基于51單片機(jī)的PWM直流調(diào)速風(fēng)扇控制系統(tǒng)

李　瑾

(晉中職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，山西　晉中　030600)

0　引言

相對(duì)于空調(diào)等高技術(shù)制冷設(shè)備而言，電風(fēng)扇具有風(fēng)力溫和、節(jié)能、價(jià)格低廉、操控簡(jiǎn)單和便于移動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，在生活中扮演著重要的“角色”[1-2]。當(dāng)前，電風(fēng)扇的調(diào)速控制系統(tǒng)種類(lèi)較多，但此系統(tǒng)較復(fù)雜和昂貴[3-5]。本文設(shè)計(jì)的風(fēng)扇控制系統(tǒng)不僅可以調(diào)整風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，還可以調(diào)整風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速控制采用PWM調(diào)壓調(diào)速來(lái)實(shí)現(xiàn)，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)向控制采用一個(gè)典型的直流電機(jī)控制電路——H橋驅(qū)動(dòng)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1　直流電機(jī)PWM調(diào)壓調(diào)速原理

直流電機(jī)PWM調(diào)壓調(diào)速是指按一個(gè)固定的頻率來(lái)接通和斷開(kāi)電源，并且根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)接通(高電平)和斷開(kāi)(低電平)時(shí)間的長(zhǎng)短，即調(diào)整所謂的“占空比”(占空比指高電平持續(xù)的時(shí)間與信號(hào)周期的比值)[6]。而占空比與一個(gè)周期內(nèi)加在直流電機(jī)電樞上電壓的平均值成正比，占空比越大，一個(gè)周期內(nèi)電壓的平均值越大，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速越快；反之，亦然。

2　H橋式直流電機(jī)轉(zhuǎn)向控制電路

H橋式直流電機(jī)轉(zhuǎn)向控制電路如圖1所示，它由4個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī)組成。H橋上同側(cè)的兩個(gè)三極管不能同時(shí)導(dǎo)通，否則電流會(huì)從正極穿過(guò)兩個(gè)三極管(沒(méi)經(jīng)其他任何負(fù)載)直接回到負(fù)極，電路電流會(huì)很大，甚至燒壞三極管。這就要靠H橋式直流電機(jī)轉(zhuǎn)向控制電路的外部驅(qū)動(dòng)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)[7-8]，通過(guò)外部驅(qū)動(dòng)電路保證在同一時(shí)刻只有對(duì)角線上的一對(duì)三極管能導(dǎo)通。根據(jù)不同三極管對(duì)的導(dǎo)通情況，電流可能會(huì)從左至右或從右至左流過(guò)電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。

3　風(fēng)扇控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

(1) 設(shè)計(jì)要求：能實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制和3級(jí)風(fēng)速調(diào)節(jié)。

(2) 設(shè)計(jì)思路：電路使用一個(gè)彈性按鍵S1來(lái)調(diào)整風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，第一次按下該按鍵，電機(jī)正轉(zhuǎn)，第二次按下該按鍵，電機(jī)則反轉(zhuǎn)，第三次按下時(shí)回到第一次的電機(jī)正轉(zhuǎn)，依次反復(fù)。使用另一個(gè)彈性按鍵S2來(lái)調(diào)整風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速分為3檔：1檔(弱風(fēng))、2檔(正常風(fēng))、3檔(強(qiáng)風(fēng))。根據(jù)風(fēng)速按鍵被按下的次數(shù)來(lái)循環(huán)選擇風(fēng)速檔位，風(fēng)扇控制系統(tǒng)電路如圖2所示。

圖1　H橋式直流電機(jī)轉(zhuǎn)向控制電路

4　風(fēng)扇控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

風(fēng)扇控制系統(tǒng)程序如下：

//程序：風(fēng)扇控制系統(tǒng).c

//功能：風(fēng)扇控制程序(實(shí)現(xiàn)三檔風(fēng)速、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn))

#include //包含頭文件reg51.h，定義了51單片機(jī)的專用寄存器

#include

sbit DJA = P1^0; //電機(jī)控制A端

sbit DJB = P1^1; //電機(jī)控制B端

sbit S1=P3^2; //轉(zhuǎn)向按鍵連接P3.2引腳

sbit S2=P3^3; //風(fēng)速按鍵連接P3.3引腳

bit flag; //轉(zhuǎn)向標(biāo)志位，flag=0表示正轉(zhuǎn)，flag=1表示反轉(zhuǎn)

unsigned char number;//按下風(fēng)速按鍵的次數(shù)

//函數(shù)名：delay

//函數(shù)功能：實(shí)現(xiàn)軟件延時(shí)

//形式參數(shù)：整型變量i，控制循環(huán)次數(shù)

//返回值：無(wú)

void delay (unsigned int i)

{

unsigned int k;

for(k=0;k

}

//函數(shù)名：pwm1

//函數(shù)功能：輸出占空比為30%的脈寬調(diào)制信號(hào)(正轉(zhuǎn)、弱風(fēng))

//形式參數(shù)：無(wú)

//返回值：無(wú)

void pwm1()

{

DJB=0;

DJA=1; //電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)

delay(720); //延時(shí)，調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)

DJA=0; //電機(jī)停轉(zhuǎn)

delay(1680); //延時(shí)，調(diào)整電機(jī)停轉(zhuǎn)的時(shí)長(zhǎng)

}

//函數(shù)名：pwm2

//函數(shù)功能：輸出占空比為50%的脈寬調(diào)制信號(hào)(正轉(zhuǎn)、正常風(fēng))

//形式參數(shù)：無(wú)

//返回值：無(wú)

void pwm2()

{

DJB=0;

DJA=1; //電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)

delay(1250); //延時(shí)，調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)

DJA=0; //電機(jī)停轉(zhuǎn)

delay(1250); //延時(shí)，調(diào)整電機(jī)停轉(zhuǎn)的時(shí)長(zhǎng)

}

//函數(shù)名：pwm3

//函數(shù)功能：輸出占空比為70%的脈寬調(diào)制信號(hào)(正轉(zhuǎn)、強(qiáng)風(fēng))

//形式參數(shù)：無(wú)

//返回值：無(wú)

void pwm3()

{

DJB=0;

DJA=1; //電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)

delay(1680); //延時(shí), 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)長(zhǎng)

DJA=0; //電機(jī)停轉(zhuǎn)

delay(720); //延時(shí)，調(diào)整電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)長(zhǎng)

}

//函數(shù)名：pwm4

//函數(shù)功能：輸出占空比為30%的脈寬調(diào)制信號(hào)(反轉(zhuǎn)、弱風(fēng))

//形式參數(shù)：無(wú)

//返回值：無(wú)

void pwm4()

{

DJA=0;

DJB=1; //電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)

delay(720); //延時(shí)，調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)

DJB=0; //電機(jī)停轉(zhuǎn)

delay(1680); //延時(shí)，調(diào)整電機(jī)停轉(zhuǎn)的時(shí)長(zhǎng)

}

//函數(shù)名：pwm5

//函數(shù)功能：輸出占空比為50%的脈寬調(diào)制信號(hào)(反轉(zhuǎn)、正常風(fēng))

//形式參數(shù)：無(wú)

//返回值：無(wú)

void pwm5()

{

DJA=0;

DJB=1; //電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)

delay(1250); //延時(shí)，調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)

DJB=0; //電機(jī)停轉(zhuǎn)

delay(1250); //延時(shí)，調(diào)整電機(jī)停轉(zhuǎn)的時(shí)長(zhǎng)

}

//函數(shù)名：pwm6

//函數(shù)功能：輸出占空比為70%的脈寬調(diào)制信號(hào)(反轉(zhuǎn)、強(qiáng)風(fēng))

//形式參數(shù)：無(wú)

//返回值：無(wú)

void pwm6()

{

DJA=0;

DJB=1; //電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)

delay(1680); //延時(shí),調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)長(zhǎng)

DJB=0; //電機(jī)停轉(zhuǎn)

delay(720); //延時(shí)，調(diào)整電機(jī)停轉(zhuǎn)的時(shí)長(zhǎng)

}

void main() //主函數(shù)

{

flag=0; //設(shè)置正轉(zhuǎn)標(biāo)志位

number= 0x00; //風(fēng)速檔置0,無(wú)風(fēng)

DJA = 0; //電機(jī)停轉(zhuǎn)

DJB = 0;

while(1)

{

if(S1==0) //第一次檢測(cè)到轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)S1按下

{ delay(1200); //延時(shí)10 ms左右去抖動(dòng)

if(S1==0) //再次檢測(cè)到S1按下

{

while(!S1); //等待S1鍵釋放

flag=～flag; //改變轉(zhuǎn)向標(biāo)志位，反轉(zhuǎn)

}

}

if(S2==0) //第一次檢測(cè)到風(fēng)速開(kāi)關(guān)S2按下

{ delay(1200); //延時(shí)10ms左右去抖動(dòng)

if(S2==0) //再次檢測(cè)到S2按下

{

while(!S2); //等待S2鍵釋放

if (number<=3) //判斷風(fēng)速檔位是否強(qiáng)風(fēng)檔

number++; //沒(méi)到強(qiáng)風(fēng)檔位則風(fēng)速加速

else

number=0x01; //已經(jīng)是強(qiáng)風(fēng)檔位則風(fēng)速回到弱風(fēng)檔位

}

}

if(!flag) //正轉(zhuǎn)

{

switch(number)

{

case 0x01: pwm1();break; //風(fēng)速1檔，弱風(fēng)

case 0x02: pwm2();break; //風(fēng)速2檔，正常風(fēng)

case 0x03: pwm3();break; //風(fēng)速3檔，強(qiáng)風(fēng)

default: ;

}

}

else //反轉(zhuǎn)

{

switch(number)

{

case 0x01: pwm4();break; //風(fēng)速1檔，弱風(fēng)

case 0x02: pwm5();break; //風(fēng)速2檔，正常風(fēng)

case 0x03: pwm6();break; //風(fēng)速3檔，強(qiáng)風(fēng)

default: ;

}

}

}

}

5　結(jié)論

通過(guò)Keil C51和Proteus兩個(gè)工程專業(yè)軟件對(duì)本文設(shè)計(jì)的風(fēng)扇控制系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件調(diào)試和仿真[9-10]，證明本文中風(fēng)扇控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)及程序設(shè)計(jì)能滿足風(fēng)扇控制系統(tǒng)調(diào)速和轉(zhuǎn)向控制的要求。

圖2　風(fēng)扇控制系統(tǒng)電路

參考文獻(xiàn)：

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