溫控調(diào)速風扇系統(tǒng)設(shè)計

孫嘉磊 徐永鑫 張玙瑩 李攀

摘 要：風扇，是我們?nèi)粘Ｉ钪械囊环N常用小型電器，主要用來達到散熱降溫的功效。目前而言，大多數(shù)常見的家用風扇主要依靠手動調(diào)節(jié)風量以及使用時長，并且可調(diào)節(jié)的扭檔相對較少，每一扭檔的風扇風量跨度很大。故此，在日常應(yīng)用之中仍然有許多不便之處。如何使之有著更高的能效性并且不過多的耗能，順應(yīng)綠色生活的號召，成為我們設(shè)計創(chuàng)新的主要方向。

基于Arduino的設(shè)計開發(fā)平臺，我們設(shè)計了一種可智能調(diào)節(jié)的溫控調(diào)速風扇系統(tǒng)?？烧{(diào)速風扇具體實現(xiàn)了隨著工作環(huán)境溫度的變化，進而智能改變風扇風速的功能。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡易，工作穩(wěn)定，具備了節(jié)能節(jié)源的效果。智能調(diào)節(jié)風速，使電扇這一普遍的家用電器更加環(huán)保，改善了普通風扇風速的單一性。溫控調(diào)速風扇的設(shè)計與應(yīng)用具有了一定的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：溫控 節(jié)能 風扇

風扇是我們在日常生活中必不可少的家用電器，傳統(tǒng)的風扇的可調(diào)節(jié)檔速單一，而實際生活中白天溫度較高，風扇應(yīng)處于高轉(zhuǎn)速的狀態(tài)，但在入夜之后溫度會降低較多，人們?nèi)胨髤s無法調(diào)節(jié)風扇的轉(zhuǎn)速。

因設(shè)計了溫控調(diào)速風扇的新系統(tǒng)，以此解決了上述的相關(guān)問題。實現(xiàn)了讓風扇的轉(zhuǎn)速隨著溫度的變化而變化。當溫度升高時，風扇的轉(zhuǎn)速則加快；反之，溫度降低，風扇的轉(zhuǎn)速變慢。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

溫控調(diào)速風扇的系統(tǒng)設(shè)計圖如圖1所示。 本設(shè)計使用Arduino作為搭建平臺，其包含了一塊單板的微控制器和一整套的開發(fā)軟件，它的硬件包含一個以Atmel AVR單片機為核心的開發(fā)板和其他類型的I/O板。軟件包括了一個標準編程語言開發(fā)環(huán)境和在開發(fā)版上運行的燒錄程序。通過溫度傳感器和UNO開發(fā)板作為電路的主要骨干元件，外加相應(yīng)阻值的電阻、電位器、馬達、小風扇等進行設(shè)計。

從設(shè)計圖中，將實現(xiàn)溫度傳感器輸出的模擬信號值隨著溫度的改變而改變，使UNO主板輸出給馬達的PWM信號發(fā)生改變，風扇的轉(zhuǎn)速隨之發(fā)生改變。

圖 1 溫控調(diào)速風扇的系統(tǒng)設(shè)計圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

L298N驅(qū)動板是一種集成的馬達驅(qū)動，通過它可以對馬達進行驅(qū)動，并且控制馬達的轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)向。在驅(qū)動板上取點+5V電壓，0-36mA的工作電流。不同型號的L298N驅(qū)動板引腳雖有不同，但其相關(guān)的功能是一致的。L298N驅(qū)動板的引腳圖如圖2所示。

圖 2 L298N驅(qū)動板引腳圖

2.1 L298N控制馬達轉(zhuǎn)向的實現(xiàn)

如圖3所示，進行具體連接。使L298N的驅(qū)動板的VMS以及GND引腳與電源的正負極相連接，并且使UNO主板的GND引腳與L298N驅(qū)動板的GND引腳共地。將L298N驅(qū)動板的ENA接UNO的9號引腳，IN1和IN2接UNO主板的3、4號引腳。MOTOR A兩個引腳就能夠被IN1和IN2兩個引腳進行具體的控制。假使，給IN1低電平IN2高電平，馬達則會朝一個方向轉(zhuǎn)動。反之，如果給IN1高電平，IN2低電平，馬達就會朝與先前相反的方向進行轉(zhuǎn)動。

2.2 溫控調(diào)速功能的實現(xiàn)

溫度傳感器能夠感受環(huán)境溫度變化，并將溫度變化的信號傳遞給UNO主板，UNO主板對信號處理后，利用map（）函數(shù)對不同溫度下的模擬信號、數(shù)字信號進行映射，使馬達的轉(zhuǎn)速隨溫度值的變化而變化。

如圖4所示，將相關(guān)的器件以及驅(qū)動板一同接入電路。其中，L298N的ENA引腳需要與UNO主板的9號PWM引腳相互連接。通過9號引腳輸出具體的PWM信號進而控制IN1和IN2，同時利用IN1和IN2控制MOTOR A引腳。故此，通過這樣的電路使得PWM信號能夠控制馬達的轉(zhuǎn)速的功能實現(xiàn)。

圖 3 電路接線圖 圖 4 詳細設(shè)計圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本設(shè)計的主流程圖如圖所示。系統(tǒng)通電運行后，首先進行系統(tǒng)初始化，然后通過LM35來檢測空氣溫度，將信號傳輸給UNO主板后，將LM35的模擬值按一定比例轉(zhuǎn)化成為數(shù)字值，再按照一定的范圍給L298N信號。當溫度小于26度時，電機按照最低速度旋轉(zhuǎn)，風速最小。當溫度升高時，電機獲得比列的電壓，轉(zhuǎn)速按照比例提升，在使用過程中，LM35一直保持工作狀態(tài)，將信號反饋給UNO主板主板及時發(fā)出反饋，以改變電機轉(zhuǎn)速。

3.1主程序流程圖

圖 5 主程序流程圖

3.2 軟件系統(tǒng)代碼

參考文獻：

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[2] 王冬星；風扇智能控制系統(tǒng)設(shè)計[J]；電腦學習；2008年06期

[3] 明德剛；DS18B20在單片機溫控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]；貴州大學學報（自然科學版）；2006年01期

作者簡介：

孫嘉磊（1997.06-）女，漢族，上海人，學生，預備黨員

項目來源：上海工程技術(shù)大學2017年校級大學生創(chuàng)新訓練項目