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1.引言
1.1课题研究的意义与作用
风扇已是日常生活中常用到的电器，电风扇是通过通风换气来驱热的。通风换气是电风扇的主要功能，也是消费者看中它的本质原因。和时髦的空调相比，电风扇具有价格低和耗电量小，不受空间限制，吹出的风更贴近于自然等的优势，暂时不可能被空调取代，拥有庞大的目标消费群。现行市面上的风扇大多是手工操作，模拟调控为主要控制手段，价格低廉，功能简单，其智能及自动化程度远远跟不上现代人的生活需求和应用要求；而且在功耗方面，一般的风扇的电机是采用电机抽头的小型电机来实现调速，这种调速方式单一，消费者选择的空间不大，而且在效率方面，节能方面的表面的确令人不满意。面对着市场压力和消费者的需求，放眼市场，各种特设功能的电风扇可谓五花八门，各种附加的新功能，彰显了个性，也在无形中提高了电风扇的档次。而智能温感遥控电风扇也必将作为消费市场的新宠儿，为电风扇行业增加新的亮点。而将微控制器嵌入到工业控制中，将会成为一种不可阻挡的趋势，微控制器强大的控制能力将会使工业产品的功能和性能得到很大的提升。也对应了时下流行的几个趋势，自动化和智能化，无线化，宽带化，低功耗化等趋势。
现在电风扇的现状：大部分只有手动调速，功能单一，存在隐患或不足。比如说人们常常离开后忘记关闭电风扇，浪费电且不说还容易引发火灾，长时间工作还容易损坏电器。再比如说前半夜温度高电风扇调的风速较高，但到了后半夜气温下降，风速不会随着气温变化，容易着凉。之所以会产生这些隐患，其根本原因是缺乏对环境的检测。若有了智能温控调速电风扇，使电风扇系统朝着自动化、智能化，尤其是节能的方向发展。它可以检测室内温度，并根据温度自动改变电风扇的电机转数，实现不同风速的自动转换，按预设温度自启动，低温停止的功能。该设计实现了家电产品的更新换代，提高了产品的附加值。从而迎合人们对健康、安全、节能减排和绿色环保的新需求。
单片机和一般的数字和模拟芯片相比有着强大的功能，而且编程简单，因此利用单片机来实现对控制电机转速与类型设置十分理想；本设计的研究目的就是实现对直流电风扇电机的控速来模拟风扇控制器，掌握单片机硬件和软件的综合设计方法。
风扇的控制有很多的方法，比如简单的有利用机械方式进行定时控制，有用模拟
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电子技术和数字电子技术进行转速等控制的。随着人们生活水平的提高，人们对风扇的要求也越来越高，不但要求风速能够控制，而且要求风种模式能够多种选择，随着单片机技术的不断发展，单片机已广泛应用于各种家用电器产品中，它不仅大大提高了原有产品的性能质量, 而且产品成本有所下降, 生产也更简便。通过单片机可以利用其本身的定时与中断功能编程实现风扇的风种控制，包括有正常风，自然风与睡眠风等的模式；而风速的控制也有多种方法，例如可以通过单片机控制固态继电器（双向可控硅）的导通角来调节电风扇的输入电压，以实现电风扇的无级速度调节,从而实现多档控速,但这里采用了通过单片机定时器输出脉宽调制PWM波控制占空比并外加一个固态继电器来控制风扇电机的转速，通过遥控板键盘输入设置有不同占空比对应着电风扇各个档位风速。各功能状态使用液晶、发光管和蜂鸣器对应输出显示。本系统电路设计比较简单，主要是充分利用了STC89C52单片机的资源，软件编程实现各功能，成本较低，实用性较强。
此外，在某些场合下，比如危险作业区，在人不适合作业的地方，比如有毒气产生的区域，高温或低温的地方，爆破点等危险场合，或者是家庭居室中控制，无线的应用将会得到非常广泛的应用，可见红外遥控的研究也是很有实践意义的。 1.2 研究现状及发展趋势
风扇控制，主要有两点，一是控制方式，二是系统电机调速方式，也就是风速的调节方式 ，还有一点就是人机交互方式，风扇控制的差别就要体现在这两个方面。风扇控制系统目前在市场上主要有几种类型，传统的类型即现在大多数人在使用的手动控制类型，该类型机子控制方式是手动控制，且只能在近距离中控制。其内部电机是带多抽头的交流电机，一个抽头对应一个档位，以此来区分风速级别，也有其他种机子，是用过零比较器去控制可控硅的导通角，从而由可控硅去控制电机的转速；此种类型的机子控制方式单一且在某些特定场合会带来不便，此外其调速方式比较呆板，不能满足用户需求，而且当档位变化时，如果设计不好，会有电火花产生，存在安全隐患。此外市面上还有用单片机结合传感器等类型的机子，比如，带温度控制传感器的风扇，能根据室温控制风扇转速，这种机子是将微控制器强大的控制能力注入到了系统中，从而实现了自动化及智能化；区别只在于控制方式由人工控制变成了温度调控，此外由于有了微控制器，电机的调速方式可采用不同的调节方法，如，采用PWM多种算法等，电路的形式也有了多种选择，此外还可以增加其他的功能 ，如
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吹风的模式选择，定时关机，自动休眠以节省电能等，此外还有语音控制的风扇控制系统，亮点就在于它的人机交互改良了，由此微控制器在系统中的应用的潜力巨大。
在电机调速方式上，随着家用电器产品变频技术的发展, 单相电机的变频调速已成为一种可行的方法, 在这种调速系统中, 脉宽调制(PWM ) 技术仍然是提高调速性能的主要手段。虽然PWM 技术的实现方法很多,然而, 为了降低产品的制造成本, 采用微机控制软件实现PWM 控制具有成本低、调制方式灵活等特点,比较适合于家用电器产品的要求。本文针对电风扇电机的调速要求, 提出了采用直接PWM (DPWM )软件计算的方法, 并在51 系列单片机STC89C52上实现, 该方法可以很容易地实现电机的调速, 其PWM 算法简单, 易于实现, 是一种较为实用的方法。
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2.系统总体设计
2.1 本设计的任务要求
（1）根据所确定的方案做出一个总的系统框图（其中包含各个电路模块）。 （2）设计出硬件电路和软件编程。硬件部分包括有单片机最小系统，外接控制电机转速的固态继电器部分，驱动USB端口，LED照明的普通6脚普通继电器部分，LCD数据显示部分，红外遥控部分，光电传感部分，红外反射传感部分，温度传感部分，实时时钟电路部分。软件部分包括有初始化状态，温度采集，实时时钟采集，遥控解码，占空比控制，定时器中断控制，控制输入输出数据显示部分，蜂鸣器信号产生部分。
（3）最后将准备好的原件按照电路图焊接好，将程序烧录到单片机中，然后测试运行，检查其控制效果，风扇智能效果。 2.2系统的整体设计
系统输入端包括红外检测模块、感光模块、实时时钟模块、温度检测模块和红外遥控模块共同组成采集外部环境数据和外部输入数据，经过单片机进行数据分析与处理，然后控制输出端，输出端包括运行指示灯，提示音模块，LCD显示模块，继电器开关，调速模块。系统的整体设计框图如图2-1所示。
图2-1系统整体设计框架
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3.系统硬件模块的设计
3.1 单片机系统模块的设计
3.1.1 STC89C52单片机的简介
STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。
（1）特性 ●8位CPU； ●32根I/O线；
●8K字节程序存储空间； ●512字节数据存储空间；
●内带2K字节EEPROM存储空间； ●3个16位的定时器/计数器； ●4个外部中断； ●看门狗定时器。
（2）STC89C52的芯片采用PID封装，一共40个引脚，与外围电路组成单片机最小系统。其中外围电路包括晶振电路、复位电路、电源滤波电路。STC89C52最小系统如图3-1所示。
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