基于STC12型單片機(jī)的智能溫控調(diào)速風(fēng)扇設(shè)計(jì)

吳望生

摘 要 本文設(shè)計(jì)了智能溫控調(diào)速風(fēng)扇，基于單片機(jī)檢測(cè)和控制技術(shù)，將單片機(jī)、傳感器等智能器件用于風(fēng)扇設(shè)計(jì)，可依據(jù)檢測(cè)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)適宜的風(fēng)速。

關(guān)鍵詞 單片機(jī) 溫度傳感器 智能控制 自動(dòng)調(diào)速

中圖分類號(hào)：TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Temperature Intelligent Control Speed of Fan Based on STC12-MCU

WU Wangsheng

（School of physics and Optoelectronic Engineering， Yangtze University， Jingzhou， Hubei 434023）

Abstract Temperature intelligent control speed of fan， based on Micro Control Unit（MCU） detection and control technology， using MCU and sensor device design fan， according to the test temperature automatic adjustment appropriate speed of fan.

Key words Single-chip microcomputer； temperature sensor； intelligent control； automatic speed regulation

0 引言

風(fēng)扇是散熱降溫的常用電器，如家用的電風(fēng)扇和電子器件中的散熱風(fēng)扇等。大多數(shù)家用風(fēng)扇只能手動(dòng)調(diào)速和機(jī)械定時(shí)，各檔風(fēng)速跨度較大，高檔風(fēng)冷噪音大，低檔又不解暑；定時(shí)設(shè)計(jì)機(jī)械，入夜熟睡后若氣溫驟變，風(fēng)速不變則容易著涼。散熱風(fēng)扇通過(guò)空氣對(duì)流控制器件的溫度，轉(zhuǎn)速越高散熱效果越好，但同時(shí)噪音和震動(dòng)也越大。如何在風(fēng)扇的散熱功效和靜音效果之間找到平衡點(diǎn)，隨器件工作溫度的變化合理調(diào)節(jié)風(fēng)速，使之在較低噪音下正常工作顯得十分必要。為解決上述問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了智能溫控調(diào)速風(fēng)扇，基于單片機(jī)檢測(cè)和控制技術(shù)，將單片機(jī)、傳感器等智能器件用于風(fēng)扇設(shè)計(jì)，可依據(jù)檢測(cè)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)適宜的風(fēng)速。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要由主控電路模塊、穩(wěn)壓電源模塊、溫度采集模塊、功能按鍵模塊、溫度顯示模塊、驅(qū)動(dòng)電路模塊和風(fēng)扇（直流電機(jī)）等七個(gè)功能模塊組成。

圖1 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖

系統(tǒng)總體框架如圖1所示，采用STC12C5A60S2單片機(jī)作為主要控制芯片，使用溫度傳感器DS18B20進(jìn)行溫度采集，并直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)給單片機(jī)進(jìn)行判斷，根據(jù)判斷結(jié)果控制相應(yīng)引腳輸出高電平或低電平，控制風(fēng)扇啟動(dòng)或關(guān)閉；在啟動(dòng)狀態(tài)下，模擬PWM波輸出調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。

1.1 主控電路模塊

主控電路模塊是整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，控制溫度的采集與顯示，通過(guò)按鍵輸入和軟件編程進(jìn)行溫度限值設(shè)定與判斷，并在其I/O口輸出控制信號(hào)，對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行開(kāi)關(guān)或調(diào)速。

本設(shè)計(jì)選用STC12C5A60S2單片機(jī)作為控制器件，采用增強(qiáng)型8051CPU，單時(shí)鐘機(jī)器周期1T，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051；內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250K/S，25萬(wàn)次/秒）。支持串口程序燒寫，配合PC端的控制程序即可將程序代碼下載進(jìn)單片機(jī)，無(wú)需編程器和仿真器，對(duì)開(kāi)發(fā)設(shè)備要求低，節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間。

1.2 溫度采集模塊

溫度采集模塊選用數(shù)字傳感器DS18B20作為核心元件，測(cè)溫范圍[-55，+125]℃。該傳感器高度集成化，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，溫度值在器件內(nèi)部轉(zhuǎn)化成數(shù)字量直接輸出，測(cè)量精度高，測(cè)溫分辨率高達(dá)0.0625℃；被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位補(bǔ)碼形式以“一線總線”串行傳送給單片機(jī)，實(shí)際操作中只須將信號(hào)線與單片機(jī)I/O口相連，抗干擾性強(qiáng)。

1.3 液晶顯示模塊

液晶顯示模塊選用LCD1602字符型顯示器，用于顯示溫度、風(fēng)扇檔位和工作模式。LCD1602是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊，由若干個(gè)5X7點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，可顯示ASCII碼表中的所有可視字符。

1.4 功能按鍵模塊

功能按鍵模塊采用獨(dú)立按鍵式，每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根I/O線，每個(gè)按鍵的工作不會(huì)影響其它I/O線的狀態(tài)。本設(shè)計(jì)包括4個(gè)獨(dú)立式按鍵：（1）模式切換：按下該鍵循環(huán)切換自動(dòng)、睡眠、手動(dòng)三種工作模式。（2）溫度設(shè)定：自動(dòng)和睡眠模式下，設(shè)置自動(dòng)開(kāi)（關(guān)）機(jī)溫度。環(huán)境溫度高于設(shè)定溫度自動(dòng)開(kāi)機(jī)，否則不啟動(dòng)或關(guān)機(jī)。（3）手動(dòng)調(diào)速：手動(dòng)模式下，按下該鍵循環(huán)切換三檔風(fēng)速。（4）停止模式，關(guān)閉風(fēng)扇。

1.5 驅(qū)動(dòng)電路模塊

由于STC12系列單片機(jī)自帶PWM控制器，因此本設(shè)計(jì)選用橋式驅(qū)動(dòng)電路L298N來(lái)驅(qū)動(dòng)5V直流電機(jī)風(fēng)扇，并通過(guò)單片機(jī)I/O口輸出PWM脈沖調(diào)節(jié)風(fēng)速。L298N模塊屬于H橋式專用驅(qū)動(dòng)集成電路，其輸入端可與單片機(jī)直接連接。采用軟件編程實(shí)現(xiàn)PWM（脈沖寬度調(diào)制）調(diào)速，通過(guò)控制矩形波PWM信號(hào)的占空比來(lái)調(diào)控電機(jī)轉(zhuǎn)速。電機(jī)轉(zhuǎn)速與占空比成正比，占空比越大，轉(zhuǎn)速越快，若輸出全為高電平則占空比為100%，轉(zhuǎn)速最大。相比于其他如硬件或軟硬件結(jié)合的調(diào)速方式，通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)速，在降低成本的同時(shí)，充分發(fā)揮了單片機(jī)的編譯功能。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主程序流程圖如圖2所示，單片機(jī)向DS18B20傳感器發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令，讀取已轉(zhuǎn)換的溫度值，通過(guò)按鍵輸入和軟件編程進(jìn)行溫度限值設(shè)定與判斷，并在其I/O口輸出控制信號(hào)，對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行開(kāi)關(guān)或調(diào)速。

圖2 主程序流程圖

溫度采集程序?qū)S18B20采集的溫度存入寄存器指定數(shù)組，將二進(jìn)制轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制，交給顯示程序顯示。液晶顯示程序用于溫度和檔位的實(shí)時(shí)顯示。按鍵掃描程序設(shè)定開(kāi)機(jī)溫度、運(yùn)行模式等。溫度判斷程序根據(jù)設(shè)定溫度和當(dāng)前環(huán)境溫度差值設(shè)定多個(gè)風(fēng)速檔位。電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序模擬PWM波輸出，一次輸出多個(gè)電平，風(fēng)速檔位與高電平的占空比成正比，根據(jù)溫度的高低來(lái)調(diào)節(jié)不同檔位的風(fēng)速。

3 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)的特色：可設(shè)置自動(dòng)、手動(dòng)、睡眠等多種工作模式；啟動(dòng)自動(dòng)和睡眠模式后，可設(shè)置自動(dòng)開(kāi)（關(guān)）機(jī)溫度。若檢測(cè)溫度高于設(shè)定溫度，則風(fēng)扇自動(dòng)開(kāi)啟，并能根據(jù)實(shí)時(shí)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)速；當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定溫度時(shí)，風(fēng)扇不工作；啟動(dòng)睡眠模式后，在溫度變化范圍不大時(shí)，將自動(dòng)循環(huán)調(diào)節(jié)風(fēng)速大小，以模擬自然風(fēng)效果。

溫控調(diào)速風(fēng)扇擁有智能溫控、自動(dòng)調(diào)速、工作穩(wěn)定、成本低廉、節(jié)能降耗等特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)適當(dāng)改造可應(yīng)用于家用電器、廠礦風(fēng)冷設(shè)備以及電子器件的散熱器等。本設(shè)計(jì)能夠在保證散熱效果的同時(shí)，降低風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的噪音并節(jié)約能源，符合人性化設(shè)計(jì)和綠色節(jié)能要求，具有一定的市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[2] 藍(lán)厚榮.單片機(jī)的PWM控制技術(shù)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2010（23） .

[3] 劉進(jìn)山.基于MCS-51電風(fēng)扇智能調(diào)速器的設(shè)計(jì)[J].電子質(zhì)量，2004（10）.endprint

摘 要 本文設(shè)計(jì)了智能溫控調(diào)速風(fēng)扇，基于單片機(jī)檢測(cè)和控制技術(shù)，將單片機(jī)、傳感器等智能器件用于風(fēng)扇設(shè)計(jì)，可依據(jù)檢測(cè)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)適宜的風(fēng)速。

關(guān)鍵詞 單片機(jī) 溫度傳感器 智能控制 自動(dòng)調(diào)速

中圖分類號(hào)：TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Temperature Intelligent Control Speed of Fan Based on STC12-MCU

WU Wangsheng

（School of physics and Optoelectronic Engineering， Yangtze University， Jingzhou， Hubei 434023）

Abstract Temperature intelligent control speed of fan， based on Micro Control Unit（MCU） detection and control technology， using MCU and sensor device design fan， according to the test temperature automatic adjustment appropriate speed of fan.

Key words Single-chip microcomputer； temperature sensor； intelligent control； automatic speed regulation

0 引言

風(fēng)扇是散熱降溫的常用電器，如家用的電風(fēng)扇和電子器件中的散熱風(fēng)扇等。大多數(shù)家用風(fēng)扇只能手動(dòng)調(diào)速和機(jī)械定時(shí)，各檔風(fēng)速跨度較大，高檔風(fēng)冷噪音大，低檔又不解暑；定時(shí)設(shè)計(jì)機(jī)械，入夜熟睡后若氣溫驟變，風(fēng)速不變則容易著涼。散熱風(fēng)扇通過(guò)空氣對(duì)流控制器件的溫度，轉(zhuǎn)速越高散熱效果越好，但同時(shí)噪音和震動(dòng)也越大。如何在風(fēng)扇的散熱功效和靜音效果之間找到平衡點(diǎn)，隨器件工作溫度的變化合理調(diào)節(jié)風(fēng)速，使之在較低噪音下正常工作顯得十分必要。為解決上述問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了智能溫控調(diào)速風(fēng)扇，基于單片機(jī)檢測(cè)和控制技術(shù)，將單片機(jī)、傳感器等智能器件用于風(fēng)扇設(shè)計(jì)，可依據(jù)檢測(cè)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)適宜的風(fēng)速。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要由主控電路模塊、穩(wěn)壓電源模塊、溫度采集模塊、功能按鍵模塊、溫度顯示模塊、驅(qū)動(dòng)電路模塊和風(fēng)扇（直流電機(jī)）等七個(gè)功能模塊組成。

圖1 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖

系統(tǒng)總體框架如圖1所示，采用STC12C5A60S2單片機(jī)作為主要控制芯片，使用溫度傳感器DS18B20進(jìn)行溫度采集，并直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)給單片機(jī)進(jìn)行判斷，根據(jù)判斷結(jié)果控制相應(yīng)引腳輸出高電平或低電平，控制風(fēng)扇啟動(dòng)或關(guān)閉；在啟動(dòng)狀態(tài)下，模擬PWM波輸出調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。

1.1 主控電路模塊

主控電路模塊是整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，控制溫度的采集與顯示，通過(guò)按鍵輸入和軟件編程進(jìn)行溫度限值設(shè)定與判斷，并在其I/O口輸出控制信號(hào)，對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行開(kāi)關(guān)或調(diào)速。

本設(shè)計(jì)選用STC12C5A60S2單片機(jī)作為控制器件，采用增強(qiáng)型8051CPU，單時(shí)鐘機(jī)器周期1T，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051；內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250K/S，25萬(wàn)次/秒）。支持串口程序燒寫，配合PC端的控制程序即可將程序代碼下載進(jìn)單片機(jī)，無(wú)需編程器和仿真器，對(duì)開(kāi)發(fā)設(shè)備要求低，節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間。

1.2 溫度采集模塊

溫度采集模塊選用數(shù)字傳感器DS18B20作為核心元件，測(cè)溫范圍[-55，+125]℃。該傳感器高度集成化，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，溫度值在器件內(nèi)部轉(zhuǎn)化成數(shù)字量直接輸出，測(cè)量精度高，測(cè)溫分辨率高達(dá)0.0625℃；被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位補(bǔ)碼形式以“一線總線”串行傳送給單片機(jī)，實(shí)際操作中只須將信號(hào)線與單片機(jī)I/O口相連，抗干擾性強(qiáng)。

1.3 液晶顯示模塊

液晶顯示模塊選用LCD1602字符型顯示器，用于顯示溫度、風(fēng)扇檔位和工作模式。LCD1602是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊，由若干個(gè)5X7點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，可顯示ASCII碼表中的所有可視字符。

1.4 功能按鍵模塊

功能按鍵模塊采用獨(dú)立按鍵式，每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根I/O線，每個(gè)按鍵的工作不會(huì)影響其它I/O線的狀態(tài)。本設(shè)計(jì)包括4個(gè)獨(dú)立式按鍵：（1）模式切換：按下該鍵循環(huán)切換自動(dòng)、睡眠、手動(dòng)三種工作模式。（2）溫度設(shè)定：自動(dòng)和睡眠模式下，設(shè)置自動(dòng)開(kāi)（關(guān)）機(jī)溫度。環(huán)境溫度高于設(shè)定溫度自動(dòng)開(kāi)機(jī)，否則不啟動(dòng)或關(guān)機(jī)。（3）手動(dòng)調(diào)速：手動(dòng)模式下，按下該鍵循環(huán)切換三檔風(fēng)速。（4）停止模式，關(guān)閉風(fēng)扇。

1.5 驅(qū)動(dòng)電路模塊

由于STC12系列單片機(jī)自帶PWM控制器，因此本設(shè)計(jì)選用橋式驅(qū)動(dòng)電路L298N來(lái)驅(qū)動(dòng)5V直流電機(jī)風(fēng)扇，并通過(guò)單片機(jī)I/O口輸出PWM脈沖調(diào)節(jié)風(fēng)速。L298N模塊屬于H橋式專用驅(qū)動(dòng)集成電路，其輸入端可與單片機(jī)直接連接。采用軟件編程實(shí)現(xiàn)PWM（脈沖寬度調(diào)制）調(diào)速，通過(guò)控制矩形波PWM信號(hào)的占空比來(lái)調(diào)控電機(jī)轉(zhuǎn)速。電機(jī)轉(zhuǎn)速與占空比成正比，占空比越大，轉(zhuǎn)速越快，若輸出全為高電平則占空比為100%，轉(zhuǎn)速最大。相比于其他如硬件或軟硬件結(jié)合的調(diào)速方式，通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)速，在降低成本的同時(shí)，充分發(fā)揮了單片機(jī)的編譯功能。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主程序流程圖如圖2所示，單片機(jī)向DS18B20傳感器發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令，讀取已轉(zhuǎn)換的溫度值，通過(guò)按鍵輸入和軟件編程進(jìn)行溫度限值設(shè)定與判斷，并在其I/O口輸出控制信號(hào)，對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行開(kāi)關(guān)或調(diào)速。

圖2 主程序流程圖

溫度采集程序?qū)S18B20采集的溫度存入寄存器指定數(shù)組，將二進(jìn)制轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制，交給顯示程序顯示。液晶顯示程序用于溫度和檔位的實(shí)時(shí)顯示。按鍵掃描程序設(shè)定開(kāi)機(jī)溫度、運(yùn)行模式等。溫度判斷程序根據(jù)設(shè)定溫度和當(dāng)前環(huán)境溫度差值設(shè)定多個(gè)風(fēng)速檔位。電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序模擬PWM波輸出，一次輸出多個(gè)電平，風(fēng)速檔位與高電平的占空比成正比，根據(jù)溫度的高低來(lái)調(diào)節(jié)不同檔位的風(fēng)速。

3 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)的特色：可設(shè)置自動(dòng)、手動(dòng)、睡眠等多種工作模式；啟動(dòng)自動(dòng)和睡眠模式后，可設(shè)置自動(dòng)開(kāi)（關(guān)）機(jī)溫度。若檢測(cè)溫度高于設(shè)定溫度，則風(fēng)扇自動(dòng)開(kāi)啟，并能根據(jù)實(shí)時(shí)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)速；當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定溫度時(shí)，風(fēng)扇不工作；啟動(dòng)睡眠模式后，在溫度變化范圍不大時(shí)，將自動(dòng)循環(huán)調(diào)節(jié)風(fēng)速大小，以模擬自然風(fēng)效果。

溫控調(diào)速風(fēng)扇擁有智能溫控、自動(dòng)調(diào)速、工作穩(wěn)定、成本低廉、節(jié)能降耗等特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)適當(dāng)改造可應(yīng)用于家用電器、廠礦風(fēng)冷設(shè)備以及電子器件的散熱器等。本設(shè)計(jì)能夠在保證散熱效果的同時(shí)，降低風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的噪音并節(jié)約能源，符合人性化設(shè)計(jì)和綠色節(jié)能要求，具有一定的市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[2] 藍(lán)厚榮.單片機(jī)的PWM控制技術(shù)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2010（23） .

[3] 劉進(jìn)山.基于MCS-51電風(fēng)扇智能調(diào)速器的設(shè)計(jì)[J].電子質(zhì)量，2004（10）.endprint

摘 要 本文設(shè)計(jì)了智能溫控調(diào)速風(fēng)扇，基于單片機(jī)檢測(cè)和控制技術(shù)，將單片機(jī)、傳感器等智能器件用于風(fēng)扇設(shè)計(jì)，可依據(jù)檢測(cè)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)適宜的風(fēng)速。

關(guān)鍵詞 單片機(jī) 溫度傳感器 智能控制 自動(dòng)調(diào)速

中圖分類號(hào)：TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Temperature Intelligent Control Speed of Fan Based on STC12-MCU

WU Wangsheng

（School of physics and Optoelectronic Engineering， Yangtze University， Jingzhou， Hubei 434023）

Abstract Temperature intelligent control speed of fan， based on Micro Control Unit（MCU） detection and control technology， using MCU and sensor device design fan， according to the test temperature automatic adjustment appropriate speed of fan.

Key words Single-chip microcomputer； temperature sensor； intelligent control； automatic speed regulation

0 引言

風(fēng)扇是散熱降溫的常用電器，如家用的電風(fēng)扇和電子器件中的散熱風(fēng)扇等。大多數(shù)家用風(fēng)扇只能手動(dòng)調(diào)速和機(jī)械定時(shí)，各檔風(fēng)速跨度較大，高檔風(fēng)冷噪音大，低檔又不解暑；定時(shí)設(shè)計(jì)機(jī)械，入夜熟睡后若氣溫驟變，風(fēng)速不變則容易著涼。散熱風(fēng)扇通過(guò)空氣對(duì)流控制器件的溫度，轉(zhuǎn)速越高散熱效果越好，但同時(shí)噪音和震動(dòng)也越大。如何在風(fēng)扇的散熱功效和靜音效果之間找到平衡點(diǎn)，隨器件工作溫度的變化合理調(diào)節(jié)風(fēng)速，使之在較低噪音下正常工作顯得十分必要。為解決上述問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了智能溫控調(diào)速風(fēng)扇，基于單片機(jī)檢測(cè)和控制技術(shù)，將單片機(jī)、傳感器等智能器件用于風(fēng)扇設(shè)計(jì)，可依據(jù)檢測(cè)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)適宜的風(fēng)速。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要由主控電路模塊、穩(wěn)壓電源模塊、溫度采集模塊、功能按鍵模塊、溫度顯示模塊、驅(qū)動(dòng)電路模塊和風(fēng)扇（直流電機(jī)）等七個(gè)功能模塊組成。

圖1 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖

系統(tǒng)總體框架如圖1所示，采用STC12C5A60S2單片機(jī)作為主要控制芯片，使用溫度傳感器DS18B20進(jìn)行溫度采集，并直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)給單片機(jī)進(jìn)行判斷，根據(jù)判斷結(jié)果控制相應(yīng)引腳輸出高電平或低電平，控制風(fēng)扇啟動(dòng)或關(guān)閉；在啟動(dòng)狀態(tài)下，模擬PWM波輸出調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。

1.1 主控電路模塊

主控電路模塊是整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，控制溫度的采集與顯示，通過(guò)按鍵輸入和軟件編程進(jìn)行溫度限值設(shè)定與判斷，并在其I/O口輸出控制信號(hào)，對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行開(kāi)關(guān)或調(diào)速。

本設(shè)計(jì)選用STC12C5A60S2單片機(jī)作為控制器件，采用增強(qiáng)型8051CPU，單時(shí)鐘機(jī)器周期1T，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051；內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250K/S，25萬(wàn)次/秒）。支持串口程序燒寫，配合PC端的控制程序即可將程序代碼下載進(jìn)單片機(jī)，無(wú)需編程器和仿真器，對(duì)開(kāi)發(fā)設(shè)備要求低，節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間。

1.2 溫度采集模塊

溫度采集模塊選用數(shù)字傳感器DS18B20作為核心元件，測(cè)溫范圍[-55，+125]℃。該傳感器高度集成化，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，溫度值在器件內(nèi)部轉(zhuǎn)化成數(shù)字量直接輸出，測(cè)量精度高，測(cè)溫分辨率高達(dá)0.0625℃；被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位補(bǔ)碼形式以“一線總線”串行傳送給單片機(jī)，實(shí)際操作中只須將信號(hào)線與單片機(jī)I/O口相連，抗干擾性強(qiáng)。

1.3 液晶顯示模塊

液晶顯示模塊選用LCD1602字符型顯示器，用于顯示溫度、風(fēng)扇檔位和工作模式。LCD1602是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊，由若干個(gè)5X7點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，可顯示ASCII碼表中的所有可視字符。

1.4 功能按鍵模塊

功能按鍵模塊采用獨(dú)立按鍵式，每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根I/O線，每個(gè)按鍵的工作不會(huì)影響其它I/O線的狀態(tài)。本設(shè)計(jì)包括4個(gè)獨(dú)立式按鍵：（1）模式切換：按下該鍵循環(huán)切換自動(dòng)、睡眠、手動(dòng)三種工作模式。（2）溫度設(shè)定：自動(dòng)和睡眠模式下，設(shè)置自動(dòng)開(kāi)（關(guān)）機(jī)溫度。環(huán)境溫度高于設(shè)定溫度自動(dòng)開(kāi)機(jī)，否則不啟動(dòng)或關(guān)機(jī)。（3）手動(dòng)調(diào)速：手動(dòng)模式下，按下該鍵循環(huán)切換三檔風(fēng)速。（4）停止模式，關(guān)閉風(fēng)扇。

1.5 驅(qū)動(dòng)電路模塊

由于STC12系列單片機(jī)自帶PWM控制器，因此本設(shè)計(jì)選用橋式驅(qū)動(dòng)電路L298N來(lái)驅(qū)動(dòng)5V直流電機(jī)風(fēng)扇，并通過(guò)單片機(jī)I/O口輸出PWM脈沖調(diào)節(jié)風(fēng)速。L298N模塊屬于H橋式專用驅(qū)動(dòng)集成電路，其輸入端可與單片機(jī)直接連接。采用軟件編程實(shí)現(xiàn)PWM（脈沖寬度調(diào)制）調(diào)速，通過(guò)控制矩形波PWM信號(hào)的占空比來(lái)調(diào)控電機(jī)轉(zhuǎn)速。電機(jī)轉(zhuǎn)速與占空比成正比，占空比越大，轉(zhuǎn)速越快，若輸出全為高電平則占空比為100%，轉(zhuǎn)速最大。相比于其他如硬件或軟硬件結(jié)合的調(diào)速方式，通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)速，在降低成本的同時(shí)，充分發(fā)揮了單片機(jī)的編譯功能。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主程序流程圖如圖2所示，單片機(jī)向DS18B20傳感器發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令，讀取已轉(zhuǎn)換的溫度值，通過(guò)按鍵輸入和軟件編程進(jìn)行溫度限值設(shè)定與判斷，并在其I/O口輸出控制信號(hào)，對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行開(kāi)關(guān)或調(diào)速。

圖2 主程序流程圖

溫度采集程序?qū)S18B20采集的溫度存入寄存器指定數(shù)組，將二進(jìn)制轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制，交給顯示程序顯示。液晶顯示程序用于溫度和檔位的實(shí)時(shí)顯示。按鍵掃描程序設(shè)定開(kāi)機(jī)溫度、運(yùn)行模式等。溫度判斷程序根據(jù)設(shè)定溫度和當(dāng)前環(huán)境溫度差值設(shè)定多個(gè)風(fēng)速檔位。電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序模擬PWM波輸出，一次輸出多個(gè)電平，風(fēng)速檔位與高電平的占空比成正比，根據(jù)溫度的高低來(lái)調(diào)節(jié)不同檔位的風(fēng)速。

3 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)的特色：可設(shè)置自動(dòng)、手動(dòng)、睡眠等多種工作模式；啟動(dòng)自動(dòng)和睡眠模式后，可設(shè)置自動(dòng)開(kāi)（關(guān)）機(jī)溫度。若檢測(cè)溫度高于設(shè)定溫度，則風(fēng)扇自動(dòng)開(kāi)啟，并能根據(jù)實(shí)時(shí)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)速；當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定溫度時(shí)，風(fēng)扇不工作；啟動(dòng)睡眠模式后，在溫度變化范圍不大時(shí)，將自動(dòng)循環(huán)調(diào)節(jié)風(fēng)速大小，以模擬自然風(fēng)效果。

溫控調(diào)速風(fēng)扇擁有智能溫控、自動(dòng)調(diào)速、工作穩(wěn)定、成本低廉、節(jié)能降耗等特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)適當(dāng)改造可應(yīng)用于家用電器、廠礦風(fēng)冷設(shè)備以及電子器件的散熱器等。本設(shè)計(jì)能夠在保證散熱效果的同時(shí)，降低風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的噪音并節(jié)約能源，符合人性化設(shè)計(jì)和綠色節(jié)能要求，具有一定的市場(chǎng)前景。

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