基于單片機的感應式溫控風扇設計

趙苗慧 楊兵 張儀

摘 要：在日常生活中，傳統風扇使用時發出的噪聲有時可能會分散人們的注意。為了解決風扇因晝夜不同、溫度不同時的風扇自動控制問題，文章設計了一種智能溫度控制電扇，該電扇可檢測并顯示溫度，并使用STC89C52微控制器作為系統來控制電扇速度。

關鍵詞：STC89C5;智能風扇;溫度檢測

1 智能溫度控制電扇設計意義

開發該系統的目的是解決傳統風扇的巨大能耗和潛在危險，來改善人們的生活質量并節省資源。例如，溫度傳感器用于自動監視風扇的內部溫度，人體感應模塊在檢測到沒人后風扇會自動關閉，有人會自動打開風扇。操作系統具有溫度閾值按鍵設置模式，用戶可以根據自身需要進行溫度閾值設置;此外，該系統還具有超聲波測距模塊，用戶可以根據自己的距離要求來進行距離的設置。此風扇便捷和智能的功能可以為用戶帶來更多的舒適和節能。智能風扇成功地克服了傳統風扇的不足，也隨著中國電子產品的發展，智能風扇已經遍布千家萬戶，也同時讓人們的生活變得更舒適。

1.1 單片機電路設計

STC89C52是由STC公司所生產的單片機，此單片機具有內部資源豐富的優勢。STC89C52單片機編程環境簡單，可以使用keil3或者keil4進行編程調試運行仿真使用。單片機根據型號的不同有不同的儲存空間，STC89C52單片機的儲存空間是4 K，能足夠地存儲用戶的程序代碼。

1.2 超聲波發射接收電路設計

使用555電路多諧振蕩器可以快速地調整多個周期，脈沖信號從AT89C52微控制器的端口P2.3發送[1]。脈沖同步從多諧振蕩器開始，它傳輸40 KHZ的高頻信號。超聲波的接收電路是用來實現信號捕捉的功能，該電路是由MC2402芯片組成[2]。磁芯片與放大器可以完成信號的采集與放大，以及完成信號的傳輸。

1.3 溫度傳感器電路設計

使用DS18B20來對于溫度進行采集，節省單片機的I/O資源并且通信程序也會異常簡單[3]。

系統工作原理：通過DS18B20采集周圍環境的溫度，然后傳輸到單片機中端口的溫度數據，通過單片機處理顯示當前溫度，以及比較用戶設置的溫度上限和溫度下限閾值，并且通過電機控制的速度自動調整。

1.4 電源電路設計

電源電路功能：該電路在整個設計中起著非常重要的作用，并為儀器操作提供驅動力。在該系統中，由于傳感器很多，工作電流較大[4]，普通的LM7805穩壓芯片無法滿足本設計的要求，因此本設計使用的穩壓電壓為LM2596。設計思想非常簡單：對220V/AC進行修改與固定。

1.5 顯示電路設計

液晶顯示器以整齊的方式進行排列，并且看起來也會讓人感覺清晰透明。此模塊中，當用直流電施加電場時，分子排列破裂，一些液晶變得無序，并且顏色變暗以顯示圖形和圖像。

1.6 電機驅動電路設計

在恒定電機控制中，H軸電路中的4個強大MOS凹槽分別使用N通道和P通道，而低功率POS通道用于驅動橋的下臂電機，因此系統的解決方案為使用上下兩臂。分別使用2個MOS溝道管和2個N溝道MOS管，并且使用NOS溝道MOS晶體管。

2 程序設計

2.1 主程序設計

單片機對外部溫度實時監測，當檢測到溫度在設定溫度范圍之內時，風扇不啟動;當在設定范圍之外時，風扇才會啟動[3]。如果溫度變化高于這個溫度時，電風扇就會自動重新啟動。風扇設有超聲波檢測系統，能感應到人是否存在，當有人時風扇轉動，當沒人時即使環境溫度達到溫度條件風扇也不會啟動。主程序設計如圖1所示[4]。

（1）按鍵可以設置3個閾值，風扇根據這3個值來進行調速轉動。

（2）溫度太低的情況下風扇不啟動，也就是在最小值以下時風扇不動。

（3）當溫度在最大值與最小值之間時風扇緩慢轉動變為轉動的速度2檔。

（4）當溫度高于所設溫度上限值時，電風扇快速轉動。

（5）當感應環境中有人時，風扇轉動，否則風扇不啟動。

當人體進入檢測區時，通過超聲波檢測，接收信號，感應人的出現，達到溫度要求時風扇啟動。

2.2 超聲波程序設計

超聲波檢測程序是通過單片機的I/O引腳進行驅動發出40 K的脈沖波形。使用單片機啟動脈沖捕獲的中斷程序[5]，等待脈沖來臨。當收到脈沖時則表示當前超聲筆一次發射接收完畢，通過系統定時器計時完成對超聲波行走的距離進行檢測，并將計算結果顯示在液晶顯示屏上面。

2.3 溫度程序設計

該設計包括DS18B20溫度傳感器，單片機和數碼管等設備，其硬件包括溫度檢測模塊。首先，通過3個DS18B20溫度傳感器芯片測量每個通道的當前溫度，并將結果發送到單個微計算機芯片[6]。然后，通過微控制器芯片計算并轉換測得溫度讀數，并將結果分別傳輸到液晶顯示模塊。微控制器還將向電路板單元發送信號，最后，它通過使用數碼管芯片發送值以打開顯示屏。溫度檢測程序如圖2所示。

2.4 顯示程序設計

液晶與單片機是使用4線連接，采用時鐘與數據的方式相互進行顯示[7]。液晶顯示能進行中文顯示，自帶字庫，使用單片機的取模軟件進行中文取模后顯示。其軟件設計如圖3所示。

2.5 電機PWM程序設計

電機驅動模塊具有4個接口A1，A2，B1和B2，分別用于連接DC電機或步進電機。A1和A2是摩托車駕駛組[7]。一組B1和B2驅動另一個VDD電機接口，該接口可以連接到6個1.5 VNo電池的正極。GND是公共接地端子，將GND連接到本儀器的開發板上進行使用，同時它也是公共的接地電源接口。通過使用I/O端口直接連接模式來連接驅動器和單個芯片，該模式由I/O端口的高電平和低電平進行控制[8]。

2.6 存儲程序設計

存儲器的主要作用是保存可設置的靜態參數，比如變量、日期、溫度值、電壓等。存儲之后，芯片會根據分區來完成對數據的保存[9]。當下次通過單片機讀取保存的數據時，數據會直接更新到單片機中，以達到掉電保存的目的。存儲芯片的工作方式為IC總線通信，使用單片機來進行訪問存儲區域的扇區，完成存儲[10]。

3 結語

該課題設計是通過DS18B20來進行數據收集，然后進行數據處理，達到本設計的系統性能要求。此智能風扇可以檢測是否有人出現;如果有人，同時風扇達到設置溫度閥值要求，風扇會自動旋轉。如果沒人，即使環境溫度達到溫度閥值設置，風扇也不會轉動。另外，用戶還可以通過按下按鈕來控制風扇檔位，從而變化風速。

[參考文獻]

[1]王啟明，劉冬梅，周艷艷.基于單片機的智能風扇的設計與實現[J].科技視界，2019（16）：11-13.

[2]羅雪儀，王龍，孔祥哲，等.基于單片機的風扇溫濕度控制系統[J].電子世界，2018（7）：97-99.

[3]楊鈺國，周軍，錢一潤.基于單片機的智能風扇設計[J].數字技術與應用，2019（8）：3-4，6.

[4]周明.嵌入式系統開發案列精選 [M].北京：清華大學出版社，2018.

[5]劉巧平，張磊，韓倩，等.基于AT89C51單片機智能溫控風扇的設計[J].自動化與儀器儀表，2017（12）：83-85.

[6]方偉偉，韓譯瑢，梁輝.基于單片機的智能風扇設計[J].南陽理工學院學報，2017（6）：50-54.

[7]傅豐林.模擬電子線路基礎[M].西安：西安電子科技大學出版社，2017.

[8]江志紅.51單片機技術與應用系統開發案列精選[M].北京：清華大學出版社，2018.

[9]王選民.智能儀器原理及設計 [M].北京：清華大學出版社，2018.

[10]文東，孫鵬飛.C語言程序設計 [M].北京：中國人民大學出版社，2017.

（編輯 王永超）