趙苗慧 楊兵 張儀

摘 要：在日常生活中，傳統(tǒng)風(fēng)扇使用時(shí)發(fā)出的噪聲有時(shí)可能會分散人們的注意。為了解決風(fēng)扇因晝夜不同、溫度不同時(shí)的風(fēng)扇自動控制問題，文章設(shè)計(jì)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(tǒng)來控制電扇速度。

關(guān)鍵詞：STC89C5;智能風(fēng)扇;溫度檢測

1 智能溫度控制電扇設(shè)計(jì)意義

開發(fā)該系統(tǒng)的目的是解決傳統(tǒng)風(fēng)扇的巨大能耗和潛在危險(xiǎn)，來改善人們的生活質(zhì)量并節(jié)省資源。例如，溫度傳感器用于自動監(jiān)視風(fēng)扇的內(nèi)部溫度，人體感應(yīng)模塊在檢測到?jīng)]人后風(fēng)扇會自動關(guān)閉，有人會自動打開風(fēng)扇。操作系統(tǒng)具有溫度閾值按鍵設(shè)置模式，用戶可以根據(jù)自身需要進(jìn)行溫度閾值設(shè)置;此外，該系統(tǒng)還具有超聲波測距模塊，用戶可以根據(jù)自己的距離要求來進(jìn)行距離的設(shè)置。此風(fēng)扇便捷和智能的功能可以為用戶帶來更多的舒適和節(jié)能。智能風(fēng)扇成功地克服了傳統(tǒng)風(fēng)扇的不足，也隨著中國電子產(chǎn)品的發(fā)展，智能風(fēng)扇已經(jīng)遍布千家萬戶，也同時(shí)讓人們的生活變得更舒適。

1.1 單片機(jī)電路設(shè)計(jì)

STC89C52是由STC公司所生產(chǎn)的單片機(jī)，此單片機(jī)具有內(nèi)部資源豐富的優(yōu)勢。STC89C52單片機(jī)編程環(huán)境簡單，可以使用keil3或者keil4進(jìn)行編程調(diào)試運(yùn)行仿真使用。單片機(jī)根據(jù)型號的不同有不同的儲存空間，STC89C52單片機(jī)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(fā)射接收電路設(shè)計(jì)

使用555電路多諧振蕩器可以快速地調(diào)整多個(gè)周期，脈沖信號從AT89C52微控制器的端口P2.3發(fā)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(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)

使用DS18B20來對于溫度進(jìn)行采集，節(jié)省單片機(jī)的I/O資源并且通信程序也會異常簡單[3]。

系統(tǒng)工作原理：通過DS18B20采集周圍環(huán)境的溫度，然后傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中端口的溫度數(shù)據(jù)，通過單片機(jī)處理顯示當(dāng)前溫度，以及比較用戶設(shè)置的溫度上限和溫度下限閾值，并且通過電機(jī)控制的速度自動調(diào)整。

1.4 電源電路設(shè)計(jì)

電源電路功能：該電路在整個(gè)設(shè)計(jì)中起著非常重要的作用，并為儀器操作提供驅(qū)動力。在該系統(tǒng)中，由于傳感器很多，工作電流較大[4]，普通的LM7805穩(wěn)壓芯片無法滿足本設(shè)計(jì)的要求，因此本設(shè)計(jì)使用的穩(wěn)壓電壓為LM2596。設(shè)計(jì)思想非常簡單：對220V/AC進(jìn)行修改與固定。

1.5 顯示電路設(shè)計(jì)

液晶顯示器以整齊的方式進(jìn)行排列，并且看起來也會讓人感覺清晰透明。此模塊中，當(dāng)用直流電施加電場時(shí)，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(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(jì)

在恒定電機(jī)控制中，H軸電路中的4個(gè)強(qiáng)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(qū)動橋的下臂電機(jī)，因此系統(tǒng)的解決方案為使用上下兩臂。分別使用2個(gè)MOS溝道管和2個(gè)N溝道MOS管，并且使用NOS溝道MOS晶體管。

2 程序設(shè)計(jì)

2.1 主程序設(shè)計(jì)

單片機(jī)對外部溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測，當(dāng)檢測到溫度在設(shè)定溫度范圍之內(nèi)時(shí)，風(fēng)扇不啟動;當(dāng)在設(shè)定范圍之外時(shí)，風(fēng)扇才會啟動[3]。如果溫度變化高于這個(gè)溫度時(shí)，電風(fēng)扇就會自動重新啟動。風(fēng)扇設(shè)有超聲波檢測系統(tǒng)，能感應(yīng)到人是否存在，當(dāng)有人時(shí)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，當(dāng)沒人時(shí)即使環(huán)境溫度達(dá)到溫度條件風(fēng)扇也不會啟動。主程序設(shè)計(jì)如圖1所示[4]。

（1）按鍵可以設(shè)置3個(gè)閾值，風(fēng)扇根據(jù)這3個(gè)值來進(jìn)行調(diào)速轉(zhuǎn)動。

（2）溫度太低的情況下風(fēng)扇不啟動，也就是在最小值以下時(shí)風(fēng)扇不動。

（3）當(dāng)溫度在最大值與最小值之間時(shí)風(fēng)扇緩慢轉(zhuǎn)動變?yōu)檗D(zhuǎn)動的速度2檔。

（4）當(dāng)溫度高于所設(shè)溫度上限值時(shí)，電風(fēng)扇快速轉(zhuǎn)動。

（5）當(dāng)感應(yīng)環(huán)境中有人時(shí)，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，否則風(fēng)扇不啟動。

當(dāng)人體進(jìn)入檢測區(qū)時(shí)，通過超聲波檢測，接收信號，感應(yīng)人的出現(xiàn)，達(dá)到溫度要求時(shí)風(fēng)扇啟動。

2.2 超聲波程序設(shè)計(jì)

超聲波檢測程序是通過單片機(jī)的I/O引腳進(jìn)行驅(qū)動發(fā)出40 K的脈沖波形。使用單片機(jī)啟動脈沖捕獲的中斷程序[5]，等待脈沖來臨。當(dāng)收到脈沖時(shí)則表示當(dāng)前超聲筆一次發(fā)射接收完畢，通過系統(tǒng)定時(shí)器計(jì)時(shí)完成對超聲波行走的距離進(jìn)行檢測，并將計(jì)算結(jié)果顯示在液晶顯示屏上面。

2.3 溫度程序設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)包括DS18B20溫度傳感器，單片機(jī)和數(shù)碼管等設(shè)備，其硬件包括溫度檢測模塊。首先，通過3個(gè)DS18B20溫度傳感器芯片測量每個(gè)通道的當(dāng)前溫度，并將結(jié)果發(fā)送到單個(gè)微計(jì)算機(jī)芯片[6]。然后，通過微控制器芯片計(jì)算并轉(zhuǎn)換測得溫度讀數(shù)，并將結(jié)果分別傳輸?shù)揭壕э@示模塊。微控制器還將向電路板單元發(fā)送信號，最后，它通過使用數(shù)碼管芯片發(fā)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(shè)計(jì)

液晶與單片機(jī)是使用4線連接，采用時(shí)鐘與數(shù)據(jù)的方式相互進(jìn)行顯示[7]。液晶顯示能進(jìn)行中文顯示，自帶字庫，使用單片機(jī)的取模軟件進(jìn)行中文取模后顯示。其軟件設(shè)計(jì)如圖3所示。

2.5 電機(jī)PWM程序設(shè)計(jì)

電機(jī)驅(qū)動模塊具有4個(gè)接口A1，A2，B1和B2，分別用于連接DC電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)。A1和A2是摩托車駕駛組[7]。一組B1和B2驅(qū)動另一個(gè)VDD電機(jī)接口，該接口可以連接到6個(gè)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(fā)板上進(jìn)行使用，同時(shí)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(qū)動器和單個(gè)芯片，該模式由I/O端口的高電平和低電平進(jìn)行控制[8]。

2.6 存儲程序設(shè)計(jì)

存儲器的主要作用是保存可設(shè)置的靜態(tài)參數(shù)，比如變量、日期、溫度值、電壓等。存儲之后，芯片會根據(jù)分區(qū)來完成對數(shù)據(jù)的保存[9]。當(dāng)下次通過單片機(jī)讀取保存的數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)會直接更新到單片機(jī)中，以達(dá)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(jī)來進(jìn)行訪問存儲區(qū)域的扇區(qū)，完成存儲[10]。

3 結(jié)語

該課題設(shè)計(jì)是通過DS18B20來進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，達(dá)到本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能要求。此智能風(fēng)扇可以檢測是否有人出現(xiàn);如果有人，同時(shí)風(fēng)扇達(dá)到設(shè)置溫度閥值要求，風(fēng)扇會自動旋轉(zhuǎn)。如果沒人，即使環(huán)境溫度達(dá)到溫度閥值設(shè)置，風(fēng)扇也不會轉(zhuǎn)動。另外，用戶還可以通過按下按鈕來控制風(fēng)扇檔位，從而變化風(fēng)速。

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（編輯 王永超）