智能溫控電風(fēng)扇電路設(shè)計(jì)

卓朝松 王 艷

(1.廣東省汕尾市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)所 廣東 汕尾 516600;2.汕尾職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 廣東 汕尾 516600)

智能溫控電風(fēng)扇電路設(shè)計(jì)

卓朝松1王 艷2

(1.廣東省汕尾市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)所 廣東 汕尾 516600;2.汕尾職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 廣東 汕尾 516600)

本文介紹了以STC12C5410AD單片機(jī)為核心控制器件，采用DS18B20溫度傳感器、LCD1602等主要元件設(shè)計(jì)的智能溫控電風(fēng)扇系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)當(dāng)前溫度和風(fēng)速的顯示及風(fēng)速的控制等功能，并具有自動(dòng)調(diào)速和手動(dòng)調(diào)速兩種模式，且在不改變硬件電路前提下，僅增加一個(gè)藍(lán)牙接受模塊，通過軟件編程就可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)遙控等功能。

智能溫控;單片機(jī);溫度傳感;調(diào)速

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展智能化的家電產(chǎn)品越來越普及。本電路就設(shè)計(jì)了基于STC單片機(jī)為核心實(shí)現(xiàn)風(fēng)速和環(huán)境溫度全自動(dòng)智能化溫度控制電風(fēng)扇電路[1]，它同時(shí)兼顧了智能全自動(dòng)調(diào)速和手動(dòng)調(diào)速兩種模式，因此可用本設(shè)計(jì)電路將我們家里現(xiàn)有的普通電風(fēng)扇進(jìn)行智能化改造。

一、電路的組成及設(shè)計(jì)方案

本電路的設(shè)計(jì)是以STC12C5410AD單片機(jī)為核心元件[2]，分別與過零點(diǎn)檢測(cè)和電源電路的“供電電路系統(tǒng)”模塊；以數(shù)字溫度傳感器為中心的“溫度數(shù)據(jù)采集與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路系統(tǒng)”模塊；自動(dòng)與手動(dòng)轉(zhuǎn)換及時(shí)間設(shè)置的“按鍵處理電路系統(tǒng)”模塊；隨著室溫調(diào)整風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)速度的“電機(jī)控制電路系統(tǒng)”模塊：顯示當(dāng)前溫度和風(fēng)速的“液晶顯示電路系統(tǒng)”模塊等主要電路有機(jī)結(jié)合實(shí)現(xiàn)智能溫度控制電風(fēng)扇電路。如圖1所示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

二、各電路功能及主要元件選擇

1、供電電路系統(tǒng)

本系統(tǒng)又叫交流過零點(diǎn)檢測(cè)與電源模塊，是將220V交流電經(jīng)變壓器T1降壓至9V、再通過四個(gè)IN4001橋式整流，經(jīng)三端穩(wěn)壓器LM7805穩(wěn)壓，輸出+5V直流穩(wěn)壓電源，為單片機(jī)等其它設(shè)備提供工作電源。三極管VT1,VT2取得交流電源過零點(diǎn)時(shí)的同步脈沖信號(hào)Utb，作為單片機(jī)的外部中斷信號(hào)，輸入到單片機(jī)的外部中斷0的輸入引腳上。如圖2所示。

圖2 交流過零點(diǎn)檢測(cè)與電源電路

2、溫度數(shù)據(jù)采集與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路系統(tǒng)

本系統(tǒng)又叫溫度檢測(cè)電路,是采用了常見的溫度傳感器DS18B20芯片，它能夠直接讀出被測(cè)溫度(模擬量)且通過編程可實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)值，能在93.75ms和750ms內(nèi)完成9位和12位的數(shù)字量讀出，讀出的信息或?qū)懭氲男畔H需要一根線(單線接口)，大大節(jié)省了系統(tǒng)的I/O資源，溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，無需額外電源，在使用中不需要任何外圍元件，因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單，可靠性更高[3][4]。如圖3所示。

圖3 溫度檢測(cè)電路

3、按鍵處理電路系統(tǒng)

本系統(tǒng)又叫鍵盤處理電路，是設(shè)計(jì)使用了三個(gè)按鍵，采用獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)，三個(gè)按鍵的功能分別是：S1鍵——手動(dòng)模式和自動(dòng)模式切換鍵；S2鍵——手動(dòng)模式時(shí)風(fēng)扇檔位選擇鍵，風(fēng)扇有1檔到4檔的選擇；S3鍵——定時(shí)時(shí)間設(shè)置鍵，長(zhǎng)按此鍵可使單片機(jī)復(fù)位。如圖4所示。

圖4 鍵盤處理電路

4、電機(jī)控制電路系統(tǒng)

通過本電路當(dāng)溫度達(dá)到電機(jī)啟動(dòng)條件時(shí)，外部中斷0開啟，同步脈沖的到來使外部中斷0啟動(dòng)定時(shí)器0開始定時(shí)，并同時(shí)在單片機(jī)13腳輸出Ucf觸發(fā)脈沖信號(hào)，Ucf信號(hào)送入光耦器MOC3020的2腳，通過光耦合器對(duì)雙向晶閘管觸發(fā)極輸出觸發(fā)脈沖。當(dāng)觸發(fā)脈沖到來時(shí)，雙向晶閘管導(dǎo)通，當(dāng)交流過零點(diǎn)時(shí)雙向晶閘管關(guān)斷，定時(shí)器0以交流過零點(diǎn)為起點(diǎn)開始定時(shí)，對(duì)觸發(fā)脈沖Ucf進(jìn)行延時(shí)，延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短通過程序單片機(jī)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，溫度高時(shí)延時(shí)時(shí)間短，溫度低時(shí)延時(shí)時(shí)間長(zhǎng)，從而控制雙向晶閘管的導(dǎo)通角度使輸出端電壓發(fā)生改變，使施加在電風(fēng)扇的輸入電壓發(fā)生改變，達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速的目的。這樣，當(dāng)溫度高時(shí)，雙向晶閘管導(dǎo)通的角度就大，電機(jī)轉(zhuǎn)速快；檔溫度低時(shí)，雙向晶閘管導(dǎo)通角度小，電機(jī)轉(zhuǎn)速慢，實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇了自動(dòng)調(diào)速。如圖5所示。

圖5 電機(jī)控制電路

5、數(shù)據(jù)顯示電路系統(tǒng)

本系統(tǒng)又叫液晶顯示電路，它采用的是LCD1602液晶顯示屏，顯示當(dāng)前的溫度，風(fēng)扇的檔位、工作模式，美觀大方，可以使使用者一目了然的了解到電風(fēng)扇的現(xiàn)實(shí)工作狀態(tài)，方便調(diào)節(jié)。如圖六液晶顯示電路。

圖六 液晶顯示電路

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用C語言編程。定時(shí)器0中斷用于控制電機(jī)的導(dǎo)通角度，根據(jù)溫度值，控制定時(shí)器0定時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，控制雙向晶閘管導(dǎo)通，風(fēng)扇開始轉(zhuǎn)動(dòng)，并關(guān)閉定時(shí)器0。當(dāng)檢測(cè)到交流過零點(diǎn)時(shí)，外部中斷0產(chǎn)生中斷，控制雙向晶閘管截止，并啟動(dòng)定時(shí)器0。定時(shí)器1中斷用于風(fēng)扇的定時(shí)控制[5]。程序中定義了13個(gè)標(biāo)志位，用于標(biāo)記風(fēng)扇的不同狀態(tài)。系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)流程圖如圖7所示。

圖7 主程序設(shè)計(jì)流程圖

四、功能與使用

接通電源開關(guān)后，液晶屏顯示“WELCOMETOUSE!”(歡迎使用！)。按下按鈕1，液晶屏顯示當(dāng)前溫度及英文提示“AUTOMAT”，此時(shí)風(fēng)扇處于自動(dòng)模式，風(fēng)量隨溫度高低自動(dòng)變化。如要選擇手動(dòng)模式，再次按下按鈕1，液晶屏顯示“BYHAN”及風(fēng)量等級(jí)，這時(shí)風(fēng)扇的風(fēng)量受人工控制。按鈕2是風(fēng)量選擇按鈕，風(fēng)量選擇分為4擋，從1到4依次增大。按鈕3是定時(shí)時(shí)間設(shè)置，按第一次時(shí),時(shí)間快進(jìn)，定時(shí)時(shí)間范圍最大為12h，按第二次時(shí)，時(shí)間快進(jìn)停止，開始倒計(jì)時(shí)，倒計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)風(fēng)扇自動(dòng)關(guān)機(jī)，長(zhǎng)按按鈕3單片機(jī)復(fù)位，回到“WELCOMETOUSE!”的初始界面。

五、結(jié)束語

經(jīng)實(shí)踐表明，本文所設(shè)計(jì)制作的溫控風(fēng)扇使用方便，操作簡(jiǎn)單，占用硬件資源少。溫控模式特別適合夜間使用，當(dāng)溫度較低時(shí)，風(fēng)扇會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。且在不改變硬件電路前提下，僅增加一個(gè)藍(lán)牙接受模塊，通過軟件編程就可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)遙控等功能。

[1]王會(huì)明，侯加林．智能電風(fēng)扇控制器的研制[J]．

[2]郝建國(guó)，鄭燕.單片機(jī)在電子電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社

[3]李鋼，趙彥峰．?dāng)?shù)字溫度傳感器DSI8B20原理及應(yīng)用[J]

[4]馬云峰．單片機(jī)與數(shù)字溫度傳感器DS18B20的接口設(shè)計(jì)[J]．

[5]胡漢才，單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社

卓朝松 (1975.07-)，男，漢族，汕尾人，大學(xué)本科，廣東工業(yè)大學(xué)，技術(shù)監(jiān)督管理專業(yè)，廣東省汕尾市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)所，電子技術(shù)工程師，研究方向：質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督管理;王艷(1981.03-)，女，漢，湖北襄陽(yáng)，大學(xué)本科(碩士學(xué)位)，西南大學(xué)，電子信息工程技術(shù)專業(yè)，廣東省汕尾職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，大學(xué)講師，研究方向：?jiǎn)纹瑱C(jī)的應(yīng)用與開發(fā)。