智能溫控風扇調速系統的設計

文/張凱強 李紅嶺 王浩 李盼盼 林曉慶

隨著科技文明的飛速發展，電子工商業、制造業取得了重大突破，促進了智能家居產業的發展。各種制冷設備層出不窮，同時安全隱患和用電安全等問題也隨之而來，相比之下電風扇由于安全可靠被大家普遍認可，仍是人們消暑必備品之一。老式的電風扇優點很多，但功能單一，需要手動調控，工作時噪音很大，顯然不符合消費者對智能設備的高要求。想要進一步提高電風扇在當前市場上的競爭力，就必須提高其穩定性和安全性，技術革新是必經之路，必須滿足現代人對生活體驗的高標準，使其更加智能化、人性化。

圖1：系統結構框圖

1 系統方案

本設計采用DS18B20 溫度傳感器進行實時環境溫度檢測，然后經過AT89C52 單片機處理檢測到的溫度信號，采用PWM 調速技術對直流電機進行調速，通過兩個開關S1 和 S2改變所需要的溫度的初始值，同時，由共陰極數碼管顯示，系統框圖如圖1所示。

2 硬件電路設計

2.1 溫度采集電路的設計

DS18B20 溫度計是單總線器件，體積小。與傳統的熱敏電阻相比，DS18B20 能夠直接將溫度轉換為數字信號。因此溫度采集電路由DS18B20 構成，無疑是最佳選擇。DS18B20溫度傳感器的測量溫度的范圍在-55～+125 之間，它能檢測出9～12 位的溫度分辨率，相應的分辨率溫度分別為0.5、0.25、0.125 和0.0625，因此它可用于高精度的溫度測量。此外，我們在經過大量仿真實驗以及查閱資料發現DS18B20 采用外部電源供電時，其也能正常工作，并且工作狀態更加穩定，時序要求更低。DS18B20 與單片機的接口電路如圖2所示。

2.2 驅動電路的設計

圖2：系DS18B20 接口電路圖

圖3：ULN2803 接口電路

圖4：程序流程圖

圖5：電路圖及仿真結果

驅動電路選擇ULN2803 反向驅動器來驅動直流電機，實現直流電機的啟動和停止。ULN2803 是一個有大電壓和大電流的八路達林頓反向驅動器。當ULN2803 輸入端接收到高電平時，輸出端輸出低電平；當ULN2803輸入端接收到低電平時，輸出端輸出高電平，使繼電器可以吸合。ULN2803 設計與標準與TTL 系列是兼容的。當輸入5V TTL 信號或CMOS 信號6 ～15V 時，輸出的最大電壓為50V，最大電流500mA，工作溫度范圍是從0 ～70℃。ULN2803 驅動器最適合CMOS或PMOS 在6 ～15V 的高電平。在這個設計中選用了12V 無刷直流電動機，因此可采用ULN2803 反向驅動器。ULN2803 與單片機的接口電路如圖3所示。

2.3 顯示電路設計

因為數碼管價格便宜，溫度顯示明顯，考慮到驅動能力，本設計選用六個LED 共陰極數碼管來進行溫度顯示。本設計中DS18B20采集的實時溫度由數碼管的前三位顯示，設定的溫度初值由后兩位顯示。

3 軟件設計

利用Keil 軟件對各個相應模塊電路進行程序編寫。系統流程圖如圖4所示。

4 仿真

本系統采用Proteus 軟件對相關電路進行設計和仿真測試，如圖5所示環境溫度是30℃，設置溫度是20℃。

5 結束語

該設計將AT89C52單片機作為控制核心，將DS18B20 作為溫度采集器，8 段共陰極數碼管作為顯示電路，ULN2803 作為驅動器，系統中相關的程序通過KEIL 軟件進行編寫實現。當單片機接收到溫度傳感器DS18B20 檢測的溫度后，進行處理、顯示等操作，以實現由傳感器感應環境溫度的高低來自動調節小功率電風扇的輸出風速，達到便捷人們日常生活的目的。