基于51單片機的溫控風扇設計

吳宇桐 胡亞丹

【摘要】? ? 本文根據家用風扇出現的新需求，設計了能夠根據周圍環境溫度變化而智能控制風扇電機的新型風扇。設計基于STC89C51單片機，采用DS18B20溫度采集芯片，將轉換得到的溫度信息分析并用于控制電機的啟停。設計實現了提升用戶體驗的目的，提供了一種新的風扇控制思路，為行業智能電器的設計升級提供了新的算法。成品順利達成了設計目標，實際體驗良好。

【關鍵詞】? ? 溫度控制? ? 單片機? ? 風扇電機

引言

家用電風扇常常使用機械結構控制風扇輸出的風力，但這種控制方式不夠靈活，難以反映真實的溫度變化情況。為了達到提升用戶舒適度、提高產品設計質量的目標，需要引入單片機，設計合適的控制邏輯，提高用戶滿意度。本設計中將單片機用于家用風扇中，輔以溫度檢測和電機控制模塊，實現了根據溫度自動調節風機的輸出功率，并將測量溫度顯示在4位7段數碼管上。

一、系統概述

1.1 系統功能

本設計采用STC89C51單片機作為風扇的控制器，實現了根據環境溫度自動調節風扇轉速，進而自動調節周圍環境溫度的功能。若測量結果高于設定的最大溫度，則單片機控制風扇電機滿額功率工作，降低空氣溫度。若測量結果在設定的溫度范圍之內，則單片機控制風扇電機以三分之二的功率工作，起到了防止溫度升高的作用。此外，系統將環境溫度信息顯示在4位7段數碼管上。

1.2 系統結構

本設計中，包括了溫度采集模塊、風機控制模塊、七段數碼管顯示模塊、獨立按鍵模塊等部分。系統結構如下圖所示。

二、溫控風扇硬件設計

2.1 主控模塊

本設計采用了STC89C51單片機作為風扇的智能控制器。STC89C51是美國ATMEL公司生產的高性能單片機，具有4千比特大小的程序存儲器ROM和512千比特大小的數據存儲器RAM。此型號單片機體積較小，其豐富的I/O口能夠滿足需求的多種功能。

2.2 外圍模塊

系統包含數個獨立模塊，包括溫度采集模塊、數碼顯示模塊、風扇電機驅動模塊和按鍵模塊。

溫度采集模塊選用DS18B20作為溫度測量芯片。測量范圍和精度都滿足本次設計的要求。DS18B20的數據接口接到單片機的P3^6口來傳遞測量數據和控制信息，不占用系統過多資源。

采用4位7段數碼管作為溫度顯示的裝置。可以在溫度顯示、溫度最大值顯示、溫度最小值三種顯示模式中切換。

風扇電機采用SD4010電機。其正極接口接到三極管的集電極，由單片機上的P3^7接口控制三極管的基極，以控制風扇電機的啟停。三極管的發射極接到+5V電源，從而獲得足夠的功率驅動風扇電機。

系統按鍵采用獨立按鍵接到單片機的I/O口，程序中采用循環檢測模式檢查是否按鍵被按下。設計實際采用了三個獨立按鍵，分別控制設定溫度加減、顯示模式切換等功能。

三、溫控風扇的軟件設計

設計中，主程序經過初始化，進入一段死循環程序，這段程序首先進行DS18B20的溫度轉換子程序。DS18B20將周圍溫度轉換成數字信息，當轉換溫度在合理范圍之內，顯示測量得到的溫度。

此外，循環中還包括了循環鍵盤掃描程序，通過三個獨立按鍵，可以調整顯示模式，設置溫度上限和下限并顯示。當測量溫度在設定范圍內時，有三分之一的時間停止風扇供電，以達到設計目的。當測量溫度高于最大溫度時，則保持風扇全功率輸出。

四、結論

本文對家用電風扇進行了控制方法的研究和改進，實現了環境溫度控制風扇的功能。風扇的控制系統將周圍環境溫度信息進行采集轉換，由轉換得到的溫度信息判斷應當采取的控制策略，從而控制風扇風機輸入的功率，起到了智能調節溫度的目的。實際成品達成了設計目標，體驗良好。

本設計中，包括了溫度采集模塊、風機控制模塊、七段數碼管顯示模塊、獨立按鍵模塊等部分。系統結構如下圖所示。2? 溫控風扇硬件設計

2.1 主控模塊

本設計采用了STC89C51單片機作為風扇的智能控制器。STC89C51是美國ATMEL公司生產的高性能單片機，具有4千比特大小的程序存儲器ROM和512千比特大小的數據存儲器RAM。此型號單片機體積較小，其豐富的I/O口能夠滿足需求的多種功能。

2.2 外圍模塊

系統包含數個獨立模塊，包括溫度采集模塊、數碼顯示模塊、風扇電機驅動模塊和按鍵模塊。

溫度采集模塊選用DS18B20作為溫度測量芯片。測量范圍和精度都滿足本次設計的要求。DS18B20的數據接口接到單片機的P3^6口來傳遞測量數據和控制信息，不占用系統過多資源。

采用4位7段數碼管作為溫度顯示的裝置。可以在溫度顯示、溫度最大值顯示、溫度最小值三種顯示模式中切換。

風扇電機采用SD4010電機。其正極接口接到三極管的集電極，由單片機上的P3^7接口控制三極管的基極，以控制風扇電機的啟停。三極管的發射極接到+5V電源，從而獲得足夠的功率驅動風扇電機。

系統按鍵采用獨立按鍵接到單片機的I/O口，程序中采用循環檢測模式檢查是否按鍵被按下。設計實際采用了三個獨立按鍵，分別控制設定溫度加減、顯示模式切換等功能。

3? 溫控風扇的軟件設計

設計中，主程序經過初始化，進入一段死循環程序，這段程序首先進行DS18B20的溫度轉換子程序。DS18B20將周圍溫度轉換成數字信息，當轉換溫度在合理范圍之內，顯示測量得到的溫度。此外，循環中還包括了循環鍵盤掃描程序，通過三個獨立按鍵，可以調整顯示模式，設置溫度上限和下限并顯示。當測量溫度在設定范圍內時，有三分之一的時間停止風扇供電，以達到設計目的。當測量溫度高于最大溫度時，則保持風扇全功率輸出。

4? 結論

本文對家用電風扇進行了控制方法的研究和改進，實現了環境溫度控制風扇的功能。風扇的控制系統將周圍環境溫度信息進行采集轉換，由轉換得到的溫度信息判斷應當采取的控制策略，從而控制風扇風機輸入的功率，起到了智能調節溫度的目的。實際成品達成了設計目標，體驗良好。

參考文獻

[1]? 張瀟銘，莊云蕾，潘海婷，張福鼎.基于單片機的智能家居紅外安全防御系統研究設計[J]. 輕工科技. 2018 （12）

[2]? 孫靜. 基于單片機的直流電機控制[J]. 科技資訊. 2018 （24）

[3]? 王海珍，廉佐政，滕艷平. cc2530單片機多點溫度采集實驗設計[J]. 實驗室研究與探索. 2018 （12）