溫控調(diào)速風(fēng)扇系統(tǒng)設(shè)計(jì)

孫嘉磊 徐永鑫 張玙瑩 李攀

摘 要：風(fēng)扇，是我們?nèi)粘Ｉ钪械囊环N常用小型電器，主要用來達(dá)到散熱降溫的功效。目前而言，大多數(shù)常見的家用風(fēng)扇主要依靠手動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)量以及使用時(shí)長(zhǎng)，并且可調(diào)節(jié)的扭檔相對(duì)較少，每一扭檔的風(fēng)扇風(fēng)量跨度很大。故此，在日常應(yīng)用之中仍然有許多不便之處。如何使之有著更高的能效性并且不過多的耗能，順應(yīng)綠色生活的號(hào)召，成為我們?cè)O(shè)計(jì)創(chuàng)新的主要方向。

基于Arduino的設(shè)計(jì)開發(fā)平臺(tái)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種可智能調(diào)節(jié)的溫控調(diào)速風(fēng)扇系統(tǒng)。可調(diào)速風(fēng)扇具體實(shí)現(xiàn)了隨著工作環(huán)境溫度的變化，進(jìn)而智能改變風(fēng)扇風(fēng)速的功能。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易，工作穩(wěn)定，具備了節(jié)能節(jié)源的效果。智能調(diào)節(jié)風(fēng)速，使電扇這一普遍的家用電器更加環(huán)保，改善了普通風(fēng)扇風(fēng)速的單一性。溫控調(diào)速風(fēng)扇的設(shè)計(jì)與應(yīng)用具有了一定的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：溫控 節(jié)能 風(fēng)扇

風(fēng)扇是我們?cè)谌粘Ｉ钪斜夭豢缮俚募矣秒娖鳎瑐鹘y(tǒng)的風(fēng)扇的可調(diào)節(jié)檔速單一，而實(shí)際生活中白天溫度較高，風(fēng)扇應(yīng)處于高轉(zhuǎn)速的狀態(tài)，但在入夜之后溫度會(huì)降低較多，人們?nèi)胨髤s無法調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。

因設(shè)計(jì)了溫控調(diào)速風(fēng)扇的新系統(tǒng)，以此解決了上述的相關(guān)問題。實(shí)現(xiàn)了讓風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速隨著溫度的變化而變化。當(dāng)溫度升高時(shí)，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速則加快；反之，溫度降低，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速變慢。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

溫控調(diào)速風(fēng)扇的系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖如圖1所示。 本設(shè)計(jì)使用Arduino作為搭建平臺(tái)，其包含了一塊單板的微控制器和一整套的開發(fā)軟件，它的硬件包含一個(gè)以Atmel AVR單片機(jī)為核心的開發(fā)板和其他類型的I/O板。軟件包括了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)編程語言開發(fā)環(huán)境和在開發(fā)版上運(yùn)行的燒錄程序。通過溫度傳感器和UNO開發(fā)板作為電路的主要骨干元件，外加相應(yīng)阻值的電阻、電位器、馬達(dá)、小風(fēng)扇等進(jìn)行設(shè)計(jì)。

從設(shè)計(jì)圖中，將實(shí)現(xiàn)溫度傳感器輸出的模擬信號(hào)值隨著溫度的改變而改變，使UNO主板輸出給馬達(dá)的PWM信號(hào)發(fā)生改變，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速隨之發(fā)生改變。

圖 1 溫控調(diào)速風(fēng)扇的系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

L298N驅(qū)動(dòng)板是一種集成的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，通過它可以對(duì)馬達(dá)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并且控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)向。在驅(qū)動(dòng)板上取點(diǎn)+5V電壓，0-36mA的工作電流。不同型號(hào)的L298N驅(qū)動(dòng)板引腳雖有不同，但其相關(guān)的功能是一致的。L298N驅(qū)動(dòng)板的引腳圖如圖2所示。

圖 2 L298N驅(qū)動(dòng)板引腳圖

2.1 L298N控制馬達(dá)轉(zhuǎn)向的實(shí)現(xiàn)

如圖3所示，進(jìn)行具體連接。使L298N的驅(qū)動(dòng)板的VMS以及GND引腳與電源的正負(fù)極相連接，并且使UNO主板的GND引腳與L298N驅(qū)動(dòng)板的GND引腳共地。將L298N驅(qū)動(dòng)板的ENA接UNO的9號(hào)引腳，IN1和IN2接UNO主板的3、4號(hào)引腳。MOTOR A兩個(gè)引腳就能夠被IN1和IN2兩個(gè)引腳進(jìn)行具體的控制。假使，給IN1低電平IN2高電平，馬達(dá)則會(huì)朝一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。反之，如果給IN1高電平，IN2低電平，馬達(dá)就會(huì)朝與先前相反的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.2 溫控調(diào)速功能的實(shí)現(xiàn)

溫度傳感器能夠感受環(huán)境溫度變化，并將溫度變化的信號(hào)傳遞給UNO主板，UNO主板對(duì)信號(hào)處理后，利用map（）函數(shù)對(duì)不同溫度下的模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)進(jìn)行映射，使馬達(dá)的轉(zhuǎn)速隨溫度值的變化而變化。

如圖4所示，將相關(guān)的器件以及驅(qū)動(dòng)板一同接入電路。其中，L298N的ENA引腳需要與UNO主板的9號(hào)PWM引腳相互連接。通過9號(hào)引腳輸出具體的PWM信號(hào)進(jìn)而控制IN1和IN2，同時(shí)利用IN1和IN2控制MOTOR A引腳。故此，通過這樣的電路使得PWM信號(hào)能夠控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)速的功能實(shí)現(xiàn)。

圖 3 電路接線圖 圖 4 詳細(xì)設(shè)計(jì)圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的主流程圖如圖所示。系統(tǒng)通電運(yùn)行后，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，然后通過LM35來檢測(cè)空氣溫度，將信號(hào)傳輸給UNO主板后，將LM35的模擬值按一定比例轉(zhuǎn)化成為數(shù)字值，再按照一定的范圍給L298N信號(hào)。當(dāng)溫度小于26度時(shí)，電機(jī)按照最低速度旋轉(zhuǎn)，風(fēng)速最小。當(dāng)溫度升高時(shí)，電機(jī)獲得比列的電壓，轉(zhuǎn)速按照比例提升，在使用過程中，LM35一直保持工作狀態(tài)，將信號(hào)反饋給UNO主板主板及時(shí)發(fā)出反饋，以改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。

3.1主程序流程圖

圖 5 主程序流程圖

3.2 軟件系統(tǒng)代碼

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

孫嘉磊（1997.06-）女，漢族，上海人，學(xué)生，預(yù)備黨員

項(xiàng)目來源：上海工程技術(shù)大學(xué)2017年校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目