智能溫控風扇設計

廖曉娟/重慶科創職業學院

智能溫控風扇設計

廖曉娟/重慶科創職業學院

本文設計一種智能溫控風扇系統，具有靈敏的溫度感測和顯示功能，系統采用AT89C51單片機作為控制平臺對風扇轉速進行控制。可由用戶設置高、低溫度值，測得溫度值在高低溫度之間時打開風扇弱風檔，當溫度升高超過所設定的溫度時自動切換到大風檔，當溫度小于所設定的溫度時自動關閉風扇，控制狀態隨外界溫度而定。所設高低溫值保存在溫度傳感器DS18B20內部E2ROM中，掉電后仍然能保存上次設定值，性能穩定,控制準確。

DS18B20；AT89C51；智能

1.前言

傳統電風扇多采用機械方式進行控制，功能少，噪音大，各檔的風速變化大。隨著科技的發展和人們生活水平的提高，家用電器產品趨向于自動化、智能化、環保化和人性化，使得由微機控制的智能電風扇得以出現。

生活中，我們經常會使用一些與溫度有關的設備。比如，現在雖然不少城市家庭用上了空調，但在占中國大部分人口的農村地區依舊使用電風扇作為降溫防暑設備，春夏交替時節，白天溫度依舊很高，電風扇應高轉速、大風量，使人感到清涼；到了晚上，氣溫降低，當人入睡后，應該逐步減小轉速，以免使人感冒。雖然電風扇都有調節不同檔位的功能，但必須要人手動換檔，睡著了就無能為力了，而普遍采用的定時器關閉的做法，一方面是定時時間長短有限制，一般是一兩個小時；另一方面可能在一兩個小時后氣溫依舊沒有降低很多，而風扇就關閉了，使人在睡夢中熱醒而不得不起床重新打開風扇，增加定時器時間，非常麻煩，而且可能多次定時后最后一次定時時間太長，在溫度降低以后風扇依舊繼續吹風，使人感冒。為解決上述問題，本文設計了這套溫控自動風扇系統。本系統采用高精度集成溫度傳感器，用單片機控制，能顯示實時溫度，并根據使用者設定的溫度自動在相應溫度時作出小風、大風、停機動作，精確度高，動作準確。

2.設計任務與內容分析

本文以AT89C51單片機為核心，通過數字溫度傳感器對外界環境溫度進行數據采集，從而建立一個控制系統，使電風扇隨溫度的變化而自動調節檔位，實現“溫度高、風力大、溫度低、風力弱”的性能。另外，通過紅外發射和接收裝置及按鍵實現各種功能的啟動與關閉，并且可對各種功能實現遙控，用戶可以在一定范圍內設置電風扇的最低工作溫度，當溫度低于所設置溫度時，電風扇將自動關閉，當高于此溫度時電風扇又將重新啟動。

本設計主要內容如下：

(1)風速設為從低到高共2個檔位，可由用戶通過鍵盤設定。

(2)每當溫度低于下限值時,則電風扇風速關閉。

(3)每當溫度在下限和上限之間時,則電風扇轉速緩慢。

(4))每當溫度高于上限值時,則電風扇風速全速運轉。

3.系統總體設計

圖1 系統總體結構框圖

3.1 溫度傳感器的選用

采用數字式集成溫度傳感器DS18B20作為感測溫度的核心元件，直接輸出數字溫度信號供單片機處理。由于數字式集成溫度傳感器DS18B20的高度集成化，大大降低了外接放大轉換等電路的誤差因素，溫度誤差很小，并且由于其感測溫度的原理與上述兩種方案的原理有著本質的不同，使得其溫度分辨力極高。

3.2 控制核心的選擇

采用單片機作為控制核心。以軟件編程的方法進行溫度判斷，并在端口輸出控制信號。以單片機作為控制器，通過編寫程序不但能將傳感器感測到的溫度通過顯示電路顯示出來，而且用戶能通過鍵盤接口，自由設置上下限動作溫度值，滿足全方位的需求。并且通過程序判斷溫度具有極高的精準度，能精確把握環境溫度的微小變化。

3.3 顯示電路

采用四位共陽數碼管顯示溫度，動態掃描顯示方式，顯示溫度明確醒目，在夜間也能看見，功耗極低，顯示驅動程序的編寫也相對簡單，這種顯示方式得到廣泛應用。不足的地方是掃描顯示方式是使五個LED逐個點亮，因此會有閃爍，但是人眼的視覺暫留時間為20MS，當數碼管掃描周期小于這個時間時人眼將感覺不到閃爍，因此可以通過增大掃描頻率來消除閃爍感。

3.4 調速方式

采用晶閘管構成無級調速電路。以電位器控制晶閘管的導通角大小，可實現由最大風速到關閉的無級別調速，可將風力調節在關閉無風到最大風之間的任意風力，實現“自由風”。且在調速環節中基本無電力損耗。

3.5 控制裝置原理

該設計巧妙利用紅外線遙控技術、單片機控制技術、無級調速技術和溫度傳感技術，把智能控制技術應用于家用電器的控制中，將電風扇的電機轉速作為被控制量，由單片機分析采集到的數字溫度信號，再通過可控硅對風扇電機進行調速。從而達到無須人為控制便可自動調整風速的效果。

4.軟件設計

4.1 主程序

在主程序進行初始化后，開始反復檢測各模塊相關部分的緩沖區的標志，如果緩沖區置位，說明相應的數據需要處理，然后主程序調用相應的處理子模塊。

4.2 數字溫度傳感器模塊和顯示子模塊

主機控制DS18B20數字溫度傳感器完成溫度轉換工作必須經過三個步驟：初始化、ROM操作指令、存儲器操作指令，單片機所用的系統頻率為12MHz。

根據DS18B20數字溫度傳感器進行初始化時序、讀時序和寫時序分別可編寫3個子程序：初始化子程序、寫子程序、讀子程序。

4.3 電機調速與控制子模塊

本模塊采用雙向可控硅過零觸發方式，由單片機控制雙向可控硅的通斷，通過改變每個控制周期內可控硅導通和關斷交流完整全波信號的個數來調節負載功率，進而達到調速的目的。

因為INT0信號反映工頻電壓過零時刻，所以只要在外中斷0的中斷服務程序中完成控制門的開啟與關閉，并利用中斷服務次數對控制量n進行計數和判斷，即每中斷一次，對n進行減1計數，如果n不等于0，保持控制電平為“1”，繼續打開控制門；如n=0，則使控制電平復位為“0”，關閉控制門，使可控硅過零觸發脈沖不再通過。這樣就可以按照控制處理得到的控制量的要求，實現可控硅的過零控制，從而達到按控制量控制的效果，實現速度可調。

5.結束語

本系統溫度控制采用DS18B20數字溫度傳感器作為感溫元件。可控硅串接在電源與負載電風扇，借改變定周期內可控硅的導通與截止時間之比來實現調速功能，其設計完使用方便就，適應人們睡辦公等不同場合的使用。

基于AT89C51單片機所設計與研制的電風扇智能調速系統，造價低且具有穩定性高、性能優越、節約電能等優點，在夜間無需定時，同樣能給人們帶來更多的方便。

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