劉坤香　孔會艷

摘 要：最近幾年來，業(yè)界對于利用集成電路控制用于各種電子設備的冷卻風扇速度的興趣一直在增長。在此結(jié)合第七屆藍橋杯全國軟件和信息技術(shù)專業(yè)人才大賽個人賽（電子類）省賽單片機設計與開發(fā)科目，設計符合題目要求的模擬風扇控制系統(tǒng)。采用STC-IAP15F2K60S2單片機作為控制核心，數(shù)碼管作為顯示器件，利用PWM實現(xiàn)風扇轉(zhuǎn)速控制，在Keil uVision 4開發(fā)環(huán)境中運用C語言進行編程，通過STC單片機下載器stc-isp-15xx-v6.86H載入到開發(fā)板中進行測試。本文分別介紹了模擬風扇控制系統(tǒng)的部分硬件和軟件設計，給出部分功能實現(xiàn)代碼。

關鍵詞：PWM控制；STC-IAP15F2K60S2；DS18B20；

0 引言

電風扇是我們?nèi)粘５纳钪胁豢扇〈碾娖?，雖然空調(diào)已經(jīng)普及，但我們不可否認電風扇以其風力柔和、價格實惠、可移動等優(yōu)勢，在我們生活中扮演者極其重要的角色。因此風扇的控制系統(tǒng)的改進和發(fā)展也是當下的熱門，一切向家用智能電器方向邁進。

1.基本工作原理

對于此次設計的模擬風扇控制系統(tǒng)的主要功能是模擬風扇工作，送過按鍵控制控制風扇的轉(zhuǎn)動速度和定時時間，數(shù)碼管實時顯示風扇的工作模式，動態(tài)倒計時顯示風扇的剩余定時工作時間。除此之外，利用DS18B20獲取當前溫度值并通過數(shù)碼管顯示。

在風扇的轉(zhuǎn)速控制方面，我們采用的方法是PWM控制，PWM驅(qū)動信號施加到連接至風扇的高側(cè)或低側(cè)的場效應晶體管（field-effect transistor，F(xiàn)ET） 上。在特定頻率k開關風扇，通過PWM信號的占空比（duty cycle）來控制風扇轉(zhuǎn)速，而施加在風扇上的電壓始終為全或零。此方法的最大優(yōu)勢是設計簡單、外部電路少、且成本低。

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本次設計的超聲測距系統(tǒng)是基于STC-IAP15F2K60S2單片機進行設計，包括最小單片機系統(tǒng)，按鍵輸入，數(shù)碼管顯示模塊，和電機控制保護電路組成，系統(tǒng)框圖如圖1所示：

3.系統(tǒng)硬件設計

3.1 STC-IAP15F2K60S2

STC生產(chǎn)的單時鐘/機器周期（IT）的單片機，是高速/高可靠/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，采用第八代加密技術(shù)，加密性超強，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成高精度R/C時鐘，±1%溫飄，常溫下溫飄5%，5MHz—35MHz寬范圍可設置，可徹底省掉外部昂貴的晶振和外部復位電路（內(nèi)部已集成高可靠復位電路，8級可選復位門檻電壓）。

3.2 DS18B20

（1）DS18B20是常用的數(shù)字溫度傳感器，具有體積小，硬件開銷低，抗干擾能力強，精度高的特點。在此用于測量室內(nèi)溫度，方面風扇使用者根據(jù)室溫選擇電風扇的工作模式及定時時間。

4、系統(tǒng)軟件設計

4.1 工作模式

設備具有“睡眠風”、“自然風”和“常風”三種工作模式可以通過按鍵切換，通過單片機P34引腳輸出脈沖調(diào)制信號控制電機運行狀態(tài)，信號頻率為KHz，“睡眠風”模式下，對應PWM占空比為20%；“自然風”模式下，對應PWM占空比為30%；“常風”模式下，對應PWM占空比為70%。部分代碼如下：

4.2數(shù)碼管顯示

數(shù)碼管實時顯示設備當前工作模式和剩余時間（倒計時），“睡眠風”狀態(tài)下，對應數(shù)碼管顯示數(shù)值為1，“自然風”模式下，顯示數(shù)值為2，“常風”模式下，顯示數(shù)值為3。當通過按鍵將數(shù)碼管切換到溫度界面時，數(shù)碼管顯示當前室溫的溫度值。

4.3按鍵控制

通過不同按鍵控制工作模式的切換，風扇定時的啟動，定時時間的調(diào)整，數(shù)碼管顯示的界面等。

4.4 LED指示燈

“睡眠風”模式下L1燈亮，“自然風”模式下L2燈亮，“常風”模式下L3燈亮。當沒有工作模式即電風扇不工作獲工作定時時間結(jié)束后，三個燈全滅。

5、結(jié)束語

本文設計的基于STC-IAP15F2K60S2單片機的模擬風扇控制系統(tǒng)，該設計在風扇轉(zhuǎn)速方面才有PWM控制驅(qū)動，設計簡單、外部電路少、且成本低。另外還有數(shù)碼管顯示、多種工作模式切換、溫度顯示、按鍵操作定時等功能，實用性強好。

參考文獻：

【1】陳果.pwm風扇，使用PWM控制直流風扇[DB/OL].http：//www.elecfans.com/analog/20171028571721.html.2017年10月.

【2】ds18b20[DB/OL].https：//baike.so.com/doc/5385231-5621677.html.

【3】第七屆藍橋杯全國軟件和信息技術(shù)專業(yè)人才大賽個人賽（電子類）省賽單片機設計與開發(fā)科目[EB/OL].http：//dasai.lanqiao.cn/pages/dasai/news_detail.html？id=644.