基于51單片機(jī)的溫控風(fēng)扇設(shè)計(jì)

吳宇桐 胡亞丹

【摘要】? ? 本文根據(jù)家用風(fēng)扇出現(xiàn)的新需求，設(shè)計(jì)了能夠根據(jù)周圍環(huán)境溫度變化而智能控制風(fēng)扇電機(jī)的新型風(fēng)扇。設(shè)計(jì)基于STC89C51單片機(jī)，采用DS18B20溫度采集芯片，將轉(zhuǎn)換得到的溫度信息分析并用于控制電機(jī)的啟停。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了提升用戶體驗(yàn)的目的，提供了一種新的風(fēng)扇控制思路，為行業(yè)智能電器的設(shè)計(jì)升級(jí)提供了新的算法。成品順利達(dá)成了設(shè)計(jì)目標(biāo)，實(shí)際體驗(yàn)良好。

【關(guān)鍵詞】? ? 溫度控制? ? 單片機(jī)? ? 風(fēng)扇電機(jī)

引言

家用電風(fēng)扇常常使用機(jī)械結(jié)構(gòu)控制風(fēng)扇輸出的風(fēng)力，但這種控制方式不夠靈活，難以反映真實(shí)的溫度變化情況。為了達(dá)到提升用戶舒適度、提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的目標(biāo)，需要引入單片機(jī)，設(shè)計(jì)合適的控制邏輯，提高用戶滿意度。本設(shè)計(jì)中將單片機(jī)用于家用風(fēng)扇中，輔以溫度檢測(cè)和電機(jī)控制模塊，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的輸出功率，并將測(cè)量溫度顯示在4位7段數(shù)碼管上。

一、系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)功能

本設(shè)計(jì)采用STC89C51單片機(jī)作為風(fēng)扇的控制器，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)環(huán)境溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，進(jìn)而自動(dòng)調(diào)節(jié)周圍環(huán)境溫度的功能。若測(cè)量結(jié)果高于設(shè)定的最大溫度，則單片機(jī)控制風(fēng)扇電機(jī)滿額功率工作，降低空氣溫度。若測(cè)量結(jié)果在設(shè)定的溫度范圍之內(nèi)，則單片機(jī)控制風(fēng)扇電機(jī)以三分之二的功率工作，起到了防止溫度升高的作用。此外，系統(tǒng)將環(huán)境溫度信息顯示在4位7段數(shù)碼管上。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本設(shè)計(jì)中，包括了溫度采集模塊、風(fēng)機(jī)控制模塊、七段數(shù)碼管顯示模塊、獨(dú)立按鍵模塊等部分。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。

二、溫控風(fēng)扇硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控模塊

本設(shè)計(jì)采用了STC89C51單片機(jī)作為風(fēng)扇的智能控制器。STC89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的高性能單片機(jī)，具有4千比特大小的程序存儲(chǔ)器ROM和512千比特大小的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM。此型號(hào)單片機(jī)體積較小，其豐富的I/O口能夠滿足需求的多種功能。

2.2 外圍模塊

系統(tǒng)包含數(shù)個(gè)獨(dú)立模塊，包括溫度采集模塊、數(shù)碼顯示模塊、風(fēng)扇電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和按鍵模塊。

溫度采集模塊選用DS18B20作為溫度測(cè)量芯片。測(cè)量范圍和精度都滿足本次設(shè)計(jì)的要求。DS18B20的數(shù)據(jù)接口接到單片機(jī)的P3^6口來(lái)傳遞測(cè)量數(shù)據(jù)和控制信息，不占用系統(tǒng)過(guò)多資源。

采用4位7段數(shù)碼管作為溫度顯示的裝置?？梢栽跍囟蕊@示、溫度最大值顯示、溫度最小值三種顯示模式中切換。

風(fēng)扇電機(jī)采用SD4010電機(jī)。其正極接口接到三極管的集電極，由單片機(jī)上的P3^7接口控制三極管的基極，以控制風(fēng)扇電機(jī)的啟停。三極管的發(fā)射極接到+5V電源，從而獲得足夠的功率驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇電機(jī)。

系統(tǒng)按鍵采用獨(dú)立按鍵接到單片機(jī)的I/O口，程序中采用循環(huán)檢測(cè)模式檢查是否按鍵被按下。設(shè)計(jì)實(shí)際采用了三個(gè)獨(dú)立按鍵，分別控制設(shè)定溫度加減、顯示模式切換等功能。

三、溫控風(fēng)扇的軟件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)中，主程序經(jīng)過(guò)初始化，進(jìn)入一段死循環(huán)程序，這段程序首先進(jìn)行DS18B20的溫度轉(zhuǎn)換子程序。DS18B20將周圍溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息，當(dāng)轉(zhuǎn)換溫度在合理范圍之內(nèi)，顯示測(cè)量得到的溫度。

此外，循環(huán)中還包括了循環(huán)鍵盤(pán)掃描程序，通過(guò)三個(gè)獨(dú)立按鍵，可以調(diào)整顯示模式，設(shè)置溫度上限和下限并顯示。當(dāng)測(cè)量溫度在設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，有三分之一的時(shí)間停止風(fēng)扇供電，以達(dá)到設(shè)計(jì)目的。當(dāng)測(cè)量溫度高于最大溫度時(shí)，則保持風(fēng)扇全功率輸出。

四、結(jié)論

本文對(duì)家用電風(fēng)扇進(jìn)行了控制方法的研究和改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境溫度控制風(fēng)扇的功能。風(fēng)扇的控制系統(tǒng)將周圍環(huán)境溫度信息進(jìn)行采集轉(zhuǎn)換，由轉(zhuǎn)換得到的溫度信息判斷應(yīng)當(dāng)采取的控制策略，從而控制風(fēng)扇風(fēng)機(jī)輸入的功率，起到了智能調(diào)節(jié)溫度的目的。實(shí)際成品達(dá)成了設(shè)計(jì)目標(biāo)，體驗(yàn)良好。

本設(shè)計(jì)中，包括了溫度采集模塊、風(fēng)機(jī)控制模塊、七段數(shù)碼管顯示模塊、獨(dú)立按鍵模塊等部分。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。2? 溫控風(fēng)扇硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控模塊

本設(shè)計(jì)采用了STC89C51單片機(jī)作為風(fēng)扇的智能控制器。STC89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的高性能單片機(jī)，具有4千比特大小的程序存儲(chǔ)器ROM和512千比特大小的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM。此型號(hào)單片機(jī)體積較小，其豐富的I/O口能夠滿足需求的多種功能。

2.2 外圍模塊

系統(tǒng)包含數(shù)個(gè)獨(dú)立模塊，包括溫度采集模塊、數(shù)碼顯示模塊、風(fēng)扇電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和按鍵模塊。

溫度采集模塊選用DS18B20作為溫度測(cè)量芯片。測(cè)量范圍和精度都滿足本次設(shè)計(jì)的要求。DS18B20的數(shù)據(jù)接口接到單片機(jī)的P3^6口來(lái)傳遞測(cè)量數(shù)據(jù)和控制信息，不占用系統(tǒng)過(guò)多資源。

采用4位7段數(shù)碼管作為溫度顯示的裝置。可以在溫度顯示、溫度最大值顯示、溫度最小值三種顯示模式中切換。

風(fēng)扇電機(jī)采用SD4010電機(jī)。其正極接口接到三極管的集電極，由單片機(jī)上的P3^7接口控制三極管的基極，以控制風(fēng)扇電機(jī)的啟停。三極管的發(fā)射極接到+5V電源，從而獲得足夠的功率驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇電機(jī)。

系統(tǒng)按鍵采用獨(dú)立按鍵接到單片機(jī)的I/O口，程序中采用循環(huán)檢測(cè)模式檢查是否按鍵被按下。設(shè)計(jì)實(shí)際采用了三個(gè)獨(dú)立按鍵，分別控制設(shè)定溫度加減、顯示模式切換等功能。

3? 溫控風(fēng)扇的軟件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)中，主程序經(jīng)過(guò)初始化，進(jìn)入一段死循環(huán)程序，這段程序首先進(jìn)行DS18B20的溫度轉(zhuǎn)換子程序。DS18B20將周圍溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息，當(dāng)轉(zhuǎn)換溫度在合理范圍之內(nèi)，顯示測(cè)量得到的溫度。此外，循環(huán)中還包括了循環(huán)鍵盤(pán)掃描程序，通過(guò)三個(gè)獨(dú)立按鍵，可以調(diào)整顯示模式，設(shè)置溫度上限和下限并顯示。當(dāng)測(cè)量溫度在設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，有三分之一的時(shí)間停止風(fēng)扇供電，以達(dá)到設(shè)計(jì)目的。當(dāng)測(cè)量溫度高于最大溫度時(shí)，則保持風(fēng)扇全功率輸出。

4? 結(jié)論

本文對(duì)家用電風(fēng)扇進(jìn)行了控制方法的研究和改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境溫度控制風(fēng)扇的功能。風(fēng)扇的控制系統(tǒng)將周圍環(huán)境溫度信息進(jìn)行采集轉(zhuǎn)換，由轉(zhuǎn)換得到的溫度信息判斷應(yīng)當(dāng)采取的控制策略，從而控制風(fēng)扇風(fēng)機(jī)輸入的功率，起到了智能調(diào)節(jié)溫度的目的。實(shí)際成品達(dá)成了設(shè)計(jì)目標(biāo)，體驗(yàn)良好。

參考文獻(xiàn)

[1]? 張瀟銘，莊云蕾，潘海婷，張福鼎.基于單片機(jī)的智能家居紅外安全防御系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)[J]. 輕工科技. 2018 （12）

[2]? 孫靜. 基于單片機(jī)的直流電機(jī)控制[J]. 科技資訊. 2018 （24）

[3]? 王海珍，廉佐政，滕艷平. cc2530單片機(jī)多點(diǎn)溫度采集實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索. 2018 （12）