单片机详情 (4)3.1.2单片机晶振与复位电路设计 (5)3.1.3单片机电源电路设计 (5)3.2键盘电路设计 (6)3.3 LCD显示电路设计 (7)3.4风扇电机驱动电路与调速电路设计 (8)4.系统软件设计 (12)4.1 开发工具概述 (12)4.2 系统主程序设计 (12)4.3初始化程序设计 (1)4.4 按键子程序设计 (1)4.5 LCD显示屏子程序设计 (2)5.系统调试 (3)5.1 单片机最小系统调试 (3)5.2 PWM调试 (3)5.3 屏幕显示调试 (4)6.总结 (5)致谢 (6)参考文献 (7)附录一：系统原理图 (8)附录二：程序代码 (10)1.绪论1.1 选题的依据和意义风扇的起源可以追溯到1830年，有一个美国人叫James Byron，他无意中在钟表的构造中发现，可以使扇叶如钟表运转的方式一直转动，这样就可以产生风，如此世界上第一台风扇就此诞生。
这种风扇虽然可以给人们带来凉爽的风，但是由于这种驱动方式需要爬梯子去上发条，用发条驱动，非常麻烦。
于是到了1872年的时候，一个叫Joseph的法国人就慢慢研究出一种用涡轮启动齿轮传动的风扇，这种风扇相对于前者使用起来就轻松许多。
当到了1880年的时候，有一个美国人想到了在电动机上面装上扇叶，通电使得电机转动从而使风叶产生徐徐凉风，他就是舒乐，发明了世界上第一台电风扇。
近年来，随着空调业的价格水平不断下降，其风头早已超过了风扇，但空调的强大制冷效果以及高耗电量、且封闭空间的弊端，使得传统的借助空气流动降低热量但通风效果和功耗低的风扇仍然存在很大的市场。
市场都是人开发出来的，一些企业就开始拓展的风扇的市场，结合风扇与空调两者之间的利与弊，就对电风扇进行更加新颖的设计，使得电风扇更加人性化，这样风扇的市场就慢慢的回升起来，跟空调处于一个互相抗衡的状态，而不是空调独揽市场。
随着时代的变化，事物都在不断更新，风扇要想继续在市场中占有一席之地，就需要不断的继续创新，让风扇吹出更加人性化的风。
近年来虽然空调业迅速崛起，但是电风扇并没有退出市场，而是慢慢把市场回升起来了，这一形势的主要原因有：一是风扇与空调它们两者的制冷原理不同，空调是使得空间里面的空气温度迅速降低，从而使人感到凉爽，而电风扇是吹出凉风，非常平缓，更加适合老人小孩或者体质较弱的人使用；二是电风扇有价格优势，不仅售价便宜而且使用的时候会比空调省电许多，并且安装操作和使用都非常便捷。
模拟自然风电风扇是一种可以吹出像自然风那种样式的风的电风扇，更具特点之处，它是由电风扇电机与一台能够经过调试从而输出周期性变化的电压的电气装置组成。
当前我国电风扇总的来说是供过于求的市场形态，市场处于相当的激烈竞争之中，而且外商企业也渐渐的把目光专注到国内的电风扇市场。
从当前电风扇行业的发展趋势来看，今后人们消暑的主体仍然会是电风扇，但是随着外资慢慢的加入电风扇行业，就会使我国电风扇形成更加剧烈的竞争市场，因此想要在激烈的市场竞争中脱颖而出，就必须不断的创新，设计出更加有特点更加人性化的电风扇。
本设计使用单片机作为该电风扇系统控制核心。
相对于用硬件或者软硬件相结合的方法实现对电机进行调速而言，这时候采用单片机产生PWM波，用纯软件的方法来实现调速过程，就具有更大的灵活性，并可大大降低成本，能够充分发挥单片机的功能，对于简单速度控制系统的实现提供了一种有效的途径。
1.2 本设计需实现的功能功能要求：该设计能够使风扇电机由停止→慢慢转动→快速转动→慢速转动→停止这样进行周期性的转动，并且能够让周期的时间自由设定。
主控模块：风扇电机通过单片机的智能控制,使得电风扇形成自然风的效果;并且可以调节输出PWM波的占空比，可以控制周期内送风的时间。
2.系统设计总体方案2.1风扇的功能需求分析目前科技是越来越发达，家电都是往智能化发展，风扇作为夏天消热的必需品，但是传统的电风扇想在目前这个智能化的生活中是很难的，所以设计一个让人们感觉舒适的电风扇就很有必要了。
虽然这几年，越来越多的人选择了空调作为乘凉的必需品从而取代了电风扇，但是如果想使用空调取得一个好的效果是需要在封闭环境里的，长期的待在空调房中，对于人的身体不利，非常容易患上空调病，所以对于老人、儿童或者身体抵抗力很弱的人群应该避免使用空调。
因此对于电风扇的研究还是很有必要的。
以前的风扇还是停留在只能够调节风力的大小，这让人一直处于被风吹的状态下，时间一长久，就会使人不舒服，因此设计一个模拟自然风的电风扇是很有必要的，自然风风扇不会一直对人吹风，它是断断续续的提供风，这种风会使人感到舒适，而且人体也不会一直吹风，这样人也不会感到不适。
2.2 系统方案论证2.2.1 电机调速控制方案方案一：使用纯硬件的电路来实现，将电压接入到整流滤波电路中，将过滤出来的平稳的直流电送入到NE555多谐振荡器，NE555的三脚输出高电平，使继电器的动断触点复位，电风扇运转，当所连接的电容放电到一定程度之后，继电器吸合，动断触点断开，风扇停止运转，通过不停的充电放电形成方波控制继电器，实现自动开关的功能，从而模拟成自然风。
方案二：使用纯软件的方法使单片机来产生PWM波（脉冲宽度调制）从而实现调速。
通过编程使单片机输出矩形波PWM信号，通过所需要的结果来调节PWM波的占空比，占空比就是指一个周期里面高电平所占的比例，控制的是电机的转动速度时，如果占空比越大，那么转动速度就越快，如果占空比是100%的时候，转速达到最快。
对于方案一，此方案虽能够达到实现模拟自然风的效果，但是纯硬件的电路比较复杂，购买元器件所需的成本也不低，并且能够调节的范围有限。
对于方案二，对比一些其他的纯硬件的方法，通过单片机输出PWM波进行调速不仅具有更大的灵活性，而且成本也能够有所降低。
对比两种方案综合考虑选择方案二。
使用单片机输出PWM波有三种方法，如下：（1）利用单片机的延时功能。
高电平持续一段时间，当延时时间结束时，使I/O口电平取反成为低电平，然后延时一段时间，当低电平延时时间结束时，使I/O口电平取反成为高电平。
通过循环就可以得到PWM信号。
（2）通过单片机的定时功能。
原理跟方法一相同，只不过此方法是通过单片机的定时器来实现高低电平的转换。
（3）利用单片机自带的PWM信号发生器。
在单片机中的STC12系列就自身带有PWM控制器。
综合考虑，最终确定使用STC12C5A60S2单片机来输出PWM波。
2.2.2显示功能方案方案一：用LED数码管显示，但是数码管需要驱动电路才能使用，并且所需要的I/O口资源比较多，不能提示信息字符。
方案二：用LCD1602液晶显示信息，但是一片1602液晶需要占用11个I/O端口，显示的资源也不是很充足。
方案三：用诺基亚LCD5110显示，这是一款经典的显示器。