温控风扇开题报告

温控风扇开题报告 毕业设计开题报告 题 目 __ _温控风扇 _ 学生姓名 ___ ____ _ 专业班级 ___ __ _ 学 号 _____ _____________ _ 指导教师 _____ ____________ _ 2012 年 2 月 25 日 开题报告填写要求 1(开题报告(含“文献综述”)作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成，经指导教师签署及所在专业审查后生效; 2(开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式(可从教务处网页上下载)打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见; 3(“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写(或打印)在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇(不包括辞典、手册); 4(有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004年4月26日”或“2004-04-26”。 毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告 1(结合毕业设计(论文)课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000字左右的文献综述: 文 献 综 述 一 .课题的来源及意义 伴随着科技发展的不断提高，家用电器功能越来越强多，越来越丰富，正在朝着多功能、节能、安全等方向发展，即现在的家用电器逐渐趋于智能化，通过其它物理条件来自动控制，将监测、反馈等其他技术与传统电器结合起来具有着重要的意义。 过去许多电器拘泥于技术，功能简单，缺少智能化，比如日常生活之中最为常见的电风扇，其大部分是手动调速，加定时器，功能比较简单，很显然这样的电风扇存在不足:比如说夏天前半夜温度高电风扇调的风速较高，助人入眠，但到了后半夜气温会下降，人进入深度睡眠后再长时间吹电扇容易着凉。或者温度上升，燥热难耐，仍需要手动调节风扇，比较麻烦。考虑到如果电风扇也能随时监测温度，当监测到温度下降时可以降低风速或关闭风扇，这样的风扇感觉更加合理。 目前传统的电风扇已不能满足消费者的需求，电风扇行业需要加以创新，融入新的的功能技术。近些来，空调价格水平不断下降，越来越多的人开始使用空调，对电风扇行业是个不小的冲击，但是 空调的强大的功能下是以高耗能、封闭空间为代价的，先比下，电风扇通风较好且功耗低仍是很大的一个优势，还是具有广阔的市场空间的，电风扇需要新心的技术功能，来满足不同的人群需求。 二.国内外研究现状 目前电风扇的发展趋势是节能、功能多样化，在外观和功能上追求个性化，像电脑控制、自然风、睡眠风、负离子功能这些本属于空调的功能，也被众多的电风扇所使用，甚至还有增加照明、驱蚊等更多实用的功能。温控风扇的研究使用很早就开始了，工业控制中最为普遍，笔记本中也使用的是温控小风扇。目前的温控风扇研究最多的以单片机或基于FPGA/CPLD为控制核心，由于其运行速度快、性能稳定、数字化程度高、精度高、适应性强等特点，对电器的自动控制具有重要的意义和价值，除此外还添加了一些其他的技术功能，使得电风扇更加人性化，对电风扇行业的发展大有裨益。 三.系统构成 本设计的整体框架是:以单片机作为控制核心，利用温度传感模块检测环境温度并输出数字温度信号给单片机进行处理。处理结果递给PWM驱动电路来改变直流风扇的转速以及传递给LED模块显示当前的温度和风扇的转速大小。除此之外还使用独立键盘用来输入参考温度值，通过按键来调节参考温度值的大小。另外当风扇内部温度过高时使用蜂鸣器进行报警。 键盘输入模块 LED显示模块 单片机 温度传感器模块 蜂鸣器模块 (DS18B20) 直流电风扇 驱动电路模块 图1 整体框架 1.温度传感模块 功能,定时检测环境的温度并交给单片机系统处理。单片机只能接收数字信号，因此该模块内部需要具有将模拟温度信号转换成数字信号。 器件:DS18B20数字温度传感器，是采用美国DALLAS半导体公司生产的DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可直接将温度转化成串行数字信号供处理器处理。应用于冷冻库，粮仓，储罐，电讯机房，电力机房，电缆线槽等测温和控制领域;轴瓦，缸体，纺机，空调，等狭小空间工业设备测温和控制; 汽车空调、冰箱、冷柜、以及中低温干燥箱;供热/制冷管道热量计量，中央空调分户热能计量和工业领域测温和控制。 DS18B20的主要特征: , 独特单总线接口，只需要一个端口引脚线即可实现通信 , 每个器件的片上ROM 有一个独特64 位串行码存储 , 多点能力使分布式温度检测应用得到简化 , 不需要外围元件 , 能用数据线供电，供电的范围3.0V,5.5V , 测量温度的范围:-55?,+125? (-67?,+257?) , 从-10?,+85?的测量的精度是?0.5? , 温度传感器分别率由用户从9-12 位中选择 , 在750ms 内把温度转换为12 位数字字(最大值) , 用户可定义，非易失性温度告警设置 , 告警搜索命令识别和寻址温度在编定的极限之外的器件(温度告警情况) , 可采用8 引脚SO(150mil)、8 引脚μ SOP 和3 引脚TO-92 封装 图2 DS18B20内部框图 测温原理,如图2所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温。度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55 ?所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在 -55 ? 所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当 减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图2中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是DS18B20的测温原理。 2.单片机 功能,系统的控制中心，接收到温度传感器的数字信号后计算出相应的风扇转速，将结果传递给LED显示和风扇驱动电路执行。 器件,AT89C52是51系列单片机的一个型号，它是ATMEL公司生产的，它是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出(I/O)端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S系列的才支持在线编程)。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。 3.显示模块 功能,接收到控制系统发来的数据，显示出当前的温度和转速大小 器件,LED显示屏又叫电子显示屏，由LED点阵和led pc 面板组成，通过红色，蓝色，白色，绿色LED灯的亮灭来显示文字、图片、动画、视频，内容。可以根据不同场合的需要做出不同的调节， 传统LED显示屏通常由显示模块、控制系统及电源系统组成。该设计中单片机系统处理后的结果传递给显示模块，该模块采用4位静态数码管显示，用八位串入并出移位寄存器74LS164作为驱动电路，采用共阴极八段数码管原理图示意图3，显示当前的大概温度值和风扇的转速。 数码管 数码管 74LS164 74LS164 clock 图3 4.按键输入模块 功能,输入系统的初始化温度，通过按键键入修改该值的大小 器件:键盘输入模块采用由2个独立按键组成,用于设置风扇参考温度t0以及t0 时的参考转速V0。按键工作原理是当没有键被按下时，所有的数据输入线都为高电平，当有任意一个键被按下时与之相连的数据输入线将变为低电平。通过相应指令，可以判断是否有键按下。2个按键的功能是分别增加、减少参考温度值，同时与系统的风扇转速相关，T0增加1?c，相应的V0增加50r/min。 5.驱动电路模块 功能,控制系统处理后输出的数字信号，传递给该模块，其根据数字信号的相关 信息来控制直流风扇的转速。 脉冲宽度调制PWM是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行调制的一种非常有效的技术，其主要是根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶 体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定。广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。 调速原理,直流风扇PWM调速关键是调整占空比来调节平均电压从而达到调节转速的目的，如图4 PWM电路图，可控开关S以固定的周期重复地接通和断开，当开关S接通时直流供电电源U通过开关S施加到直流电机两端，电机在电源作用下转动，同时电机电枢电感储存能量，当开关S断开时，供电电源停止向电动机提供能量，但此时电枢电感所储存的能量将通过续流二极管VD使电机电枢电流继续维持，电枢电流仍然产生电磁转矩使得电机继续旋转。开关S重复动作时在电机电枢两端就形成了 一系列的电压脉冲波形。 电枢电压平均值Uav的理论计算式为: Uav=U(t0/T)= αU 其中α为占空比，即导通时间与脉冲周期之比。平均电压由占空比及电源电压决定，改变占空比能够相应地改变平均电压，从而实现了直流电动机的调压调速。 图4 PWM驱动风扇电路 图5 电压和电流波形 6.软件思路 软件控制硬件工作，准备采用的是模块化思想，各个模块有独立的程序与单片机进行数据传送，首先初始化系统的参考温度为t0，参考转速v0，按键可以调节t0、v0大小。温度传感模块定时采集环境温度，交于单片机处理，当环境温度t1>t0时，单片 机计算出当前转速n1，及相应的输出波形占空比，当t1>40?时，单片机驱动蜂鸣器发声报警，风扇停止转动。 开始 初始化 温度模块 驱动模块 风扇 按键 单片机 Y N 温度>35 蜂鸣器 显示 图6 软件流程图 四. 本课题温控风扇考虑单片机为核心，因为单片机成本低、实现思路清晰。可能使用数字式的温度传感器，直接将环境温度以数字信号传给控制中心处理，处理结果输出到显示模块和驱动电路模块。需要考虑的问题还很多，仍需花时间学习。 参考文献 [1] 荣俊昌.新型电风扇原理与维修.北京:高等教育出版社,2004 [2] 刘守义.单片机应用技术.西安:西安电子科技大学出版社 2007 [3] 张洪润.单片机应用技术教程.北京:清华大学出版社 1997 [4] 彭康拥.电动控制实验教程.广州:华南理工大学出版社 1999 [5] 李英健.单片机典型模块设计实例导航.北京:人民邮电出版社,2004 [6] 王化详,张淑英.传感器原理.天津:天津大学出版社,2002 [7] 张永枫.单片机应用实训教程.西安:西安电子科技大学出版社 2006 [8] 荣俊昌.新型电风扇原理与维修.北京:高等教育出版社,2004 [9] 王港元.电工电子实践指导.江西:江西科学技术出版社,2005 [10] 张宪、宋立军.传感器与测控电路. 化学工业出版社 2006 [11] 孙金力.新型彩色显示器集成电路参数速查手册. 电子工业出版社 2010 [12] 王毓银.数字电路逻辑设计(第二版).高等教育出版社 2005 [13] 胡寿松.自动控制原理.北京:国防工业出版社，2000;103—124 [14] 赵娜，赵刚.基于51 单片机的温度测量系统. 2007 [15] 曹巧媛.单片机原理及应用(第二版). 北京:电子工业出版社,2002 [16] 邵惠鹤.工业过程高级控制.上海:上海交通大学出版社，1997 [17] H.Bishops.Mechatronics.An Introduction. 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John Wiley & Sons Inc,2009 毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告 ,(本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段(途径): 本课题主要研究: 1.本课题是基于单片机控制，所以需要查阅相关知识来选择合适的单片机并熟悉它的使用，各个引脚的功能。学会使用汇编语言来对单片机进行编程和仿真，使其实现该系统的功能。 2.该设计中使用到温控传感器，学习理解它的电路原理，如何将环境温度传给单片机处理，电路怎样连接实现，以及怎样显示当前温度和风扇转速。 3.单片机处理得到数字信号，如何驱使直流风扇以不同的转速，需查阅资料熟悉这一转化驱动电路的原理，工作方式，是否会有更好的方法。 本课题主要研究途径: 本设计主要分为硬件和软件设计两部分。硬件部分主要是完成电路的调试仿真，以及电路的搭建。软件设计部分主要是使对单片机进行编程。 在硬件部分时先要选好相应的芯片，查阅资料比较哪种更合适，考虑参数性能、价格成本等，使用相应的仿真软件进行仿真和调试，使其能达到预期的功能，再将各个硬件搭建起来成为一个整体系统。 软件设计将采用模块化的设计思路，将整个软件分为四个模块:键盘输入模块、LED显示模块、温控输入模块和调速驱动电路输出模块。使用合适的软件进行汇编编程然后进行仿真，程序仿真正确后烧录到单片机硬件仿真。 毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告 指导教师意见: 1(对“文献综述”的评语: 2(对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计(论文)结果的预测: 指导教师: 2012 年 3 月 14 日 所在专业审查意见: 负责人: 年 月 日