基于STM8單片機可移動智能風扇控制器系統(tǒng)設計

黃春耀+王穎+黃巧東

摘要：文章提出一種基于STM8單片機、傳感器技術和蓄電池充電技術的可移動智能風扇控制器系統(tǒng)，探討了可移動智能風扇控制系統(tǒng)的軟硬件設計，并成功地應用于需要通過風扇來進行通風和降溫的使用場合。該系統(tǒng)根據(jù)風扇周圍的實時檢測溫度來自動調節(jié)風扇的轉速，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)滿足需要通過通風和降溫的場合，使用效果佳。

關鍵詞：溫度檢測；STM8單片機；智能風扇

1溫度傳感器設計概述

隨著科技的快速發(fā)展，工業(yè)化進程的加快，環(huán)境日益惡化，室內(nèi)和室外的溫差越來越大，解決通風和降溫的需求越來越大。目前，單片機技術、傳感器技術、蓄電池技術的發(fā)展，使得通過直流風扇的通風來進行室內(nèi)降溫的方案變得更加可行，該方案比起用空調降溫既節(jié)約了硬件成本，又節(jié)約了運行成本。為了能夠在停電的條件下也能夠工作，又不給使用的場合增加電源的負荷，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扇在停電時刻依然可以低速持續(xù)工作。

本設計采用溫度傳感器（熱敏電阻）檢測環(huán)境溫度然后將模擬溫度信號轉成數(shù)字溫度信號傳給單片機芯片STM8進行處理，通過比對預先設置的溫度，而自動改變風扇電機的轉動速度甚至在低于設置的溫度時自動停止工作，還給系統(tǒng)風扇添加了蓄電池并能在風扇工作時也給蓄電池充電，并增加了蓄電池低電量時報警，實現(xiàn)了在沒市電時風扇可以使用蓄電池里儲存的電量持續(xù)工作。

2可移動智能風扇控制系統(tǒng)硬件構成分析

本設計的控制系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，硬件結構是整個系統(tǒng)的核心，也是設計的重點和難點，硬件設計的性能很大程度上決定整個系統(tǒng)的性能。

2.1控制系統(tǒng)硬件構成

從硬件上講控制系統(tǒng)由STM8單片機、傳感器模塊、電機驅動模塊、220 V降壓整流模塊、充電模塊和鍵盤等模塊組成。系統(tǒng)構成如圖1所示。

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

傳感器模塊：本設計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也發(fā)生變化的器件，其信號與溫度響應是一條指數(shù)曲線。

電機驅動模塊：讓風扇要運轉起來，就得給電動機提供需要的可控的驅動電流，在電路中采用接口簡單、容易操作、可靠性高、抗干擾性強的驅動模塊L9110，L9110模塊可以直接驅動兩個電機，也可以兩路并聯(lián)驅動電機以得到更大的驅動力。

降壓整流模塊、充電模塊：在本設計，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，必須在電路要設計充放電模塊和保護模塊，此模塊電路設計好壞，對電池的使用壽命起重要作用。

2.2系統(tǒng)硬件電路設計

控制系統(tǒng)由STM8單片機控制器、傳感器接口電路、電機驅動接口電路、電源降壓整流、充電接口電路和鍵盤接口電路，主要硬件電路設計如圖2所示。

2.3系統(tǒng)各模塊接口設計

2.3.1電機驅動模塊L9110接口設計

電機驅動模塊選用L9110集成芯片來驅動風扇的直流電機。L9110集成芯片，一個可以同時驅動2個電機，每個電機由單片機的一個I/O口控制，單片機I/O口輸出的為5V的TTL信號，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TTL/CMOS兼容電平的輸入，同時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載的反向沖擊電流，使它在驅動繼電器、直流電機、步進電機或開關功率管的使用上安全可靠。

2.3.2 LM2577-ADJ可調電源模塊接口設計

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

2.3.3鋰電池保護電路模塊接口設計

鋰電池保護電路模塊如圖4所示，F(xiàn)S8205A保護電路過充保護控制原理是當電池正常充電時，隨著充電時間的增加而電池的電壓也隨之增高，當升到4.4V時，DW01芯片將處理認為電池電壓已經(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)的開關管因第4腳無電壓而關閉。電池將停止充電。保護電路一直處于過充狀態(tài)并一直保持。等到保護板的輸出有接上放電負載后，此時FS8205A內(nèi)的開關管處于關閉狀態(tài)，這樣電池的電壓就會低于4.3 V，DW01輸出高電平，使FS8205A的內(nèi)置控制管導通，這樣電池又可以進行正常的充放電了。

2.3.4充電電路模塊接口電路設計

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，帶電池正負極反接保護，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，加上防倒充電路，所以不需要外部隔離二極管。熱反饋可以對充電電流自動進行調節(jié)，使大功率操作或者高環(huán)境溫度條件下對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外接的電阻器進行設置。當充電電流達到浮充電壓之后降至設定值的1/10時，TP4056將自動終止充電循環(huán)。當撤掉輸入電壓時，TP4056將自動進入一個低電流狀態(tài)，將電池漏電降到2μA以下。TP4056的特點還有電池溫度檢測、欠壓閉鎖、自動再充電和兩個用于指示充電、結束的兩個LED燈。當紅燈亮，綠燈滅時是充電中。紅燈滅，綠燈亮時是充滿。紅燈滅，綠燈滅時是故障。紅燈閃，綠燈亮時是無電池。

3系統(tǒng)軟件設計

控制系統(tǒng)主要流程如圖6所示。從圖6中可得上電復位后，單片機進行初始化，然后開始溫度檢測，根據(jù)檢測的結果進行判斷，如果溫度高于設定的上限值開啟風扇，并根據(jù)溫度值自動調整單片機的PWM輸出改變風扇轉速，如果檢測的溫度低于設定的下限，關閉風扇。主要接口程序如下。

3.1驅動電機模塊L9110接口程序設計

驅動電機模塊L9110是很好的電機驅動芯片，為控制風扇轉速，通過PD3，PD4口輸出PWM波來實現(xiàn)電機轉速的控制。主要程序段為：

3.2溫度采集接口程序設計

溫度采集模塊采用的熱敏傳感器只能收集到模擬信號，但單片機只能接受數(shù)字信號，STM8S單片機內(nèi)部自帶AD轉換器，直接與單片機的PB3機聯(lián)，主要程序段為：

3.3鍵盤、顯示等接口程序設計

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

4結語

本文基于STM8單片機、傳感器技術和蓄電池充電技術設計了可移動智能風扇控制器。該系統(tǒng)根據(jù)風扇周圍的實時檢測溫度來自動調節(jié)風扇的轉速，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)總體功能實現(xiàn)，滿足需要通過風扇來進行通風和降溫的使用場合，在調試完成后，還在多種條件下測試試用，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)主要為需要通風和降溫的場合設計但稍作修改，就能應用于通風和恒溫、保溫等場合，也可以廣泛應用于大面積農(nóng)作物生產(chǎn)環(huán)境調節(jié)，甚至還可用于有毒有害環(huán)境控制，既經(jīng)濟又方便，具有很大的市場推廣價值。