基于單片機的多功能自動調溫風扇系統設計

劉 程

六安職業技術學院（23700）

1 背景與意義

隨著物聯網技術的發展，智能家居將家用電器與互聯網連接起來，數千個家庭可以通過網絡遠程控制家用電器。人們可以知道數百公里甚至數千公里外的家中的所有事物，通過Internet查詢和存儲數據進一步提高了電器的智能性，賦予家庭智能，極大地增強了家用電器的用戶體驗[1]。

具有體積小、功耗小、價格低廉等特點的單片機無處不在。將硬件電路構建的控制電路轉變為數字電路與軟件程序結合的方式已廣泛應用于工業領域、軍事領域、家用電器領域等各個領域。智能云電視、智能變頻空調等，單片機的引入可以實現更復雜的控制算法，在我們的日常生活中達到更好的控制效果。我們看到了現在市場上的大多數具有功能單一、智能性差、用戶體驗差等缺點的風扇仍然是簡單的硬件電路結構，但它安裝方便，價格低廉，節能。由于電風扇在夏季仍然是不少家庭必備的散熱設備，所以有效地改善家用電風扇，應用單片機的多功能自動調溫風扇系統設計具有重要的應用價值和研究意義。

2 單片機多功能自動調溫風扇系統的設計概況

ATMEL公司創新地采用了更先進的模糊控制和傳統的PID控制的89C-u52單片機，采用改變了傳統的PID速度調節算法的DS 18b20溫度傳感器。PID參數可根據轉速誤差自動調節，實現風機轉速的高精度控制。根據環境溫度的變化完成家用電風扇實時風扇轉速、語音廣播和錄音、時間顯示等功能的改進，采用大量先進的硬件和軟件技術，改變風機的基本功能，增加了電風扇的智能化，使電風扇具有良好的應用前景。這也是智能家居在家用電風扇領域的有效嘗試。

近年來，大多數都采用傳統的PID控制算法，這對改善家用電風扇的研究幫助較少。盡管有許多設計只是簡單的開環速度控制，可以根據周圍的溫度自動調節速度，但是電風扇的速度控制精度較差，沒有增加負速度反饋，并且使用的速度控制算法相對簡單，電風扇轉速的控制精度當負載變化或電源電壓不穩定時將明顯降低[2]。在傳統PID控制算法的基礎上，設計人員增加了智能控制領域的模糊控制，通過模糊控制算法實時動態調整，根據不同的速度誤差實時調節。PID控制器的比例、積分和微分參數大大提高了風扇速度控制的動態特性和抗干擾性，增加了更多的自動溫度調節風扇系統，集成了多種功能，并能高精度控制風扇轉速。

3 多功能自動調溫風扇系統設計的功能

可以準確收集當前環境溫度，使電風扇溫度傳感器具有“感知”當前環境溫度的能力，實現準確收集當前環境溫度的功能，為實現智能電風扇提供了前提條件。

建立了直流電動機的控制模型，通過MATLAB仿真軟件的Simulink工具箱實現模糊PID電動機速度控制算法。采用PID控制算法，根據速度偏差的變化，合理地配置了模糊控制器，建立了輸入輸出的隸屬函數和模糊規則庫，通過模糊控制器提高PID控制器的比例、積分和微分參數精細調節，使電風扇直流電動機的轉速系統更加準確，快速達到設定轉速，無靜差，精度高[3]。

實現電風扇各種運行方式的功能。在固定檔運行模式下，電風扇以2 000 r/s運行第一檔，以1 200 r/s運行第二檔，以800 r/s運行第三檔。用戶通過矩陣鍵盤輸入在設定溫度運行模式下要設定的溫度。在滿足了用戶不同需求的自主運行模式下，電風扇的多模式運行功能極大地提高了電風扇的智能性和舒適性。

當用戶在電風扇前時，用于檢測一定范圍內是否有使用者的紅外熱釋電傳感器可以自動啟動；當使用者離開時，它可以自動關閉。電風扇具有對使用者的自我感應能力。

使用DS 1302時鐘芯片精確計時，這種時鐘芯片可提供紐扣電池功能以及溫度、速度、時間的實時顯示功能，即使在系統關閉電源后仍可以正常計時，直接顯示溫度、速度和時間。