智能溫控風(fēng)扇調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

文/張凱強(qiáng) 李紅嶺 王浩 李盼盼 林曉慶

隨著科技文明的飛速發(fā)展，電子工商業(yè)、制造業(yè)取得了重大突破，促進(jìn)了智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。各種制冷設(shè)備層出不窮，同時(shí)安全隱患和用電安全等問(wèn)題也隨之而來(lái)，相比之下電風(fēng)扇由于安全可靠被大家普遍認(rèn)可，仍是人們消暑必備品之一。老式的電風(fēng)扇優(yōu)點(diǎn)很多，但功能單一，需要手動(dòng)調(diào)控，工作時(shí)噪音很大，顯然不符合消費(fèi)者對(duì)智能設(shè)備的高要求。想要進(jìn)一步提高電風(fēng)扇在當(dāng)前市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，就必須提高其穩(wěn)定性和安全性，技術(shù)革新是必經(jīng)之路，必須滿足現(xiàn)代人對(duì)生活體驗(yàn)的高標(biāo)準(zhǔn)，使其更加智能化、人性化。

圖1：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

1 系統(tǒng)方案

本設(shè)計(jì)采用DS18B20 溫度傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)環(huán)境溫度檢測(cè)，然后經(jīng)過(guò)AT89C52 單片機(jī)處理檢測(cè)到的溫度信號(hào)，采用PWM 調(diào)速技術(shù)對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，通過(guò)兩個(gè)開(kāi)關(guān)S1 和 S2改變所需要的溫度的初始值，同時(shí)，由共陰極數(shù)碼管顯示，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 溫度采集電路的設(shè)計(jì)

DS18B20 溫度計(jì)是單總線器件，體積小。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，DS18B20 能夠直接將溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。因此溫度采集電路由DS18B20 構(gòu)成，無(wú)疑是最佳選擇。DS18B20溫度傳感器的測(cè)量溫度的范圍在-55～+125 之間，它能檢測(cè)出9～12 位的溫度分辨率，相應(yīng)的分辨率溫度分別為0.5、0.25、0.125 和0.0625，因此它可用于高精度的溫度測(cè)量。此外，我們?cè)诮?jīng)過(guò)大量仿真實(shí)驗(yàn)以及查閱資料發(fā)現(xiàn)DS18B20 采用外部電源供電時(shí)，其也能正常工作，并且工作狀態(tài)更加穩(wěn)定，時(shí)序要求更低。DS18B20 與單片機(jī)的接口電路如圖2所示。

2.2 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

圖2：系DS18B20 接口電路圖

圖3：ULN2803 接口電路

圖4：程序流程圖

圖5：電路圖及仿真結(jié)果

驅(qū)動(dòng)電路選擇ULN2803 反向驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的啟動(dòng)和停止。ULN2803 是一個(gè)有大電壓和大電流的八路達(dá)林頓反向驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)ULN2803 輸入端接收到高電平時(shí)，輸出端輸出低電平；當(dāng)ULN2803輸入端接收到低電平時(shí)，輸出端輸出高電平，使繼電器可以吸合。ULN2803 設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)與TTL 系列是兼容的。當(dāng)輸入5V TTL 信號(hào)或CMOS 信號(hào)6 ～15V 時(shí)，輸出的最大電壓為50V，最大電流500mA，工作溫度范圍是從0 ～70℃。ULN2803 驅(qū)動(dòng)器最適合CMOS或PMOS 在6 ～15V 的高電平。在這個(gè)設(shè)計(jì)中選用了12V 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，因此可采用ULN2803 反向驅(qū)動(dòng)器。ULN2803 與單片機(jī)的接口電路如圖3所示。

2.3 顯示電路設(shè)計(jì)

因?yàn)閿?shù)碼管價(jià)格便宜，溫度顯示明顯，考慮到驅(qū)動(dòng)能力，本設(shè)計(jì)選用六個(gè)LED 共陰極數(shù)碼管來(lái)進(jìn)行溫度顯示。本設(shè)計(jì)中DS18B20采集的實(shí)時(shí)溫度由數(shù)碼管的前三位顯示，設(shè)定的溫度初值由后兩位顯示。

3 軟件設(shè)計(jì)

利用Keil 軟件對(duì)各個(gè)相應(yīng)模塊電路進(jìn)行程序編寫(xiě)。系統(tǒng)流程圖如圖4所示。

4 仿真

本系統(tǒng)采用Proteus 軟件對(duì)相關(guān)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真測(cè)試，如圖5所示環(huán)境溫度是30℃，設(shè)置溫度是20℃。

5 結(jié)束語(yǔ)

該設(shè)計(jì)將AT89C52單片機(jī)作為控制核心，將DS18B20 作為溫度采集器，8 段共陰極數(shù)碼管作為顯示電路，ULN2803 作為驅(qū)動(dòng)器，系統(tǒng)中相關(guān)的程序通過(guò)KEIL 軟件進(jìn)行編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)單片機(jī)接收到溫度傳感器DS18B20 檢測(cè)的溫度后，進(jìn)行處理、顯示等操作，以實(shí)現(xiàn)由傳感器感應(yīng)環(huán)境溫度的高低來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)小功率電風(fēng)扇的輸出風(fēng)速，達(dá)到便捷人們?nèi)粘Ｉ畹哪康摹?/p>