基于STM32F103的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊行　徐登

摘要：設(shè)計(jì)一套家用通風(fēng)系統(tǒng)，以STM32F103ZET6為主控芯片，通風(fēng)電機(jī)采用直流電機(jī)，利用按鍵控制STM32的通用定時(shí)器TIMx輸出可調(diào)PWM（Pulse Width Modulation）信號，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N改變直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)簡潔合理，效率高，在智能通風(fēng)領(lǐng)域具備一定的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：通風(fēng)系統(tǒng)；STM32F103；PWM；電機(jī)調(diào)速

中圖分類號：TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1009-3044（2018）19-0278-02

Abstract： A set of household ventilation system is designed， with STM32F103ZET6 as the main control chip， the ventilation motor uses DC motor， the key control STM32's universal timer TIMx output adjustable PWM （Pulse Width Modulation） signal is used to change the speed of the DC motor through the motor drive chip L298N to realize the adjustment of the speed of the ventilation system. The software and hardware design of the system is simple and reasonable， and its efficiency is high. It has certain application value in the field of intelligent ventilation.

Key words：Ventilation system； STM32F103； PWM； motor speed regulation

隨著人民生活水平的提高和家庭裝修的持續(xù)普及，大家對室內(nèi)環(huán)境安全特別是空氣質(zhì)量安全越來越重視，成為大家家居入住首選考慮因素。其中通風(fēng)成為提升室內(nèi)空氣質(zhì)量的重要手段，通風(fēng)是借助換氣稀釋或通風(fēng)排除等手段，控制空氣污染物的傳播與危害，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外空氣環(huán)境質(zhì)量保障的一種建筑環(huán)境控制技術(shù)。通風(fēng)系統(tǒng)就是實(shí)現(xiàn)通風(fēng)這一功能，包括進(jìn)風(fēng)口、排風(fēng)口、送風(fēng)管道、風(fēng)機(jī)、降溫及采暖、過濾器、控制系統(tǒng)以及其他附屬設(shè)備在內(nèi)的一整套裝置。在整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)中控制系統(tǒng)是核心，其關(guān)鍵技術(shù)是電機(jī)速度的調(diào)節(jié)。

本文設(shè)計(jì)了一套家用通風(fēng)系統(tǒng)，以STM32F103ZET6為主控芯片，通風(fēng)電機(jī)采用直流電機(jī)，利用按鍵控制STM32的通用定時(shí)器TIMx輸出可調(diào)PWM（Pulse Width Modulation）信號，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N改變直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)簡潔合理，效率高，在智能通風(fēng)領(lǐng)域具備一定的應(yīng)用價(jià)值。

1 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)

圖1所示為系統(tǒng)整體框圖，處理器采用STM32F103ZET6，按鍵采用獨(dú)立按鍵，直流風(fēng)扇采用24V直流電機(jī)，電機(jī)采用L298N驅(qū)動(dòng)調(diào)速。

系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)通過3個(gè)按鍵控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)具體功能如下：開機(jī)后，系統(tǒng)上電時(shí)，直流電機(jī)保持靜止?fàn)顟B(tài)，按鍵key1按下，直流電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)；按鍵key2按下，直流電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)；按鍵key3按下，直流電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓，大電流的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯。該芯片采用15腳封裝。主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46V，輸出電流大，瞬間峰值可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A；額定功率為25W。內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)、繼電器線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號控制；具有兩個(gè)用控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。L298N模塊的管腳圖如下圖2所示，各管腳中In1、In2、ENA、與OUT1、OUT2是控制一個(gè)電機(jī)輸出；In3、In4、ENB、與OUT3、OUT4是控制另一個(gè)電機(jī)的輸出；VCC、GND是電機(jī)的供電電壓輸入端。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)思路

本項(xiàng)目對通用定時(shí)器TIM3進(jìn)行參數(shù)配置，使其輸出2個(gè)不同占空比的PWM波形，每個(gè)PWM波形對應(yīng)不同的電機(jī)轉(zhuǎn)速，從功能需求上看，家用通風(fēng)系統(tǒng)可以通過STM32的GPIO端口輸出相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速控制信號，其各自對應(yīng)的功能關(guān)系如下表1所示。

2.2 硬件電路設(shè)計(jì)

硬件原理圖如圖3所示，按鍵key1接在PB5引腳上，按下時(shí)電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)；按鍵key2接在PB6引腳上，按下時(shí)電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)；按鍵key3接在PB7引腳上，按下時(shí)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。L298N模塊的輸入引腳IN1接在PA5引腳上，IN2接在PA6上，ENA使能端接在PA4上。

具體的引腳分配如表3。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件流程圖如圖4所示，其中，初始化定時(shí)器3的編程思路如下：

1） 初始化相應(yīng)GPIO管腳（PA6），并使能TIM3時(shí)鐘和GPIOA時(shí)鐘；

2） 初始化定時(shí)器參數(shù)；

3） 設(shè)置PWM通道的模式；

4） 使能PWM通道預(yù)裝載寄存器；

5） 使能定時(shí)器3。

4 運(yùn)行測試

在完成軟件設(shè)計(jì)之后，將編譯好的文件下載到STM32F103ZE6芯片上，觀看其運(yùn)行結(jié)果，如圖5所示，按下K1按鍵，直流電機(jī)快速運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)占空比為80%；如圖6所示，按下K2按鍵，直流電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)占空比為50%；按下K3按鍵，直流電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

5 總結(jié)

本文主要設(shè)計(jì)了一套家用通風(fēng)系統(tǒng)，以STM32F103ZET6為主控芯片，通風(fēng)電機(jī)采用直流電機(jī)，利用按鍵控制STM32的通用定時(shí)器TIMx輸出可調(diào)PWM（Pulse Width Modulation）信號，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N改變直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)簡潔合理，效率高，在智能通風(fēng)領(lǐng)域具備一定的應(yīng)用價(jià)值。

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