基于單片機的智能溫控風扇系統的設計

褚文軒 張瑋 史麗娟

[摘? ? ? ? ? ?要]? 設計一種基于單片機的智能溫控風扇系統，系統由STC系列的51單片機、溫度傳感器、LED數碼管和風扇等模塊組成。本系統具有對外界溫度感知以及對感知數據進行分析處理、智能調節等功能，避免因溫度過高而產生對整個系統的損壞，以此提高整個系統的性能。

[關? ? 鍵? ?詞]? 單片機;溫度傳感器;PWM

[中圖分類號]? TM925.11? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）05-0082-02

一、引言

隨著現代科技的日益發展，傳統的電風扇不能滿足人們的生活需求，它只能以恒定的速度運行，這對人們的生活造成諸多不便。在夜間，人們在熟睡時無法有效對風扇進行變速，即使有智能遙控器，也會影響人們休息。而且傳統電風扇定時功能也存在一定局限性，鑒于以上諸多缺點，我們需要設計一款智能風扇系統解決我們當前遇到的實際問題。智能溫控風扇系統是利用感知當前溫度從而決定風扇是否運行及運行速率的一種智能化模式，這不僅能很好地節約能源，同時也更適應人們的現代生活。

二、硬件方案設計

（一）智能溫控風扇系統設計原理圖

本系統以51單片機為核心，配以數碼管驅動、按鍵復位、溫度傳感器、電源電路。設計簡單，方便使用。

（二）單片機的晶振與復位電路

在單片機系統中復位電路起到了很重要的作用，因為單片機在上電過程中不穩定，在這期間執行相關操作會造成電路損壞。因此需要一個復位電路來避免這樣的現象發生。對于單片機來說晶振電路也是很重要的，晶振決定著系統的時鐘周期，沒有時鐘周期單片機就無法工作，整個系統就沒有意義。本設計中開關復位與晶振電路如圖3所示，當復位按鍵按下時，系統復位一次。

（三）溫度傳感器電路

該模塊采用DS18B20作為溫度傳感器，與我們常用的熱敏電阻相比，它能夠更加直接讀出被測物體的溫度并且可根據我們的需求通過編程來實現數值的讀取。此款溫度傳感器有自己的單線接口方式，使用過程中無需外接元件。在采集溫度時，若經過的信號電流過大，需要串聯一個電阻，使電流盡可能減小。因此R16在這個電路中就是起到這樣一個保護作用。

（四）風扇驅動電路

如圖5所示是風扇驅動電路，其中R15為電機負載，其工作原理是：單片機響應用戶的參數設置，在I/O口送出一個低電平，使工作電路導通工作。

電機的調速方式是整個系統中的一個相當重要的方面，該方式選擇的正確與否決定著整個系統的性能。本設計中是通過控制改變三極管的導通，使輸出端的電壓發生改變，結合PWM調速原理實現風扇調速效果。

三、軟件設計方案

如圖6，在程序啟動后，主程序先完成對自身的初始化。先由傳感器模塊讀取當前溫度，可以實時顯示在數碼管上。通過按鍵設置一個溫度的上下限，將傳感器讀取到的溫度和設置的上下限值進行對比，從而來判斷風扇該如何運行。當讀取到溫度值后，由外圍的驅動電路通過P2.3口將送來的PWM信號放大，給出低電平使三極管導通，從而驅動電機轉動。該程序利用了PWM原理進行調速，而頻率和占空比是PWM的兩個重要參數。這里需要用到兩個定時器，一個控制頻率一個控制占空比，通過控制高電平持續時間來調節占空比，從而讓風扇調速運轉。隨著傳感器對溫度的實時采集，可以自動調節風扇的轉速，既能達到節能的效果，又可以讓人享受舒適的環境。

四、調試運行

該部分采用Proteus軟件仿真進行調試，附仿真圖供參考如圖7所示：

經調試，風扇的轉速可以通過事先設置的溫度上下限進行自動調速。當溫度低于設定下限值時，風扇停止運轉，當溫度在上限值和下限值之間時，風扇調速運轉，當溫度大于上限值時，風扇全速運轉，整體符合事先設計的要求。

五、總結

基于單片機的智能溫控風扇系統能通過DS18B20溫度傳感器實時的采集系統周圍的溫度，經單片機處理后能實現風扇自動調速。該系統克服了傳統電風扇的缺點，不僅能用于平時日常生活，在工業大型器械散熱系統中也能發揮巨大作用。該系統編程簡單，可擴展程序廣泛，適用范圍廣，有巨大的市場前景。

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編輯 陳鮮艷