劉康玲 隆金波 陳學(xué)

摘要：設(shè)計(jì)了一種基于89C52單片機(jī)的家用風(fēng)扇控制器，該控制器涵蓋有四個(gè)主要功能模塊：風(fēng)速設(shè)置、類型設(shè)置、停止設(shè)置、無(wú)極調(diào)速。而且不同功能模塊中可以實(shí)現(xiàn)靈活自由的轉(zhuǎn)換，通過(guò)延時(shí)函數(shù)實(shí)現(xiàn)防抖動(dòng)技術(shù)。該控制器設(shè)計(jì)靈活，功能豐富，彌補(bǔ)了當(dāng)前家庭廣泛使用的電風(fēng)扇存在的不足，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，具有深遠(yuǎn)的設(shè)計(jì)意義。

關(guān)鍵詞：89C52單片機(jī)；家用風(fēng)扇；自動(dòng)控制

引言

家用電扇是一種利用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)扇葉旋轉(zhuǎn)，來(lái)達(dá)到使空氣加速流通的家用電器，主要用于清涼解暑和流通空氣。廣泛用于家庭、辦公室、商店、醫(yī)院和賓館等場(chǎng)所。電扇主要由扇頭、風(fēng)葉、網(wǎng)罩和控制裝置等部件組成。扇頭包括電動(dòng)機(jī)、前后端蓋和搖頭送風(fēng)機(jī)構(gòu)等。家用電扇是生活中常見(jiàn)普遍的系統(tǒng)，然而，傳統(tǒng)的家用電扇不具備自動(dòng)轉(zhuǎn)速的功能，人們需要手動(dòng)調(diào)節(jié)電風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到舒適的風(fēng)流量。因此，對(duì)家用風(fēng)扇的功能不斷進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，本設(shè)計(jì)可以智能控制風(fēng)速，有利于提高人們的生活水平，且有利于能源環(huán)保。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主要是用步進(jìn)電機(jī)的控制來(lái)模擬家用風(fēng)扇控制器，其原理結(jié)構(gòu)如圖1。其控制核心是89C52單片機(jī)，該控制器涵蓋有四個(gè)主要功能模塊：風(fēng)速設(shè)置、類型設(shè)置、停止設(shè)置、無(wú)極調(diào)速。而且不同功能模塊中可以實(shí)現(xiàn)靈活自由的轉(zhuǎn)換。

上圖的按鍵控制對(duì)應(yīng)于四個(gè)按鍵，分別用來(lái)控制風(fēng)速，風(fēng)的類型，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，停止。按“風(fēng)速”鍵，其狀態(tài)由“弱”→“中”→“強(qiáng)” →“弱” ……往復(fù)循環(huán)改變，每按一下按鈕改變一次；按“類型”鍵，其狀態(tài)由“正?！薄八摺薄白匀弧薄罢！?…… 往復(fù)循環(huán)改變；其中，風(fēng)速的弱、中、強(qiáng)對(duì)應(yīng)于電扇的轉(zhuǎn)動(dòng)由慢到快。其中驅(qū)動(dòng)電路如圖2，系統(tǒng)電路如圖3。

2 核心芯片簡(jiǎn)介

本設(shè)計(jì)使用STC89C52芯片，配合實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)板電路，11.0592MHz晶振，8個(gè)LED指示燈，P0與P1端口帶有拉高電阻可作I/O接口。STC89C52芯片自身是一個(gè)最小系統(tǒng)，不需要任何擴(kuò)展，比較適合于家電消費(fèi)產(chǎn)品以及一個(gè)簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)中。它攜帶的RAM和ROM已滿足本設(shè)計(jì)的使用，配合軟硬件設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)家用電扇所需的功能。且由于其價(jià)格低廉，能夠節(jié)約成本。

3 詳細(xì)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)是使8253通道0輸出定時(shí)信號(hào)申請(qǐng)中斷， 8253的定時(shí)時(shí)間決定了電機(jī)在睡眠和自然狀態(tài)時(shí)的停轉(zhuǎn)時(shí)間。電機(jī)的停轉(zhuǎn)則是通過(guò)單片機(jī)的端口輸出高低電平來(lái)繼續(xù)或暫停8253通道0的計(jì)數(shù)從而控制中斷申請(qǐng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。芯片輸出接驅(qū)動(dòng)電路輸入，通過(guò)控制輸出PWM波的占空比調(diào)整風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，控制高低電平的調(diào)整風(fēng)扇的風(fēng)類，即轉(zhuǎn)與停。

控制系統(tǒng)分四個(gè)功能模塊，分別是風(fēng)速設(shè)置、類型設(shè)置、停止設(shè)置、無(wú)極調(diào)速鍵。設(shè)計(jì)思路如下。

3.1 防抖動(dòng)功能

以循環(huán)掃描方式讀鍵盤(pán)，通過(guò)延時(shí)函數(shù)防抖動(dòng)，再用while循環(huán)等待按鈕松開(kāi)，通過(guò)設(shè)置判斷改變標(biāo)志變量。

3.2 調(diào)速功能

方法一：由于52單片機(jī)無(wú)法產(chǎn)生PWM波，所以需要軟件模擬，本設(shè)計(jì)通過(guò)定時(shí)器實(shí)現(xiàn)一定占空比的PWM波模擬。為定時(shí)器設(shè)初值為一基本量，利用定義的其他變量循環(huán)計(jì)數(shù)倍增這一基本量，以改變輸出電平的占空比。無(wú)級(jí)調(diào)速只是通過(guò)讀按鈕+延時(shí)對(duì)占空比進(jìn)行緩慢改變。

方法二：根據(jù)賦給計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)初值，我們可以計(jì)算出步進(jìn)電機(jī)各相脈寬信號(hào)的頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)速，也可以反過(guò)來(lái)根據(jù)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速要求，計(jì)算并調(diào)整計(jì)算初值。本設(shè)計(jì)采用的是8253的0號(hào)計(jì)數(shù)器和方波產(chǎn)生方式，輸入時(shí)鐘為f=46875hz，設(shè)計(jì)數(shù)初值為n，要求轉(zhuǎn)速為0.25轉(zhuǎn)/秒，對(duì)四相步進(jìn)電機(jī)而言即為5步/秒，則有：

n=f/5=46875/5=9375（1）

反過(guò)來(lái)，當(dāng)計(jì)數(shù)器初值確定時(shí)，決定了電機(jī)的轉(zhuǎn)速，如計(jì)數(shù)初值為625時(shí)，有電機(jī)轉(zhuǎn)速為1步每秒（本設(shè)計(jì)中的慢風(fēng)速）；當(dāng)計(jì)數(shù)初值為125時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速為375步每秒（本設(shè)計(jì)中的快快速）。具體設(shè)置初值及風(fēng)速見(jiàn)表1。

3.3 類型選擇

主要是采用定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)停轉(zhuǎn)時(shí)間，當(dāng)工作在自然狀態(tài)和睡眠狀態(tài)時(shí)，開(kāi)啟定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，通過(guò)初始化定時(shí)器時(shí)設(shè)置初值，用來(lái)控制停轉(zhuǎn)的時(shí)間，若計(jì)時(shí)結(jié)束則關(guān)閉定時(shí)器。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)當(dāng)前家庭廣泛使用的家用電扇存在的不足，本文設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)易可行，造價(jià)低廉，功能豐富的一款自動(dòng)控制家用電扇，市場(chǎng)性很好。

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