智能溫控調(diào)速電機在各散熱型風扇中的應用

戴圣偉，李燕林

（湖南工業(yè)大學 電氣與信息工程學院，湖南 株洲 412008）

隨著社會的發(fā)展，自動控制越來越成為人們關(guān)注的焦點，檢測技術(shù)和單片機技術(shù)相結(jié)結(jié)合有著重要的意義和價值。智能溫控[1]調(diào)速電機被廣泛應用于汽車、逆變電源、筆記本電腦等散熱型風扇中[2]。目前，智能溫控調(diào)速電機控制系統(tǒng)相對復雜且成本偏高，因此，有必要研發(fā)出性能穩(wěn)定、低功耗、低成本的控制系統(tǒng)。本文采用AT89S52微控制器、DS18B20溫度傳感器、紅外遙控、數(shù)碼管顯示電路、ULN2003芯片等組成控制器，實現(xiàn)了電機轉(zhuǎn)速的智能化控制，達到了節(jié)能散熱的目的，該系統(tǒng)可應用于各種領(lǐng)域的散熱型風扇中。

1 系統(tǒng)框架及工作原理

本文研制的控制系統(tǒng)以單片機為主，主要包括6大模塊：單片機模塊、溫度采集模塊、紅外搖控發(fā)送模塊、主控制器模塊、ULN2003電路模塊、紅外數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)碼顯示模塊[3]。系統(tǒng)框架如圖1所示。

控制系統(tǒng)的工作原理是：根據(jù)紅外數(shù)據(jù)采集模塊掃描到的遙控器按鍵值，控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)至相對應的ROM表讀取數(shù)據(jù)，確認設備及菜單選擇鍵；AT89S52將從ROM讀取的值按照數(shù)據(jù)處理要求，由P2.5輸出控制脈沖與定時器T0產(chǎn)生的38 kHz載波（周期26.3 μs）進行調(diào)制，經(jīng)NPN三極管對信號放大后，驅(qū)動紅外發(fā)光管將控制信號發(fā)送出去；紅外數(shù)據(jù)采集模塊接收紅外信號，并對所接受的信號進行解碼、放大、整形、解調(diào)等處理，最后輸出TTL電平信號；接收端INT0檢測低電平信號，再對整個串行信號進行分析得出當前控制指令，最后根據(jù)所得指令完成相應控制。

圖1 系統(tǒng)框架圖Fig.1The system block diagram

2 系統(tǒng)的具體實現(xiàn)

2.1 硬件設計

1）單片機模塊。AT89S52是一種低功耗、低成本、高性能CMOS8位微控制器。在本控制系統(tǒng)中，P3.3（INT1）引腳與紅外接收模塊相連，P1.1引腳與溫度采集模塊相連，驅(qū)動芯片ULN2003和P0 8位I/O相連。單片機每隔一定時間從溫度傳感器DS18B20讀取實時溫度，并同設定值比較，若大于設定溫度，則啟動電機，根據(jù)溫度所在范圍調(diào)制相應的控制信號，將處理結(jié)果輸出給顯示模塊和驅(qū)動芯片模塊，控制不同溫度的電機有不同的轉(zhuǎn)速，這樣可達到節(jié)能散熱的目的[4]。

2）溫度采集模塊。溫度采集模塊DS18B20是DALLAS公司的最新單總線數(shù)字溫度傳感器。單片機向DS18B20發(fā)送復位脈沖，DS18B20回發(fā)響應脈沖。當單片機檢測到溫度傳感器的存在之后，發(fā)送器件ROM操作命令，向DS18B20發(fā)送存儲器操作命令并進行溫度轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的溫度值以2個節(jié)補碼形式存放在暫存存儲器的第0和第1個字節(jié)，單片機可以通過DQ端讀取該數(shù)據(jù)。

3）紅外搖控發(fā)送模塊。發(fā)射集成電路TC9012從控制盤接收信號，經(jīng)過二進制編碼傳輸給紅外發(fā)射電路，紅外發(fā)射電路對信號經(jīng)放大、調(diào)制后由發(fā)光二極管發(fā)射出去[5]。

4）ULN2003電路模塊。ULN2003是高耐壓、大電流達林頓陳列，由7個硅NPN達林頓管組成。利用單片機P1.1控制DS18B20，將實時采集的溫度與設定值比較，用P0控制達林頓管并驅(qū)動繼電器控制檔位，實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的自動控制，風扇檔位隨溫度的所在范圍不同而變換。

5）紅外數(shù)據(jù)接收模塊。SM0038是用于紅外遙控接收的小型一體化接收頭，將紅外信號進行光電轉(zhuǎn)換、低噪音放大、限幅、帶通濾波、解調(diào)和整形后輸出到AT89S52并進行解碼操作。

6）數(shù)碼顯示模塊。顯示模塊主要由一個8段數(shù)碼管和2個LED組成，其中數(shù)碼管用來顯示當前檔位，LED用來顯示當前的風扇控制模式（紅色LED表示遙控模式，綠色LED表示溫控模式）。

控制系統(tǒng)電路原理圖如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)電路原理圖Fig.2The circuit schematic diagram of control system

2.2 軟件設計

控制系統(tǒng)采用匯編語言編寫，工作流程如圖3所示。初始化主要包含外部中斷及定時器中斷的設置。單片機首先處于等待外部中斷狀態(tài)，當接收到開機信號時，進入默認的紅外遙控模式，紅色LED點亮，數(shù)碼管由9變?yōu)?，單片機外部中斷實時采集檔位信息以及風扇控制模式，數(shù)碼管根據(jù)接收的檔位信號（0，1，2，3）來顯示相應檔位信息，通過ULN2003驅(qū)動繼電器控制檔位。當接收到溫控信號時，綠色LED點亮，數(shù)碼管由0變?yōu)?，單片機實時采集溫度信息及自動控制風扇檔位：當周圍溫度低于20℃時，風扇處于0檔；當溫度處于20～25℃時，風扇自動跳至1檔；當溫度處于25～30℃時，風扇自動跳至2檔；當溫度高于30℃時，風扇自動跳至3檔[6]。

圖3 軟件流程圖Fig.3The flow chart of software

3 實驗結(jié)果

1）遙控模式。當接通電源時，風扇處于默認遙控狀態(tài)，檔位為0。當遙控器對準紅外接收器，按下遙控器的任意一個檔位鍵時，風扇上接收器的發(fā)光二極管紅燈閃亮，數(shù)碼管顯示相應的檔位數(shù)字。如按下遙控器的風扇檔位2時，紅燈閃亮，數(shù)碼管顯示為2。

2）溫控模式。當按下紅外遙控器的切換鍵時，風扇處于溫控模式，發(fā)光二級管綠燈閃亮。溫度傳感器先感應周圍溫度，然后根據(jù)溫度所在范圍，自動控制風扇跳至相應的檔位。因做實驗時室溫為23℃，所以風扇處于1檔，數(shù)碼管顯示為1。

4 結(jié)語

本文針對散熱型風扇在各種復雜工況下，電機轉(zhuǎn)速需精確、穩(wěn)定地跟蹤外部環(huán)境的溫度變化的特點，實現(xiàn)了以AT89S52為控制核心的智能溫控系統(tǒng)。實驗結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)的電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)效果理想，工作穩(wěn)定，成本低，具有較高的應用價值，適合推廣應用到各種類型的散熱型風扇中。

[1]陳富忠，翁桂琴.智能溫控調(diào)速風扇的設計[J].上海電機學院學報，2009，12(4)：297-300.Chen Fuzhong，Weng Guiqin.Design of the Intelligent Temperature-Controlled Speed Adjustable Fan[J].Journay of Shanghai Dianji University，2009，12(4)：297-330.

[2]楊文榮，朱 鵬.汽車發(fā)動機冷卻風扇智能控制系統(tǒng)的研究[J].微計算機信息，2009，25(2)：245-247.Yang Wenrong，Zhu Peng.Research of Intelligent Controlling System of Automobile Engine Cooling Fan[J].Microcomputer Information，2009，25(2)：245-247.

[3]毛 焱，陳 鳴.一種新型冷卻風扇控制系統(tǒng)的設計[J].微電機，2011，44(1)：104-106.Mao Yan，Chen Ming.Design of a New Cooling Fan Control System[J].Micromotor，2011，44(1)：104-106.

[4]謝志平.基于單片機控制的智能溫控風扇[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011(2) ：152-153.Xie Zhiping.Temperature-Controlled Fan Based on SCM Control[J].China New Technologies and Products，2011(2) ：152-153.

[5]戴圣偉，陳白帆，范紹成.無線搖控智能車的控制研究[J].計算機測量與控制，2011，19(9)：2125-2127.Dai Shengwei，Chen Baifan，F(xiàn)an Shaocheng.Control and Study of Wireless Control System of Intelligent Vehicle[J].Computer Measurement & Controll，2011，19(9)：2125-2127.

[6]戴圣偉，胡沁春，周 玉.深海采礦車行走的專家模糊控制[J].控制與決策，2010，25(1) ：141-144.Dai Shengwei，Hu Qinchun，Zhou Yu.Fuzzy Expert Control of the Walking of Deep Sea Mining Vehicle[J].Control and Decision，2010，25(1)：141-144.