基于單片機(jī)的智能風(fēng)扇

李騰飛+魏剛+李坤+李明勝

摘 要：傳統(tǒng)的電扇不能根據(jù)溫度設(shè)置其轉(zhuǎn)速，給日常使用帶來很多不便。本系統(tǒng)是一種基于單片機(jī)的溫控風(fēng)扇系統(tǒng)，由STC89C52RC單片機(jī)、數(shù)碼管顯示模塊、按鍵模塊、溫度傳感器、熱釋電紅外傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊以及電機(jī)組成，可根據(jù)室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，以滿足不同溫度下對(duì)電扇的轉(zhuǎn)速需求。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；溫控；溫度傳感器

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）35-0035-02

Abstract： The traditional fan can not set its speed according to the temperature， to bring a lot of inconvenience to daily use. The system is a kind of temperature control fan system based on single chip microcomputer. It is composed of STC89C52RC single chip microcomputer， digital display module， key module， temperature sensor， pyroelectric infrared sensor， motor drive module and motor. The fan speed can be adjusted according to the indoor temperature. To meet the different temperature on the fan speed requirements.

Keywords： single chip； temperature control； temperature sensor

引言

傳統(tǒng)的電風(fēng)扇調(diào)節(jié)風(fēng)速只能依賴于調(diào)節(jié)檔位，不能根據(jù)溫度進(jìn)行風(fēng)速調(diào)節(jié)。當(dāng)人處于睡眠狀態(tài)時(shí)，夜間溫度下降，電風(fēng)扇一直處于運(yùn)行狀態(tài)，易使人著涼感冒。普通電扇的定時(shí)關(guān)機(jī)的時(shí)長(zhǎng)在1-2h左右，當(dāng)電扇停止運(yùn)行后，溫度上升，處于睡眠狀態(tài)人又會(huì)感到炎熱，影響睡眠質(zhì)量?；谝陨犀F(xiàn)狀，現(xiàn)設(shè)計(jì)一種能夠根據(jù)溫度調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)由STC89C52RC單片機(jī)、數(shù)碼管顯示模塊、按鍵模塊、溫度傳感器、熱釋電紅外傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊以及電機(jī)組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)

本系統(tǒng)采用的STC89C52RC單片機(jī)的主要特性如下：工作頻率范圍：0～40MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz。用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)，片上集成512字節(jié)RAM，共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0、T1、T2。

2.2 DS18B20溫度傳感器

DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器DS18B20的雙向通訊。測(cè)溫范圍-55℃～+125℃，固有測(cè)溫分辨率0.5℃。

2.3 熱釋電紅外傳感器

熱釋電紅外傳感器是一種以非接觸的形式感應(yīng)紅外輻射并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的儀器，具有功耗小、成本低、隱蔽性好、靈敏度高等特點(diǎn)。

本系統(tǒng)中用于檢測(cè)電扇前是否有人。

2.4 L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

L298N有4路輸出，電流輸出/通道為2A，電源電壓在4.5 V～46V，工作溫度為-25°C～130°C。本系統(tǒng)中用于啟驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

3 系統(tǒng)工作流程

3.1 溫度檢測(cè)

本系統(tǒng)通過熱釋電紅外傳感器檢測(cè)是否有人的存在，若是人不存在，則電機(jī)不會(huì)被啟動(dòng)。若人存在，則通過DS18B20溫度傳感器測(cè)量室內(nèi)溫度，將所測(cè)溫度數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)，判斷溫度屬于什么區(qū)間，從而進(jìn)行對(duì)電機(jī)的相應(yīng)控制。

本系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置兩個(gè)溫度閾值，最高溫度TH和最低溫度TL。當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)到的溫度T≤TL時(shí)，電機(jī)不轉(zhuǎn)；當(dāng)TL

3.2 按鍵與顯示

本系統(tǒng)中設(shè)置三個(gè)按鍵，分別為K1、K2、K3。其中K1按鍵用于選擇TH和TL，按一下可設(shè)置TH，再次按下可設(shè)置TL。K2為加按鍵，每按一下增加0.1，K2為減按鍵，每按一下減少0.1。通過按鍵的配合，可以設(shè)置所需的TH和TL。

顯示模塊為數(shù)碼管顯示，正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下顯示由溫度傳感器檢測(cè)溫度。當(dāng)使用按鍵設(shè)置閾值溫度時(shí)，則顯示設(shè)置的閾值溫度，設(shè)置完成后轉(zhuǎn)為正常運(yùn)行狀態(tài)，顯示檢測(cè)溫度。其中，設(shè)置TH時(shí)顯示格式為Hxxx，設(shè)置TL時(shí)顯示Lxxx。本系統(tǒng)在Proteus中的仿真如圖2所示，P2.0口用輸入高低電平模擬熱釋電紅外傳感器，用PNP型三極管模擬電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。圖2為設(shè)置TL時(shí)的仿真，圖3為設(shè)置TH時(shí)的仿真。

3.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)

本系統(tǒng)以微控制器STC89C52RC單片機(jī)為控制中心，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊L298N對(duì)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。由于STC89C52RC單片機(jī)不能直接產(chǎn)生PWM波，故需要用定時(shí)器模擬PWM波，利用PWM波控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。若要輸出的PWM信號(hào)的頻率是1KHz，則定時(shí)器定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)度為0.5ms，在定時(shí)器中斷服務(wù)程序中對(duì)PWM信號(hào)的輸出IO口做0/1的翻轉(zhuǎn)動(dòng)作即可。在中斷服務(wù)程序中對(duì)高、低電平持續(xù)時(shí)間做累加，判斷占空比，再做對(duì)應(yīng)的翻轉(zhuǎn)動(dòng)作，便能實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的變速控制。

4 實(shí)物模型

由于實(shí)驗(yàn)材料有限，僅制作了一個(gè)簡(jiǎn)化的系統(tǒng)模型，包括STC89C52RC單片機(jī)開發(fā)板、L298N模塊、電機(jī)以及供電電池。對(duì)于溫度傳感器檢測(cè)溫度，則用按鍵設(shè)置數(shù)值代替實(shí)際溫度；對(duì)于熱釋電紅外傳感器部分，也使用按鍵模擬：按鍵按下，左側(cè)數(shù)碼管顯示1，表示檢測(cè)到人了，右側(cè)數(shù)碼管模擬正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下檢測(cè)到的室溫。

系統(tǒng)模型工作狀態(tài)如圖4所示。

參考文獻(xiàn)：

[1]林立，張俊亮.單片機(jī)原理及應(yīng)用（第3版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014.

[2]邱關(guān)源，羅先覺.電路（第五版）[M].北京：高等教育出版社.

[3]壟運(yùn)新.單片機(jī)C語言開發(fā)技術(shù)（第1版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[4]胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[5]榮俊昌.新型電風(fēng)扇原理與維修[M].北京：高等教育出版社，2004.