無葉風扇的自動感應控制設計

袁觀娜+白宇+張紅軍++張曉江+蘇錚+強高強

摘 要：無葉風扇在人們的日常生活中普遍起來，因為它沒有扇葉，不會對人們造成危險，安全系數高，吹得風無沖擊性，更平穩，更舒適，清潔方便，價格合理等優點，慢慢地進入人們的視線，并且在國外已流行開來。該文設計了無葉風扇的自動感應控制，采用AT89C52單片機作為控制器，利用熱釋電人體感應模塊以及DS18B20作為溫度采集元件，通過感應模塊和溫度采集的設定溫度來共同控制風扇的啟動和停止，并能根據溫度的變化改變電機的轉速，同時用LED八段數碼管顯示當前的溫度、模式、轉速。

關鍵詞：單片機 熱釋電人體感應模塊 DS18B20 無葉風扇

中圖分類號：TP273+.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）07（c）-0042-03

在夏天，人們被酷熱所折磨，為了避暑，人們會用空調、風扇等，空調雖然涼爽但是電能消耗太大還會向大氣釋放氟利昂等有害氣體，人們大多采用風扇來避暑，但傳統風扇比無葉風扇又欠缺很多，不僅在風量上，還有能源上[1]。為了降低風扇運轉時的噪音和節省能源等，無葉風扇越來越受人們的歡迎[2]。

隨著單片機在各個領域的發展，許多電器都以它為主控制器[3-4]，如無葉風扇的自動控制。它基于單片機的熱釋電人體感應模塊和溫控風扇系統，根據溫度和人體感應模塊共同作用控制風扇啟動和停止，它還能根據溫度來使風扇無級調速，實現智能控制。

該次設計采用了由ATMEL公司的8052系列單片機AT89C52作為主控制器，采用熱釋電人體感應模塊作為感應開關，采用DALLAS公司的溫度傳感器DS18B20作為溫度采集元件，根據熱釋電人體感應人體并根據預設溫度來控制電機的啟動和停止，還可以根據溫度大小進行無級變速，實現無葉風扇的自動感應控制。

1 無葉風扇的自動感應控制的結構和工作原理

該設計中系統由6個部分組成，分別是熱釋電人體感應電路、溫度檢測電路、按鍵與復位電路、數碼管顯示電路和電機驅動電路。該系統熱釋電人體感應電路為核心部分，首先根據人體感應模塊檢測人體從而使整個電路工作，接著溫度檢測電路會檢測環境溫度，并根據溫度改變電機轉速，然后是電機驅動電路，該部分需協同外圍電路將單片機輸出的PWM信號轉化為平均電壓輸出，根據不同的PWM波得到不同的平均電壓，改變占空比，進而控電機轉速。數碼管顯示電路會顯示出環境溫度和當前轉速。

2 硬件設計

該次設計中的關鍵在于熱釋電人體感應模塊對人體紅外信號的采集情況。它是一種能檢測人體發射紅外線的新型高靈敏度紅外探測元件，可以將紅外信號轉化為電信號輸出，將輸出信號放大，便可驅動各種電路。需要注意的是檢測范圍應遠離冰箱、火爐等空氣，溫度變化敏感的地方，還有不要在感應器前放遮擋物等。AT89C52是51系列單片機的一個型號，由ATMEL公司生產的，它是一個低電壓、高性能的CMOS8位單片機，片內器件采用ATMEL公司的非易失性、高密度存儲技術生產，兼容MCS-51指令系統，片內置通用8位中央處理器和flash存儲單元等，其主要用于會聚調整時的功能控制。

熱釋電紅外開關是BISS0001配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構成的被動式紅外開關。它能自動快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動門、電風扇、烘干機和自動洗衣機等裝置，是一種高技術產品。特別適用于企業、賓館、商場、庫房及家庭的過道、走廊等敏感區域，或用于安全區域的自動燈光、照明和報警系統。

DS18B20數字溫度傳感器，是采用美國DALLAS半導體公司生產的DS18B20可組網數字溫度傳感器芯片封裝而成，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微處理器等優點，可直接將溫度轉化成串行數字信號供處理器處理，適用于各種狹小空間設備數字測溫和控制領域。

該系統要用單片機控制風扇直流電機，需要加驅動電路，為直流電機提供足夠大的驅動電流。達林頓三極管又稱復合三極管，將兩只三極管組合在一起，組成一支新的三極管，其放大倍數是兩只三極管放大倍數之積，達林頓三極管可以看作是一種直接耦合的放大器，三極管間直接串接，不添加任何耦合元件，這樣最大的作用是提供高電流放大增益。

顯示模塊顯示當前的環境溫度、轉速以及調節時的模式和預設溫度。該次設計采用的LED數碼管，它能在低電壓，小電流條件下驅動發光，能與CMOS，ITL電路兼容；發光響應時間極短，高頻特性好，單色性好，亮度高；體積小，重量輕，抗沖擊性能好；壽命長，成本低，被廣泛用于數字儀器儀表，數控裝置，計算機的數顯中。

3 軟件設計

系統主要包括熱釋電人體感應模塊、DS18B20溫度傳感器、AT89C52單片機、五位LED共陰數碼管、風扇直流電機、達林頓管。輔助元件包括電阻電容、晶振、電源、按鍵、撥碼開關等。

該次設計的系統以熱釋電人體感應模塊感應人體，以單片機為控制核心控制整個設計，以溫度傳感器DS18B20來檢測環境溫度，以數碼管來顯示，從而實現了根據人體和環境溫度進行無葉風扇的自動開合和風扇電機的調速。由人體熱感應來給單片機AT89C52紅外信號，進而使整個系統打開，自動打開風扇開關，并在LED數碼管顯示當前環境溫度及預設溫度值，同時采用的PWM脈寬調制器根據不同的環境溫度和設置溫度的差值，進而改變電機的轉速。

軟件部分要完成的功能為：（1）鍵盤掃描；（2）紅外檢測；（3）環境溫度檢測；（4）LED管顯示。程序設計包括：系統初始化、熱釋電人體感應控制函數、DS18B20初始化及溫度轉化函數、溫度讀取函數、按鈕掃描函數、數碼管顯示函數、溫度處理及電機控制函數。其程序圖3所示，熱釋電人體感應模塊是否感應到人，是，則響應對應動作；反之，不響應。溫度傳感器模塊，當環境溫度大于預設值時響應動作，反之不響應。

4 系統調試實驗

對系統主要進行熱釋電人體感應模塊、DS18B20溫度傳感器、顯示和按鍵等功能調試。熱釋電人體感應模塊調試中，能夠采集人體紅外信號，并輸出。DS18B20溫度傳感器調試，能采集環境溫度。顯示和按鍵調試，LED顯示器能顯示當前環境溫度、轉速、模式以及與預設溫度；按鍵可以手動控制風扇的轉速，模式切換。經過多次試驗，能夠實現對風扇的自動感應控制。

5 結語

（1）設計了傳感器檢測電路、信號處理電路、輸出驅動電路等模塊，可以實現對風扇的監測和控制。

（2）開發了按鍵和顯示模塊，實現對風扇的控制以及數據的顯示。

（3）具有手動控制和自動感應控制的結合。

采用了AT89C52單片機設計開發無葉風扇的自動感應控制，實現了對風扇的自動控制和手動控制的功能。該系統具有操作靈活、可靠性高等優點，可以有效節約風扇能源問題，對實現自動化控制電器有著重要意義。

參考文獻

[1] 趙家敏.基于紅外感應開關控制的建筑照明節能改造[J].自動化應用，2014（6）：71-72.

[2] 溫武，古鵬.紅外感應式智能開關控制系統的設計和實現[J].科技信息，2010（14）：218-219.

[3] 李龍根.光電被動感應控制開關模塊及應用[J].機床電器，2004（4）：49-50，53.

[4] 李龍根.一種自動沖水控制裝置的開發和應用[J].傳感技術學報，2003（4）：521-523.