基于單片機(jī)的智能電風(fēng)扇的設(shè)計

霍鵬飛,段光宇,滕敏,陳建峰,韓紅梅

（1.河南科技學(xué)院,河南新鄉(xiāng)453003；2.新鄉(xiāng)電視臺,河南新鄉(xiāng)453000；3.河南司法警官職業(yè)學(xué)院信息技術(shù)系,河南鄭州450011）

隨著電子制造業(yè)的不斷發(fā)展,社會對生產(chǎn)率的要求越來越高,各行業(yè)都需要精良高效、高可靠性的設(shè)備來滿足要求.作為一種老式家電,電風(fēng)扇具有價格便宜、擺放方便、體積輕巧等特點(diǎn).由于大部分家庭消費(fèi)水平的限制,電風(fēng)扇作為一個成熟的家電行業(yè)的一員,在中小城市以及鄉(xiāng)村將來一段時間內(nèi)仍然會占有市場的大部分份額,但電風(fēng)扇功能簡單,不能滿足智能化的要求.為提高電風(fēng)扇的市場競爭力,使之在技術(shù)含量上有所提高,而且更加安全可靠,在現(xiàn)有市場上多功能電風(fēng)扇的基礎(chǔ)上,本文結(jié)合實際,采用7805穩(wěn)壓電源,設(shè)計一種新型的智能電風(fēng)扇,該風(fēng)扇功能更多,且具有多種人性化設(shè)計,大大提高電風(fēng)扇的市場競爭力.

1 裝置模塊簡介

智能電風(fēng)扇的設(shè)計按照所假定的條件和要求,確定主要的組成部分：主要控制芯片、液晶顯示模塊、無線射頻遙控裝置、溫度傳感裝置、熱釋電紅外探測裝置、電風(fēng)扇裝置.這幾個裝置合并起來就組成了一臺智能電風(fēng)扇.按照設(shè)定條件其主要參數(shù)要求：①溫度范圍：28～35℃,②探測距離：0.5～7 m,③遙控范圍：0.5～10 m,④可調(diào)溫、調(diào)濕,⑤工作角度不可大于60°.

1.1 遙控裝置模塊

本次設(shè)計采用PT2262/2272編碼解碼器（臺灣普城公司）遙控裝置,最多可有12位（A0-A11）三態(tài)地址端管腳（懸空,接高電平,接低電平）,任意組合可提供531441地址碼,PT2262最多可有6位（D0-D5）數(shù)據(jù)端管腳,設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出,可用于無線遙控發(fā)射電路.其特點(diǎn)是低功耗、外部元器件少,采用RC振蕩電阻,工作電壓范圍寬：2.6～15 V,數(shù)據(jù)最多可達(dá)6位,地址碼最多可達(dá)531 441種,應(yīng)用范圍較廣.

1.1.1 PT2262發(fā)射模塊 編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號由地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個完整的碼字,解碼芯片PT2272接收到信號后,其地址碼經(jīng)過兩次比較核對后,VT腳才輸出高電平,與此同時相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平,如果發(fā)送端一直按住按鍵,編碼芯片也會連續(xù)發(fā)射.PT2262各管腳功能如表1所示.

表1 PT2262各管腳功能

在具體的應(yīng)用中,外接振蕩電阻可根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié),阻值越大振蕩頻率越慢,編碼的寬度越大,發(fā)碼一幀的時間越長.網(wǎng)站上大部分產(chǎn)品都是用2262/1.2 M＝2272/200 K組合的,少量產(chǎn)品用2262/4.7 M＝2272/820 K.

1.1.2 PT2272接收模塊 PT2272解碼芯片有不同的后綴,表示不同的功能,有L4/M4/L6/M6之分（本設(shè)計采用的是M非鎖存類型）,其中L表示鎖存輸出,數(shù)據(jù)只要成功接收就能一直保持對應(yīng)的電平狀態(tài),直到下次遙控數(shù)據(jù)發(fā)生變化時改變.PT2272各管腳功能說明如表2所示.

表2 PT2272各管腳功能

M型數(shù)據(jù)腳輸出的電平是瞬時的而且和發(fā)射端是否發(fā)射相對應(yīng),可以用于類似點(diǎn)動的控制.后綴的6和4表示有幾路并行的控制通道,當(dāng)采用4路并行數(shù)據(jù)時（PT2272-M4）,對應(yīng)的地址編碼應(yīng)該是8位,如果采用6路的并行數(shù)據(jù)時（PT2272-M6）,對應(yīng)的地址編碼應(yīng)該是6位.

1.2 YJD1602液晶顯示模塊

本設(shè)計采用1602液晶顯示器,以顯示風(fēng)扇當(dāng)前狀態(tài).

MS表示為工作模式,包括GJ關(guān)機(jī)模式、ZD自動模式、SD手動模式等.DW表示為當(dāng)前風(fēng)扇工作的檔位.其中包括0～3檔.WD表示當(dāng)前氣溫,其數(shù)據(jù)值會根據(jù)當(dāng)前環(huán)境溫度不同而變化.DS表示定時時間,通過調(diào)整定時時間可顯示為 NO（無定時）,10 M（10 min）,20 M（20 min）,30 M（30 min）,60 M（60 min）.1602液晶顯示器的工作參數(shù)為：（1）顯示容量16*2個字符；（2）芯片工作電壓4.5～5.5 V；（3）工作電流2.0 mA（5.0 V）；（4）模塊最佳工作電壓 5.0 V；（5）字符尺寸 2.59*4.35（WXH）mm.1602 液晶有 16 個管腳,其各管腳功能說明如表3所示：

表3 液晶各管腳功能

單片機(jī)可以往1602液晶中寫入指令或數(shù)據(jù),也可以從1602液晶中讀取數(shù)據(jù)或指令.本設(shè)計主要利用液晶的顯示作用,所以不需要從液晶中讀取數(shù)據(jù)或指令,顯示模式設(shè)置,開關(guān)及光標(biāo)的顯示.RS為數(shù)據(jù)/指令選擇端口,RS為1時液晶顯示接收為數(shù)據(jù),RS為0時液晶顯示接收為指令,對液晶進(jìn)行操作時需要給液晶送指令及告訴液晶該執(zhí)行什么操作.

1.3 AT89C51單片機(jī)

AT89C51是帶4 k字節(jié)閃爍可編程、可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器,該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造,與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容.由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中,ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器.AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案.其外形及引腳排列如圖1所示.

圖1 單片機(jī)各引腳

這個單片機(jī)的主要特性為：①可與MCS-51兼容；②是4 K字節(jié)可編程閃爍存儲器；③全靜態(tài)工作0～24M Hz；④三級程序存儲器鎖定；⑤128×8位內(nèi)部RAM；⑥可編程串行通道；⑦低功耗的閑置和掉電模式等.

2 電路設(shè)計

設(shè)計采用ALE/PROG,當(dāng)訪問外部存儲器時,地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié).在FLASH編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖.平時ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號,此頻率為振蕩器頻率的1/6,因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的.要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時,將跳過一個ALE脈沖.如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0,此時,ALE只有在執(zhí)行MOVX、MOVC指令時ALE才起作用.另外,該引腳被略微拉高,如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止,置位無效.

2.1 溫度控制電路

DS18b20數(shù)字溫度計提供9位溫度讀數(shù),指示器件的溫度,測量溫度范圍在－55～125℃之間,增量值為0.5℃,是DALLAS公司生產(chǎn)的1-Wire,即單總線器件,從中央處理器到DS18b20僅需連接一條線（和地）.讀、寫和完成溫度變換所需的電源可由數(shù)據(jù)線本身提供,而不需要外部電源,具有線路簡單,體積小的特點(diǎn),其引腳功能可以實施向器件提供電源,見圖2.

圖2 溫度傳感器

2.2 風(fēng)扇電機(jī)控制電路

風(fēng)扇電機(jī)的接通與斷開采用繼電器實現(xiàn),繼電器是一種當(dāng)輸入量（電、磁、聲、光、熱）達(dá)到一定值時,輸出量將發(fā)生跳躍式變化的自動控制器件,通常在弱電控制強(qiáng)電中使用.本設(shè)計采用電磁繼電器,通過在繼電器線圈中通入電流,使繼電器中的銜鐵動作,接通需要的線路,如圖3所示.

圖3 繼電器接線電路

除了用繼電器外,也可使用雙向可控硅來實現(xiàn)風(fēng)扇調(diào)整.在風(fēng)扇電源輸入端串聯(lián)一個保險絲,可保護(hù)電機(jī)在電流沖擊過大或電壓過高時保險絲熔斷,達(dá)到電機(jī)停機(jī)的保護(hù)目的.在電機(jī)上安裝熱保護(hù)器,可使風(fēng)扇電機(jī)過熱時自動停機(jī),以達(dá)到保護(hù)電機(jī)的作用.

2.3 熱釋電紅外傳感電路

設(shè)計采用熱釋電紅外傳感器（人體紅外感應(yīng)模塊）,這是一種能檢測人或動物發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器,被廣泛的應(yīng)用到各種自動化控制裝置中.當(dāng)人體進(jìn)入檢測區(qū),因人體溫度與環(huán)境溫度有差別,產(chǎn)生溫差ΔT,則有ΔT輸出；若人體進(jìn)入檢測區(qū)后不動,則溫度沒有變化,傳感器則也沒有輸出,所以這種傳感器只能作為活動傳感.但當(dāng)人體靜止或動作很小時,傳感器很難檢測到信號,為了解決這一問題,本設(shè)計將熱釋電紅外探頭電路接在由微型電機(jī)驅(qū)動的支架上,當(dāng)達(dá)到一定條件時,該微型電機(jī)可以工作,通過機(jī)械原理可帶動傳感器電路做有規(guī)律移動,這樣相對于人體是活動的,從而也達(dá)到了檢測作用.檢測證明,傳感器加光學(xué)透鏡（也稱菲涅爾透鏡）后,其檢測距離最大可增至7 m以上.熱釋電紅外傳感器電路見圖4.

圖4 熱釋電紅外傳感器電路

2.4 傾倒檢測電路

本電路采用Motorola的加速度傳感器芯片MMA1260D實現(xiàn)了傾倒檢測.將其Vout引腳與AP64的A/D口連接,管腳之間接一個電阻和電容,起濾波作用,以減小時鐘噪聲,電源與地之間接一個0.01 uF的電容用于去耦,同時盡可能縮短了MMA1260D與AP64的距離.將MMA1260D豎直的固定在風(fēng)扇機(jī)身,當(dāng)風(fēng)扇正常工作時,MMA1260D測得的加速度為0,而當(dāng)機(jī)身傾倒時,MMA1260D測得的加速度將增大,由于加速度與輸出電壓成正比,則AP64通過A/D端口得到的電壓值也會發(fā)生變化（根據(jù)傾倒方向的不同,測得的加速度值也會不同）,然后將對應(yīng)的電壓值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角度值,進(jìn)行判斷,如圖5所示.

圖5 傾倒檢測電路

2.5 電源電路

由于該設(shè)計是用于家庭的,所以需要在電路中加入電路板所需的電源.電路中單片機(jī),1602液晶顯示器,2272遙控接收器,蜂鳴器,繼電器18b20溫度傳感器等的驅(qū)動電壓均為5 V直流電.所以在設(shè)計中也設(shè)計了電路的供電電源.如圖6所示.

圖6 穩(wěn)壓電源

3 結(jié)論

根據(jù)實際要求,本文利用單片機(jī)設(shè)計了智能型電風(fēng)扇并制作了樣機(jī),該樣機(jī)體積小、操作簡單但功能更多,具有多種人性化設(shè)計,并可擴(kuò)展一些用戶特別要求,適合家庭使用,設(shè)計時還考慮了生產(chǎn)和使用成本、使用壽命等因素,均可滿足實際使用要求,大大提高電風(fēng)扇的市場競爭力.

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