在本设计中,采用了达林顿反向驱动器ULN2803驱动直流电机,其可驱动八个直流电机,本系统仅驱动一个。软件设置了P3.1口输出不同的PWM波形,通过达林顿反向驱动器ULN2803驱动直流电机转动,通过软件中程序设定,根据不同温度输出不同的PWM波,从而得到不同的占空比控制风扇直流电机。程序实现了P3.1口的PWM波形输出,当外界温度低于设置温度时,电机不转动或自动停止转动;当外界温度高于设置温度时,电机的转速升高或是自动开始转动,且外界温度与设置温度的差值越大,电机转速越高,即占空比增加。
在本系统中风扇电机的转速可实现四级调速。通过温度传感器检测的温度与系统预设温度值的比较,实现转速变换。当检测到的温度比预设的温度每增加5摄氏度时,风扇电机转速增加一级。
4.2 硬件调试
4.2.1 按键显示部分的调试
系统按键部分实现了以下功能:按下P1.3口键,LED的后两位显示温度值增一;按下P1.4口键,LED的后两位显示温度值减一。调试过程中出现了当按键时间过长时,设置的温度值不是增一或者减一,而是增加后减少几个值,出现这种情况的主要元婴可能是按键的去抖动延时时间过长造成,改进方法为将对应的按键去抖动延时时间适量增加,但也不应过长,否则将出现按键无效的情形。
系统显示部分实现了以下功能:LED显示的前三位实现了环境温度整数部分与小数部分的连续显示,LED的后两位能根据按键的调整显示所需要的设计温度。且LED的显示效果很好,很稳定。
4.2.2 传感器DS18B20温度采集部分调试
将DS18B20芯片接在系统板对应的P3.1口,通过插针在对应系统板的右下侧三口即为对应的VCC、P3.1和GND,可将芯片直接插在该插针上,因此即为方便。系统调试中为验证DS18B20是否能在系统板上工作,将手心靠拢或者捏住芯片,即可发现LED显示的前两位温度也迅速升高,验证了DS18B20能在系统板上工作。由于DS18B20为3个引脚,因此在调试过程中因注意其各个引脚的对应位置,以免将其接反而是芯片不能工作甚至烧毁芯片。 4.2.3 电动机调速电路部分调试
系统本部分的设计中重在软件设计,因为外围的驱动电路只是将送来的PWM信号
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放大从而驱动电机转动。系统软件设置在P3.1口输出使电机转动的PWM占空比,当环境温度高于设置温度时,电机开始转动,若此时用高于环境温度的热源靠近测温芯片DS18B20时,发现电机的转速在升高,并越来越快,当达到一定值时,发现电机的转速不再升高;将热源离开测温芯片DS18B20时,发现电机的转速开始下降,转速达到一定值时,若将设置温度升高到环境温度以上,发现电机又停止了转动。系统采用的直流电机为12V的额定电压,而该驱动电路在采用单片机电源时的输出电压最高不过5V,因此在调试过程中只采用了原有的5V直流电机来调试,且得到了可观的控制效果。
4.3 系统功能
4.3.1 系统实现的功能
本系统能够实现单片机系统检测环境温度的变化,然后根据环境温度变化来控制风扇直流电机输入占空比的变化,从而产生不同的转动速度,亦可根据键盘调节不同的设置温度,再由环境温度与设置温度的差值来控制电机。当环境温度低于设置温度时,电机停止转动;当环境温度高于设置温度时,单片机对应输出口输出不同占空比的PWM信号,控制电机开始转动,并随着环境温度与设置温度的差值的增加电机的转速逐渐升高。 系统还能动态的显示当前温度和设置温度,并能通过键盘调节当前的设置温度。 4.3.2 系统功能分析
系统总体上由五部分来组成,既按键与复位电路、数码管显示电路、温度检测电
路、电机驱动电路。首先考滤的是温度检测电路,该部分是整个系统的首要部分,首先要检测到环境温度,才能用单片机来判断温度的高低,然后通过单片机控制直流风扇电机的转速;其次是电机驱动电路,该部分需要使用外围电路将单片机输出的PWM信号转化为平均电压输出,根据不同的PWM波形得到不同的平均电压,从而控制电机的转速,电路的设计中采用了达林顿反向驱动器ULN2803,实现较好的控制效果;再次是数码管的动态显示电路,该部分的功能实现对环境温度和设置温度的显示,其中DS18B20采集环境温度,按键实现不同设置温度的调整,实现了对环境温度和设置温度的及时连续显示。
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结 论
本次设计的系统以单片机为控制核心,以温度传感器DS18B20检测环境温度,实现了根据环境温度变化调节不同的风扇电机转速,在一定范围能能实现转速的连续调节,LED数码管能连续稳定的显示环境温度和设置温度,并能通过两个独立按键调节不同的设置温度,从而改变环境温度与设置温度的差值,进而改变电机转速。实现了基于单片机的温控风扇的设计。
本系统设计可推广到各种电动机的控制系统中,实现电动机的转速调节。在生产生活中,本系统可用于简单的日常风扇的智能控制,为生活带来便利;在工业生产中,可以改变不同的输入信号,实现对不同信号输入控制电机的转速,进而实现生产自动化,如在电力系统中可以根据不同的负荷达到不同的电压信号,再由电压信号调节不同的发电机转速,进而调节发电量,实现电力系统的自动化调节。综上所述,该系统的设计和研究在社会生产和生活中具有重要地位。
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致 谢
在此衷心感谢我的导师宋宗伦教授。本文的设计工作是在宋教授的悉心指导下完成的,从论文的选题、研究计划的制定、技术路线的选择到系统的开发设计,各个方面都离不开宋教授热情耐心的帮助和教导。他严肃的科学态度,严谨的治学精神,精益求精的工作作风,深深地感染和激励着我。同时也要感谢在本次论文的设计过程中不断给予我帮助、支持与鼓励的老师和同学,是他们让我更加有信心坚持下去,是他们让我更加顺利的把一个个问题解决,最终顺利的完成本文的设计。
四年的学习生涯马上就要画上句号了,毕业前所有的努力与付出都凝聚在这篇论文里面。相信它虽然算不上上乘之作,但的确是我用心血浇灌的答卷。在此我也要感谢我的同学们,正是和他们四年的朝夕相处,一起上课一起讨论问题,让我逐渐有了对问题的思考认识,从而更好地规划自己的学业。四年的求学时光给我留下了美好的回忆,它将成为我今后人生旅途中新的起点。
最后,感谢我的爸爸妈妈。焉得谖草,言树之背,养育之恩,无以回报,你们永远健康快乐是我最大的心愿。
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