哈工大大一年度项目中期报告

哈尔滨工业大学

大一年度项目中期检查报告

哈尔滨工业大学基础学部制表

填表日期：2015年03月22日

一、项目团队成员

二、指导教师意见

三、项目专家组意见

四、项目研究中期报告

（一）立项背景

在现代社会中，直流驱动控制作为电器传动的核心在现代化生产和生活需求中越来越重要。长期以来，由于直流电机具有调速性能好、起动和制动转矩大、易于控制和可靠性能高等特点，因其长期以来在电器传动领域中占有重要位置。它在直流电动工具、机械和家电设备中广泛应用，尤其在风扇方面，随着全球气温的升高，在现代化生产机械、家用电器及电脑对风扇的需求越来越强烈，这对提高风扇性能的要求越来越高。因此，涉及USB迷你可调速风扇起着举足轻重的作用。

本设计是以单片机为核心的PWM占空比输出的直流调速系统的风扇，其特点是用单片机代替速度调节器、电流调节器及模拟触发器等硬件设备。有USB接口对整个模板提供电源，从而实现系统的多级调速，其大部分是由键盘输入信号给单片机，此时主要由数码管显示，单片机进行逻辑判断和复杂运算后，输出PWM信号控制于直流电机转速，使用红外对管进行黑白信号检测来反馈电机的运转速度。其中，通过USB接口统一给电扇提供电源。

USB迷你可调速风扇，指的是通过台式电脑或笔记本的USB接口通电来实现风扇转动的迷你风扇，其直接通过一根细长的波纹管链接USB口，只要插入台式电脑或笔记本电脑的USB 接口立即产生转动，无需外接电源，且可根据温度自动调速。USB风扇的扇叶是采用软质材料制成的，即使转动速度很快也是绝对安全的，而且产生的噪音较小，携带方便。

随着人们生活质量的提高，人们应用单片机越来越广泛，它具有体积小、重量轻、性价比高、抗干扰能力强、集成度高等特点，特别是适用于微型的控制系统。而且通过单片机控制的USB 迷你可调速风扇，实现了风扇速度的自动调节，于普通风扇相比具有重要的现实意义。

近几年来，随着全球气温的不断升高，天气越来越热，市面上生产的机械零件和日常生活中的家用电器与发热问题息息相关，如何解决散热问题成为热门话题，尤其是家用电器，其中空调和风扇是最普遍的应用。

空调具有快速冷却室内温度的功用，但其价格昂贵、体积大、耗电量大及导致空气不流通等缺点。因此，在当下社会，风扇越来越受市场的青睐，其中风扇有电风扇和空调风扇两种，电风扇价格便宜、风量较大及选择型号多等优点，但体积较大，降温不是很明显；而空调扇耗电低、具有冷暖风的功能，但不适合于大面积制冷和温度高的地方使用。本系统设计的风扇跟以上所提及的风扇有明显的区别，重点在于解决电脑散热问题，首先是是由USB接口供电，即插即用，无需直接插电；其次是具有可调速的功能，根据人体体表的发热程度去改变风扇，从而降低风扇的能耗。

关键字：单片机，直流电机，液晶显示，驱动电路,红外。

（二）项目研究内容及实施方案

A.理论基础：根据查阅的资料显示，温度测量的方法一共有以下几种:

方案一：全辐射测量法

全辐射测温仪测温的理论基础是斯蒂芬一玻耳兹曼定律，即

400

r=M E d T λλσ∞

=?(1-1)

由此可见黑体在整个波长范围内的辐射功率与绝对温度的4次方成正比，是温度的单一函数，它是通过测量波长从零到无穷大的整个光谱范围内的辐射功率来确定物体的辐射温度。

通常，红外测温仪是以黑体(ε=1)定标的，此方法所使用的仪表结构简单、读数客观并能连续记录。缺点是温度计示值受环境及发射率影响较大，从而降低了其测温结果的准确度。在实际测量时，需要把辐射温度转换成真实温度，可通过下式进行换算:

1

4

()P T T ε= (1-2)

由它引起的真实温度误差为

14T T ε

ε

??=-?(1-3) 式中：p T 为黑体的温度；

T ?为真实温度；

ε?为总发射率误差。

方案二：亮度测量法

亮度测温法的理论基础是普朗克定律，即

2111

ln

(,)

S T T c T λελ-= (1-4) 其中：(,)T ελ为实际物体温度为T 时，在波长λ下的光谱发射率；

T 为实际物体的真实温度； S T 为实际物体的亮度温度；

由此式可得出：实际物体的亮度温度永远小于它的真实温度，即S T

在实际测温中，物体的真实温度总是一定的值，因而，亮度温度成为一个与波长联系的量，因此亮度法测温时必须注明亮度温度的数值与其所取得波长值。

方案三：比色测温法

比色测温法又叫做双波段测温法。由于它是利用同一被测物体在两个波长下的单色辐射亮度之比随温度变化这一特性作为其测温原理的。因此其测温时没必要精确知道被测物体的光谱发射率，而只需要知道两个波长下光谱发射率的比值即可，所以比色测温法可使读出的温度接近于物体的真实温度。

由维恩位移定律可知，温度为c T 的黑体，对于波长为1λ和2λ的单色辐射功率之比Z 由下式表示：

5122122112

()()exp[()]()M C Z M Tc λλλλ

λλλλ-=

= (1-5) 式中：1()M λ表示波长为1λ处的单色辐射功率；

2()M λ表示波长为2λ处的单色辐射功率； 2C 表示第二辐射常数。

将（1-5）两边取对数可得：

12

2

12

2

1

ln 5ln

c C T Z λλλλλλ-=-(1-6)

即波长确定后，可根据所测得的Z 值计算如黑体的温度Tc ．

实际中的比色测温仪通过滤光片把红外辐射能量分为两个波段，通过每个滤光片的红外辐射被两个独立的红外探测器接收并转换成电信号，然后通过信号处理器来计算两个信号的比值及环境温度补偿后给出测温数据并显示输出。

最后，根据导师和学长的建议，与我们自己的了解，选择了辐射测温法，并且购买了相关原件，但同时也遇到问题，那就是灵敏度不够高，我们是通过调整函数的系数来弥补原件灵敏的不高的缺陷的。 B ．原理图：

直流电机调速原理图

C.整体设计方案：测温模块测出温度后，将信息传给单片机，单片机又根据编好的程序，在液晶屏上显示出温度，温度信息同时也会根据预先设定好的函数关系，调节电压，改变占空比，从而调节直流电机的转速。但是目前到了中期，我们暂时只能显示温度，到了后期我们还会显示电机的转速。

D.主程序设计：

由于编程知识较少，在中期，我们只能根据已有的例程里的主程序，我们稍加修改，将三个子函数，和一个主函数合并成了一个函数。如下：

#include

#include"lcd.h"

#include"temp.h"

uchar CNCHAR[6] = "摄氏度";

void LcdDisplay(int);

void UsartConfiguration();

void main()

{

UsartConfiguration();

LcdInit();

LcdWriteCom(0x88);

LcdWriteData('C');

while(1)

{

LcdDisplay(Ds18b20ReadTemp());

}

}

void LcdDisplay(int temp) {

unsigned char i, datas[] = {0, 0, 0, 0, 0};

float tp;

if(temp< 0)

{

LcdWriteCom(0x80);

SBUF='-';

while(!TI);

TI=0;

LcdWriteData('-');

temp=temp-1;

temp=~temp;

tp=temp;

temp=tp*0.0625*100+0.5;

}

else

{

LcdWriteCom(0x80);

LcdWriteData('+');

SBUF='+';

while(!TI);

TI=0;

tp=temp;

temp=tp*0.0625*100+0.5;

}

datas[0] = temp / 10000;

datas[1] = temp % 10000 / 1000;

datas[2] = temp % 1000 / 100;

datas[3] = temp % 100 / 10;

datas[4] = temp % 10;

LcdWriteCom(0x82);

LcdWriteData('0'+datas[0]);

SBUF = '0'+datas[0];

while (!TI);

TI = 0;

LcdWriteCom(0x83);

LcdWriteData('0'+datas[1]);

SBUF = '0'+datas[1];

while (!TI);

TI = 0;

LcdWriteCom(0x84);

LcdWriteData('0'+datas[2]);

SBUF = '0'+datas[2];

while (!TI);

TI = 0;

LcdWriteCom(0x85);

LcdWriteData('.');

SBUF = '.';

while (!TI);

TI = 0;

LcdWriteCom(0x86);

LcdWriteData('0'+datas[3]);

SBUF = '0'+datas[3];

while (!TI);

TI = 0;

LcdWriteCom(0x87);

LcdWriteData('0'+datas[4]);

SBUF = '0'+datas[4];

while (!TI);

TI = 0;

for(i=0; i<6; i++)

{

SBUF = CNCHAR[i];

while (!TI);

TI = 0;

}

}

void UsartConfiguration()

{

SCON=0X50;

TMOD=0X20;

PCON=0X80;

TH1=0XF3;

TL1=0XF3;

ES=1;

EA=1;

TR1=1; }

我相信，在结题的时候，拥有了丰富编程知识的我们一定会编出属于我们的独家的程序。

（三）项目实施的进展情况：

（1）进展情况：通过几个月的学习及实践，我们小组通过对购买的单片机开发板的研究，已经用KEIL软件进行了一些基本的单片机编程方法，并且学会了如何将编好的程序烧录到开发板中。对文献进行检索，查找相关书籍资料，学习了电路的基础知识。通过学长以及导师的指导，我们已经能够使用已有的单片机开发板与电机连接并正常运转，而且已实现简单的速度调控。我们使用温度传感器ds18b20实现了温度的测量与显示，并且从做出来的各种现象和对书籍的阅读，简单的了解了单片机的工作原理。接下来我们会继续深入的了解单片机，开发更多功能，在结题前可以达到预期目标。

（2）遇到的困难:由于C语言知识较为匮乏，缺少专业的知识，在学长老师指导下只能编写出简单的小程序和修改已有的例程，以符合我们所要达到的实际目的，尽管困难重重，但

是我们相信随着学习的深入与了解的不断加深，我们会编写出更复杂的控制程序并且抛开已有的单片机开发板，能够自己焊接出电路板，并且能够达到预期的目标，这也是我们结题时会做到的事。

（3）实物图：

显示温度

焊接电路单片机学习板工作图

（四）结题预期目标

（1）当外界温度改变的时候，屏幕会显示温度大小和转速；

（2）外界改变温度的同时，风扇的转速也将改变，温度越高，风扇的转速越快；

（五）经费使用情况

[参考文献]

[1]《单片机原理及应用》.张毅刚.高等教育出版社 2003.

[2] 谢自美.电子线路设计实验测试.华中科技大学出版社.2000.5

[3] 康华光。电子技术基础(第四版).北京：高等教育出版社.1999.4

[4]《c程序设计》. 谭浩强.北京:清华大学出版社.1999

[5]《电路与电子技术基础-数字电路基础》.李青.浙江：科学技术出版社.2005..2

[6]《单片机快速入门》.徐玮沈建良.北京：北京航天航空大学出版社.2008..5

[7]程光. 指动脉搏动波光电传感器的研制[J].南京医学院学报,1991,4:329-330.

[8] 《集成电路原理及应用》.谭博学苗汇静.北京：电子工业出版社.2008.1

[9] 《51单片机C语言开发详解》.张天凡.北京：电子工业出版社.2008.6

[10] 《电路与电子技术基础-模拟电子技术基础》.李青.浙江：科学技术出版社.2005.2