课程设计题三十五：风扇模拟控制系统设计

设计内容：1、3个独立按键分别控制“自然风”、“睡眠风”、“常风”，（三者的区别是直流电机的停歇时间不同），并在数显管上显示出区别

2、每种类型风可以根据按下独立按键次数分为4个档的风力调节。

3、设计风扇的过热保护，用继电器实现。即当风扇运行一段时间后，暂停10秒。

4、其他创新内容（如报警提示）

按键1

1234档位

按键2 5678档位

按键3 9 10 11 12档位

在这里插入图片描述

风扇模拟控制系统设计实验报告

背景介绍

本实验旨在设计一个模拟风扇控制系统，该系统通过三个独立按键来控制不同类型的风（自然风、睡眠风和常风），并且能够在数码管上显示风速档位。每种类型的风可以根据按键次数调节为四个档位。此外，还设计了风扇的过热保护功能，通过继电器实现，当风扇运行一段时间后暂停10秒。系统还增加了报警提示功能，当风扇运行时间过长时会发出报警。

硬件介绍

单片机: 使用51单片机（AT89S51）。
继电器: 用于控制风扇的通断，实现过热保护功能。
数码管: 用于显示当前风速档位。
按键: 三个独立按键用于选择不同的风类型，并调节风速档位。
蜂鸣器: 用于在风扇运行时间过长时发出报警。

器件连接

按键连接: 按键1、2、3分别连接到P1.5、P1.6、P1.7。
继电器: 继电器控制引脚连接到P3.6。
数码管: 段选引脚连接到P0，位选引脚连接到P2。
蜂鸣器: 蜂鸣器控制引脚连接到P3.7。

设计原理

电路原理

风扇控制系统的电路设计中，主要部分包括按键输入、数码管显示、继电器控制和蜂鸣器报警。

按键输入: 三个按键用于选择不同的风类型，并通过短按多次实现风速档位的调节。
数码管显示: 数码管用于显示当前的风速档位。通过定时器中断刷新显示内容。
继电器控制: 通过继电器实现风扇的开关控制，定时器中断用于实现过热保护功能，即风扇运行一段时间后暂停10秒。
蜂鸣器报警: 当风扇连续运行时间超过设定值时，蜂鸣器发出报警提示用户。

程序原理

程序主要包括以下几个模块：

按键扫描: 检测按键状态，根据按键次数调节风速档位。
定时器中断: 通过定时器中断实现PWM控制风扇速度、刷新数码管显示和过热保护功能。
风速调节: 根据按键选择和档位调整PWM占空比，实现不同风速控制。
过热保护: 通过定时器中断计时，控制继电器实现风扇的定时暂停功能。
报警提示: 通过定时器中断计时，当风扇连续运行时间过长时触发蜂鸣器报警。

程序设计

按键扫描

按键扫描函数 KeySscan 用于检测按键状态，返回相应的按键编号。

c
unsigned char KeySscan(void) {
    if (key_01 == 0) {
        delay_ms_key(10);
        if (key_01 == 0) {
            while (key_01 == 0);
            return 1;
        }
    }
    if (key_02 == 0) {
        delay_ms_key(10);
        if (key_02 == 0) {
            while (key_02 == 0);
            return 2;
        }
    }
    if (key_03 == 0) {
        delay_ms_key(10);
        if (key_03 == 0) {
            while (key_03 == 0);
            return 3;
        }
    }
    return 0;
}

定时器初始化

定时器1和定时器0的初始化设置用于生成PWM波形和计时。

c
void init_timer1(void) {
    TMOD |= 0x10; // 定时器1为工作方式1 16bit
    TH1 = (65536 - 500) / 256;
    TL1 = (65536 - 500) % 256;
    ET1 = 1; // 开定时器1中断
    TR1 = 1; // 开定时器
    EA = 1; // 开总开关
    TMOD |= 0x01;
    TH0 = (65536 - 4000) / 256;
    TL0 = (65536 - 4000) % 256;
    EA = 1;
    ET0 = 1;
    TR0 = 1;
}

风速调节

根据按键选择和档位调整PWM占空比，实现不同风速控制。

c
void main() {
    u8 key;
    u8 fengli = 1;
    RELAY = 1; // 打开风扇
    BEEP = 1; // 关闭蜂鸣器
    init_timer1();
    ENA_PWM_data = fengli * 7;
    seg_disp[2] = fengli / 10;
    seg_disp[3] = fengli % 10;
    while (1) {
        key = KeySscan();
        if (key != 0) {
            if (key == 1) {
                if (fengli <= 4) {
                    fengli++;
                    if (fengli > 4) {
                        fengli = 1;
                    }
                } else {
                    fengli = 1;
                }
            } else if (key == 2) {
                if ((fengli <= 8) && (fengli >= 5)) {
                    fengli++;
                    if (fengli > 8) {
                        fengli = 5;
                    }
                } else {
                    fengli = 5;
                }
            } else if (key == 3) {
                if (fengli >= 9) {
                    fengli++;
                    if (fengli > 12) {
                        fengli = 9;
                    }
                } else {
                    fengli = 9;
                }
            }
            ENA_PWM_data = fengli * 7;
            seg_disp[2] = fengli / 10;
            seg_disp[3] = fengli % 10;
        }
    }
}

定时器中断服务程序

定时器1的中断服务程序用于生成PWM波形控制风速。

c
void timer1_server(void) interrupt 3 {
    TH1 = (65536 - 500) / 256;
    TL1 = (65536 - 500) % 256;
    pwm_count++;
    if (pwm_count == 100) {
        pwm_count = 0;
        ENA = 1;
    }
    if (ENA_PWM_data == pwm_count) {
        ENA = 0;
    }
}

过热保护和报警提示

通过定时器中断实现过热保护功能和报警提示。

c
void T1_time() interrupt 1 {
    TH0 = (65536 - 4000) / 256;
    TL0 = (65536 - 4000) % 256;
    jishi++;
    if (jishi == 250) {
        jishi = 0;
        if (ifg == 1) {
            guanbi_time++;
            if (guanbi_time == 10) {
                ifg = 0;
                RELAY = 1;
                guanbi_time = 0;
            }
        } else {
            time_sec++;
            if (time_sec == 15) {
                ifg = 1;
                RELAY = 0;
                time_sec = 0;
            }
        }
        all_time_sec++;
        if (all_time_sec > 30) {
            BEEP = 0;
        }
    }
    jishua = (jishua + 1) % 12;
    P0 = ~0x00;
    if (jishua == 0) {
        P2 = 0x01;
        P0 = ~LEDData[seg_disp[0]];
    } else if (jishua == 1) {
        P2 = 0x02;
        P0 = ~LEDData[seg_disp[1]];
    } else if (jishua == 2) {
        P2 = 0x04;
        P0 = ~LEDData[seg_disp[2]];
    } else if (jishua == 3) {
        P2 = 0x08;
        P0 = ~LEDData[seg_disp[3]];
    }
}

总结

本实验通过设计风扇模拟控制系统，学习了51单片机的基本操作，掌握了按键扫描、PWM控制、定时器中断、数码管显示和继电器控制等技术。通过实现不同类型的风速控制、过热保护和报警提示功能，增强了对单片机应用开发的理解和实践

代码资源

bash
https://docs.qq.com/sheet/DUEdqZ2lmbmR6UVdU?tab=BB08J2

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