一種智能電風扇的設計

李玲玲

（貴州廣播電視臺，貴州貴陽550002）

一種智能電風扇的設計

李玲玲

（貴州廣播電視臺，貴州貴陽550002）

設計了一種基于單片機控制的智能電風扇，該設計以AVR單片機為核心控制器，通過DS18B20溫度傳感器來實現對系統所處環境溫度的檢測和對電風扇轉速的控制。系統通過自動檢測環境溫度，智能判斷是否需要開啟電風扇，并根據不同的環境溫度來調節電機的轉速，以此使環境溫度達到一個最舒適的溫度。此設計實現了電風扇的智能開關和智能調速，在實際應用中能有效地節約電能，給用戶更好的使用體驗。

AVR單片機；DS18B20溫度傳感器；控制

電風扇作為人們最常用的防暑降溫工具，因其價格低廉，實用性強而被較多地應用于教室、辦公室、車間、家庭等場所。本文設計的智能電風扇能夠實現智能開關，可以有效地避免環境溫度未達到設定溫度而電風扇仍在工作造成的電源浪費，達到節約能源的目的。此外，本文設計的智能電風扇還能有效解決人們在使用電風扇時遇到的一些困擾，如半夜降溫，而電風扇仍在工作，容易引起感冒等，因此本文設計的智能電風扇在實際生活中有較高的實用性。

1 系統總體設計

本文設計的電風扇是一種基于AVR單片機[1,2]控制的智能電風扇。該設計在控制和性能上主要有以下特點：（1）實現了智能開關功能。本設計以單片機為核心，以DS18B20為溫度傳感器，用戶可以預先設定電風扇的開啟溫度閾值，當溫度傳感器檢測到室溫處于用戶設定的溫度值時，電風扇自動開始工作，反之，當室溫降至用戶設定溫度值以下時，電風扇自動停止工作。（2）實現了智能控溫功能。電風扇可以自動檢測環境溫度，系統可以根據用戶設定的溫度閾值來調節風扇轉速，在不同的溫度區間段，對應不同的轉速。本系統設計了四個溫度區間段，當環境溫度處于較高一級溫度區間段時，電風扇轉速自動增加一檔，當處于最高一個溫度區間段時，電風扇轉速達到最大值。反之當環境溫度下降一個區間段，電風扇轉速自動降低一檔，當環境溫度降到

設定溫度的閾值以下時，電風扇停止工作。本系統由于采用了智能開（關）機和智能調速，室溫基本能控制在用戶感覺最舒適的溫度區間，有效杜絕了室溫低于設定溫度電風扇仍在工作造成電能浪費的現象。（3）實現了無極調速功能。本設計使用的PWM可實現電風扇轉速從0到最大功率之間的調速，能使電風扇轉速呈線性變化，很好地解決了傳統電風扇因檔位風速變化過大給人帶來的不適感。（4）實現了溫度實時顯示。采用數碼管[3]顯示實時溫度，用戶能即時了解當前的室溫狀況，給用戶更好的使用體驗。系統總體設計見圖1。

圖1 系統總體設計框圖

2 調速原理

脈寬調制（PWM）調速是通過調節脈寬來調節電壓，最終實現對電機轉速的控制[4]。它是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路信號進行控制的一種技術，應用于電機的轉速控制，可以大大地節約能量。通常情況下模擬控制電路存在信號容易隨時間漂移，會產生一些不必要的熱損耗等現象。而PWM具有很強的抗噪性，且經濟實用，使用PWM技術可以避免以上缺陷，實現用數字方式來控制模擬信號，可以大幅度地降低設計成本和電路中不必要的功耗。

本設計采用脈寬調制方式來控制電機轉速。控制電機時，電源并非連續地向電機供電，而是在一個特定的頻率下以方波脈沖的形式提供電能。不同占空比的方波信號能對電機起到調速作用，這是因為電機實際上是一個大電感，它有阻礙輸入電流和電壓突變的能力，因此脈沖輸入信號被平均分配到作用時間上，這樣，改變在始能端PE2和PD5上輸入方波的占空比就能改變加在電機兩端的電壓大小，從而改變電機轉速。采用PWM調速技術，能有效控制電機轉速，結合溫度傳感器和AVR單片機，即能實現電風扇的智能調速功能。

3 主要元器件選擇

3.1 ATmega128a單片機簡介

ATMEL公司在1996年開發出了增強型內置FLASH的RISC（ReducedInstructionSetcpu）精簡指令集高速8位單片機，稱作AVR[5]。AVR被廣泛應用于計算機外部設備、工業實時控制、通訊設備等領域，是一種高性能、低功耗的AVR8位處理器，具有先進的RISC結構，133條指令基本可以在一個時鐘周期內完成，全靜態工作，工作于16MHz時性能高達16MIPS，具有兩路8位PWM、6路分辨率可編程的PWM。

3.2 DS18B20溫度傳感器簡介

DS18B20溫度傳感器[6,7]體積小，硬件電路簡單，屬于新一代適配微處理器的改進型智能溫度傳感器。DS18B20的數字溫度計提供9到12位的攝氏溫度測量，并具有用戶可編程上限和下限報警功能。可應用于HVAC、環境控制、建筑物、設備或機械內的溫度檢測以及過程監視和系統控制。

4 硬件電路

硬件電路見圖2。

圖2 硬件電路圖

5 結論

為了仿真及設計的便捷性，本文使用5V直流小電機來模擬220V電風扇電機。硬件電路設計制作完成后，設置用戶溫度，當設定溫度高于環境溫度時電風扇不工作；當環境溫度高于設定溫度時，風扇開始自動工作，并且根據環境溫度自動控制風扇轉速。經實際測試，打開電風扇電源，系統自動檢測當前環境溫度，并自動載入上次用戶設定的溫度。此設計能實現預期的功能和目標，達到了風扇智能化的要求，具有廣泛的市場前景。

[1]宋建國.AVR單片機原理及應用[M].北京:北京航空航天大學出版社,2004.

[2]趙建,吳順偉.基于單片機的溫度測量系統的研制[J].電子技術應用,2008,43(2):64-67.

[3]李學芝.LED數碼管的構造與特點[J].無線電雜志,1991,9(2): 55-57.

[4]王玲,王中訓,王恒.基于MSP430單片機的多路無線溫度檢測系統[J].現代電子技術,2011,34(1):125-127．

[5]夏候凱順,曾憲金,胡立坤,等.基于MLX90614和ZigBee技術的體溫實時監控系統的設計[J].自動化與儀表,2011,(11): 23-26．

[6]湯鍇杰,栗燦,王迪,等.基于DS18B20的數字式溫度采集報警系統[J].傳感器與微系統,2014,33(3):99-102．

[7]張軍,陳慧麗.基于MSP430單片機和DS18B20的數字溫度計[J].電子設計工程,2010,18(11):106-109．

[8]譚浩強.C程序設計(第四版)[M].北京:清華大學出版社, 2007.

（責任編輯：朱 彬）

The design of an intelligent fun

LI Ling-ling
(Guizhou Broadcasting and TV Station,Guiyang,550002,China)

In this paper,we design a kind of intelligent electric fan based on single-chip microcomputer,the designer based on AVR microcontroller as the core controller,through the temperature sensor DS18B20 to achieve environmental temperature detection and controlling to the fan’s speed.The system automatically detects the temperature of the environment,and determine whether the need to open the fan,and according to the different temperature values to adjust the motor speed to achieve a comfortable environment temperature.This design can achieve intelligent switch and intelligent control function.It can effectively save energy and provide a better user experience in real life.

AVR SCM;DS18B20 temperature sensor;control

TH811

A

1009-3583（2016）-0105-02

2016-03-12

李玲玲，女，湖南婁底人，貴州廣播電視臺技術中心工程師。