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一、系统整体设计方案

本系统以 51 系列单片机（如 STC89C52RC）为控制核心，旨在实现根据环境温度自动调节风扇转速的功能，适用于家庭、办公场所等小型空间的温度管理，具有低成本、易实现、智能化的特点。系统遵循 “模块化设计、精准控温” 原则，划分为四大核心模块：温度采集模块、单片机控制模块、风扇驱动模块及温度显示模块。
温度采集模块负责实时获取环境温度，将模拟温度信号转换为单片机可识别的数字信号后传输至控制核心。单片机控制模块作为系统 “大脑”，接收温度数据后与预设温度阈值进行对比分析，生成对应的控制指令，控制风扇驱动模块调节风扇转速。风扇驱动模块根据单片机输出的指令，通过功率放大电路驱动风扇运转，实现不同转速的切换。温度显示模块则实时显示当前环境温度及风扇工作状态，方便用户直观了解系统运行情况，提升使用体验。

二、系统硬件设计

系统硬件围绕 51 单片机搭建，各模块元器件选型以稳定性、经济性为核心，确保温度采集精准、风扇驱动可靠。温度采集模块选用 DS18B20 数字温度传感器，该传感器采用单总线通信协议，仅需一根数据线即可与单片机 IO 口连接，简化硬件接线，且测量范围为 - 55℃~125℃，测量精度可达 ±0.5℃，能满足大多数室内温度监测需求，同时无需额外模数转换电路，可直接输出数字温度信号，减少信号损耗，提升采集准确性。
风扇驱动模块中，风扇选用 12V 直流散热风扇，考虑到单片机 IO 口输出电流较小，无法直接驱动风扇，采用 L298N 电机驱动芯片作为功率放大单元。L298N 芯片支持双路电机驱动，可输出最大 2A 电流，能稳定驱动直流风扇运转，同时通过单片机输出的 PWM（脉冲宽度调制）信号控制芯片输出电压，实现风扇转速的无级调节 ——PWM 占空比越大，风扇转速越高，反之则越低。此外，为保护单片机，在 L298N 与单片机之间增加光电耦合器，实现电气隔离，避免风扇工作时产生的干扰信号影响单片机正常运行。
温度显示模块采用 LCD1602 显示屏，工作电压为 5V，与单片机供电一致，通过 8 位数据总线和 4 位控制总线与单片机连接，可同时显示两行字符，每行 16 个，能清晰呈现当前温度（如 “Temp: 25℃”）和风扇转速状态（如 “Fan: High”），便于用户实时监测系统运行参数。系统电源采用 12V 直流电源，经 7805 稳压芯片转换为 5V，为单片机、DS18B20 及 LCD1602 供电，电源输入端并联电容滤波，确保供电稳定。

三、系统软件设计

系统软件基于 Keil C51 开发环境编写，采用模块化编程思想，主要包含主程序、温度采集子程序、PWM 生成子程序及显示子程序，各模块通过函数调用协同工作，提升代码可读性与可维护性。
主程序负责系统初始化与流程调度，初始化阶段完成单片机 IO 口、LCD1602 显示屏、定时器的参数配置，设置定时器 0 生成 PWM 信号，定时器 1 用于定时读取温度数据（采样周期设为 1 秒，平衡实时性与系统功耗），同时初始化温度阈值（如设定 25℃为低速阈值、30℃为中速阈值、35℃为高速阈值，用户可通过软件修改阈值）。初始化完成后，主程序进入循环状态，周期性调用温度采集子程序获取当前温度，再根据温度与阈值的对比结果，调用 PWM 生成子程序调节风扇转速，同时调用显示子程序更新 LCD1602 显示内容。
温度采集子程序通过单总线协议与 DS18B20 通信，发送温度转换指令后，等待传感器完成转换，再读取温度寄存器中的数据，将 16 位二进制温度数据转换为十进制温度值（如将 0x0190 转换为 25℃），并进行数据校验，确保温度数据准确无误，若出现数据异常，则触发重试机制，提升采集可靠性。
PWM 生成子程序根据主程序传来的温度对比结果，调整定时器 0 输出的 PWM 信号占空比：当温度低于 25℃时，PWM 占空比为 0，风扇停止运转；温度在 25℃~30℃之间时，占空比设为 30%，风扇低速运转；温度在 30℃~35℃之间时，占空比设为 60%，风扇中速运转；温度高于 35℃时，占空比设为 100%，风扇高速运转。显示子程序则将当前温度值与风扇转速状态格式化后，传输至 LCD1602 显示屏，实现数据实时刷新，确保用户及时掌握系统运行情况。

系统总结

本基于单片机的自动温控风扇系统，通过 DS18B20 精准采集温度，以 51 单片机为核心实现智能判断，结合 L298N 驱动模块完成风扇转速调节，LCD1602 实时显示运行参数，形成了一套完整的温控解决方案。系统硬件选型经济可靠，软件采用模块化设计便于维护，能根据环境温度自动切换风扇转速，既实现了智能化温控，又避免了风扇持续高速运转造成的能源浪费。整体设计兼顾实用性与经济性，可灵活调整温度阈值适配不同场景，在小型空间温度管理中具有较高的应用价值，且后续可拓展手机远程控制、温度报警等功能，进一步提升系统实用性。
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