黃春耀+王穎+黃巧東

摘要：文章提出一種基于STM8單片機(jī)、傳感器技術(shù)和蓄電池充電技術(shù)的可移動(dòng)智能風(fēng)扇控制器系統(tǒng)，探討了可移動(dòng)智能風(fēng)扇控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，并成功地應(yīng)用于需要通過風(fēng)扇來進(jìn)行通風(fēng)和降溫的使用場(chǎng)合。該系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)扇周圍的實(shí)時(shí)檢測(cè)溫度來自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，可以通過市電供電，也可以通過鋰電池供電，滿足節(jié)能的需求，具備電量提醒功能。該系統(tǒng)滿足需要通過通風(fēng)和降溫的場(chǎng)合，使用效果佳。

關(guān)鍵詞：溫度檢測(cè)；STM8單片機(jī)；智能風(fēng)扇

1溫度傳感器設(shè)計(jì)概述

隨著科技的快速發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)程的加快，環(huán)境日益惡化，室內(nèi)和室外的溫差越來越大，解決通風(fēng)和降溫的需求越來越大。目前，單片機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、蓄電池技術(shù)的發(fā)展，使得通過直流風(fēng)扇的通風(fēng)來進(jìn)行室內(nèi)降溫的方案變得更加可行，該方案比起用空調(diào)降溫既節(jié)約了硬件成本，又節(jié)約了運(yùn)行成本。為了能夠在停電的條件下也能夠工作，又不給使用的場(chǎng)合增加電源的負(fù)荷，要求不但使用220 V交流電通過降壓整流提供直流電能，還采用鋰電池作為備用電源來保證風(fēng)扇在停電時(shí)刻依然可以低速持續(xù)工作。

本設(shè)計(jì)采用溫度傳感器（熱敏電阻）檢測(cè)環(huán)境溫度然后將模擬溫度信號(hào)轉(zhuǎn)成數(shù)字溫度信號(hào)傳給單片機(jī)芯片STM8進(jìn)行處理，通過比對(duì)預(yù)先設(shè)置的溫度，而自動(dòng)改變風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度甚至在低于設(shè)置的溫度時(shí)自動(dòng)停止工作，還給系統(tǒng)風(fēng)扇添加了蓄電池并能在風(fēng)扇工作時(shí)也給蓄電池充電，并增加了蓄電池低電量時(shí)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)了在沒市電時(shí)風(fēng)扇可以使用蓄電池里儲(chǔ)存的電量持續(xù)工作。

2可移動(dòng)智能風(fēng)扇控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成分析

本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，硬件結(jié)構(gòu)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，也是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，硬件設(shè)計(jì)的性能很大程度上決定整個(gè)系統(tǒng)的性能。

2.1控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成

從硬件上講控制系統(tǒng)由STM8單片機(jī)、傳感器模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、220 V降壓整流模塊、充電模塊和鍵盤等模塊組成。系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

STM8單片機(jī)：STM8S是8位高性價(jià)比的微處理器，自主內(nèi)核，有功能更加強(qiáng)大，編程簡單和性價(jià)比較高的優(yōu)點(diǎn)。128kb Flash程序存儲(chǔ)器，640 kb的RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，內(nèi)部集成EEPROM可達(dá)30萬次擦寫周期，擁有16位通用定時(shí)器，強(qiáng)大的I/O功能，對(duì)倒灌電流有非常強(qiáng)的承受能力，32腳封裝芯片上最多有28個(gè)I/O，包括21個(gè)高吸收電流流出。

傳感器模塊：本設(shè)計(jì)中采用的是熱敏傳感器，它是一種隨溫度改變其收集到的信號(hào)也發(fā)生變化的器件，其信號(hào)與溫度響應(yīng)是一條指數(shù)曲線。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：讓風(fēng)扇要運(yùn)轉(zhuǎn)起來，就得給電動(dòng)機(jī)提供需要的可控的驅(qū)動(dòng)電流，在電路中采用接口簡單、容易操作、可靠性高、抗干擾性強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)模塊L9110，L9110模塊可以直接驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī)，也可以兩路并聯(lián)驅(qū)動(dòng)電機(jī)以得到更大的驅(qū)動(dòng)力。

降壓整流模塊、充電模塊：在本設(shè)計(jì)，采用鋰電池作為沒有市電條件下工作的能源，為使電池正常工作，充放電安全，必須在電路要設(shè)計(jì)充放電模塊和保護(hù)模塊，此模塊電路設(shè)計(jì)好壞，對(duì)電池的使用壽命起重要作用。

2.2系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)由STM8單片機(jī)控制器、傳感器接口電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口電路、電源降壓整流、充電接口電路和鍵盤接口電路，主要硬件電路設(shè)計(jì)如圖2所示。

2.3系統(tǒng)各模塊接口設(shè)計(jì)

2.3.1電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊L9110接口設(shè)計(jì)

電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊選用L9110集成芯片來驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的直流電機(jī)。L9110集成芯片，一個(gè)可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)2個(gè)電機(jī)，每個(gè)電機(jī)由單片機(jī)的一個(gè)I/O口控制，單片機(jī)I/O口輸出的為5V的TTL信號(hào)，有兩通道推挽式功率放大專用的集成電路器件分立在電路集成的單片Ic之中和兩個(gè)TTL/CMOS兼容電平的輸入，同時(shí)它具有較低的輸出飽和壓降內(nèi)置的鉗位二極管能釋放感性負(fù)載的反向沖擊電流，使它在驅(qū)動(dòng)繼電器、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)或開關(guān)功率管的使用上安全可靠。

2.3.2 LM2577-ADJ可調(diào)電源模塊接口設(shè)計(jì)

基于LM2577-ADJ升壓電源是一種升壓式開關(guān)電源調(diào)節(jié)器，LM2577-ADJ內(nèi)置了一個(gè)可以控制升壓、反激和正向功能的轉(zhuǎn)換器。需要的外部元器件比較少，使用簡單，如圖3所示。

2.3.3鋰電池保護(hù)電路模塊接口設(shè)計(jì)

鋰電池保護(hù)電路模塊如圖4所示，F(xiàn)S8205A保護(hù)電路過充保護(hù)控制原理是當(dāng)電池正常充電時(shí)，隨著充電時(shí)間的增加而電池的電壓也隨之增高，當(dāng)升到4.4V時(shí)，DW01芯片將處理認(rèn)為電池電壓已經(jīng)處于過充的狀態(tài)，將立即斷開第3腳的輸出電壓，8205A內(nèi)的開關(guān)管因第4腳無電壓而關(guān)閉。電池將停止充電。保護(hù)電路一直處于過充狀態(tài)并一直保持。等到保護(hù)板的輸出有接上放電負(fù)載后，此時(shí)FS8205A內(nèi)的開關(guān)管處于關(guān)閉狀態(tài)，這樣電池的電壓就會(huì)低于4.3 V，DW01輸出高電平，使FS8205A的內(nèi)置控制管導(dǎo)通，這樣電池又可以進(jìn)行正常的充放電了。

2.3.4充電電路模塊接口電路設(shè)計(jì)

充電電路模塊如圖5所示，TP4056是一款完整的單節(jié)鋰離子電池充電器，帶電池正負(fù)極反接保護(hù)，采用恒定電流/恒定電壓線性控制。由于采用了內(nèi)部的PMOSFET架構(gòu)，加上防倒充電路，所以不需要外部隔離二極管。熱反饋可以對(duì)充電電流自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使大功率操作或者高環(huán)境溫度條件下對(duì)芯片的溫度加以控制。充電電壓固定在4.2V，而充電電流可以通過一個(gè)外接的電阻器進(jìn)行設(shè)置。當(dāng)充電電流達(dá)到浮充電壓之后降至設(shè)定值的1/10時(shí)，TP4056將自動(dòng)終止充電循環(huán)。當(dāng)撤掉輸入電壓時(shí)，TP4056將自動(dòng)進(jìn)入一個(gè)低電流狀態(tài)，將電池漏電降到2μA以下。TP4056的特點(diǎn)還有電池溫度檢測(cè)、欠壓閉鎖、自動(dòng)再充電和兩個(gè)用于指示充電、結(jié)束的兩個(gè)LED燈。當(dāng)紅燈亮，綠燈滅時(shí)是充電中。紅燈滅，綠燈亮?xí)r是充滿。紅燈滅，綠燈滅時(shí)是故障。紅燈閃，綠燈亮?xí)r是無電池。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)主要流程如圖6所示。從圖6中可得上電復(fù)位后，單片機(jī)進(jìn)行初始化，然后開始溫度檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行判斷，如果溫度高于設(shè)定的上限值開啟風(fēng)扇，并根據(jù)溫度值自動(dòng)調(diào)整單片機(jī)的PWM輸出改變風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，如果檢測(cè)的溫度低于設(shè)定的下限，關(guān)閉風(fēng)扇。主要接口程序如下。

3.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊L9110接口程序設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊L9110是很好的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，為控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，通過PD3，PD4口輸出PWM波來實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。主要程序段為：

3.2溫度采集接口程序設(shè)計(jì)

溫度采集模塊采用的熱敏傳感器只能收集到模擬信號(hào)，但單片機(jī)只能接受數(shù)字信號(hào)，STM8S單片機(jī)內(nèi)部自帶AD轉(zhuǎn)換器，直接與單片機(jī)的PB3機(jī)聯(lián)，主要程序段為：

3.3鍵盤、顯示等接口程序設(shè)計(jì)

鍵盤、顯示等模塊是人機(jī)交互的通道，該模塊通過PB與單片機(jī)的相聯(lián)，主要程序段代碼較多，限于篇幅，在此省略。

4結(jié)語

本文基于STM8單片機(jī)、傳感器技術(shù)和蓄電池充電技術(shù)設(shè)計(jì)了可移動(dòng)智能風(fēng)扇控制器。該系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)扇周圍的實(shí)時(shí)檢測(cè)溫度來自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，既可以通過市電供電，又可以通過鋰電池供電，滿足節(jié)能的需求?？刂葡到y(tǒng)總體功能實(shí)現(xiàn)，滿足需要通過風(fēng)扇來進(jìn)行通風(fēng)和降溫的使用場(chǎng)合，在調(diào)試完成后，還在多種條件下測(cè)試試用，即便在高溫、高濕、高塵和頻振環(huán)境下仍能正常工作。雖然本控制系統(tǒng)主要為需要通風(fēng)和降溫的場(chǎng)合設(shè)計(jì)但稍作修改，就能應(yīng)用于通風(fēng)和恒溫、保溫等場(chǎng)合，也可以廣泛應(yīng)用于大面積農(nóng)作物生產(chǎn)環(huán)境調(diào)節(jié)，甚至還可用于有毒有害環(huán)境控制，既經(jīng)濟(jì)又方便，具有很大的市場(chǎng)推廣價(jià)值。