智能遠(yuǎn)程風(fēng)扇控制系統(tǒng)

西北民族大學(xué) 邵 博

針對(duì)風(fēng)扇在運(yùn)行的過(guò)程中，無(wú)法進(jìn)行智能調(diào)速，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)。由DS18b20進(jìn)行溫度采集，在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置了溫度閾值，由于溫度的不同，單片機(jī)會(huì)根據(jù)函數(shù)關(guān)系輸出不同占空比的PWM波，其中溫度數(shù)據(jù)每?jī)煞昼姼乱淮危瑥亩悄艿貙?shí)現(xiàn)了風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速控制。同時(shí)，為了方便部分人群的使用，本項(xiàng)目仍保留了傳統(tǒng)的按鍵控制檔位的功能，并還在其基礎(chǔ)上增加了藍(lán)牙模塊，更加方便用戶遠(yuǎn)程控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。其中轉(zhuǎn)速，溫度以及風(fēng)扇狀態(tài)由LCD1602進(jìn)行顯示。

目前市場(chǎng)上傳統(tǒng)的電風(fēng)扇大都是通過(guò)按鍵來(lái)調(diào)節(jié)檔位的，極個(gè)別廠家推出的新型電風(fēng)扇也可以通過(guò)紅外遙控的方式來(lái)改變檔位。這兩種方式都隱含的一點(diǎn)是轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)必須要通過(guò)人的參與。在某些場(chǎng)合下，如睡眠時(shí)，人無(wú)法參與到檔位的調(diào)節(jié)，風(fēng)扇就會(huì)一直以恒定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。這不僅浪費(fèi)電能，同時(shí)也給部分人帶來(lái)諸多不便。本設(shè)計(jì)中的智能遠(yuǎn)程風(fēng)扇控制系統(tǒng)，通過(guò)DS18B20采集溫度，根據(jù)溫度數(shù)據(jù)定時(shí)調(diào)整風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，在無(wú)需人的參與下實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的自動(dòng)調(diào)節(jié)。同時(shí)其擴(kuò)展的藍(lán)牙通信功能也比紅外遙控的實(shí)用性更強(qiáng)。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以STC89C52作為主控單元。模擬溫度量由DS18B20進(jìn)行采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，之后單片機(jī)中再對(duì)DS18B20中的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，通過(guò)溫度值來(lái)產(chǎn)生相應(yīng)占空比的PWM波對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。之后溫度數(shù)據(jù)與電機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)再送到LCD1602A中顯示。并且，本設(shè)計(jì)還可支持另外兩種方式對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。故本設(shè)計(jì)共存在三種模式，即自動(dòng)模式、手動(dòng)按鍵模式、遠(yuǎn)程操控模式。具體的系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件框圖

1.2 微處理器的選擇

本設(shè)計(jì)所選取的單片機(jī)是STC公司的STC89C52，它是一款8位的低功耗、高性能的單片機(jī)，內(nèi)部集成8KB的FLASH，1KB的RAM，以及高性能CMOS8的微處理器。并且價(jià)格經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，抗干擾能力強(qiáng)，其運(yùn)算能力基本滿足本設(shè)計(jì)的需要。

1.3 溫度傳感器的選擇

智能風(fēng)扇控制系統(tǒng)選用的是DS18B20溫度傳感器，該傳感器由美國(guó)的DALLAS半導(dǎo)體公司所推出，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它內(nèi)部已經(jīng)集成有模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，因此可直接采集到被測(cè)溫度的數(shù)字信號(hào)，方便單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。并且還可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)9-12位的不同精度的讀取方式。

1.4 通信模塊的選擇

本系統(tǒng)所采用的通信模塊是ALIENTEK公司生產(chǎn)的ATK-HC05藍(lán)牙模塊，此模塊性能高且具有主從一體的通訊方式，可以與各種帶藍(lán)牙功能的智能終端進(jìn)行配對(duì)。并且該模塊具有寬波特率范圍：4800-1382400，還能兼容5V的單片機(jī)最小系統(tǒng)。再者，ATKHC05模塊非常小巧（16mm×32mm），模塊通過(guò)6個(gè)2.54mm間距的排針與外部連接，可以很方便與本設(shè)計(jì)進(jìn)行連接，使用非常靈活、方便。

1.5 顯示模塊的選擇

智能風(fēng)扇控制系統(tǒng)選用的是LCD1602A液晶顯示器，此液晶顯示器功耗低、可顯示兩行的內(nèi)容，支持ASCII碼的顯示。適用于智能風(fēng)扇控制系統(tǒng)這種小型設(shè)計(jì)。

1.6 驅(qū)動(dòng)模塊的選擇

L298N目前是比較主流的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，它可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)及調(diào)速；啟動(dòng)性能好，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大；工作電壓可達(dá)到36V，內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器線圈等感性負(fù)載。

1.7 電機(jī)的選擇

本系統(tǒng)選用的是微型130電機(jī)電動(dòng)馬達(dá)，具有體積小，噪音低，高效率，大扭力，使用壽命長(zhǎng)，穩(wěn)定可靠，直流供電，節(jié)省電能且產(chǎn)生熱量低等性能特點(diǎn)。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 主程序的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的主程序首先需要進(jìn)行一些初始化的操作，例如：對(duì)LCD1602的初始化，對(duì)DS18B20的初始化，電機(jī)的初始化等。之后則是循環(huán)查詢DS18B20的狀態(tài)，以讀取當(dāng)前的溫度值，并對(duì)溫度進(jìn)行處理，溫度值的BCD碼處理后，將其段碼送顯示緩沖區(qū)，以備定時(shí)掃描服務(wù)程序處理。并將獲得的當(dāng)前溫度值與設(shè)定溫度值進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，進(jìn)而來(lái)對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，達(dá)到最優(yōu)降溫效果。

該程序可以實(shí)現(xiàn)自主循環(huán)，因不同的控制模式，可產(chǎn)生相應(yīng)的調(diào)速效果，以達(dá)到最優(yōu)降溫效果。具體流程圖如圖2所示。

圖2 主程序流程圖

2.2 溫度檢測(cè)程序的設(shè)計(jì)

溫度檢測(cè)程序主要是讀出存儲(chǔ)在DS18B20里的RAM中的數(shù)據(jù)，單片機(jī)直接讀取其中的字節(jié)地址，并且在讀出時(shí)進(jìn)行CRC校驗(yàn)，校驗(yàn)正確時(shí)才能對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和改寫(xiě)。具體過(guò)程如下：首先對(duì)DS18B20進(jìn)行參數(shù)設(shè)定和初始化，以驅(qū)動(dòng)DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)化，讀取溫度。讀取的溫度經(jīng)CRC校驗(yàn)后若無(wú)異常，則返回讀取溫度，對(duì)比檢驗(yàn)后對(duì)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定；若出現(xiàn)異常情況則調(diào)用相應(yīng)的控制程序進(jìn)行對(duì)應(yīng)處理。程序流程圖3所示。

圖3 溫度檢測(cè)程序

3 系統(tǒng)調(diào)試

3.1 智能溫度控制模式的調(diào)試

智能溫度控制模式下，單片機(jī)定時(shí)采集溫度，從而自動(dòng)的對(duì)風(fēng)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到不同的降溫效果。其上的液晶顯示模塊顯示當(dāng)前的實(shí)時(shí)溫度、當(dāng)前風(fēng)扇開(kāi)閉情況、當(dāng)前風(fēng)扇檔位。整個(gè)系統(tǒng)接通電源進(jìn)行初始化之后，顯示屏幕的第一行顯示NTT（當(dāng)前溫度）；第二行顯示風(fēng)扇開(kāi)閉情況（ON：風(fēng)扇開(kāi)啟；OFF：風(fēng)扇關(guān)閉），以及當(dāng)前風(fēng)扇檔位。調(diào)試圖如圖4所示。由此可見(jiàn)，智能溫度控制模式能正常工作。

圖4 智能溫度控制調(diào)試圖

3.2 遠(yuǎn)程溫度控制模式的調(diào)試

利用STC89C52單片機(jī)的串口通訊原理，書(shū)寫(xiě)藍(lán)牙串口通訊程序。測(cè)試時(shí)，從手機(jī)APP藍(lán)牙串口向STC89C52單片機(jī)發(fā)送指令，單片機(jī)接收到指令后，在其定義引腳上發(fā)出相應(yīng)的電平信號(hào)，從而控制L298N驅(qū)動(dòng)模塊，對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。具體工作的效果如圖5所示。

圖5 遠(yuǎn)程溫度控制調(diào)試圖

結(jié)論：本次系統(tǒng)通過(guò)模塊化的設(shè)計(jì)方式成功的實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的所有功能。將單片機(jī)用于風(fēng)扇系統(tǒng)的控制當(dāng)中，極大的提升了系統(tǒng)的智能性，使得無(wú)需在人的干預(yù)下，仍能使風(fēng)扇轉(zhuǎn)速自動(dòng)改變。本系統(tǒng)的遠(yuǎn)程調(diào)速則是用到了藍(lán)牙通信的方式，在某些條件下，給了用戶更好的操作體驗(yàn)。本設(shè)計(jì)為智能風(fēng)扇的發(fā)展提供了一定的思路與理念，期待后人的繼續(xù)完善。