基于單片機(jī)的智能溫控風(fēng)扇系統(tǒng)的設(shè)計

褚文軒 張瑋 史麗娟

[摘? ? ? ? ? ?要]? 設(shè)計一種基于單片機(jī)的智能溫控風(fēng)扇系統(tǒng)，系統(tǒng)由STC系列的51單片機(jī)、溫度傳感器、LED數(shù)碼管和風(fēng)扇等模塊組成。本系統(tǒng)具有對外界溫度感知以及對感知數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理、智能調(diào)節(jié)等功能，避免因溫度過高而產(chǎn)生對整個系統(tǒng)的損壞，以此提高整個系統(tǒng)的性能。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 單片機(jī);溫度傳感器;PWM

[中圖分類號]? TM925.11? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）05-0082-02

一、引言

隨著現(xiàn)代科技的日益發(fā)展，傳統(tǒng)的電風(fēng)扇不能滿足人們的生活需求，它只能以恒定的速度運(yùn)行，這對人們的生活造成諸多不便。在夜間，人們在熟睡時無法有效對風(fēng)扇進(jìn)行變速，即使有智能遙控器，也會影響人們休息。而且傳統(tǒng)電風(fēng)扇定時功能也存在一定局限性，鑒于以上諸多缺點(diǎn)，我們需要設(shè)計一款智能風(fēng)扇系統(tǒng)解決我們當(dāng)前遇到的實(shí)際問題。智能溫控風(fēng)扇系統(tǒng)是利用感知當(dāng)前溫度從而決定風(fēng)扇是否運(yùn)行及運(yùn)行速率的一種智能化模式，這不僅能很好地節(jié)約能源，同時也更適應(yīng)人們的現(xiàn)代生活。

二、硬件方案設(shè)計

（一）智能溫控風(fēng)扇系統(tǒng)設(shè)計原理圖

本系統(tǒng)以51單片機(jī)為核心，配以數(shù)碼管驅(qū)動、按鍵復(fù)位、溫度傳感器、電源電路。設(shè)計簡單，方便使用。

（二）單片機(jī)的晶振與復(fù)位電路

在單片機(jī)系統(tǒng)中復(fù)位電路起到了很重要的作用，因?yàn)閱纹瑱C(jī)在上電過程中不穩(wěn)定，在這期間執(zhí)行相關(guān)操作會造成電路損壞。因此需要一個復(fù)位電路來避免這樣的現(xiàn)象發(fā)生。對于單片機(jī)來說晶振電路也是很重要的，晶振決定著系統(tǒng)的時鐘周期，沒有時鐘周期單片機(jī)就無法工作，整個系統(tǒng)就沒有意義。本設(shè)計中開關(guān)復(fù)位與晶振電路如圖3所示，當(dāng)復(fù)位按鍵按下時，系統(tǒng)復(fù)位一次。

（三）溫度傳感器電路

該模塊采用DS18B20作為溫度傳感器，與我們常用的熱敏電阻相比，它能夠更加直接讀出被測物體的溫度并且可根據(jù)我們的需求通過編程來實(shí)現(xiàn)數(shù)值的讀取。此款溫度傳感器有自己的單線接口方式，使用過程中無需外接元件。在采集溫度時，若經(jīng)過的信號電流過大，需要串聯(lián)一個電阻，使電流盡可能減小。因此R16在這個電路中就是起到這樣一個保護(hù)作用。

（四）風(fēng)扇驅(qū)動電路

如圖5所示是風(fēng)扇驅(qū)動電路，其中R15為電機(jī)負(fù)載，其工作原理是：單片機(jī)響應(yīng)用戶的參數(shù)設(shè)置，在I/O口送出一個低電平，使工作電路導(dǎo)通工作。

電機(jī)的調(diào)速方式是整個系統(tǒng)中的一個相當(dāng)重要的方面，該方式選擇的正確與否決定著整個系統(tǒng)的性能。本設(shè)計中是通過控制改變?nèi)龢O管的導(dǎo)通，使輸出端的電壓發(fā)生改變，結(jié)合PWM調(diào)速原理實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇調(diào)速效果。

三、軟件設(shè)計方案

如圖6，在程序啟動后，主程序先完成對自身的初始化。先由傳感器模塊讀取當(dāng)前溫度，可以實(shí)時顯示在數(shù)碼管上。通過按鍵設(shè)置一個溫度的上下限，將傳感器讀取到的溫度和設(shè)置的上下限值進(jìn)行對比，從而來判斷風(fēng)扇該如何運(yùn)行。當(dāng)讀取到溫度值后，由外圍的驅(qū)動電路通過P2.3口將送來的PWM信號放大，給出低電平使三極管導(dǎo)通，從而驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動。該程序利用了PWM原理進(jìn)行調(diào)速，而頻率和占空比是PWM的兩個重要參數(shù)。這里需要用到兩個定時器，一個控制頻率一個控制占空比，通過控制高電平持續(xù)時間來調(diào)節(jié)占空比，從而讓風(fēng)扇調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)。隨著傳感器對溫度的實(shí)時采集，可以自動調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，既能達(dá)到節(jié)能的效果，又可以讓人享受舒適的環(huán)境。

四、調(diào)試運(yùn)行

該部分采用Proteus軟件仿真進(jìn)行調(diào)試，附仿真圖供參考如圖7所示：

經(jīng)調(diào)試，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速可以通過事先設(shè)置的溫度上下限進(jìn)行自動調(diào)速。當(dāng)溫度低于設(shè)定下限值時，風(fēng)扇停止運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)溫度在上限值和下限值之間時，風(fēng)扇調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)溫度大于上限值時，風(fēng)扇全速運(yùn)轉(zhuǎn)，整體符合事先設(shè)計的要求。

五、總結(jié)

基于單片機(jī)的智能溫控風(fēng)扇系統(tǒng)能通過DS18B20溫度傳感器實(shí)時的采集系統(tǒng)周圍的溫度，經(jīng)單片機(jī)處理后能實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇自動調(diào)速。該系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)電風(fēng)扇的缺點(diǎn)，不僅能用于平時日常生活，在工業(yè)大型器械散熱系統(tǒng)中也能發(fā)揮巨大作用。該系統(tǒng)編程簡單，可擴(kuò)展程序廣泛，適用范圍廣，有巨大的市場前景。

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編輯 陳鮮艷