基于單片機的智能溫控風扇系統(tǒng)的設計

褚文軒 張瑋 史麗娟

[摘? ? ? ? ? ?要]? 設計一種基于單片機的智能溫控風扇系統(tǒng)，系統(tǒng)由STC系列的51單片機、溫度傳感器、LED數(shù)碼管和風扇等模塊組成。本系統(tǒng)具有對外界溫度感知以及對感知數(shù)據(jù)進行分析處理、智能調(diào)節(jié)等功能，避免因溫度過高而產(chǎn)生對整個系統(tǒng)的損壞，以此提高整個系統(tǒng)的性能。

[關? ? 鍵? ?詞]? 單片機;溫度傳感器;PWM

[中圖分類號]? TM925.11? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）05-0082-02

一、引言

隨著現(xiàn)代科技的日益發(fā)展，傳統(tǒng)的電風扇不能滿足人們的生活需求，它只能以恒定的速度運行，這對人們的生活造成諸多不便。在夜間，人們在熟睡時無法有效對風扇進行變速，即使有智能遙控器，也會影響人們休息。而且傳統(tǒng)電風扇定時功能也存在一定局限性，鑒于以上諸多缺點，我們需要設計一款智能風扇系統(tǒng)解決我們當前遇到的實際問題。智能溫控風扇系統(tǒng)是利用感知當前溫度從而決定風扇是否運行及運行速率的一種智能化模式，這不僅能很好地節(jié)約能源，同時也更適應人們的現(xiàn)代生活。

二、硬件方案設計

（一）智能溫控風扇系統(tǒng)設計原理圖

本系統(tǒng)以51單片機為核心，配以數(shù)碼管驅(qū)動、按鍵復位、溫度傳感器、電源電路。設計簡單，方便使用。

（二）單片機的晶振與復位電路

在單片機系統(tǒng)中復位電路起到了很重要的作用，因為單片機在上電過程中不穩(wěn)定，在這期間執(zhí)行相關操作會造成電路損壞。因此需要一個復位電路來避免這樣的現(xiàn)象發(fā)生。對于單片機來說晶振電路也是很重要的，晶振決定著系統(tǒng)的時鐘周期，沒有時鐘周期單片機就無法工作，整個系統(tǒng)就沒有意義。本設計中開關復位與晶振電路如圖3所示，當復位按鍵按下時，系統(tǒng)復位一次。

（三）溫度傳感器電路

該模塊采用DS18B20作為溫度傳感器，與我們常用的熱敏電阻相比，它能夠更加直接讀出被測物體的溫度并且可根據(jù)我們的需求通過編程來實現(xiàn)數(shù)值的讀取。此款溫度傳感器有自己的單線接口方式，使用過程中無需外接元件。在采集溫度時，若經(jīng)過的信號電流過大，需要串聯(lián)一個電阻，使電流盡可能減小。因此R16在這個電路中就是起到這樣一個保護作用。

（四）風扇驅(qū)動電路

如圖5所示是風扇驅(qū)動電路，其中R15為電機負載，其工作原理是：單片機響應用戶的參數(shù)設置，在I/O口送出一個低電平，使工作電路導通工作。

電機的調(diào)速方式是整個系統(tǒng)中的一個相當重要的方面，該方式選擇的正確與否決定著整個系統(tǒng)的性能。本設計中是通過控制改變?nèi)龢O管的導通，使輸出端的電壓發(fā)生改變，結合PWM調(diào)速原理實現(xiàn)風扇調(diào)速效果。

三、軟件設計方案

如圖6，在程序啟動后，主程序先完成對自身的初始化。先由傳感器模塊讀取當前溫度，可以實時顯示在數(shù)碼管上。通過按鍵設置一個溫度的上下限，將傳感器讀取到的溫度和設置的上下限值進行對比，從而來判斷風扇該如何運行。當讀取到溫度值后，由外圍的驅(qū)動電路通過P2.3口將送來的PWM信號放大，給出低電平使三極管導通，從而驅(qū)動電機轉動。該程序利用了PWM原理進行調(diào)速，而頻率和占空比是PWM的兩個重要參數(shù)。這里需要用到兩個定時器，一個控制頻率一個控制占空比，通過控制高電平持續(xù)時間來調(diào)節(jié)占空比，從而讓風扇調(diào)速運轉。隨著傳感器對溫度的實時采集，可以自動調(diào)節(jié)風扇的轉速，既能達到節(jié)能的效果，又可以讓人享受舒適的環(huán)境。

四、調(diào)試運行

該部分采用Proteus軟件仿真進行調(diào)試，附仿真圖供參考如圖7所示：

經(jīng)調(diào)試，風扇的轉速可以通過事先設置的溫度上下限進行自動調(diào)速。當溫度低于設定下限值時，風扇停止運轉，當溫度在上限值和下限值之間時，風扇調(diào)速運轉，當溫度大于上限值時，風扇全速運轉，整體符合事先設計的要求。

五、總結

基于單片機的智能溫控風扇系統(tǒng)能通過DS18B20溫度傳感器實時的采集系統(tǒng)周圍的溫度，經(jīng)單片機處理后能實現(xiàn)風扇自動調(diào)速。該系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)電風扇的缺點，不僅能用于平時日常生活，在工業(yè)大型器械散熱系統(tǒng)中也能發(fā)揮巨大作用。該系統(tǒng)編程簡單，可擴展程序廣泛，適用范圍廣，有巨大的市場前景。

參考文獻：

[1]李娣娜，王洋.一種簡易溫控智能風扇控制系統(tǒng)的設計[J].現(xiàn)代電子技術，2012，35（21）：119-120.

[2]梁凱甲，彭振華，曾麗.基于單片機的智能電風扇控制系統(tǒng)設計[J].自動化應用，2016（8）：62-63.

[3]劉娜，王浩.智能溫控風扇系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].黑龍江科技信息，2016（16）：221.

[4]韓興國，蘇慶勇，王為慶.基于STC89C52單片機的智能風扇控制系統(tǒng)設計[J].裝備制造技術，2013（3）：52-53.

[5]苗祥坤.山東青年政治學院畢業(yè)設計論文智能管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].山東大學，2013.

[6]金瑾.基于AT89S52的簡易風扇控制系統(tǒng)設計[J].電子世界，2014（4）.

編輯 陳鮮艷