基于單片機(jī)的智能風(fēng)扇

徐志剛，黃濤（四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四川 廣元　628040）

基于單片機(jī)的智能風(fēng)扇

徐志剛，黃濤
（四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四川 廣元628040）

基于全球氣溫的急劇升高，風(fēng)扇在人們生活中的利用將飛速提升。在炎熱的夏天人們用電風(fēng)扇來(lái)降溫；一般的風(fēng)扇只有幾檔人為的調(diào)速，夏夜溫度下降后人們會(huì)因?yàn)槭焖笸涥P(guān)閉風(fēng)扇而感冒，當(dāng)溫度升高后他又不能根據(jù)溫度的提升而改變轉(zhuǎn)速。我們通過(guò)采用STC12C5A60S2單片機(jī)作為控制平臺(tái)對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。利用DS18B20數(shù)字溫度傳感器采集實(shí)時(shí)溫度，經(jīng)單片機(jī)的PWM控制光耦，光耦將單片機(jī)的信號(hào)和風(fēng)扇的控制隔離，這樣實(shí)現(xiàn)了風(fēng)扇高電壓的控制，光耦控制三極管的放大倍數(shù)，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)扇的智能控制。從而使智能溫控風(fēng)扇能自動(dòng)根據(jù)室內(nèi)環(huán)境溫度來(lái)改變風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，解決了熟睡后忘記關(guān)閉風(fēng)扇而感冒的問(wèn)題。

單片機(jī)；溫控風(fēng)扇；智能模式；自動(dòng)控制

在現(xiàn)在這個(gè)電子信息化時(shí)代，溫度控制器在各行各業(yè)都在廣泛的利用具有對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能，以保證工業(yè)儀器，測(cè)量工具，農(nóng)業(yè)種植的正常運(yùn)作，它的最大特點(diǎn)是能實(shí)時(shí)監(jiān)控周?chē)鷾囟鹊母叩停⒛芡瑫r(shí)控制電機(jī)運(yùn)作來(lái)改變溫度。它的廣泛應(yīng)用和普及給人們的日常生活帶來(lái)了方便。

智能溫控風(fēng)扇是用單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)完成的一個(gè)小型的控制系統(tǒng)。現(xiàn)階段運(yùn)用與國(guó)內(nèi)大部分家庭，系統(tǒng)效率越來(lái)越高，成本也越來(lái)越低。其發(fā)展趨勢(shì)可以根據(jù)其性質(zhì)進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)可以運(yùn)用與不同場(chǎng)合的溫度監(jiān)測(cè)控制，并帶來(lái)大量的經(jīng)濟(jì)效益。

1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

1）系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)由溫度采集電路、單片機(jī)、液晶顯示電路、DS1302時(shí)鐘電路、EEPROM電路、風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路、人體感應(yīng)電路、紅外接收電路、穩(wěn)壓電路及一些其他外圍器件組成［1］。系統(tǒng)的框圖結(jié)構(gòu)如下：2）STC12C5A60S2單片機(jī)

圖1　系統(tǒng)的框圖結(jié)構(gòu)

STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘g、機(jī)器周期（1T）的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼?zhèn)鹘y(tǒng)8051，但是速度要快 8-12倍。內(nèi)部集成 MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250k/s），針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。

3）最小系統(tǒng)

單片機(jī)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)、晶振電路和復(fù)位電路［2］。

復(fù)位電路：

1）復(fù)位電路的工作原理介紹：51單片機(jī)要復(fù)位只需要在第9引腳接個(gè)高電平持續(xù)2US就可以實(shí)現(xiàn)，那這個(gè)過(guò)程是如何實(shí)現(xiàn)的呢？單片機(jī)在通電時(shí)復(fù)位一次，按下復(fù)位按鈕復(fù)位一次就相當(dāng)于你在電腦上按數(shù)字一樣，按下一次“1”，顯示“1”數(shù)字，松開(kāi)后再按下再顯示一次“0”。所以可以通過(guò)按鍵的斷開(kāi)和閉合在運(yùn)行的系統(tǒng)中控制其復(fù)位。

2）晶振電路：晶振作用是提供時(shí)鐘信號(hào)，一般一個(gè)系統(tǒng)只有一個(gè)晶振有利于保持各部分運(yùn)行同步。最小系統(tǒng)中的晶振主要也是保持單片機(jī)各部分運(yùn)行同步［3］。最小系統(tǒng)電路圖如下：

圖2　為單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖

4）液晶顯示電路

LCD1602A是一種工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符。（16列2行）。

原理是以電壓來(lái)控制顯示的區(qū)域只要有點(diǎn)它就能顯示，再通過(guò)單片機(jī)給定的素質(zhì)來(lái)進(jìn)行顯示圖片、數(shù)字等。因?yàn)橐壕э@示的物理特性現(xiàn)在普遍應(yīng)用在PDA移動(dòng)通信工具等眾多領(lǐng)域［4］。液晶顯示電路如圖3。

圖3　為液晶顯示電路

5）5DS1302時(shí)鐘電路：主要由移位寄存器、控制邏輯電路、振蕩器等組成［5］。它的的引腳排列及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下：

圖4　DS1302與MUC接口電路

DS1302引腳說(shuō)明：

X1，X2 32.768kHz晶振引腳

GND地線

RST復(fù)位端

I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出端口

SCLK串行時(shí)鐘端口

VCC1慢速充電引腳

VCC2電源引腳

6）人體感應(yīng)電路

熱釋電的主控芯片是BISS0001，是一款具有較高性能的傳感信號(hào)處理集成電路［6］。

BISS001的主要功能如下：

為CMOS數(shù)模混合專用集成電路；

①具有獨(dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器，可與多種傳感器匹配進(jìn)行信號(hào)處理；

②帶有雙向鑒幅器，可有效抑制干擾；

③內(nèi)設(shè)延遲時(shí)間定時(shí)器和封鎖時(shí)間定時(shí)器；

④結(jié)構(gòu)新穎，穩(wěn)定可靠，調(diào)解范圍寬；

⑤內(nèi)置參考電壓，工作電壓范圍為2～6 V。

7）風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路

風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)采用的是TIP122達(dá)林頓三極管，三極管的放大倍數(shù)采用的是光耦，這樣就可以通過(guò)單片機(jī)的pwm間接的控制風(fēng)扇，而風(fēng)扇的電壓也不會(huì)局限于5 V，此設(shè)計(jì)選用的風(fēng)扇是5～12 V。8風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路圖如下：

8）EEPROM存儲(chǔ)電路

圖中AT24C02的1、2、3腳是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址。第8腳和第4腳分別為正、負(fù)電源。第5腳SDA為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出，第6腳為時(shí)鐘信號(hào)輸入線，SDA和SCL都需要和正電源間各接一個(gè)10 K的電阻上拉。第7腳需要接地。

圖5　人體感應(yīng)模塊接線圖

圖6　為風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路

圖7　AT24C02的電路接線圖

2　系統(tǒng)調(diào)試

1）液晶顯示屏調(diào)試

通電后觀察液晶顯示屏是否發(fā)光，如果沒(méi)有發(fā)過(guò)就檢查液晶電路的vcc和接地或看液晶是否插反等。如果接通電源后發(fā)光，觀察顯示屏有沒(méi)有年月顯示，有沒(méi)有溫度顯示。如果都有液晶顯示正常。

2）人體感應(yīng)模塊調(diào)試

在其他部位度正常的情況下通電后用遙控器調(diào)到智能模式，使環(huán)境溫度達(dá)到風(fēng)扇啟動(dòng)需求的30度后看風(fēng)扇是否轉(zhuǎn)動(dòng)，如果沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)就去檢查下人體感應(yīng)模塊有沒(méi)有插反或者看下電源和接地有沒(méi)有接反。因?yàn)槿梭w感應(yīng)模塊檢測(cè)到有人的時(shí)候是輸出一個(gè)高電平給單片機(jī)。如果插反或接錯(cuò)將不會(huì)實(shí)現(xiàn)。如果通電后在智能模式下溫度打到30度后風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，那么就用黑色的罩罩蓋住人體感應(yīng)模塊，過(guò)一會(huì)后風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動(dòng)說(shuō)明人體感應(yīng)模塊正常。

3）紅外接收調(diào)試

紅外接收主要就是接收來(lái)自遙控器的命令。通電后你用遙控器下達(dá)命令，比如調(diào)節(jié)風(fēng)扇檔位。如果你開(kāi)始是1檔當(dāng)你按下2檔是風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)說(shuō)明紅外接收正常。

4）溫度采集模塊調(diào)試

通電后用高溫烙鐵放在溫度采集模塊旁邊，不能是烙鐵黏住穩(wěn)住感應(yīng)模塊。如果液晶顯示屏上看到溫度在不斷的上升說(shuō)明溫度采集模塊正常。

5）DS18B20調(diào)試

將手心靠攏或者捏住芯片，即可發(fā)現(xiàn)溫度顯示的前兩位溫度也迅速升高，驗(yàn)證了DS18B20能在系統(tǒng)板上工作。由于DS18B20為3個(gè)引腳，因此在調(diào)試過(guò)程中因注意其各個(gè)引腳的對(duì)應(yīng)位置，以免將其接反而是芯片不能工作甚至燒毀芯片。

6）風(fēng)扇調(diào)速電路部分調(diào)試

在本設(shè)計(jì)中，采用了三極管驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇，軟件設(shè)置了P1.3口輸出不同的PWM波形，通過(guò)光耦控制三極管的放大作用驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)軟件中程序設(shè)定，當(dāng)有人體信號(hào)時(shí)根據(jù)不同溫度輸出不同的PWM波，從而得到不同的占空比控制風(fēng)扇

7）系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)檢測(cè)環(huán)境溫度的變化，然后根據(jù)環(huán)境溫度和是否有人來(lái)控制風(fēng)扇直流電機(jī)輸入占空比的變化，從而產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，紅外遙控器操作整個(gè)系統(tǒng)。可以定時(shí)開(kāi)關(guān)機(jī)，也可以手動(dòng)控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。

3　結(jié)　論

本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，以溫度傳感器DS18B20檢測(cè)環(huán)境溫度，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)環(huán)境溫度變化調(diào)節(jié)不同的風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)速，液晶顯示時(shí)間及溫度信息，能準(zhǔn)確的顯示環(huán)境溫度和檔位，并能通過(guò)紅外遙控器設(shè)置不同的時(shí)間以及設(shè)置定時(shí)開(kāi)關(guān)機(jī)，實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)的溫控風(fēng)扇的設(shè)計(jì)。

風(fēng)扇根據(jù)環(huán)境溫度的變化來(lái)改變轉(zhuǎn)速，可以有效的解決夏天人們?cè)谑焖瘯r(shí)周?chē)鷾囟认陆岛笸涥P(guān)閉風(fēng)扇所帶來(lái)的不必要的感冒、發(fā)燒等疾病。并且本系統(tǒng)還加入了人體感應(yīng)模塊，可以根據(jù)周?chē)欠裼腥藖?lái)控制風(fēng)扇的啟動(dòng)和停止。可以有效的解決人們應(yīng)出門(mén)而忘記關(guān)閉風(fēng)扇而帶來(lái)的不必要的電力資源浪費(fèi)。同時(shí)也加入了原始的按鈕控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，但是按鈕加在遙控器上可以通過(guò)紅外線來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)距離的控制。本系統(tǒng)可用于人們?nèi)粘５慕禑峁ぞ撸部梢杂糜诠I(yè)生產(chǎn)中。

［1］劉進(jìn)山.基于MCS-51電風(fēng)扇智能調(diào)速器的設(shè)計(jì)［J］.電子質(zhì)量，2004（10）:24-31.

［2］陳志彬，王仲初，崔文華.SPI接口芯片在單片機(jī)小系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.自動(dòng)化與儀表，2002（1）:44-49.

［3］胡漢才.單片機(jī)原理與接口技術(shù)［M］.北京清華大學(xué)出版社，2004，27（10）:39-41.

［4］盛蒙蒙，葛亦斌.基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)多功能數(shù)字鐘的系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.硅谷，2009，27（3）:23-34.

［5］黃明強(qiáng).DS1302在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.保定師范專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2014，17（3）:56-69.

［6］王華彬，任玲，翟旭軍.基于 51單片機(jī)的智能搖頭風(fēng)扇設(shè)計(jì)［J］.崔勇寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（6）:53-62.

［7］田紅光，李讓軍.基于PIC單片機(jī)的智能風(fēng)扇的設(shè)計(jì)與研究［J］.世界電子元件，2014（1）:12-31.

［8］謝志平.基于單片機(jī)控制的智能溫控風(fēng)扇［J］.中國(guó)新技術(shù)產(chǎn)品，2011（2）:31-35.

Based on single chip microcomputer intelligent fan

XU Zhi-gang，HUANG Tao
（Sichuan iformation professional technology institute，Guangyuan 628000，China）

Based on the global temperature rise sharply，the fan will rapid increase in the use in people’s lives.On a hot summer day people use electric fans to cool；General fan a few file artificially speed，summer temperature drop because people forget to turn off the fan after sleeping after a cold，after the temperature rise and he does not change the speed according to the ascension of temperature.We through the adoption of STC12C5A60S2 microcontroller as the control platform to control the fan speed.Using DS18B20 digital temperature sensor to collect real-time temperature，the microcontroller PWM control light coupling，decoupling control of the MCU signal and fan light isolation，it realized the high voltage of the fan control，decoupling control of light triode magnification，realize the intelligent control of the fan.So that the intelligent temperature control fan can automatically according to the indoor environment temperature to change the speed of the fan，forget to turn off the fan after solved the sleeping problem of cold.

single chip microcomputer；temperature control fan；intelligent model；automatic control

TP297

A

1674－6236（2016）11-0154-03

2015-06-03稿件編號(hào)：201506044

徐志剛（1962—），男，福建浦城人，副教授。研究方向：電子信息。