基于單片機(jī)的智能風(fēng)扇控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)的智能風(fēng)扇控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：介紹了一種基于單片機(jī)的智能風(fēng)扇控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),目的在于解決電扇在實(shí)際生活中不合理的使用的現(xiàn)狀和在已有電扇上的一些小創(chuàng)新,在設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)硬件電路的實(shí)際焊接，基本實(shí)現(xiàn)了想要實(shí)現(xiàn)的功能,通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，證明該系統(tǒng)的實(shí)際可行性,有助于在以后可以開(kāi)發(fā)出此類產(chǎn)品，提高人們生活質(zhì)量,節(jié)約能源.關(guān)鍵詞:單片機(jī);DS18B20；直流電機(jī)；風(fēng)扇;人體紅外;LCD1602 基金項(xiàng)目：湖北師范學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目資金。引言:在我國(guó)大學(xué)校園里,教室里面安裝電扇很普及，電扇相比較空調(diào)而言,節(jié)約成本，便于安裝，但是通過(guò)在大學(xué)里的觀察和研究發(fā)現(xiàn)，電扇的使用存在很多不合理的現(xiàn)象，經(jīng)常會(huì)出

2、現(xiàn)人走了電扇還開(kāi)著,或者電扇檔位無(wú)法根據(jù)氣溫自動(dòng)調(diào)節(jié)的現(xiàn)象,電扇在我國(guó)的使用范圍十分廣泛,除了大學(xué)校園，很多地方都用到了電扇。單片機(jī)便宜,功耗低,便于控制,基于此在現(xiàn)有電扇的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了智能風(fēng)扇系統(tǒng)，并制作出了硬件,實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的效果，證實(shí)了該系統(tǒng)的實(shí)際可行性，如果可以得到大量使用,對(duì)于目前電扇存在的不合理問(wèn)題是一個(gè)很好的解決方法。一、系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的智能風(fēng)扇控制系統(tǒng)包含溫度感應(yīng)和顯示、外部按鍵設(shè)置功能、人體紅外感應(yīng)模塊、直流電機(jī)PWM調(diào)速、蜂鳴器報(bào)警、LCD風(fēng)速等級(jí)顯示模塊,首先在顯示功能上使用了數(shù)碼管和LCD1602分別顯示出當(dāng)前溫度和風(fēng)速等級(jí),顯示功能的目的在于增加產(chǎn)品的直觀性和合

3、理操作性，便于人們?cè)谑褂脮r(shí)有可以調(diào)節(jié)的依據(jù)。外部按鍵實(shí)現(xiàn)了設(shè)置溫度上下限、復(fù)位、加減溫度的功能，使電扇在沒(méi)有人為操作的情況下可以按照溫度上下限和外部實(shí)際溫度做出合理的響應(yīng)，蜂鳴器的作用是為了提醒使用者當(dāng)前溫度高于溫度上限或者低于溫度下限,直流電機(jī)PWM調(diào)速實(shí)現(xiàn)了風(fēng)速級(jí)別的調(diào)節(jié)，通過(guò)溫度傳感器得到的溫度，對(duì)電機(jī)的速度分級(jí)調(diào)節(jié)，以最合理的方式調(diào)節(jié)電扇的使用,從而達(dá)到智能、合理、高效的目的。這些功能使用到的存儲(chǔ)、中斷、顯示、調(diào)速都可以用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，因此選用51單片機(jī)作為控制芯片。二、硬件電路設(shè)計(jì)1、最小系統(tǒng)在設(shè)計(jì)硬件的時(shí)候使用11.0592MHZ的晶振作復(fù)位電路,這樣便于在做后面的定時(shí)器功能時(shí)可以精

4、確定時(shí)，12MHZ的晶振在長(zhǎng)時(shí)間工作下由于初始值不是精確值容易累積誤差,產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果。單片機(jī)最小系統(tǒng)的搭建是做硬件的第一步,時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和電源，復(fù)位電路在設(shè)計(jì)時(shí)需要滿足t=RC>2us,保證復(fù)位的時(shí)間在兩個(gè)機(jī)器周期以上，復(fù)位的實(shí)質(zhì)是在于給STC89C52的9腳輸入一個(gè)高電平。2、溫度采集、顯示和設(shè)置系統(tǒng)使用DS18B20采集外部溫度，然后將采集到的溫度利用數(shù)碼管顯示出來(lái)，使用FM24C02存儲(chǔ)設(shè)置的溫度上下限值和外部按鍵改變后的值，保證溫度的上下限值在掉電的情況下依然可以存儲(chǔ)，在溫度顯示模塊上使用四個(gè)獨(dú)立按鍵，分別實(shí)現(xiàn):設(shè)置、復(fù)位、加、減四個(gè)功能,使電扇不僅可以根據(jù)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)

5、速，也可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)調(diào)節(jié)，增加電扇調(diào)節(jié)的靈活性,在溫度采集和顯示模塊上利用蜂鳴器的聲音在低于溫度下限和高于溫度上限時(shí)發(fā)出報(bào)警聲音，同時(shí)在溫度低于下限和高于上限時(shí)紅燈會(huì)點(diǎn)亮，正常情況下綠燈常亮，以此提醒使用者根據(jù)實(shí)際情況改變當(dāng)前的使用.3、人體紅外模塊采用人體紅外傳感器智能控制電扇的開(kāi)閉，人體紅外傳感器會(huì)在有人的時(shí)候輸出一個(gè)高電平，在寫1操作后用單片機(jī)讀取，并根據(jù)外圍電路的實(shí)際情況，用單片機(jī)的I/O口輸出高低電平控制電機(jī)，從而達(dá)到利用紅外開(kāi)閉電扇達(dá)到節(jié)能的目的，紅外傳感器靈敏度受外界環(huán)境和安裝條件限制較大,在安裝時(shí)應(yīng)盡量避免盲區(qū)，人體紅外感應(yīng)范圍:4、PWM調(diào)速和LCD顯示系統(tǒng)使用直流電機(jī)提供動(dòng)力

6、,在硬件模型制作時(shí)選用L298N作為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，PWM（Pulse Width Modulation）控制脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，PWM調(diào)制的原理：把恒定的直流電源電壓調(diào)節(jié)成頻率一定、寬度可調(diào)的脈沖序列電壓,實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)占空比改變輸出電壓的大小,進(jìn)而調(diào)解電機(jī)轉(zhuǎn)速.電機(jī)兩端得到的平均電壓：U d=（t/T） U s=Us 式中= t/T為PWM波形的占空比（占空比:就是輸出的PWM中，高電平保持的時(shí)間與該P(yáng)WM的時(shí)鐘周期的時(shí)間之比)改變(0<1）即可調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中通過(guò)定時(shí)器和溫度傳感器的溫度值，取定不同的占空比即可得到不同的風(fēng)速檔位，實(shí)現(xiàn)在不同溫度下風(fēng)速可調(diào)的問(wèn)題,利用LCD160

7、2顯示當(dāng)前的風(fēng)速等級(jí).51單片機(jī)只有32個(gè)I/O口可以使用,在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)I/O口不夠用的情況，在實(shí)際制作中使用鎖存器擴(kuò)展I/O，功能實(shí)現(xiàn)正常，但是需要注意延時(shí)和定時(shí)器的定時(shí)問(wèn)題.三、軟件設(shè)計(jì)在程序設(shè)計(jì)中涉及到外部中斷的使用和定時(shí)器的使用,STC89C52單片機(jī)的中斷系統(tǒng)有5個(gè)中斷請(qǐng)求源,具有兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí),按鍵接P32口,作為外部中斷0的輸入，程序運(yùn)行到死循環(huán)處等待中斷的發(fā)生.設(shè)置定時(shí)器，循環(huán)檢測(cè)按鍵的狀態(tài)，檢測(cè)到按鍵按下并釋放后執(zhí)行相關(guān)的中斷行為，中斷執(zhí)行完后再返回中斷開(kāi)始的地方繼續(xù)執(zhí)行程序，軟件的核心在于溫度的采集和利用,該系統(tǒng)使用DS18B20作為溫度采集裝置，采集到的溫度用四位共

8、陰數(shù)碼管顯示,分別用單片機(jī)的P0口控制段選,P1口控制位選，在軟件設(shè)計(jì)時(shí)默認(rèn)溫度上限時(shí)45度,下限是20度，寫入FM24C02中，后面配合按鍵功能動(dòng)態(tài)調(diào)整溫度的最大值和最小值，存儲(chǔ)到FM24C02中,這樣掉電之后溫度的上下限值可以保存，在顯示溫度值之后，判斷溫度的范圍，在蜂鳴器的接入端加一個(gè)PNP型的三極管，放大電流，以驅(qū)動(dòng)蜂鳴器做出反應(yīng)，同時(shí)溫度的區(qū)間也和風(fēng)速的轉(zhuǎn)速相關(guān)，更具設(shè)定好的PWM調(diào)速區(qū)間對(duì)應(yīng)每個(gè)溫度等級(jí),在相應(yīng)區(qū)間LCD顯示等級(jí)，電機(jī)調(diào)整轉(zhuǎn)速,人體紅外模塊的功能相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)，當(dāng)檢測(cè)到有人時(shí)，向單片機(jī)的一個(gè)I/O口輸入一個(gè)高電平(P1口,P2口，P3口是3個(gè)8位準(zhǔn)雙向的I/O口，各

9、口線在片內(nèi)均有固定的上拉電阻,當(dāng)這三個(gè)準(zhǔn)雙向I/O口作輸入口使用時(shí)，要向該口先寫1）,在寫1輸入之后，用單片機(jī)的另一個(gè)I/O口輸出高電平控制電機(jī)的開(kāi)啟，無(wú)人時(shí),輸出低電平,單片機(jī)對(duì)應(yīng)I/O口輸出低電平斷開(kāi)電機(jī)，從而達(dá)到電扇智能檢測(cè)有無(wú)人狀態(tài)自動(dòng)開(kāi)閉的功能。軟件設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的問(wèn)題是在中斷程序中需要執(zhí)行的指令應(yīng)盡可能少,把需要執(zhí)行的指令放在主函數(shù)中，防止函數(shù)在中斷程序中運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，以至于下次中斷開(kāi)始的時(shí)候，上一次的中斷還沒(méi)有結(jié)束，從而造成程序紊亂，出現(xiàn)不可預(yù)料的錯(cuò)誤.四、結(jié)束語(yǔ)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是在原有電扇系統(tǒng)上的改進(jìn),系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是為了解決實(shí)際問(wèn)題而做，針對(duì)實(shí)際生活中出現(xiàn)的現(xiàn)象都給出了相應(yīng)的解決方法，同時(shí)原材料的選取也盡可能便宜、容易操作,在成本最低的基礎(chǔ)上保證功能最完善，具有很高的實(shí)用價(jià)值，符合大多數(shù)人的需求，在硬件制作上選用單片機(jī)控制,用32個(gè)I/O口盡可能多的實(shí)現(xiàn)更多的功能，在設(shè)計(jì)之中也嘗試并實(shí)現(xiàn)了I/O擴(kuò)展、電壓轉(zhuǎn)換、電流放大、外觀設(shè)計(jì)等很多方面，有趣易學(xué)，便于二次開(kāi)發(fā),適合硬件學(xué)習(xí)者研究和制作,具有一定的實(shí)用價(jià)值的同時(shí)也有一定的研究?jī)r(jià)值。參考文獻(xiàn)1郭天祥. 51單片機(jī)C語(yǔ)言教程M.