基于单片机的智能风扇控制系统设计

北方民族大学 陈 磊 魏 鑫 魏林心



基于单片机的智能风扇控制系统设计

北方民族大学 陈 磊 魏 鑫 魏林心

【摘要】针对现有的电风扇具有性能低、灵活性差、功能单一等问题，设计了一种基于单片机的智能风扇调速系统。该系统可以对周围环境进行检测，能够根据温度变化自动调节风扇风速，而且当房间里没人时使风扇自动关闭。与传统风扇相比，该系统具有节能、灵活、功能强大等优点。

【关键词】单片机；智能；电风扇；自动

0　引言

电风扇曾一度被认为是空调产品冲击下的淘汰品，其实并非如此，市场人士称，家用电风扇并没有随着空调的普及而淡出市场，近两年反而出现了市场销售复苏的态势[1]。其主要原因有两点：一是风扇和空调的降温效果不同。空调有强大的制冷功能，可以快速有效地降低环境温度，但电风扇的风更温和，更加适合老人儿童和体质较弱的人使用；二是电风扇有价格优势，价格低廉而且相对省电，安装和使用都非常简单[2]。

尽管电风扇有其市场优势，但传统电风扇还是有许多地方应当进行改进，最突出的缺点是它不能根据温度的变化适时调节风力大小。对于夜间温差大的地区，人们在夏夜使用电风扇时可能遇到这样的问题：当凌晨降温的时候电风扇依然在工作，可是人们因为熟睡而无法察觉，既浪费电资源又容易引起感冒，传统的机械定时器虽然能够控制电风扇在工作一定后关闭，但定时范围有限，且无法对温度变化灵活处理。鉴于以上方面的考虑，我们需要设计一种智能电风扇控制系统来解决这些问题。

图1　系统框图

1　系统总体设计方案

如系统框图图1所示，热释电红外电路可以检测周围是否有人，当检测到周围有人时，温度检测模块检测外界温度，并传给微控制器。微控制器把传回来的数据进行处理，使数据转化成摄氏度。通过温度数据的变化，来改变PWM波，进而改变电机的旋转速度。用显示模块来显示当前温度和当前风速。

图2　硬件原理图

2　系统硬件设计

系统硬件原理图如图2所示。该原理图是通过proteus软件仿真出来的。以下是详细介绍：最小系统是由AT89C51、电源、12M晶振时钟电路、复位电路组成。液晶显示模块的数据传输是通过总线的形式连接到单片机的P0口上的，以此来向单片机传输数据。其三个控制管脚以此接在P30/P31/P32上。DS18B20的信号管脚接在了单片机的P33口实时想单片机传输温度。直流电动机的一个管脚接在了电源地上，另一个管脚接在了单片机的P34口上，接受单片机传来的PWM控制波形。

2.1微控制器模块

微控制器选用具有4KB片内E2PROM的AT89C51单片机。作为整个控制系统的核心，AT89C51内部已包含了定时器、程序存储器、数据存储器等硬件[3]，其硬件能符合整个控制系统的要求，不需要外接其他存储器芯片和定时器件，方便地构成一个最小系统。整个系统结构紧凑，抗干扰能力强，性价比高。

2.2稳压模块

51单片机要想稳定工作，所需电压必须为5V，而且必须要稳定，尽量不要有波动。鉴于有一个7.2V的直流电源，于是就设计了一个7.2V转5V的稳压电路。三端稳压器是最常用的稳压芯片，通过匹配一些电解电容，可以得到一个简单而又使用的稳压电路。考虑到实用性以及可读性，在该模块添加了一个手动按键以及电源指示灯。

2.3热释电红外传感器模块

热释电红外线传感器有三个端口，一个接电源、一个接地、一个信号端口，当有人进入其检测区域时，信号端口便产生一个电平跳变，并维持数秒钟，利用这个跳变可以判断是否有人在这个检测区域。

2.4温度检测模块

选用DS18B20作为温度传感器，独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯，这给温度的提取带来了极大的方便[4]。而且工作电源：3～5V的直流电，这样可以将供电直接接到5V和电源地上。试验中把信号脚接在单片机的P3.3口上，通过P3.3口向DS18B20写指令，写数据，读数据。

2.5直流电机控制模块

直流电机只有两个引脚，而且两个引脚的电平不一样即可实现正反转控制，其中一个引脚上给不同频率的PWM波形即可实现速度的控制。本实验中把其中一个管脚接在了单片机的P3.4脚上，接受来自单片机的PWM波形。而该波形是受温度来控制的。单片机根据获得温度数据，划分出档位，来调节PWM的高低电平的时间长短[5]。用定时器来计时，一秒钟作为一个周期，高电平的时间通过线性关系由温度值调节。这样，电机就可以实现智能调速了。

2.6显示模块

选用1602液晶作为显示模块。1602液晶也叫1602字符型液晶，是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块[6]。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。

图3　系统流程图

3　系统软件设计

图3为系统流程图，先由热释红外传感器模块检测环境中是否有人，当检测到有人时，温度检测模块开始工作，同时电机控制模块根据环境中的温度控制电机转速，进而调整风扇转速，显示模块将环境温度和相应的风扇转速显示出来。

4　实验结果

图4为实物图。从图中可以看出本系统所需的元器件数量少、价格便宜，而且系统功能强大、稳定性好。本系统具有广阔的应用前景和市场前景。

图4　实物图

5　结论

针对现有的电风扇具有性能低、灵活性差、功能单一等问题，设计了一种基于单片机的智能风扇调速系统。该系统可以对周围环境进行检测，能够根据温度变化自动调节风扇风速，而且当房间里没人时使风扇自动关闭。与传统风扇相比，该系统具有节能、灵活、功能强大等优点，因而有广阔的市场前景。

参考文献

[1]罗仁宵.电风扇:市场对“你”有新要求[J].家电大视野,2005(7):75-76.

[2]刘艳萍,万欣.太阳能风扇控制系统设计[J].商品与质量·学术观察,2013(8):109-109.

[3]樊明龙,任丽静.单片机原理与应用(第2版)(教育部高职高专规划教材)[M]. 化学工业,2014.

[4]李瑞程,应柏青,阮静.浅谈DS18B20温度传感器应用设计中的几个关键点[J].高校实验室工作研究,2013(4):34-35.

[5]赵亚丽,陈奇栓,齐晓旭,等.基于51单片机的小型直流电机PWM调速系统设计[J].电子设计技术,2013.

[6]袁欢,曾先文,徐讳.1602LCD液晶显示[J].商品与质量:学术观察,2012:104-104.

陈磊，男，大学本科，主要研究方向为嵌入式系统设计。

魏鑫，男，硕士研究生，主要研究方向为嵌入式系统设计和物联网技术。

魏林心，男，大学本科，主要研究方向为嵌入式系统设计。

作者简介：