基于單片機(jī)的智能風(fēng)扇控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

北方民族大學(xué) 陳 磊 魏 鑫 魏林心

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基于單片機(jī)的智能風(fēng)扇控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

北方民族大學(xué) 陳 磊 魏 鑫 魏林心

【摘要】針對(duì)現(xiàn)有的電風(fēng)扇具有性能低、靈活性差、功能單一等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的智能風(fēng)扇調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，能夠根據(jù)溫度變化自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)扇風(fēng)速，而且當(dāng)房間里沒(méi)人時(shí)使風(fēng)扇自動(dòng)關(guān)閉。與傳統(tǒng)風(fēng)扇相比，該系統(tǒng)具有節(jié)能、靈活、功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；智能；電風(fēng)扇；自動(dòng)

0　引言

電風(fēng)扇曾一度被認(rèn)為是空調(diào)產(chǎn)品沖擊下的淘汰品，其實(shí)并非如此，市場(chǎng)人士稱，家用電風(fēng)扇并沒(méi)有隨著空調(diào)的普及而淡出市場(chǎng)，近兩年反而出現(xiàn)了市場(chǎng)銷售復(fù)蘇的態(tài)勢(shì)[1]。其主要原因有兩點(diǎn)：一是風(fēng)扇和空調(diào)的降溫效果不同。空調(diào)有強(qiáng)大的制冷功能，可以快速有效地降低環(huán)境溫度，但電風(fēng)扇的風(fēng)更溫和，更加適合老人兒童和體質(zhì)較弱的人使用；二是電風(fēng)扇有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，價(jià)格低廉而且相對(duì)省電，安裝和使用都非常簡(jiǎn)單[2]。

盡管電風(fēng)扇有其市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，但傳統(tǒng)電風(fēng)扇還是有許多地方應(yīng)當(dāng)進(jìn)行改進(jìn)，最突出的缺點(diǎn)是它不能根據(jù)溫度的變化適時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)力大小。對(duì)于夜間溫差大的地區(qū)，人們?cè)谙囊故褂秒婏L(fēng)扇時(shí)可能遇到這樣的問(wèn)題：當(dāng)凌晨降溫的時(shí)候電風(fēng)扇依然在工作，可是人們因?yàn)槭焖鵁o(wú)法察覺(jué)，既浪費(fèi)電資源又容易引起感冒，傳統(tǒng)的機(jī)械定時(shí)器雖然能夠控制電風(fēng)扇在工作一定后關(guān)閉，但定時(shí)范圍有限，且無(wú)法對(duì)溫度變化靈活處理。鑒于以上方面的考慮，我們需要設(shè)計(jì)一種智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)來(lái)解決這些問(wèn)題。

圖1　系統(tǒng)框圖

1　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

如系統(tǒng)框圖圖1所示，熱釋電紅外電路可以檢測(cè)周圍是否有人，當(dāng)檢測(cè)到周圍有人時(shí)，溫度檢測(cè)模塊檢測(cè)外界溫度，并傳給微控制器。微控制器把傳回來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成攝氏度。通過(guò)溫度數(shù)據(jù)的變化，來(lái)改變PWM波，進(jìn)而改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。用顯示模塊來(lái)顯示當(dāng)前溫度和當(dāng)前風(fēng)速。

圖2　硬件原理圖

2　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件原理圖如圖2所示。該原理圖是通過(guò)proteus軟件仿真出來(lái)的。以下是詳細(xì)介紹：最小系統(tǒng)是由AT89C51、電源、12M晶振時(shí)鐘電路、復(fù)位電路組成。液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)傳輸是通過(guò)總線的形式連接到單片機(jī)的P0口上的，以此來(lái)向單片機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。其三個(gè)控制管腳以此接在P30/P31/P32上。DS18B20的信號(hào)管腳接在了單片機(jī)的P33口實(shí)時(shí)想單片機(jī)傳輸溫度。直流電動(dòng)機(jī)的一個(gè)管腳接在了電源地上，另一個(gè)管腳接在了單片機(jī)的P34口上，接受單片機(jī)傳來(lái)的PWM控制波形。

2.1微控制器模塊

微控制器選用具有4KB片內(nèi)E2PROM的AT89C51單片機(jī)。作為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，AT89C51內(nèi)部已包含了定時(shí)器、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等硬件[3]，其硬件能符合整個(gè)控制系統(tǒng)的要求，不需要外接其他存儲(chǔ)器芯片和定時(shí)器件，方便地構(gòu)成一個(gè)最小系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，抗干擾能力強(qiáng)，性價(jià)比高。

2.2穩(wěn)壓模塊

51單片機(jī)要想穩(wěn)定工作，所需電壓必須為5V，而且必須要穩(wěn)定，盡量不要有波動(dòng)。鑒于有一個(gè)7.2V的直流電源，于是就設(shè)計(jì)了一個(gè)7.2V轉(zhuǎn)5V的穩(wěn)壓電路。三端穩(wěn)壓器是最常用的穩(wěn)壓芯片，通過(guò)匹配一些電解電容，可以得到一個(gè)簡(jiǎn)單而又使用的穩(wěn)壓電路。考慮到實(shí)用性以及可讀性，在該模塊添加了一個(gè)手動(dòng)按鍵以及電源指示燈。

2.3熱釋電紅外傳感器模塊

熱釋電紅外線傳感器有三個(gè)端口，一個(gè)接電源、一個(gè)接地、一個(gè)信號(hào)端口，當(dāng)有人進(jìn)入其檢測(cè)區(qū)域時(shí)，信號(hào)端口便產(chǎn)生一個(gè)電平跳變，并維持?jǐn)?shù)秒鐘，利用這個(gè)跳變可以判斷是否有人在這個(gè)檢測(cè)區(qū)域。

2.4溫度檢測(cè)模塊

選用DS18B20作為溫度傳感器，獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊，這給溫度的提取帶來(lái)了極大的方便[4]。而且工作電源：3～5V的直流電，這樣可以將供電直接接到5V和電源地上。試驗(yàn)中把信號(hào)腳接在單片機(jī)的P3.3口上，通過(guò)P3.3口向DS18B20寫指令，寫數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)。

2.5直流電機(jī)控制模塊

直流電機(jī)只有兩個(gè)引腳，而且兩個(gè)引腳的電平不一樣即可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制，其中一個(gè)引腳上給不同頻率的PWM波形即可實(shí)現(xiàn)速度的控制。本實(shí)驗(yàn)中把其中一個(gè)管腳接在了單片機(jī)的P3.4腳上，接受來(lái)自單片機(jī)的PWM波形。而該波形是受溫度來(lái)控制的。單片機(jī)根據(jù)獲得溫度數(shù)據(jù)，劃分出檔位，來(lái)調(diào)節(jié)PWM的高低電平的時(shí)間長(zhǎng)短[5]。用定時(shí)器來(lái)計(jì)時(shí)，一秒鐘作為一個(gè)周期，高電平的時(shí)間通過(guò)線性關(guān)系由溫度值調(diào)節(jié)。這樣，電機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)智能調(diào)速了。

2.6顯示模塊

選用1602液晶作為顯示模塊。1602液晶也叫1602字符型液晶，是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊[6]。它由若干個(gè)5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。

圖3　系統(tǒng)流程圖

3　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

圖3為系統(tǒng)流程圖，先由熱釋紅外傳感器模塊檢測(cè)環(huán)境中是否有人，當(dāng)檢測(cè)到有人時(shí)，溫度檢測(cè)模塊開(kāi)始工作，同時(shí)電機(jī)控制模塊根據(jù)環(huán)境中的溫度控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)整風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，顯示模塊將環(huán)境溫度和相應(yīng)的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速顯示出來(lái)。

4　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖4為實(shí)物圖。從圖中可以看出本系統(tǒng)所需的元器件數(shù)量少、價(jià)格便宜，而且系統(tǒng)功能強(qiáng)大、穩(wěn)定性好。本系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)前景。

圖4　實(shí)物圖

5　結(jié)論

針對(duì)現(xiàn)有的電風(fēng)扇具有性能低、靈活性差、功能單一等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的智能風(fēng)扇調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，能夠根據(jù)溫度變化自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)扇風(fēng)速，而且當(dāng)房間里沒(méi)人時(shí)使風(fēng)扇自動(dòng)關(guān)閉。與傳統(tǒng)風(fēng)扇相比，該系統(tǒng)具有節(jié)能、靈活、功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)，因而有廣闊的市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)

[1]羅仁宵.電風(fēng)扇:市場(chǎng)對(duì)“你”有新要求[J].家電大視野,2005(7):75-76.

[2]劉艷萍,萬(wàn)欣.太陽(yáng)能風(fēng)扇控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].商品與質(zhì)量·學(xué)術(shù)觀察,2013(8):109-109.

[3]樊明龍,任麗靜.單片機(jī)原理與應(yīng)用(第2版)(教育部高職高專規(guī)劃教材)[M]. 化學(xué)工業(yè),2014.

[4]李瑞程,應(yīng)柏青,阮靜.淺談DS18B20溫度傳感器應(yīng)用設(shè)計(jì)中的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)[J].高校實(shí)驗(yàn)室工作研究,2013(4):34-35.

[5]趙亞麗,陳奇栓,齊曉旭,等.基于51單片機(jī)的小型直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)技術(shù),2013.

[6]袁歡,曾先文,徐諱.1602LCD液晶顯示[J].商品與質(zhì)量:學(xué)術(shù)觀察,2012:104-104.

陳磊，男，大學(xué)本科，主要研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)設(shè)計(jì)。

魏鑫，男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)設(shè)計(jì)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

魏林心，男，大學(xué)本科，主要研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)設(shè)計(jì)。

作者簡(jiǎn)介：