無(wú)葉風(fēng)扇的自動(dòng)感應(yīng)控制設(shè)計(jì)

袁觀娜+白宇+張紅軍++張曉江+蘇錚+強(qiáng)高強(qiáng)

摘 要：無(wú)葉風(fēng)扇在人們的日常生活中普遍起來(lái)，因?yàn)樗鼪](méi)有扇葉，不會(huì)對(duì)人們?cè)斐晌ｋU(xiǎn)，安全系數(shù)高，吹得風(fēng)無(wú)沖擊性，更平穩(wěn)，更舒適，清潔方便，價(jià)格合理等優(yōu)點(diǎn)，慢慢地進(jìn)入人們的視線，并且在國(guó)外已流行開(kāi)來(lái)。該文設(shè)計(jì)了無(wú)葉風(fēng)扇的自動(dòng)感應(yīng)控制，采用AT89C52單片機(jī)作為控制器，利用熱釋電人體感應(yīng)模塊以及DS18B20作為溫度采集元件，通過(guò)感應(yīng)模塊和溫度采集的設(shè)定溫度來(lái)共同控制風(fēng)扇的啟動(dòng)和停止，并能根據(jù)溫度的變化改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)用LED八段數(shù)碼管顯示當(dāng)前的溫度、模式、轉(zhuǎn)速。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 熱釋電人體感應(yīng)模塊 DS18B20 無(wú)葉風(fēng)扇

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273+.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）07（c）-0042-03

在夏天，人們被酷熱所折磨，為了避暑，人們會(huì)用空調(diào)、風(fēng)扇等，空調(diào)雖然涼爽但是電能消耗太大還會(huì)向大氣釋放氟利昂等有害氣體，人們大多采用風(fēng)扇來(lái)避暑，但傳統(tǒng)風(fēng)扇比無(wú)葉風(fēng)扇又欠缺很多，不僅在風(fēng)量上，還有能源上[1]。為了降低風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的噪音和節(jié)省能源等，無(wú)葉風(fēng)扇越來(lái)越受人們的歡迎[2]。

隨著單片機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展，許多電器都以它為主控制器[3-4]，如無(wú)葉風(fēng)扇的自動(dòng)控制。它基于單片機(jī)的熱釋電人體感應(yīng)模塊和溫控風(fēng)扇系統(tǒng)，根據(jù)溫度和人體感應(yīng)模塊共同作用控制風(fēng)扇啟動(dòng)和停止，它還能根據(jù)溫度來(lái)使風(fēng)扇無(wú)級(jí)調(diào)速，實(shí)現(xiàn)智能控制。

該次設(shè)計(jì)采用了由ATMEL公司的8052系列單片機(jī)AT89C52作為主控制器，采用熱釋電人體感應(yīng)模塊作為感應(yīng)開(kāi)關(guān)，采用DALLAS公司的溫度傳感器DS18B20作為溫度采集元件，根據(jù)熱釋電人體感應(yīng)人體并根據(jù)預(yù)設(shè)溫度來(lái)控制電機(jī)的啟動(dòng)和停止，還可以根據(jù)溫度大小進(jìn)行無(wú)級(jí)變速，實(shí)現(xiàn)無(wú)葉風(fēng)扇的自動(dòng)感應(yīng)控制。

1 無(wú)葉風(fēng)扇的自動(dòng)感應(yīng)控制的結(jié)構(gòu)和工作原理

該設(shè)計(jì)中系統(tǒng)由6個(gè)部分組成，分別是熱釋電人體感應(yīng)電路、溫度檢測(cè)電路、按鍵與復(fù)位電路、數(shù)碼管顯示電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。該系統(tǒng)熱釋電人體感應(yīng)電路為核心部分，首先根據(jù)人體感應(yīng)模塊檢測(cè)人體從而使整個(gè)電路工作，接著溫度檢測(cè)電路會(huì)檢測(cè)環(huán)境溫度，并根據(jù)溫度改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，然后是電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，該部分需協(xié)同外圍電路將單片機(jī)輸出的PWM信號(hào)轉(zhuǎn)化為平均電壓輸出，根據(jù)不同的PWM波得到不同的平均電壓，改變占空比，進(jìn)而控電機(jī)轉(zhuǎn)速。數(shù)碼管顯示電路會(huì)顯示出環(huán)境溫度和當(dāng)前轉(zhuǎn)速。

2 硬件設(shè)計(jì)

該次設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵在于熱釋電人體感應(yīng)模塊對(duì)人體紅外信號(hào)的采集情況。它是一種能檢測(cè)人體發(fā)射紅外線的新型高靈敏度紅外探測(cè)元件，可以將紅外信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出，將輸出信號(hào)放大，便可驅(qū)動(dòng)各種電路。需要注意的是檢測(cè)范圍應(yīng)遠(yuǎn)離冰箱、火爐等空氣，溫度變化敏感的地方，還有不要在感應(yīng)器前放遮擋物等。AT89C52是51系列單片機(jī)的一個(gè)型號(hào)，由ATMEL公司生產(chǎn)的，它是一個(gè)低電壓、高性能的CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)器件采用ATMEL公司的非易失性、高密度存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和flash存儲(chǔ)單元等，其主要用于會(huì)聚調(diào)整時(shí)的功能控制。

熱釋電紅外開(kāi)關(guān)是BISS0001配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成的被動(dòng)式紅外開(kāi)關(guān)。它能自動(dòng)快速開(kāi)啟各類(lèi)白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動(dòng)門(mén)、電風(fēng)扇、烘干機(jī)和自動(dòng)洗衣機(jī)等裝置，是一種高技術(shù)產(chǎn)品。特別適用于企業(yè)、賓館、商場(chǎng)、庫(kù)房及家庭的過(guò)道、走廊等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動(dòng)燈光、照明和報(bào)警系統(tǒng)。

DS18B20數(shù)字溫度傳感器，是采用美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的DS18B20可組網(wǎng)數(shù)字溫度傳感器芯片封裝而成，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、易配微處理器等優(yōu)點(diǎn)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)供處理器處理，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。

該系統(tǒng)要用單片機(jī)控制風(fēng)扇直流電機(jī)，需要加驅(qū)動(dòng)電路，為直流電機(jī)提供足夠大的驅(qū)動(dòng)電流。達(dá)林頓三極管又稱(chēng)復(fù)合三極管，將兩只三極管組合在一起，組成一支新的三極管，其放大倍數(shù)是兩只三極管放大倍數(shù)之積，達(dá)林頓三極管可以看作是一種直接耦合的放大器，三極管間直接串接，不添加任何耦合元件，這樣最大的作用是提供高電流放大增益。

顯示模塊顯示當(dāng)前的環(huán)境溫度、轉(zhuǎn)速以及調(diào)節(jié)時(shí)的模式和預(yù)設(shè)溫度。該次設(shè)計(jì)采用的LED數(shù)碼管，它能在低電壓，小電流條件下驅(qū)動(dòng)發(fā)光，能與CMOS，ITL電路兼容；發(fā)光響應(yīng)時(shí)間極短，高頻特性好，單色性好，亮度高；體積小，重量輕，抗沖擊性能好；壽命長(zhǎng)，成本低，被廣泛用于數(shù)字儀器儀表，數(shù)控裝置，計(jì)算機(jī)的數(shù)顯中。

3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要包括熱釋電人體感應(yīng)模塊、DS18B20溫度傳感器、AT89C52單片機(jī)、五位LED共陰數(shù)碼管、風(fēng)扇直流電機(jī)、達(dá)林頓管。輔助元件包括電阻電容、晶振、電源、按鍵、撥碼開(kāi)關(guān)等。

該次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)以熱釋電人體感應(yīng)模塊感應(yīng)人體，以單片機(jī)為控制核心控制整個(gè)設(shè)計(jì)，以溫度傳感器DS18B20來(lái)檢測(cè)環(huán)境溫度，以數(shù)碼管來(lái)顯示，從而實(shí)現(xiàn)了根據(jù)人體和環(huán)境溫度進(jìn)行無(wú)葉風(fēng)扇的自動(dòng)開(kāi)合和風(fēng)扇電機(jī)的調(diào)速。由人體熱感應(yīng)來(lái)給單片機(jī)AT89C52紅外信號(hào)，進(jìn)而使整個(gè)系統(tǒng)打開(kāi)，自動(dòng)打開(kāi)風(fēng)扇開(kāi)關(guān)，并在LED數(shù)碼管顯示當(dāng)前環(huán)境溫度及預(yù)設(shè)溫度值，同時(shí)采用的PWM脈寬調(diào)制器根據(jù)不同的環(huán)境溫度和設(shè)置溫度的差值，進(jìn)而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

軟件部分要完成的功能為：（1）鍵盤(pán)掃描；（2）紅外檢測(cè)；（3）環(huán)境溫度檢測(cè)；（4）LED管顯示。程序設(shè)計(jì)包括：系統(tǒng)初始化、熱釋電人體感應(yīng)控制函數(shù)、DS18B20初始化及溫度轉(zhuǎn)化函數(shù)、溫度讀取函數(shù)、按鈕掃描函數(shù)、數(shù)碼管顯示函數(shù)、溫度處理及電機(jī)控制函數(shù)。其程序圖3所示，熱釋電人體感應(yīng)模塊是否感應(yīng)到人，是，則響應(yīng)對(duì)應(yīng)動(dòng)作；反之，不響應(yīng)。溫度傳感器模塊，當(dāng)環(huán)境溫度大于預(yù)設(shè)值時(shí)響應(yīng)動(dòng)作，反之不響應(yīng)。

4 系統(tǒng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)

對(duì)系統(tǒng)主要進(jìn)行熱釋電人體感應(yīng)模塊、DS18B20溫度傳感器、顯示和按鍵等功能調(diào)試。熱釋電人體感應(yīng)模塊調(diào)試中，能夠采集人體紅外信號(hào)，并輸出。DS18B20溫度傳感器調(diào)試，能采集環(huán)境溫度。顯示和按鍵調(diào)試，LED顯示器能顯示當(dāng)前環(huán)境溫度、轉(zhuǎn)速、模式以及與預(yù)設(shè)溫度；按鍵可以手動(dòng)控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，模式切換。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)風(fēng)扇的自動(dòng)感應(yīng)控制。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）設(shè)計(jì)了傳感器檢測(cè)電路、信號(hào)處理電路、輸出驅(qū)動(dòng)電路等模塊，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)扇的監(jiān)測(cè)和控制。

（2）開(kāi)發(fā)了按鍵和顯示模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)扇的控制以及數(shù)據(jù)的顯示。

（3）具有手動(dòng)控制和自動(dòng)感應(yīng)控制的結(jié)合。

采用了AT89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)無(wú)葉風(fēng)扇的自動(dòng)感應(yīng)控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)扇的自動(dòng)控制和手動(dòng)控制的功能。該系統(tǒng)具有操作靈活、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，可以有效節(jié)約風(fēng)扇能源問(wèn)題，對(duì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制電器有著重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙家敏.基于紅外感應(yīng)開(kāi)關(guān)控制的建筑照明節(jié)能改造[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2014（6）：71-72.

[2] 溫武，古鵬.紅外感應(yīng)式智能開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J].科技信息，2010（14）：218-219.

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