【毕业设计】STM32电风扇智能调速器的设计【硬件+原理图+实物+论文】

题目： STM32电风扇智能调速器的设计

摘 要
本设计为一种温控风扇系统，具有灵敏的温度感测和显示功能，系统STM32单片机作为控制平台对风扇转速进行控制。可由用户设置高、低温度值，测得温度值在高低温度之间时打开风扇弱风档，当温度升高超过所设定的温度时自动切换到大风档，当温度小于所设定的温度时自动关闭风扇，控制状态随外界温度而定。性能稳定,控制准确。
关键词：单片机；温度传感器；智能控制。

Abstract
This design is a temperature controlled fan system with sensitive temperature sensing and display functions. The STM32 microcontroller serves as the control platform to control the fan speed. The high and low temperature values can be set by the user. When the measured temperature value is between high and low temperatures, the fan’s weak wind gear is turned on. When the temperature rises above the set temperature, it automatically switches to the strong wind gear. When the temperature is less than the set temperature, the fan is automatically turned off. The control status depends on the external temperature. Stable performance and accurate control.

Keywords: microcontroller; Temperature sensor; Intelligent control.

目 录

绪 论 4
1 系统概述 5
1.1 STM32单片机简介 5

1. 2 本设计任务和主要内容 5
   2 方案论证 6
   2．1 温度传感器的选用 6
   2．2 控制核心的选择 7
   2．3显示电路 7
   2．4调速方式 7
   2．5控制执行部件 8
   3 系统原理 8
   3.1 系统总体设计 8
   3.2 控制装置原理 9
   3．3 温度检测和显示电路 9
   3.3.1 DS18B20的温度处理方法 9
   3.3.2 温度传感器和显示电路组成 11
   3.4 电机调速电路 11
   3.4.1 电机调速原理 12
   3.4.2 电机控制模块设计 13
   4 控制器软件设计 14
   4.1 主程序 14
   4.2 数字温度传感器模块和显示子模块 15
   4.3 电机调速与控制子模块 17
   结 束 语 19
   参考文献 20
   附录一 原理图 21
   附录二 程序 22

绪 论
近些年来，随着空调行业的迅速发展，空调价格的大幅度“跳水”，电风扇行业曾被普遍认为是“夕阳产业”。其实并非如此，市场人士称，家用电风扇并没有随着空调的普及而淡出市场，近两年反而出现了市场销售复苏的态势。其主要原因：一是风扇和空调的降温效果不同；（空调有强大的制冷功能，可以快速有效地降低环境温度，但电风扇的风更温和，更加适合老人儿童和体质较弱的人使用。）二是电风扇有价格优势，价格便宜而且相对省电，安装和使用都非常简单。
传统电风扇多采用机械方式进行控制，功能少，噪音大，各档的风速变化大。随着科技的发展和人们生活水平的提高，家用电器产品趋向于自动化、智能化、环保化和人性化，使得由微机控制的智能电风扇得以出现。
生活中，我们经常会使用一些与温度有关的设备。比如，现在虽然不少城市家庭用上了空调，但在占中国大部分人口的农村地区依旧使用电风扇作为降温防暑设备，春夏（夏秋）交替时节，白天温度依旧很高，电风扇应高转速、大风量，使人感到清凉；到了晚上，气温降低，当人入睡后，应该逐步减小转速，以免使人感冒。虽然电风扇都有调节不同档位的功能，但必须要人手动换档，睡着了就无能为力了，而普遍采用的定时器关闭的做法，一方面是定时时间长短有限制，一般是一两个小时；另一方面可能在一两个小时后气温依旧没有降低很多，而风扇就关闭了，使人在睡梦中热醒而不得不起床重新打开风扇，增加定时器时间，非常麻烦，而且可能多次定时后最后一次定时时间太长，在温度降低以后风扇依旧继续吹风，使人感冒；第三方面是只有简单的到了定时时间就关闭风扇电源的单一功能，不能满足气温变化对风扇风速大小的不同要求。又比如在较大功率的电子产品散热方面，现在绝大多数都采用了风冷系统，利用风扇引起空气流动，带走热量，使电子产品不至于发热烧坏。要使电子产品保持较低的温度，必须用大功率、高转速、大风量的风扇，而风扇的噪音与其功率成正比。如果要低噪音，则要减小风扇转速，又会引起电子设备温度上升，不能两全其美。为解决上述问题，我们设计了这套温控自动风扇系统。本系统采用高精度集成温度传感器，用单片机控制，能显示实时温度，并根据使用者设定的温度自动在相应温度时作出小风、大风、停机动作，精确度高，动作准确。

国内外现状
智能调速器是一种能够自动调节电风扇转速的装置，可以根据环境温度、湿度等因素自动调节电风扇的转速，以达到节能、舒适等效果。目前，国内外对电风扇智能调速器的研究和应用已经取得了一定进展。 国外方面，电风扇智能调速器已经成为家庭智能化的重要部分，市场上已经有很多品牌推出了智能调速器产品，如Honeywell、Lasko、Hessaire、Vornado等。这些产品采用了先进的传感器技术和智能控制算法，能够精准地控制电风扇的转速，使其达到最佳效果。同时，这些产品还具备多种智能功能，如定时开关、遥控操作、语音控制等，方便用户使用，提高用户体验。 国内方面，电风扇智能调速器也已经开始逐渐普及。一些大型家电厂商也开始推出智能调速器产品，如格力、海尔、美的、小米等。这些产品采用了先进的传感器技术和智能控制算法，能够实现精准的调速效果，同时还具备多种智能功能，如手机APP控制、语音控制、智能联动等，方便用户使用。 总的来说，电风扇智能调速器是一种非常实用的智能家居产品，其在国外已经得到广泛应用，在国内也已经开始逐渐普及。随着技术的不断进步和市场需求的增长，电风扇智能调速器的研究和应用前景将会越来越广阔。
在电风扇智能调速器的研究和应用方面，国内外仍然存在一些挑战和问题需要解决。 首先，是技术瓶颈。智能调速器需要采用先进的传感器技术、控制算法和通信技术，以实现精准的调速和智能化的控制。目前，在传感器和控制算法方面，国内外已经取得了一定进展，但仍然存在一些技术瓶颈需要克服。在通信技术方面，国内外已经出现了一些智能家居标准和协议，但尚未形成统一的国际标准，这也给技术的推广和应用带来了一定的挑战。 其次，是市场需求和价格问题。电风扇智能调速器是一种高端智能家居产品，其市场需求和价格相对较高。目前，在国内市场上，电风扇智能调速器的普及率较低，主要集中在高端市场和一些新兴城市。随着消费者对智能家居的认知和需求的不断提高，电风扇智能调速器的市场需求和普及率有望进一步提高。 最后，是产业链建设和品牌建设问题。电风扇智能调速器是一个涉及多个领域的综合性产品，需要建立完整的产业链和品牌建设体系，以保证产品的质量和服务。目前，在国内市场上，电风扇智能调速器的产业链和品牌建设尚未完全成熟，需要更多厂商和机构的共同努力。
电风扇智能调速器的研究和应用还存在一些机遇和发展趋势。 首先，是智能家居市场的快速发展。随着人们生活水平和消费能力的提高，智能家居市场已经成为了家电行业的重要增长点。电风扇智能调速器作为智能家居的一部分，将受益于智能家居市场的快速发展，市场需求和普及率有望进一步提高。 其次，是技术创新和升级。随着技术的不断进步和创新，电风扇智能调速器的功能和性能将得到进一步提升和升级。例如，可以加入人工智能、大数据等技术，实现更加精准的调速和智能化的控制。 最后，是智能家居标准和协议的统一。随着智能家居市场的快速发展，国内外已经出现了一些智能家居标准和协议，例如ZigBee、Wi-Fi、Bluetooth等。这些标准和协议的统一将有助于智能家居产品的互通和兼容，有助于电风扇智能调速器的推广和应用。 综上所述，电风扇智能调速器的研究和应用在技术、市场、产业链等方面仍然存在一些挑战和问题，但也有很多机遇和发展趋势。相信随着技术的不断进步和市场需求的不断提高，电风扇智能调速器的应用前景将会越来越广阔。

1 系统概述
1.1 STM32单片机简介
STM32是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内4bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128 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，片内置用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大。STM32单片机可灵活应用于各种控制领域。
STM32单片机提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时、计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，STM32单片机可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时、计数器，串行通行口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
STM32是ST公司推出的一款基于ARM Cortex-M内核的32位单片机，具有高性能、低功耗、高集成度、易扩展等优点，广泛应用于工业控制、智能家居、汽车电子、医疗设备、消费类电子等领域。 STM32单片机系列包括多个系列和型号，每个型号都有不同的特点和应用场景。其中，STM32F系列是ST公司推出的主流系列，包括STM32F0、STM32F1、STM32F2、STM32F3、STM32F4、STM32F7、STM32G0、STM32G4等型号，主要针对不同应用场景和要求。 STM32单片机支持多种通信协议，如CAN、I2C、SPI、USART等，具有丰富的外设资源，如ADC、DAC、PWM、定时器、计数器等，可满足不同应用场景的要求。 STM32单片机开发可以使用多种开发工具和编程语言，如Keil、IAR、CubeMX、STM32CubeIDE、Arduino等，方便开发者进行开发、调试和测试。 总之，STM32单片机在性能、功耗、功能、可扩展性等方面都有明显优势，是现代智能设备开发的重要选择之一。

1. 2 本设计任务和主要内容
   本文以STM32单片机为核心，通过数字温度传感器对外界环境温度进行数据采集，从而建立一个控制系统，使电风扇随温度的变化而自动调节档位，实现“温度高、风力大、温度低、风力弱”的性能。另外，通过红外发射和接收装置及按键实现各种功能的启动与关闭，并且可对各种功能实现遥控，用户可以在一定范围内设置电风扇的最低工作温度，当温度低于所设置温度时，电风扇将自动关闭，当高于此温度时电风扇又将重新启动。
   本设计主要内容如下：
   (1)风速设为从低到高共2个档位，可由用户通过键盘设定。
   (2)每当温度低于下限值时,则电风扇风速关闭。
   (3)每当温度在下限和上限之间时,则电风扇转速缓慢。
   (4))每当温度高于上限值时,则电风扇风速全速运转。