基于單片機的智能風(fēng)扇

徐志剛，黃濤（四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四川 廣元　628040）

基于單片機的智能風(fēng)扇

徐志剛，黃濤
（四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四川 廣元628040）

基于全球氣溫的急劇升高，風(fēng)扇在人們生活中的利用將飛速提升。在炎熱的夏天人們用電風(fēng)扇來降溫；一般的風(fēng)扇只有幾檔人為的調(diào)速，夏夜溫度下降后人們會因為熟睡后忘記關(guān)閉風(fēng)扇而感冒，當(dāng)溫度升高后他又不能根據(jù)溫度的提升而改變轉(zhuǎn)速。我們通過采用STC12C5A60S2單片機作為控制平臺對風(fēng)扇轉(zhuǎn)速進行控制。利用DS18B20數(shù)字溫度傳感器采集實時溫度，經(jīng)單片機的PWM控制光耦，光耦將單片機的信號和風(fēng)扇的控制隔離，這樣實現(xiàn)了風(fēng)扇高電壓的控制，光耦控制三極管的放大倍數(shù)，實現(xiàn)了風(fēng)扇的智能控制。從而使智能溫控風(fēng)扇能自動根據(jù)室內(nèi)環(huán)境溫度來改變風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，解決了熟睡后忘記關(guān)閉風(fēng)扇而感冒的問題。

單片機；溫控風(fēng)扇；智能模式；自動控制

在現(xiàn)在這個電子信息化時代，溫度控制器在各行各業(yè)都在廣泛的利用具有對溫度進行實時監(jiān)控的功能，以保證工業(yè)儀器，測量工具，農(nóng)業(yè)種植的正常運作，它的最大特點是能實時監(jiān)控周圍溫度的高低，并能同時控制電機運作來改變溫度。它的廣泛應(yīng)用和普及給人們的日常生活帶來了方便。

智能溫控風(fēng)扇是用單片機系統(tǒng)來完成的一個小型的控制系統(tǒng)。現(xiàn)階段運用與國內(nèi)大部分家庭，系統(tǒng)效率越來越高，成本也越來越低。其發(fā)展趨勢可以根據(jù)其性質(zhì)進行相應(yīng)的改進可以運用與不同場合的溫度監(jiān)測控制，并帶來大量的經(jīng)濟效益。

1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

1）系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)由溫度采集電路、單片機、液晶顯示電路、DS1302時鐘電路、EEPROM電路、風(fēng)扇驅(qū)動電路、人體感應(yīng)電路、紅外接收電路、穩(wěn)壓電路及一些其他外圍器件組成［1］。系統(tǒng)的框圖結(jié)構(gòu)如下：2）STC12C5A60S2單片機

圖1　系統(tǒng)的框圖結(jié)構(gòu)

STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘g、機器周期（1T）的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼?zhèn)鹘y(tǒng)8051，但是速度要快 8-12倍。內(nèi)部集成 MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250k/s），針對電機控制，強干擾場合。

3）最小系統(tǒng)

單片機最小系統(tǒng)包括單片機、晶振電路和復(fù)位電路［2］。

復(fù)位電路：

1）復(fù)位電路的工作原理介紹：51單片機要復(fù)位只需要在第9引腳接個高電平持續(xù)2US就可以實現(xiàn)，那這個過程是如何實現(xiàn)的呢？單片機在通電時復(fù)位一次，按下復(fù)位按鈕復(fù)位一次就相當(dāng)于你在電腦上按數(shù)字一樣，按下一次“1”，顯示“1”數(shù)字，松開后再按下再顯示一次“0”。所以可以通過按鍵的斷開和閉合在運行的系統(tǒng)中控制其復(fù)位。

2）晶振電路：晶振作用是提供時鐘信號，一般一個系統(tǒng)只有一個晶振有利于保持各部分運行同步。最小系統(tǒng)中的晶振主要也是保持單片機各部分運行同步［3］。最小系統(tǒng)電路圖如下：

圖2　為單片機最小系統(tǒng)電路圖

4）液晶顯示電路

LCD1602A是一種工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符。（16列2行）。

原理是以電壓來控制顯示的區(qū)域只要有點它就能顯示，再通過單片機給定的素質(zhì)來進行顯示圖片、數(shù)字等。因為液晶顯示的物理特性現(xiàn)在普遍應(yīng)用在PDA移動通信工具等眾多領(lǐng)域［4］。液晶顯示電路如圖3。

圖3　為液晶顯示電路

5）5DS1302時鐘電路：主要由移位寄存器、控制邏輯電路、振蕩器等組成［5］。它的的引腳排列及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下：

圖4　DS1302與MUC接口電路

DS1302引腳說明：

X1，X2 32.768kHz晶振引腳

GND地線

RST復(fù)位端

I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出端口

SCLK串行時鐘端口

VCC1慢速充電引腳

VCC2電源引腳

6）人體感應(yīng)電路

熱釋電的主控芯片是BISS0001，是一款具有較高性能的傳感信號處理集成電路［6］。

BISS001的主要功能如下：

為CMOS數(shù)模混合專用集成電路；

①具有獨立的高輸入阻抗運算放大器，可與多種傳感器匹配進行信號處理；

②帶有雙向鑒幅器，可有效抑制干擾；

③內(nèi)設(shè)延遲時間定時器和封鎖時間定時器；

④結(jié)構(gòu)新穎，穩(wěn)定可靠，調(diào)解范圍寬；

⑤內(nèi)置參考電壓，工作電壓范圍為2～6 V。

7）風(fēng)扇驅(qū)動電路

風(fēng)扇的驅(qū)動采用的是TIP122達林頓三極管，三極管的放大倍數(shù)采用的是光耦，這樣就可以通過單片機的pwm間接的控制風(fēng)扇，而風(fēng)扇的電壓也不會局限于5 V，此設(shè)計選用的風(fēng)扇是5～12 V。8風(fēng)扇驅(qū)動電路圖如下：

8）EEPROM存儲電路

圖中AT24C02的1、2、3腳是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址。第8腳和第4腳分別為正、負電源。第5腳SDA為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出，第6腳為時鐘信號輸入線，SDA和SCL都需要和正電源間各接一個10 K的電阻上拉。第7腳需要接地。

圖5　人體感應(yīng)模塊接線圖

圖6　為風(fēng)扇驅(qū)動電路

圖7　AT24C02的電路接線圖

2　系統(tǒng)調(diào)試

1）液晶顯示屏調(diào)試

通電后觀察液晶顯示屏是否發(fā)光，如果沒有發(fā)過就檢查液晶電路的vcc和接地或看液晶是否插反等。如果接通電源后發(fā)光，觀察顯示屏有沒有年月顯示，有沒有溫度顯示。如果都有液晶顯示正常。

2）人體感應(yīng)模塊調(diào)試

在其他部位度正常的情況下通電后用遙控器調(diào)到智能模式，使環(huán)境溫度達到風(fēng)扇啟動需求的30度后看風(fēng)扇是否轉(zhuǎn)動，如果沒有轉(zhuǎn)動就去檢查下人體感應(yīng)模塊有沒有插反或者看下電源和接地有沒有接反。因為人體感應(yīng)模塊檢測到有人的時候是輸出一個高電平給單片機。如果插反或接錯將不會實現(xiàn)。如果通電后在智能模式下溫度打到30度后風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，那么就用黑色的罩罩蓋住人體感應(yīng)模塊，過一會后風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動說明人體感應(yīng)模塊正常。

3）紅外接收調(diào)試

紅外接收主要就是接收來自遙控器的命令。通電后你用遙控器下達命令，比如調(diào)節(jié)風(fēng)扇檔位。如果你開始是1檔當(dāng)你按下2檔是風(fēng)扇轉(zhuǎn)動說明紅外接收正常。

4）溫度采集模塊調(diào)試

通電后用高溫烙鐵放在溫度采集模塊旁邊，不能是烙鐵黏住穩(wěn)住感應(yīng)模塊。如果液晶顯示屏上看到溫度在不斷的上升說明溫度采集模塊正常。

5）DS18B20調(diào)試

將手心靠攏或者捏住芯片，即可發(fā)現(xiàn)溫度顯示的前兩位溫度也迅速升高，驗證了DS18B20能在系統(tǒng)板上工作。由于DS18B20為3個引腳，因此在調(diào)試過程中因注意其各個引腳的對應(yīng)位置，以免將其接反而是芯片不能工作甚至燒毀芯片。

6）風(fēng)扇調(diào)速電路部分調(diào)試

在本設(shè)計中，采用了三極管驅(qū)動風(fēng)扇，軟件設(shè)置了P1.3口輸出不同的PWM波形，通過光耦控制三極管的放大作用驅(qū)動直流電機轉(zhuǎn)動，通過軟件中程序設(shè)定，當(dāng)有人體信號時根據(jù)不同溫度輸出不同的PWM波，從而得到不同的占空比控制風(fēng)扇

7）系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)單片機系統(tǒng)檢測環(huán)境溫度的變化，然后根據(jù)環(huán)境溫度和是否有人來控制風(fēng)扇直流電機輸入占空比的變化，從而產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)動速度，紅外遙控器操作整個系統(tǒng)。可以定時開關(guān)機，也可以手動控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。

3　結(jié)　論

本次設(shè)計的系統(tǒng)以單片機為控制核心，以溫度傳感器DS18B20檢測環(huán)境溫度，實現(xiàn)了根據(jù)環(huán)境溫度變化調(diào)節(jié)不同的風(fēng)扇電機轉(zhuǎn)速，液晶顯示時間及溫度信息，能準(zhǔn)確的顯示環(huán)境溫度和檔位，并能通過紅外遙控器設(shè)置不同的時間以及設(shè)置定時開關(guān)機，實現(xiàn)了基于單片機的溫控風(fēng)扇的設(shè)計。

風(fēng)扇根據(jù)環(huán)境溫度的變化來改變轉(zhuǎn)速，可以有效的解決夏天人們在熟睡時周圍溫度下降后忘記關(guān)閉風(fēng)扇所帶來的不必要的感冒、發(fā)燒等疾病。并且本系統(tǒng)還加入了人體感應(yīng)模塊，可以根據(jù)周圍是否有人來控制風(fēng)扇的啟動和停止。可以有效的解決人們應(yīng)出門而忘記關(guān)閉風(fēng)扇而帶來的不必要的電力資源浪費。同時也加入了原始的按鈕控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，但是按鈕加在遙控器上可以通過紅外線來進行遠距離的控制。本系統(tǒng)可用于人們?nèi)粘５慕禑峁ぞ撸部梢杂糜诠I(yè)生產(chǎn)中。

［1］劉進山.基于MCS-51電風(fēng)扇智能調(diào)速器的設(shè)計［J］.電子質(zhì)量，2004（10）:24-31.

［2］陳志彬，王仲初，崔文華.SPI接口芯片在單片機小系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.自動化與儀表，2002（1）:44-49.

［3］胡漢才.單片機原理與接口技術(shù)［M］.北京清華大學(xué)出版社，2004，27（10）:39-41.

［4］盛蒙蒙，葛亦斌.基于單片機實現(xiàn)多功能數(shù)字鐘的系統(tǒng)設(shè)計［J］.硅谷，2009，27（3）:23-34.

［5］黃明強.DS1302在單片機系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.保定師范專科學(xué)校學(xué)報，2014，17（3）:56-69.

［6］王華彬，任玲，翟旭軍.基于 51單片機的智能搖頭風(fēng)扇設(shè)計［J］.崔勇寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2014（6）:53-62.

［7］田紅光，李讓軍.基于PIC單片機的智能風(fēng)扇的設(shè)計與研究［J］.世界電子元件，2014（1）:12-31.

［8］謝志平.基于單片機控制的智能溫控風(fēng)扇［J］.中國新技術(shù)產(chǎn)品，2011（2）:31-35.

Based on single chip microcomputer intelligent fan

XU Zhi-gang，HUANG Tao
（Sichuan iformation professional technology institute，Guangyuan 628000，China）

Based on the global temperature rise sharply，the fan will rapid increase in the use in people’s lives.On a hot summer day people use electric fans to cool；General fan a few file artificially speed，summer temperature drop because people forget to turn off the fan after sleeping after a cold，after the temperature rise and he does not change the speed according to the ascension of temperature.We through the adoption of STC12C5A60S2 microcontroller as the control platform to control the fan speed.Using DS18B20 digital temperature sensor to collect real-time temperature，the microcontroller PWM control light coupling，decoupling control of the MCU signal and fan light isolation，it realized the high voltage of the fan control，decoupling control of light triode magnification，realize the intelligent control of the fan.So that the intelligent temperature control fan can automatically according to the indoor environment temperature to change the speed of the fan，forget to turn off the fan after solved the sleeping problem of cold.

single chip microcomputer；temperature control fan；intelligent model；automatic control

TP297

A

1674－6236（2016）11-0154-03

2015-06-03稿件編號：201506044

徐志剛（1962—），男，福建浦城人，副教授。研究方向：電子信息。