精準溫度顯示的溫控自動風扇系統
1.專案名稱：精準溫度顯示的溫控自動風扇系統
2. 方案論證
本系統實現風扇的溫度控制，需要有較高的溫度變化解析度和穩定可靠的換檔停機控制部件。
2．1 溫度感測器的選用
溫度感測器可由以下幾種方案可供選擇：
方案一：選用熱敏電阻作為感測溫度的核心元件，通過運算放大器放大由於溫度變化引起熱敏電阻電阻的變化、進而導至的輸出電壓變化的微弱電壓變化訊號，再用ad轉換晶元adc0809將模擬訊號轉化為數碼訊號輸入微控制器處理。
方案二：採用熱電偶作為感測溫度的核心元件，配合橋式電路，運算放大電路和ad轉換電路，將溫度變化訊號送入微控制器處理。
方案三：採用數字式整合溫度感測器ds18b20作為感測溫度的核心元件，直接輸出數字溫度訊號供微控制器處理。
對於方案一，採用熱敏電阻有**便宜、元件易購的優點，但熱敏電阻對溫度的細微變化不敏感，在訊號採集、放大、轉換過程中還會產生失真和誤差，並且由於熱敏電阻的r-t關係的非線性，其本身電阻對溫度的變化存在較大誤差，雖然可以通過一定電路予以糾正，但不僅將使電路複雜穩定性降低，而且在人體所處溫度環境溫度變化中難以檢測到小的溫度變化。故該方案不適合本系統。
對於方案二，採用熱電偶和橋式測量電路相對於熱敏電阻其對溫度的敏感性和器件的非線性誤差都有較大提高，其測溫範圍也非常寬，從-50攝氏度到1600攝氏度均可測量。但是依然存在電路複雜，對溫度敏感性達不到本系統要求的標準，故不採用該方案。
對於方案三，由於數字式整合溫度感測器ds18b20的高度整合化，大大降低了外接放大轉換等電路的誤差因素，溫度誤差很小，並且由於其感測溫度的原理與上述兩種方案的原理有著本質的不同，使得其溫度分辨力極高。溫度值在器件內部轉換成數字量直接輸出，簡化了系統程式設計，又由於該感測器採用先進的單匯流排技術（1-wrie），與微控制器的介面變的非常簡潔，抗干擾能力強。關於ds18b20的詳細引數參看下面「硬體設計」中的器件介紹。
2．2 控制核心的選擇
方案一：採用電壓比較電路作為控制部件。溫度感測器採用熱敏電阻或熱電偶等，溫度訊號轉為電訊號並放大，由整合運放組成的比較電路判決控制風扇轉速，當高於或低於某值時將風扇切換到相應檔位。
方案二：採用微控制器作為控制核心。以軟體程式設計的方法進行溫度判斷，並在埠輸出控制訊號。
對於方案一，採用電壓比較電路具有電路簡單、易於實現，以及無需編寫軟體程式的特點，但控制方式過於單一，不能自由設定上下限動作溫度，無法滿足不同使用者以及不同環境下的多種動作溫度要求，故不在本系統中採用。
對於方案二，以微控制器作為控制器，通過編寫程式不但能將感測器傳感到的溫度通過顯示電路顯示出來，而且使用者能通過鍵盤介面，自由設定上下限動作溫度值，滿足全方位的需求。並且通過程式判斷溫度具有極高的精準度，能精確把握環境溫度的微小變化。故本系統採用方案二。
2．3顯示電路
方案一：採用五位共陽數碼管顯示溫度，動態掃瞄顯示方式。
方案二：採用液晶顯示屏lcd顯示溫度
對於方案一，該方案成本低廉，顯示溫度明確醒目，在夜間也能看見，功耗極低，顯示驅動程式的編寫也相對簡單，這種顯示方式得到廣泛應用。不足的地方是掃瞄顯示方式是使五個led逐個點亮，因此會有閃爍，但是人眼的視覺暫留時間為20ms，當數碼管掃瞄週期小於這個時間時人眼將感覺不到閃爍，因此可以通過增大掃瞄頻率來消除閃爍感。
對於方案二，液晶體顯示屏具有顯示字元優美，不但能顯示數字還能顯示字元甚至圖形的優點，這是led數碼管無法比擬的。但是液晶顯示模組**昂貴，驅動程式複雜，從簡單實用的原則考慮，本系統採用方案一。
2．4調速方式
方案一：採用變壓器調節方式，運用電磁感應原理將220v電壓通過線圈降壓到不同的電壓，控制風扇電機接到不同電壓值的線圈上可控制電機的轉速，從而控制風扇風力大小。
方案二：採用閘流體構成無級調速電路。
對於方案一，由於採用變壓器改變電壓調節，有風速級別限制，不能適應人性化要求。且在變壓過程中會有損耗發熱，效率不高，發熱有不安全因素。
對於方案二，以電位器控制閘流體的導通角大小，可實現由最大風速到關閉的無級別調速，可將風力調節在關閉無風到最大風之間的任意風力，實現「自由風」。且在調速環節中基本無電力損耗。故本系統採用方案二。
2．5控制執行部件
方案一：採用數模轉換晶元ad0832控制，由微控制器根據當前溫度值送出相應數字量到ad0832，由ad0832產生模擬訊號控制閘流體的導通角，從而配合無級調速電路實現溫控時的自動無級風力調節。
方案二：採用繼電器，繼電器的接有控制閘流體導通角的電阻的接入電路與否由微控制器控制，根據當前溫度值在相應管腳送出高/低電平，決定某個繼電器的導通角控制電阻是否接入電路。（詳見4.
2.4）
對於方案一，該方案能夠實現在風扇處於溫控狀態時也能無級調速，但是d/a轉換晶元**較高，與其溫控狀態下無級調速功能相比價效比不高。
對於方案二，雖然在溫控狀態下只能實現弱/大風兩級調速，但採用繼電器**便宜，控制可靠，且出於在溫控狀態時無級調速並不是特別需要的功能，綜合考慮採用方案二。
3 系統簡述
本系統由整合溫度感測器、微控制器、led數碼管、繼電器、雙向閘流體、蜂鳴器及一些其他外圍器件組成。使用具有價廉易購的at89s52微控制器程式設計控制，通過修改程式可方便實現系統公升級。系統的框圖結構如下：
圖1 系統框圖
4. 行性分析，雖然現在有先富裕起來的家庭用上了空調，但在我們中國大部分普通老百姓的依舊使用電風扇作為降溫防暑裝置。春夏（夏秋）交替時節，白天溫度依舊很高，電風扇應高轉速、大風量，使人感到清涼；到了晚上，氣溫降低，當人入睡後，應該逐步減小轉速，以免使人感冒。
雖然電風扇都有調節不同檔位的功能，但必須要人手動換檔，睡著了就無能為力了，而普遍採用的定時器關閉的做法，一方面是定時時間長短有限制，一般是一兩個小時；另一方面可能在一兩個小時後氣溫依舊沒有降低很多，而風扇就關閉了，使人在睡夢中熱醒而不得不起床重新開啟風扇，增加定時器時間，非常麻煩，而且可能多次定時後最後一次定時時間太長，在溫度降低以後風扇依舊繼續吹風，使人感冒；第三方面是只有簡單的到了定時時間就關閉風扇電源的單一功能，不能滿足氣溫變化對風扇風速大小的不同要求。又比如在較大功率的電子產品散熱方面，現在絕大多數都採用了風冷系統，利用風扇引起空氣流動，帶走熱量，使電子產品不至於發熱燒壞。要使電子產品保持較低的溫度，必須用大功率、高轉速、大風量的風扇，而風扇的噪音與其功率成正比。
如果要低噪音，則要減小風扇轉速，又會引起電子裝置溫度上公升，不能兩全其美。為解決上述問題，我們設計了這套溫控自動風扇系統。本系統採用高精度整合溫度感測器，用微控制器控制，能顯示實時溫度，並根據使用者設定的溫度自動在相應溫度時作出小風、大風、停機動作，精確度高，動作準確，更加節能。
5. 進度安排
7周：完成電路設計
8周：收集元器件、器材
9周：焊接電路
10周：檢驗並修改電路
11周：程式設計、除錯電路
12周：程式設計、除錯電路
13周：完成專案報告
6. 元器件及經費預算
三端雙向交流開關triac * 2， 熔絲fuse *2， 變壓器trans *1，
穩壓管lm7805 *1，三端雙向交流開關 *2，電動機 *1, at89c51 *1，
電磁繼電器 *2，發光二極體 *1，溫度感測器ds18b20 *1, 晶振 12mhz *1, 共陽數碼管 *5，三極體8550 *8，蜂鳴器 *1， 按鍵 *5，
二極體4007 *4 in4148 *2，
電容：2200u *1, 0.1u *1 , 10u *1, 30p *2, 0.01u *1
電阻：330ω *8, 10k *9, 2k *5, 1k *4, 4.7k *1, 47k *1,
120k *1, 5.1k *1。
經費預算： 元。
姓名：魏偉新
班級：08電子六
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