基于AT89S52單片機的智能溫控電風扇

林建華

（閩南理工學院，福建 石獅 362700）

在國內，大部分農村地區普遍使用電風扇作為夏天降溫防暑設備。夏秋季節白天溫度高，電風扇應置于高速檔，大風量才使人感到涼爽；到了夜里，氣溫降低，當人們入睡后，應該逐步減小風速，以免使人受涼感冒。雖然電風扇都有手動調節檔位的功能，但必須要人手動切換檔速，睡著了就沒辦法了。利用 AT89S52單片機設計智能溫控電風扇控制系統，能解決深夜當人們熟睡時因溫度下降而導致著涼，或是從睡夢中醒來去控制電風扇風速的問題。本控制系統實時顯示檢測溫度值，并根據用戶設定的上、下限溫度值自動在相應溫度下作出高速檔、低速檔、停止的動作，從而實現智能控制電風扇的風速目的，形成一個經濟的、節能的智能溫控系統。

1.設計方案

系統設計的總框圖如圖1所示。

單片機通過檢測DS18B20采集的溫度作相應處理并送數碼管顯示當前溫度值，同時當前顯示溫度值與用戶設定的上、下限溫度值進行比較，根據比較的結果控制高速檔、低速檔、停止檔相對應的繼電器的通斷，從而控制電風扇的電動機接線方式，實現對風扇風速的控制。硬件電路設計包括單片機主控電路、數碼管顯示電路、溫度采集、蜂鳴器、繼電器控制電路、+5V供電電源等。主程序編程用來實現對溫度的檢測、數碼顯示、蜂鳴器、繼電器控制等處理功能。

圖1 系統結構框圖

2.硬件電路設計及其分析

2.1 單片機主控電路

AT89S52單片機作為本系統的控制核心，用于控制溫度采集、數碼管顯示、蜂鳴器、繼電器控制及用戶上下限溫度值設置鍵。在本系統設計電路中，溫度采集定義 DS18B20的DQ端口為P3.3；數碼管顯示電路定義P0口連接七段數碼管，P2口作為數碼管的位選信號；P1.0為手動檔電源開關，P1.1為自動檔電源開關，P1.2為高速檔，P1.3為低速檔，P1.4 為顯示值減1，P1.5為顯示值加1， P1.6 為設置鍵；P3.0為蜂鳴器報警等。

2.1.1 溫度采集

溫度采集電路主要采用溫度傳感器DS18B20作為感測溫度的核心元件，它可把采集的溫度信號轉換成數字量，送單片機處理后，輸出送數碼管顯示當前溫度值。DS18B20的DQ端口接P3.3口，如圖2所示。

圖2 溫度采集

2.1.2 數碼管顯示電路

數碼管顯示電路利用8個共陽數碼管、PNP三極管、電阻構成。單片機的P0口作為段碼輸入，P2口作為位選，并用8550三極管做驅動。P0口做I/O口時要加上拉電阻，所以給P0各端口加一個10KΩ的電阻。為了防止燒壞數碼管，給數碼管各段各加一個220Ω的限流電阻。顯示時數據通過P0口送給數碼管顯示，通過P2口對數碼管進行位選，數碼管被逐位掃描顯示其當前溫度值。如圖3所示，

圖3 數碼管顯示電路

2.1.3 用戶上下限溫度值設置

用戶上下限溫度值設定由單片機的P1.4、P1.5、P1.6口外接的3個點動按鈕S1、S2、S3來完成，如圖3所示。S3為設置鍵，S2為顯示溫度值加1，S1為顯示溫度值減1。當按下設置鍵S3，進入上限溫度值設置項，此時按下S2鍵，溫度值加1，長按S2不放可實現快速加1，按下S1鍵，上限溫度值減1，長按S1不放可實現快速減1。再一次按設置鍵S3，進入下限溫度值設置項，此時按S2、S1鍵，可對下限值加 1或減 1。上限溫度值和下限溫度值的設置范圍為-9℃～99℃，可以滿足一般使用要求。再按一次設置鍵S3，可切換到手動控制狀態，此時數碼管顯示的是當前溫度值，這時電風扇切換到手動控制模式。再次按下設置鍵 S3，又切換到溫控自動控制，或按接P1.7腳的S4按鍵，也可以從手動控制切換到溫控模式。

2.1.4 繼電器控制電路

繼電器控制電路由單片機的 P1.0～P1.3控制，如圖 4所示。上電默認為智能溫控模式，電風扇一通電，P1.1輸出低電平，Q11導通，繼電器K2吸合，K1釋放。單片機自動檢測溫度傳感器采集的溫度信號轉換成數字量，送數碼管顯示，并與用戶設置的上、下限溫度值進行比較，當前顯示溫度值高于用戶設定的上限溫度值時，P1.2輸出低電平，Q12導通，繼電器K3吸合，電源接通電風扇電機的高速檔；當前顯示溫度值介于用戶所設的上、下限溫度值時，P1.3輸出低電平，Q13導通，繼電器K4吸合，電源接通電機的低速檔；當前顯示溫度值低于下限溫度值時，關閉風扇。

當要切換到手動控制時，按S3設置鍵3次，從智能溫控模式切換到手動控制，P1.0輸出低電平，Q10導通，繼電器K1吸合，K2釋放。此時可以通過調節定時器及調速檔開關控制電風扇的風速。按下S4時，又可切換到智能溫控模式。

圖4 繼電器控制電路

2.2 供電電源電路

單片機+5V供電電源采用LM7805集成穩壓器，220V電源經變壓器降壓、整流、濾波后送入LM7805穩壓，輸出端接一個470uF和0.1uF電容濾除紋波，得到+5V穩壓電源。電路如圖5所示。

圖5 供電電源電路

3.系統程序設計

單片機首先對DS18B20進行復位和檢測，當檢測到傳感器存在時，發出溫度轉換命令和讀取溫度命令，將從DS18B20讀取的二進制溫度值轉換為七段碼在數碼管上顯示出來。顯示功能由溫度顯示子程序實現，數碼管逐位掃描顯示當前溫度值。用戶可根據需要自行設置風速檔的切換上、下限溫度值，硬件設計上可通過3個按鍵，由按鍵檢測函數程序提供軟件支持。用戶設定的上、下限溫度值均保存到DS18B20的EEROM內，在單片機掉電后仍然保存設定值，再次上電時從DS18B20的EEROM中讀取上次設定的上、下限溫度值。用戶要實現根據當前溫度實時的控制電風扇的風速，需要在程序中不斷的判斷當前溫度值是否超過或低于設定的上、下限溫度值范圍，此部分功能由溫度比較程序來完成。在執行程序不斷將當前溫度和設定動作溫度進行比較判斷，控制高速檔、低速檔相應繼電器的吸合與釋放，從而實時控制電風扇的風速。

4.系統的安裝與調試

根據已定義的單片機各端口及設計的硬件電路，編寫程序，并利用單片機Proteus ISIS和Keil軟件對智能溫控電風扇控制進行調試、仿真測試，直至實現其控制要求。

然后按已設計的硬件電路圖對各單元電路進行安裝與焊接，并確保電路安裝正確無誤。用燒寫器將KEIL軟件對應源程序編譯生成的.HEX文件寫入 AT89S52單片機芯片中。組裝整個系統，將單片機插入到目標板中，進行整機的調試。

風扇接上電源，如數碼管顯示當前溫度值22.5℃-L，表明電風扇處于低速檔運行。按設置鍵S3及S2、S1鍵可重新設置上、下限溫度值，如果將上限溫度值設為25.0℃，將下限溫度值設為23.0℃。確定后，因當前溫度值低于下限溫度值，電風扇停止，數碼管顯示 22.1℃-P。然后用手捏著DS18B20，顯示溫度逐步上升，當達到下限溫度值23℃時，繼電器K4吸合，電風扇接通低速檔，數碼管顯示23.X℃-L。溫度繼續的上升，當高于25℃時，繼電器K3吸合，電風扇切換到高速檔，數碼管顯示25.X℃-H。當手移開DS18B20，溫度下降，低于 25.0℃時，又切換到低速檔。當低于23.0℃時，關閉電風扇。

按設置鍵S3三次，可切換到手動控制模式。此時數碼管顯示當前溫度值。此時可通過手動調節定時器和調速開關控制電風扇的風速。再按S4時，又切換到智能溫控模式。

經實驗測試表明，該系統實現了預期的控制功能。

5.結束語

該系統利用 AT89S52單片機實現的智能溫控電風扇控制系統，性能可靠，控制準確，成本低，解決了人們手動操作的麻煩，具有重要的應用價值。如將電路和程序稍作修改，還可以實現其他一些控制功能，如大棚溫度控制、電動機溫度檢測、加熱爐、熱處理爐和鍋爐溫度檢測等，系統移植性強，控制方便。

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