廖曉娟/重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院

智能溫控風(fēng)扇設(shè)計

廖曉娟/重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院

本文設(shè)計一種智能溫控風(fēng)扇系統(tǒng)，具有靈敏的溫度感測和顯示功能，系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)作為控制平臺對風(fēng)扇轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制?？捎捎脩粼O(shè)置高、低溫度值，測得溫度值在高低溫度之間時打開風(fēng)扇弱風(fēng)檔，當(dāng)溫度升高超過所設(shè)定的溫度時自動切換到大風(fēng)檔，當(dāng)溫度小于所設(shè)定的溫度時自動關(guān)閉風(fēng)扇，控制狀態(tài)隨外界溫度而定。所設(shè)高低溫值保存在溫度傳感器DS18B20內(nèi)部E2ROM中，掉電后仍然能保存上次設(shè)定值，性能穩(wěn)定,控制準(zhǔn)確。

DS18B20；AT89C51；智能

1.前言

傳統(tǒng)電風(fēng)扇多采用機(jī)械方式進(jìn)行控制，功能少，噪音大，各檔的風(fēng)速變化大。隨著科技的發(fā)展和人們生活水平的提高，家用電器產(chǎn)品趨向于自動化、智能化、環(huán)?；腿诵曰?，使得由微機(jī)控制的智能電風(fēng)扇得以出現(xiàn)。

生活中，我們經(jīng)常會使用一些與溫度有關(guān)的設(shè)備。比如，現(xiàn)在雖然不少城市家庭用上了空調(diào)，但在占中國大部分人口的農(nóng)村地區(qū)依舊使用電風(fēng)扇作為降溫防暑設(shè)備，春夏交替時節(jié)，白天溫度依舊很高，電風(fēng)扇應(yīng)高轉(zhuǎn)速、大風(fēng)量，使人感到清涼；到了晚上，氣溫降低，當(dāng)人入睡后，應(yīng)該逐步減小轉(zhuǎn)速，以免使人感冒。雖然電風(fēng)扇都有調(diào)節(jié)不同檔位的功能，但必須要人手動換檔，睡著了就無能為力了，而普遍采用的定時器關(guān)閉的做法，一方面是定時時間長短有限制，一般是一兩個小時；另一方面可能在一兩個小時后氣溫依舊沒有降低很多，而風(fēng)扇就關(guān)閉了，使人在睡夢中熱醒而不得不起床重新打開風(fēng)扇，增加定時器時間，非常麻煩，而且可能多次定時后最后一次定時時間太長，在溫度降低以后風(fēng)扇依舊繼續(xù)吹風(fēng)，使人感冒。為解決上述問題，本文設(shè)計了這套溫控自動風(fēng)扇系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用高精度集成溫度傳感器，用單片機(jī)控制，能顯示實時溫度，并根據(jù)使用者設(shè)定的溫度自動在相應(yīng)溫度時作出小風(fēng)、大風(fēng)、停機(jī)動作，精確度高，動作準(zhǔn)確。

2.設(shè)計任務(wù)與內(nèi)容分析

本文以AT89C51單片機(jī)為核心，通過數(shù)字溫度傳感器對外界環(huán)境溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，從而建立一個控制系統(tǒng)，使電風(fēng)扇隨溫度的變化而自動調(diào)節(jié)檔位，實現(xiàn)“溫度高、風(fēng)力大、溫度低、風(fēng)力弱”的性能。另外，通過紅外發(fā)射和接收裝置及按鍵實現(xiàn)各種功能的啟動與關(guān)閉，并且可對各種功能實現(xiàn)遙控，用戶可以在一定范圍內(nèi)設(shè)置電風(fēng)扇的最低工作溫度，當(dāng)溫度低于所設(shè)置溫度時，電風(fēng)扇將自動關(guān)閉，當(dāng)高于此溫度時電風(fēng)扇又將重新啟動。

本設(shè)計主要內(nèi)容如下：

(1)風(fēng)速設(shè)為從低到高共2個檔位，可由用戶通過鍵盤設(shè)定。

(2)每當(dāng)溫度低于下限值時,則電風(fēng)扇風(fēng)速關(guān)閉。

(3)每當(dāng)溫度在下限和上限之間時,則電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速緩慢。

(4))每當(dāng)溫度高于上限值時,則電風(fēng)扇風(fēng)速全速運轉(zhuǎn)。

3.系統(tǒng)總體設(shè)計

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

3.1 溫度傳感器的選用

采用數(shù)字式集成溫度傳感器DS18B20作為感測溫度的核心元件，直接輸出數(shù)字溫度信號供單片機(jī)處理。由于數(shù)字式集成溫度傳感器DS18B20的高度集成化，大大降低了外接放大轉(zhuǎn)換等電路的誤差因素，溫度誤差很小，并且由于其感測溫度的原理與上述兩種方案的原理有著本質(zhì)的不同，使得其溫度分辨力極高。

3.2 控制核心的選擇

采用單片機(jī)作為控制核心。以軟件編程的方法進(jìn)行溫度判斷，并在端口輸出控制信號。以單片機(jī)作為控制器，通過編寫程序不但能將傳感器感測到的溫度通過顯示電路顯示出來，而且用戶能通過鍵盤接口，自由設(shè)置上下限動作溫度值，滿足全方位的需求。并且通過程序判斷溫度具有極高的精準(zhǔn)度，能精確把握環(huán)境溫度的微小變化。

3.3 顯示電路

采用四位共陽數(shù)碼管顯示溫度，動態(tài)掃描顯示方式，顯示溫度明確醒目，在夜間也能看見，功耗極低，顯示驅(qū)動程序的編寫也相對簡單，這種顯示方式得到廣泛應(yīng)用。不足的地方是掃描顯示方式是使五個LED逐個點亮，因此會有閃爍，但是人眼的視覺暫留時間為20MS，當(dāng)數(shù)碼管掃描周期小于這個時間時人眼將感覺不到閃爍，因此可以通過增大掃描頻率來消除閃爍感。

3.4 調(diào)速方式

采用晶閘管構(gòu)成無級調(diào)速電路。以電位器控制晶閘管的導(dǎo)通角大小，可實現(xiàn)由最大風(fēng)速到關(guān)閉的無級別調(diào)速，可將風(fēng)力調(diào)節(jié)在關(guān)閉無風(fēng)到最大風(fēng)之間的任意風(fēng)力，實現(xiàn)“自由風(fēng)”。且在調(diào)速環(huán)節(jié)中基本無電力損耗。

3.5 控制裝置原理

該設(shè)計巧妙利用紅外線遙控技術(shù)、單片機(jī)控制技術(shù)、無級調(diào)速技術(shù)和溫度傳感技術(shù)，把智能控制技術(shù)應(yīng)用于家用電器的控制中，將電風(fēng)扇的電機(jī)轉(zhuǎn)速作為被控制量，由單片機(jī)分析采集到的數(shù)字溫度信號，再通過可控硅對風(fēng)扇電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。從而達(dá)到無須人為控制便可自動調(diào)整風(fēng)速的效果。

4.軟件設(shè)計

4.1 主程序

在主程序進(jìn)行初始化后，開始反復(fù)檢測各模塊相關(guān)部分的緩沖區(qū)的標(biāo)志，如果緩沖區(qū)置位，說明相應(yīng)的數(shù)據(jù)需要處理，然后主程序調(diào)用相應(yīng)的處理子模塊。

4.2 數(shù)字溫度傳感器模塊和顯示子模塊

主機(jī)控制DS18B20數(shù)字溫度傳感器完成溫度轉(zhuǎn)換工作必須經(jīng)過三個步驟：初始化、ROM操作指令、存儲器操作指令，單片機(jī)所用的系統(tǒng)頻率為12MHz。

根據(jù)DS18B20數(shù)字溫度傳感器進(jìn)行初始化時序、讀時序和寫時序分別可編寫3個子程序：初始化子程序、寫子程序、讀子程序。

4.3 電機(jī)調(diào)速與控制子模塊

本模塊采用雙向可控硅過零觸發(fā)方式，由單片機(jī)控制雙向可控硅的通斷，通過改變每個控制周期內(nèi)可控硅導(dǎo)通和關(guān)斷交流完整全波信號的個數(shù)來調(diào)節(jié)負(fù)載功率，進(jìn)而達(dá)到調(diào)速的目的。

因為INT0信號反映工頻電壓過零時刻，所以只要在外中斷0的中斷服務(wù)程序中完成控制門的開啟與關(guān)閉，并利用中斷服務(wù)次數(shù)對控制量n進(jìn)行計數(shù)和判斷，即每中斷一次，對n進(jìn)行減1計數(shù)，如果n不等于0，保持控制電平為“1”，繼續(xù)打開控制門；如n=0，則使控制電平復(fù)位為“0”，關(guān)閉控制門，使可控硅過零觸發(fā)脈沖不再通過。這樣就可以按照控制處理得到的控制量的要求，實現(xiàn)可控硅的過零控制，從而達(dá)到按控制量控制的效果，實現(xiàn)速度可調(diào)。

5.結(jié)束語

本系統(tǒng)溫度控制采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器作為感溫元件?？煽毓璐釉陔娫磁c負(fù)載電風(fēng)扇，借改變定周期內(nèi)可控硅的導(dǎo)通與截止時間之比來實現(xiàn)調(diào)速功能，其設(shè)計完使用方便就，適應(yīng)人們睡辦公等不同場合的使用。

基于AT89C51單片機(jī)所設(shè)計與研制的電風(fēng)扇智能調(diào)速系統(tǒng)，造價低且具有穩(wěn)定性高、性能優(yōu)越、節(jié)約電能等優(yōu)點，在夜間無需定時，同樣能給人們帶來更多的方便。

[1] 曹巧媛.單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2002.2.

[2] 王倫.電風(fēng)扇原理與維修技術(shù)[M].北京：新時代出版社，1999.

[3] 張毅剛.新編MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2006,10.

[4] 梁廷貴、王裕琛.可控硅觸發(fā)電路語音電路分冊[M].北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2003.