基于STC12型单片机的智能温控调速风扇设计

吴望生

摘 要 本文设计了智能温控调速风扇，基于单片机检测和控制技术，将单片机、传感器等智能器件用于风扇设计，可依据检测温度自动调节适宜的风速。

关键词 单片机 温度传感器 智能控制 自动调速

中图分类号：TP368.1 文献标识码：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

风扇是散热降温的常用电器，如家用的电风扇和电子器件中的散热风扇等。大多数家用风扇只能手动调速和机械定时，各档风速跨度较大，高档风冷噪音大，低档又不解暑；定时设计机械，入夜熟睡后若气温骤变，风速不变则容易着凉。散热风扇通过空气对流控制器件的温度，转速越高散热效果越好，但同时噪音和震动也越大。如何在风扇的散热功效和静音效果之间找到平衡点，随器件工作温度的变化合理调节风速，使之在较低噪音下正常工作显得十分必要。为解决上述问题，我们设计了智能温控调速风扇，基于单片机检测和控制技术，将单片机、传感器等智能器件用于风扇设计，可依据检测温度自动调节适宜的风速。

1 系统整体设计

系统主要由主控电路模块、稳压电源模块、温度采集模块、功能按键模块、温度显示模块、驱动电路模块和风扇（直流电机）等七个功能模块组成。

图1 系统的整体设计结构框图

系统总体框架如图1所示，采用STC12C5A60S2单片机作为主要控制芯片，使用温度传感器DS18B20进行温度采集，并直接输出数字温度信号给单片机进行判断，根据判断结果控制相应引脚输出高电平或低电平，控制风扇启动或关闭；在启动状态下，模拟PWM波输出调节风扇转速。

1.1 主控电路模块

主控电路模块是整体系统设计的核心，控制温度的采集与显示，通过按键输入和软件编程进行温度限值设定与判断，并在其I/O口输出控制信号，对风扇进行开关或调速。

本设计选用STC12C5A60S2单片机作为控制器件，采用增强型8051CPU，单时钟机器周期1T，指令代码完全兼容传统8051；内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换（250K/S，25万次/秒）。支持串口程序烧写，配合PC端的控制程序即可将程序代码下载进单片机，无需编程器和仿真器，对开发设备要求低，节省开发时间。

1.2 温度采集模块

温度采集模块选用数字传感器DS18B20作为核心元件，测温范围[-55，+125]℃。该传感器高度集成化，与传统的热敏电阻等测温元件相比，温度值在器件内部转化成数字量直接输出，测量精度高，测温分辨率高达0.0625℃；被测温度用符号扩展的16位补码形式以“一线总线”串行传送给单片机，实际操作中只须将信号线与单片机I/O口相连，抗干扰性强。

1.3 液晶显示模块

液晶显示模块选用LCD1602字符型显示器，用于显示温度、风扇档位和工作模式。LCD1602是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块，由若干个5X7点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，可显示ASCII码表中的所有可视字符。

1.4 功能按键模块

功能按键模块采用独立按键式，每个按键单独占用一根I/O线，每个按键的工作不会影响其它I/O线的状态。本设计包括4个独立式按键：（1）模式切换：按下该键循环切换自动、睡眠、手动三种工作模式。（2）温度设定：自动和睡眠模式下，设置自动开（关）机温度。环境温度高于设定温度自动开机，否则不启动或关机。（3）手动调速：手动模式下，按下该键循环切换三档风速。（4）停止模式，关闭风扇。

1.5 驱动电路模块

由于STC12系列单片机自带PWM控制器，因此本设计选用桥式驱动电路L298N来驱动5V直流电机风扇，并通过单片机I/O口输出PWM脉冲调节风速。L298N模块属于H桥式专用驱动集成电路，其输入端可与单片机直接连接。采用软件编程实现PWM（脉冲宽度调制）调速，通过控制矩形波PWM信号的占空比来调控电机转速。电机转速与占空比成正比，占空比越大，转速越快，若输出全为高电平则占空比为100%，转速最大。相比于其他如硬件或软硬件结合的调速方式，通过软件编程实现PWM调速，在降低成本的同时，充分发挥了单片机的编译功能。

2 系统软件设计

本设计主程序流程图如图2所示，单片机向DS18B20传感器发送温度转换命令，读取已转换的温度值，通过按键输入和软件编程进行温度限值设定与判断，并在其I/O口输出控制信号，对风扇进行开关或调速。

图2 主程序流程图

温度采集程序将DS18B20采集的温度存入寄存器指定数组，将二进制转化为十进制，交给显示程序显示。液晶显示程序用于温度和档位的实时显示。按键扫描程序设定开机温度、运行模式等。温度判断程序根据设定温度和当前环境温度差值设定多个风速档位。电机驱动程序模拟PWM波输出，一次输出多个电平，风速档位与高电平的占空比成正比，根据温度的高低来调节不同档位的风速。

3 结束语

本设计的特色：可设置自动、手动、睡眠等多种工作模式；启动自动和睡眠模式后，可设置自动开（关）机温度。若检测温度高于设定温度，则风扇自动开启，并能根据实时温度自动调节风速；当低于设定温度时，风扇不工作；启动睡眠模式后，在温度变化范围不大时，将自动循环调节风速大小，以模拟自然风效果。

温控调速风扇拥有智能温控、自动调速、工作稳定、成本低廉、节能降耗等特点，经过适当改造可应用于家用电器、厂矿风冷设备以及电子器件的散热器等。本设计能够在保证散热效果的同时，降低风扇运转时的噪音并节约能源，符合人性化设计和绿色节能要求，具有一定的市场前景。

参考文献

[1] 胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].北京：清华大学出版社，2004.

[2] 蓝厚荣.单片机的PWM控制技术[J].工业控制计算机，2010（23） .

[3] 刘进山.基于MCS-51电风扇智能调速器的设计[J].电子质量，2004（10）.endprint

摘 要 本文设计了智能温控调速风扇，基于单片机检测和控制技术，将单片机、传感器等智能器件用于风扇设计，可依据检测温度自动调节适宜的风速。

关键词 单片机 温度传感器 智能控制 自动调速

中图分类号：TP368.1 文献标识码：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

风扇是散热降温的常用电器，如家用的电风扇和电子器件中的散热风扇等。大多数家用风扇只能手动调速和机械定时，各档风速跨度较大，高档风冷噪音大，低档又不解暑；定时设计机械，入夜熟睡后若气温骤变，风速不变则容易着凉。散热风扇通过空气对流控制器件的温度，转速越高散热效果越好，但同时噪音和震动也越大。如何在风扇的散热功效和静音效果之间找到平衡点，随器件工作温度的变化合理调节风速，使之在较低噪音下正常工作显得十分必要。为解决上述问题，我们设计了智能温控调速风扇，基于单片机检测和控制技术，将单片机、传感器等智能器件用于风扇设计，可依据检测温度自动调节适宜的风速。

1 系统整体设计

系统主要由主控电路模块、稳压电源模块、温度采集模块、功能按键模块、温度显示模块、驱动电路模块和风扇（直流电机）等七个功能模块组成。

图1 系统的整体设计结构框图

系统总体框架如图1所示，采用STC12C5A60S2单片机作为主要控制芯片，使用温度传感器DS18B20进行温度采集，并直接输出数字温度信号给单片机进行判断，根据判断结果控制相应引脚输出高电平或低电平，控制风扇启动或关闭；在启动状态下，模拟PWM波输出调节风扇转速。

1.1 主控电路模块

主控电路模块是整体系统设计的核心，控制温度的采集与显示，通过按键输入和软件编程进行温度限值设定与判断，并在其I/O口输出控制信号，对风扇进行开关或调速。

本设计选用STC12C5A60S2单片机作为控制器件，采用增强型8051CPU，单时钟机器周期1T，指令代码完全兼容传统8051；内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换（250K/S，25万次/秒）。支持串口程序烧写，配合PC端的控制程序即可将程序代码下载进单片机，无需编程器和仿真器，对开发设备要求低，节省开发时间。

1.2 温度采集模块

温度采集模块选用数字传感器DS18B20作为核心元件，测温范围[-55，+125]℃。该传感器高度集成化，与传统的热敏电阻等测温元件相比，温度值在器件内部转化成数字量直接输出，测量精度高，测温分辨率高达0.0625℃；被测温度用符号扩展的16位补码形式以“一线总线”串行传送给单片机，实际操作中只须将信号线与单片机I/O口相连，抗干扰性强。

1.3 液晶显示模块

液晶显示模块选用LCD1602字符型显示器，用于显示温度、风扇档位和工作模式。LCD1602是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块，由若干个5X7点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，可显示ASCII码表中的所有可视字符。

1.4 功能按键模块

功能按键模块采用独立按键式，每个按键单独占用一根I/O线，每个按键的工作不会影响其它I/O线的状态。本设计包括4个独立式按键：（1）模式切换：按下该键循环切换自动、睡眠、手动三种工作模式。（2）温度设定：自动和睡眠模式下，设置自动开（关）机温度。环境温度高于设定温度自动开机，否则不启动或关机。（3）手动调速：手动模式下，按下该键循环切换三档风速。（4）停止模式，关闭风扇。

1.5 驱动电路模块

由于STC12系列单片机自带PWM控制器，因此本设计选用桥式驱动电路L298N来驱动5V直流电机风扇，并通过单片机I/O口输出PWM脉冲调节风速。L298N模块属于H桥式专用驱动集成电路，其输入端可与单片机直接连接。采用软件编程实现PWM（脉冲宽度调制）调速，通过控制矩形波PWM信号的占空比来调控电机转速。电机转速与占空比成正比，占空比越大，转速越快，若输出全为高电平则占空比为100%，转速最大。相比于其他如硬件或软硬件结合的调速方式，通过软件编程实现PWM调速，在降低成本的同时，充分发挥了单片机的编译功能。

2 系统软件设计

本设计主程序流程图如图2所示，单片机向DS18B20传感器发送温度转换命令，读取已转换的温度值，通过按键输入和软件编程进行温度限值设定与判断，并在其I/O口输出控制信号，对风扇进行开关或调速。

图2 主程序流程图

温度采集程序将DS18B20采集的温度存入寄存器指定数组，将二进制转化为十进制，交给显示程序显示。液晶显示程序用于温度和档位的实时显示。按键扫描程序设定开机温度、运行模式等。温度判断程序根据设定温度和当前环境温度差值设定多个风速档位。电机驱动程序模拟PWM波输出，一次输出多个电平，风速档位与高电平的占空比成正比，根据温度的高低来调节不同档位的风速。

3 结束语

本设计的特色：可设置自动、手动、睡眠等多种工作模式；启动自动和睡眠模式后，可设置自动开（关）机温度。若检测温度高于设定温度，则风扇自动开启，并能根据实时温度自动调节风速；当低于设定温度时，风扇不工作；启动睡眠模式后，在温度变化范围不大时，将自动循环调节风速大小，以模拟自然风效果。

温控调速风扇拥有智能温控、自动调速、工作稳定、成本低廉、节能降耗等特点，经过适当改造可应用于家用电器、厂矿风冷设备以及电子器件的散热器等。本设计能够在保证散热效果的同时，降低风扇运转时的噪音并节约能源，符合人性化设计和绿色节能要求，具有一定的市场前景。

参考文献

[1] 胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].北京：清华大学出版社，2004.

[2] 蓝厚荣.单片机的PWM控制技术[J].工业控制计算机，2010（23） .

[3] 刘进山.基于MCS-51电风扇智能调速器的设计[J].电子质量，2004（10）.endprint

摘 要 本文设计了智能温控调速风扇，基于单片机检测和控制技术，将单片机、传感器等智能器件用于风扇设计，可依据检测温度自动调节适宜的风速。

关键词 单片机 温度传感器 智能控制 自动调速

中图分类号：TP368.1 文献标识码：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

风扇是散热降温的常用电器，如家用的电风扇和电子器件中的散热风扇等。大多数家用风扇只能手动调速和机械定时，各档风速跨度较大，高档风冷噪音大，低档又不解暑；定时设计机械，入夜熟睡后若气温骤变，风速不变则容易着凉。散热风扇通过空气对流控制器件的温度，转速越高散热效果越好，但同时噪音和震动也越大。如何在风扇的散热功效和静音效果之间找到平衡点，随器件工作温度的变化合理调节风速，使之在较低噪音下正常工作显得十分必要。为解决上述问题，我们设计了智能温控调速风扇，基于单片机检测和控制技术，将单片机、传感器等智能器件用于风扇设计，可依据检测温度自动调节适宜的风速。

1 系统整体设计

系统主要由主控电路模块、稳压电源模块、温度采集模块、功能按键模块、温度显示模块、驱动电路模块和风扇（直流电机）等七个功能模块组成。

图1 系统的整体设计结构框图

系统总体框架如图1所示，采用STC12C5A60S2单片机作为主要控制芯片，使用温度传感器DS18B20进行温度采集，并直接输出数字温度信号给单片机进行判断，根据判断结果控制相应引脚输出高电平或低电平，控制风扇启动或关闭；在启动状态下，模拟PWM波输出调节风扇转速。

1.1 主控电路模块

主控电路模块是整体系统设计的核心，控制温度的采集与显示，通过按键输入和软件编程进行温度限值设定与判断，并在其I/O口输出控制信号，对风扇进行开关或调速。

本设计选用STC12C5A60S2单片机作为控制器件，采用增强型8051CPU，单时钟机器周期1T，指令代码完全兼容传统8051；内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换（250K/S，25万次/秒）。支持串口程序烧写，配合PC端的控制程序即可将程序代码下载进单片机，无需编程器和仿真器，对开发设备要求低，节省开发时间。

1.2 温度采集模块

温度采集模块选用数字传感器DS18B20作为核心元件，测温范围[-55，+125]℃。该传感器高度集成化，与传统的热敏电阻等测温元件相比，温度值在器件内部转化成数字量直接输出，测量精度高，测温分辨率高达0.0625℃；被测温度用符号扩展的16位补码形式以“一线总线”串行传送给单片机，实际操作中只须将信号线与单片机I/O口相连，抗干扰性强。

1.3 液晶显示模块

液晶显示模块选用LCD1602字符型显示器，用于显示温度、风扇档位和工作模式。LCD1602是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块，由若干个5X7点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，可显示ASCII码表中的所有可视字符。

1.4 功能按键模块

功能按键模块采用独立按键式，每个按键单独占用一根I/O线，每个按键的工作不会影响其它I/O线的状态。本设计包括4个独立式按键：（1）模式切换：按下该键循环切换自动、睡眠、手动三种工作模式。（2）温度设定：自动和睡眠模式下，设置自动开（关）机温度。环境温度高于设定温度自动开机，否则不启动或关机。（3）手动调速：手动模式下，按下该键循环切换三档风速。（4）停止模式，关闭风扇。

1.5 驱动电路模块

由于STC12系列单片机自带PWM控制器，因此本设计选用桥式驱动电路L298N来驱动5V直流电机风扇，并通过单片机I/O口输出PWM脉冲调节风速。L298N模块属于H桥式专用驱动集成电路，其输入端可与单片机直接连接。采用软件编程实现PWM（脉冲宽度调制）调速，通过控制矩形波PWM信号的占空比来调控电机转速。电机转速与占空比成正比，占空比越大，转速越快，若输出全为高电平则占空比为100%，转速最大。相比于其他如硬件或软硬件结合的调速方式，通过软件编程实现PWM调速，在降低成本的同时，充分发挥了单片机的编译功能。

2 系统软件设计

本设计主程序流程图如图2所示，单片机向DS18B20传感器发送温度转换命令，读取已转换的温度值，通过按键输入和软件编程进行温度限值设定与判断，并在其I/O口输出控制信号，对风扇进行开关或调速。

图2 主程序流程图

温度采集程序将DS18B20采集的温度存入寄存器指定数组，将二进制转化为十进制，交给显示程序显示。液晶显示程序用于温度和档位的实时显示。按键扫描程序设定开机温度、运行模式等。温度判断程序根据设定温度和当前环境温度差值设定多个风速档位。电机驱动程序模拟PWM波输出，一次输出多个电平，风速档位与高电平的占空比成正比，根据温度的高低来调节不同档位的风速。

3 结束语

本设计的特色：可设置自动、手动、睡眠等多种工作模式；启动自动和睡眠模式后，可设置自动开（关）机温度。若检测温度高于设定温度，则风扇自动开启，并能根据实时温度自动调节风速；当低于设定温度时，风扇不工作；启动睡眠模式后，在温度变化范围不大时，将自动循环调节风速大小，以模拟自然风效果。

温控调速风扇拥有智能温控、自动调速、工作稳定、成本低廉、节能降耗等特点，经过适当改造可应用于家用电器、厂矿风冷设备以及电子器件的散热器等。本设计能够在保证散热效果的同时，降低风扇运转时的噪音并节约能源，符合人性化设计和绿色节能要求，具有一定的市场前景。

参考文献

[1] 胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].北京：清华大学出版社，2004.

[2] 蓝厚荣.单片机的PWM控制技术[J].工业控制计算机，2010（23） .

[3] 刘进山.基于MCS-51电风扇智能调速器的设计[J].电子质量，2004（10）.endprint