基于STC12型單片機的智能溫控調速風扇設計

吳望生

摘 要 本文設計了智能溫控調速風扇，基于單片機檢測和控制技術，將單片機、傳感器等智能器件用于風扇設計，可依據檢測溫度自動調節適宜的風速。

關鍵詞 單片機 溫度傳感器 智能控制 自動調速

中圖分類號：TP368.1 文獻標識碼：A

Temperature Intelligent Control Speed of Fan Based on STC12-MCU

WU Wangsheng

（School of physics and Optoelectronic Engineering， Yangtze University， Jingzhou， Hubei 434023）

Abstract Temperature intelligent control speed of fan， based on Micro Control Unit（MCU） detection and control technology， using MCU and sensor device design fan， according to the test temperature automatic adjustment appropriate speed of fan.

Key words Single-chip microcomputer； temperature sensor； intelligent control； automatic speed regulation

0 引言

風扇是散熱降溫的常用電器，如家用的電風扇和電子器件中的散熱風扇等。大多數家用風扇只能手動調速和機械定時，各檔風速跨度較大，高檔風冷噪音大，低檔又不解暑；定時設計機械，入夜熟睡后若氣溫驟變，風速不變則容易著涼。散熱風扇通過空氣對流控制器件的溫度，轉速越高散熱效果越好，但同時噪音和震動也越大。如何在風扇的散熱功效和靜音效果之間找到平衡點，隨器件工作溫度的變化合理調節風速，使之在較低噪音下正常工作顯得十分必要。為解決上述問題，我們設計了智能溫控調速風扇，基于單片機檢測和控制技術，將單片機、傳感器等智能器件用于風扇設計，可依據檢測溫度自動調節適宜的風速。

1 系統整體設計

系統主要由主控電路模塊、穩壓電源模塊、溫度采集模塊、功能按鍵模塊、溫度顯示模塊、驅動電路模塊和風扇（直流電機）等七個功能模塊組成。

圖1 系統的整體設計結構框圖

系統總體框架如圖1所示，采用STC12C5A60S2單片機作為主要控制芯片，使用溫度傳感器DS18B20進行溫度采集，并直接輸出數字溫度信號給單片機進行判斷，根據判斷結果控制相應引腳輸出高電平或低電平，控制風扇啟動或關閉；在啟動狀態下，模擬PWM波輸出調節風扇轉速。

1.1 主控電路模塊

主控電路模塊是整體系統設計的核心，控制溫度的采集與顯示，通過按鍵輸入和軟件編程進行溫度限值設定與判斷，并在其I/O口輸出控制信號，對風扇進行開關或調速。

本設計選用STC12C5A60S2單片機作為控制器件，采用增強型8051CPU，單時鐘機器周期1T，指令代碼完全兼容傳統8051；內部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉換（250K/S，25萬次/秒）。支持串口程序燒寫，配合PC端的控制程序即可將程序代碼下載進單片機，無需編程器和仿真器，對開發設備要求低，節省開發時間。

1.2 溫度采集模塊

溫度采集模塊選用數字傳感器DS18B20作為核心元件，測溫范圍[-55，+125]℃。該傳感器高度集成化，與傳統的熱敏電阻等測溫元件相比，溫度值在器件內部轉化成數字量直接輸出，測量精度高，測溫分辨率高達0.0625℃；被測溫度用符號擴展的16位補碼形式以“一線總線”串行傳送給單片機，實際操作中只須將信號線與單片機I/O口相連，抗干擾性強。

1.3 液晶顯示模塊

液晶顯示模塊選用LCD1602字符型顯示器，用于顯示溫度、風扇檔位和工作模式。LCD1602是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模塊，由若干個5X7點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，可顯示ASCII碼表中的所有可視字符。

1.4 功能按鍵模塊

功能按鍵模塊采用獨立按鍵式，每個按鍵單獨占用一根I/O線，每個按鍵的工作不會影響其它I/O線的狀態。本設計包括4個獨立式按鍵：（1）模式切換：按下該鍵循環切換自動、睡眠、手動三種工作模式。（2）溫度設定：自動和睡眠模式下，設置自動開（關）機溫度。環境溫度高于設定溫度自動開機，否則不啟動或關機。（3）手動調速：手動模式下，按下該鍵循環切換三檔風速。（4）停止模式，關閉風扇。

1.5 驅動電路模塊

由于STC12系列單片機自帶PWM控制器，因此本設計選用橋式驅動電路L298N來驅動5V直流電機風扇，并通過單片機I/O口輸出PWM脈沖調節風速。L298N模塊屬于H橋式專用驅動集成電路，其輸入端可與單片機直接連接。采用軟件編程實現PWM（脈沖寬度調制）調速，通過控制矩形波PWM信號的占空比來調控電機轉速。電機轉速與占空比成正比，占空比越大，轉速越快，若輸出全為高電平則占空比為100%，轉速最大。相比于其他如硬件或軟硬件結合的調速方式，通過軟件編程實現PWM調速，在降低成本的同時，充分發揮了單片機的編譯功能。

2 系統軟件設計

本設計主程序流程圖如圖2所示，單片機向DS18B20傳感器發送溫度轉換命令，讀取已轉換的溫度值，通過按鍵輸入和軟件編程進行溫度限值設定與判斷，并在其I/O口輸出控制信號，對風扇進行開關或調速。

圖2 主程序流程圖

溫度采集程序將DS18B20采集的溫度存入寄存器指定數組，將二進制轉化為十進制，交給顯示程序顯示。液晶顯示程序用于溫度和檔位的實時顯示。按鍵掃描程序設定開機溫度、運行模式等。溫度判斷程序根據設定溫度和當前環境溫度差值設定多個風速檔位。電機驅動程序模擬PWM波輸出，一次輸出多個電平，風速檔位與高電平的占空比成正比，根據溫度的高低來調節不同檔位的風速。

3 結束語

本設計的特色：可設置自動、手動、睡眠等多種工作模式；啟動自動和睡眠模式后，可設置自動開（關）機溫度。若檢測溫度高于設定溫度，則風扇自動開啟，并能根據實時溫度自動調節風速；當低于設定溫度時，風扇不工作；啟動睡眠模式后，在溫度變化范圍不大時，將自動循環調節風速大小，以模擬自然風效果。

溫控調速風扇擁有智能溫控、自動調速、工作穩定、成本低廉、節能降耗等特點，經過適當改造可應用于家用電器、廠礦風冷設備以及電子器件的散熱器等。本設計能夠在保證散熱效果的同時，降低風扇運轉時的噪音并節約能源，符合人性化設計和綠色節能要求，具有一定的市場前景。

參考文獻

[1] 胡漢才.單片機原理及其接口技術[M].北京：清華大學出版社，2004.

[2] 藍厚榮.單片機的PWM控制技術[J].工業控制計算機，2010（23） .

[3] 劉進山.基于MCS-51電風扇智能調速器的設計[J].電子質量，2004（10）.endprint

摘 要 本文設計了智能溫控調速風扇，基于單片機檢測和控制技術，將單片機、傳感器等智能器件用于風扇設計，可依據檢測溫度自動調節適宜的風速。

關鍵詞 單片機 溫度傳感器 智能控制 自動調速

中圖分類號：TP368.1 文獻標識碼：A

Temperature Intelligent Control Speed of Fan Based on STC12-MCU

WU Wangsheng

（School of physics and Optoelectronic Engineering， Yangtze University， Jingzhou， Hubei 434023）

Abstract Temperature intelligent control speed of fan， based on Micro Control Unit（MCU） detection and control technology， using MCU and sensor device design fan， according to the test temperature automatic adjustment appropriate speed of fan.

Key words Single-chip microcomputer； temperature sensor； intelligent control； automatic speed regulation

0 引言

風扇是散熱降溫的常用電器，如家用的電風扇和電子器件中的散熱風扇等。大多數家用風扇只能手動調速和機械定時，各檔風速跨度較大，高檔風冷噪音大，低檔又不解暑；定時設計機械，入夜熟睡后若氣溫驟變，風速不變則容易著涼。散熱風扇通過空氣對流控制器件的溫度，轉速越高散熱效果越好，但同時噪音和震動也越大。如何在風扇的散熱功效和靜音效果之間找到平衡點，隨器件工作溫度的變化合理調節風速，使之在較低噪音下正常工作顯得十分必要。為解決上述問題，我們設計了智能溫控調速風扇，基于單片機檢測和控制技術，將單片機、傳感器等智能器件用于風扇設計，可依據檢測溫度自動調節適宜的風速。

1 系統整體設計

系統主要由主控電路模塊、穩壓電源模塊、溫度采集模塊、功能按鍵模塊、溫度顯示模塊、驅動電路模塊和風扇（直流電機）等七個功能模塊組成。

圖1 系統的整體設計結構框圖

系統總體框架如圖1所示，采用STC12C5A60S2單片機作為主要控制芯片，使用溫度傳感器DS18B20進行溫度采集，并直接輸出數字溫度信號給單片機進行判斷，根據判斷結果控制相應引腳輸出高電平或低電平，控制風扇啟動或關閉；在啟動狀態下，模擬PWM波輸出調節風扇轉速。

1.1 主控電路模塊

主控電路模塊是整體系統設計的核心，控制溫度的采集與顯示，通過按鍵輸入和軟件編程進行溫度限值設定與判斷，并在其I/O口輸出控制信號，對風扇進行開關或調速。

本設計選用STC12C5A60S2單片機作為控制器件，采用增強型8051CPU，單時鐘機器周期1T，指令代碼完全兼容傳統8051；內部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉換（250K/S，25萬次/秒）。支持串口程序燒寫，配合PC端的控制程序即可將程序代碼下載進單片機，無需編程器和仿真器，對開發設備要求低，節省開發時間。

1.2 溫度采集模塊

溫度采集模塊選用數字傳感器DS18B20作為核心元件，測溫范圍[-55，+125]℃。該傳感器高度集成化，與傳統的熱敏電阻等測溫元件相比，溫度值在器件內部轉化成數字量直接輸出，測量精度高，測溫分辨率高達0.0625℃；被測溫度用符號擴展的16位補碼形式以“一線總線”串行傳送給單片機，實際操作中只須將信號線與單片機I/O口相連，抗干擾性強。

1.3 液晶顯示模塊

液晶顯示模塊選用LCD1602字符型顯示器，用于顯示溫度、風扇檔位和工作模式。LCD1602是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模塊，由若干個5X7點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，可顯示ASCII碼表中的所有可視字符。

1.4 功能按鍵模塊

功能按鍵模塊采用獨立按鍵式，每個按鍵單獨占用一根I/O線，每個按鍵的工作不會影響其它I/O線的狀態。本設計包括4個獨立式按鍵：（1）模式切換：按下該鍵循環切換自動、睡眠、手動三種工作模式。（2）溫度設定：自動和睡眠模式下，設置自動開（關）機溫度。環境溫度高于設定溫度自動開機，否則不啟動或關機。（3）手動調速：手動模式下，按下該鍵循環切換三檔風速。（4）停止模式，關閉風扇。

1.5 驅動電路模塊

由于STC12系列單片機自帶PWM控制器，因此本設計選用橋式驅動電路L298N來驅動5V直流電機風扇，并通過單片機I/O口輸出PWM脈沖調節風速。L298N模塊屬于H橋式專用驅動集成電路，其輸入端可與單片機直接連接。采用軟件編程實現PWM（脈沖寬度調制）調速，通過控制矩形波PWM信號的占空比來調控電機轉速。電機轉速與占空比成正比，占空比越大，轉速越快，若輸出全為高電平則占空比為100%，轉速最大。相比于其他如硬件或軟硬件結合的調速方式，通過軟件編程實現PWM調速，在降低成本的同時，充分發揮了單片機的編譯功能。

2 系統軟件設計

本設計主程序流程圖如圖2所示，單片機向DS18B20傳感器發送溫度轉換命令，讀取已轉換的溫度值，通過按鍵輸入和軟件編程進行溫度限值設定與判斷，并在其I/O口輸出控制信號，對風扇進行開關或調速。

圖2 主程序流程圖

溫度采集程序將DS18B20采集的溫度存入寄存器指定數組，將二進制轉化為十進制，交給顯示程序顯示。液晶顯示程序用于溫度和檔位的實時顯示。按鍵掃描程序設定開機溫度、運行模式等。溫度判斷程序根據設定溫度和當前環境溫度差值設定多個風速檔位。電機驅動程序模擬PWM波輸出，一次輸出多個電平，風速檔位與高電平的占空比成正比，根據溫度的高低來調節不同檔位的風速。

3 結束語

本設計的特色：可設置自動、手動、睡眠等多種工作模式；啟動自動和睡眠模式后，可設置自動開（關）機溫度。若檢測溫度高于設定溫度，則風扇自動開啟，并能根據實時溫度自動調節風速；當低于設定溫度時，風扇不工作；啟動睡眠模式后，在溫度變化范圍不大時，將自動循環調節風速大小，以模擬自然風效果。

溫控調速風扇擁有智能溫控、自動調速、工作穩定、成本低廉、節能降耗等特點，經過適當改造可應用于家用電器、廠礦風冷設備以及電子器件的散熱器等。本設計能夠在保證散熱效果的同時，降低風扇運轉時的噪音并節約能源，符合人性化設計和綠色節能要求，具有一定的市場前景。

參考文獻

[1] 胡漢才.單片機原理及其接口技術[M].北京：清華大學出版社，2004.

[2] 藍厚榮.單片機的PWM控制技術[J].工業控制計算機，2010（23） .

[3] 劉進山.基于MCS-51電風扇智能調速器的設計[J].電子質量，2004（10）.endprint

摘 要 本文設計了智能溫控調速風扇，基于單片機檢測和控制技術，將單片機、傳感器等智能器件用于風扇設計，可依據檢測溫度自動調節適宜的風速。

關鍵詞 單片機 溫度傳感器 智能控制 自動調速

中圖分類號：TP368.1 文獻標識碼：A

Temperature Intelligent Control Speed of Fan Based on STC12-MCU

WU Wangsheng

（School of physics and Optoelectronic Engineering， Yangtze University， Jingzhou， Hubei 434023）

Abstract Temperature intelligent control speed of fan， based on Micro Control Unit（MCU） detection and control technology， using MCU and sensor device design fan， according to the test temperature automatic adjustment appropriate speed of fan.

Key words Single-chip microcomputer； temperature sensor； intelligent control； automatic speed regulation

0 引言

風扇是散熱降溫的常用電器，如家用的電風扇和電子器件中的散熱風扇等。大多數家用風扇只能手動調速和機械定時，各檔風速跨度較大，高檔風冷噪音大，低檔又不解暑；定時設計機械，入夜熟睡后若氣溫驟變，風速不變則容易著涼。散熱風扇通過空氣對流控制器件的溫度，轉速越高散熱效果越好，但同時噪音和震動也越大。如何在風扇的散熱功效和靜音效果之間找到平衡點，隨器件工作溫度的變化合理調節風速，使之在較低噪音下正常工作顯得十分必要。為解決上述問題，我們設計了智能溫控調速風扇，基于單片機檢測和控制技術，將單片機、傳感器等智能器件用于風扇設計，可依據檢測溫度自動調節適宜的風速。

1 系統整體設計

系統主要由主控電路模塊、穩壓電源模塊、溫度采集模塊、功能按鍵模塊、溫度顯示模塊、驅動電路模塊和風扇（直流電機）等七個功能模塊組成。

圖1 系統的整體設計結構框圖

系統總體框架如圖1所示，采用STC12C5A60S2單片機作為主要控制芯片，使用溫度傳感器DS18B20進行溫度采集，并直接輸出數字溫度信號給單片機進行判斷，根據判斷結果控制相應引腳輸出高電平或低電平，控制風扇啟動或關閉；在啟動狀態下，模擬PWM波輸出調節風扇轉速。

1.1 主控電路模塊

主控電路模塊是整體系統設計的核心，控制溫度的采集與顯示，通過按鍵輸入和軟件編程進行溫度限值設定與判斷，并在其I/O口輸出控制信號，對風扇進行開關或調速。

本設計選用STC12C5A60S2單片機作為控制器件，采用增強型8051CPU，單時鐘機器周期1T，指令代碼完全兼容傳統8051；內部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉換（250K/S，25萬次/秒）。支持串口程序燒寫，配合PC端的控制程序即可將程序代碼下載進單片機，無需編程器和仿真器，對開發設備要求低，節省開發時間。

1.2 溫度采集模塊

溫度采集模塊選用數字傳感器DS18B20作為核心元件，測溫范圍[-55，+125]℃。該傳感器高度集成化，與傳統的熱敏電阻等測溫元件相比，溫度值在器件內部轉化成數字量直接輸出，測量精度高，測溫分辨率高達0.0625℃；被測溫度用符號擴展的16位補碼形式以“一線總線”串行傳送給單片機，實際操作中只須將信號線與單片機I/O口相連，抗干擾性強。

1.3 液晶顯示模塊

液晶顯示模塊選用LCD1602字符型顯示器，用于顯示溫度、風扇檔位和工作模式。LCD1602是一種專門用來顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶模塊，由若干個5X7點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，可顯示ASCII碼表中的所有可視字符。

1.4 功能按鍵模塊

功能按鍵模塊采用獨立按鍵式，每個按鍵單獨占用一根I/O線，每個按鍵的工作不會影響其它I/O線的狀態。本設計包括4個獨立式按鍵：（1）模式切換：按下該鍵循環切換自動、睡眠、手動三種工作模式。（2）溫度設定：自動和睡眠模式下，設置自動開（關）機溫度。環境溫度高于設定溫度自動開機，否則不啟動或關機。（3）手動調速：手動模式下，按下該鍵循環切換三檔風速。（4）停止模式，關閉風扇。

1.5 驅動電路模塊

由于STC12系列單片機自帶PWM控制器，因此本設計選用橋式驅動電路L298N來驅動5V直流電機風扇，并通過單片機I/O口輸出PWM脈沖調節風速。L298N模塊屬于H橋式專用驅動集成電路，其輸入端可與單片機直接連接。采用軟件編程實現PWM（脈沖寬度調制）調速，通過控制矩形波PWM信號的占空比來調控電機轉速。電機轉速與占空比成正比，占空比越大，轉速越快，若輸出全為高電平則占空比為100%，轉速最大。相比于其他如硬件或軟硬件結合的調速方式，通過軟件編程實現PWM調速，在降低成本的同時，充分發揮了單片機的編譯功能。

2 系統軟件設計

本設計主程序流程圖如圖2所示，單片機向DS18B20傳感器發送溫度轉換命令，讀取已轉換的溫度值，通過按鍵輸入和軟件編程進行溫度限值設定與判斷，并在其I/O口輸出控制信號，對風扇進行開關或調速。

圖2 主程序流程圖

溫度采集程序將DS18B20采集的溫度存入寄存器指定數組，將二進制轉化為十進制，交給顯示程序顯示。液晶顯示程序用于溫度和檔位的實時顯示。按鍵掃描程序設定開機溫度、運行模式等。溫度判斷程序根據設定溫度和當前環境溫度差值設定多個風速檔位。電機驅動程序模擬PWM波輸出，一次輸出多個電平，風速檔位與高電平的占空比成正比，根據溫度的高低來調節不同檔位的風速。

3 結束語

本設計的特色：可設置自動、手動、睡眠等多種工作模式；啟動自動和睡眠模式后，可設置自動開（關）機溫度。若檢測溫度高于設定溫度，則風扇自動開啟，并能根據實時溫度自動調節風速；當低于設定溫度時，風扇不工作；啟動睡眠模式后，在溫度變化范圍不大時，將自動循環調節風速大小，以模擬自然風效果。

溫控調速風扇擁有智能溫控、自動調速、工作穩定、成本低廉、節能降耗等特點，經過適當改造可應用于家用電器、廠礦風冷設備以及電子器件的散熱器等。本設計能夠在保證散熱效果的同時，降低風扇運轉時的噪音并節約能源，符合人性化設計和綠色節能要求，具有一定的市場前景。

參考文獻

[1] 胡漢才.單片機原理及其接口技術[M].北京：清華大學出版社，2004.

[2] 藍厚榮.單片機的PWM控制技術[J].工業控制計算機，2010（23） .

[3] 劉進山.基于MCS-51電風扇智能調速器的設計[J].電子質量，2004（10）.endprint