一种智能电风扇的设计

李玲玲

（贵州广播电视台，贵州贵阳550002）

一种智能电风扇的设计

李玲玲

（贵州广播电视台，贵州贵阳550002）

设计了一种基于单片机控制的智能电风扇，该设计以AVR单片机为核心控制器，通过DS18B20温度传感器来实现对系统所处环境温度的检测和对电风扇转速的控制。系统通过自动检测环境温度，智能判断是否需要开启电风扇，并根据不同的环境温度来调节电机的转速，以此使环境温度达到一个最舒适的温度。此设计实现了电风扇的智能开关和智能调速，在实际应用中能有效地节约电能，给用户更好的使用体验。

AVR单片机；DS18B20温度传感器；控制

电风扇作为人们最常用的防暑降温工具，因其价格低廉，实用性强而被较多地应用于教室、办公室、车间、家庭等场所。本文设计的智能电风扇能够实现智能开关，可以有效地避免环境温度未达到设定温度而电风扇仍在工作造成的电源浪费，达到节约能源的目的。此外，本文设计的智能电风扇还能有效解决人们在使用电风扇时遇到的一些困扰，如半夜降温，而电风扇仍在工作，容易引起感冒等，因此本文设计的智能电风扇在实际生活中有较高的实用性。

1 系统总体设计

本文设计的电风扇是一种基于AVR单片机[1,2]控制的智能电风扇。该设计在控制和性能上主要有以下特点：（1）实现了智能开关功能。本设计以单片机为核心，以DS18B20为温度传感器，用户可以预先设定电风扇的开启温度阈值，当温度传感器检测到室温处于用户设定的温度值时，电风扇自动开始工作，反之，当室温降至用户设定温度值以下时，电风扇自动停止工作。（2）实现了智能控温功能。电风扇可以自动检测环境温度，系统可以根据用户设定的温度阈值来调节风扇转速，在不同的温度区间段，对应不同的转速。本系统设计了四个温度区间段，当环境温度处于较高一级温度区间段时，电风扇转速自动增加一档，当处于最高一个温度区间段时，电风扇转速达到最大值。反之当环境温度下降一个区间段，电风扇转速自动降低一档，当环境温度降到

设定温度的阈值以下时，电风扇停止工作。本系统由于采用了智能开（关）机和智能调速，室温基本能控制在用户感觉最舒适的温度区间，有效杜绝了室温低于设定温度电风扇仍在工作造成电能浪费的现象。（3）实现了无极调速功能。本设计使用的PWM可实现电风扇转速从0到最大功率之间的调速，能使电风扇转速呈线性变化，很好地解决了传统电风扇因档位风速变化过大给人带来的不适感。（4）实现了温度实时显示。采用数码管[3]显示实时温度，用户能即时了解当前的室温状况，给用户更好的使用体验。系统总体设计见图1。

图1 系统总体设计框图

2 调速原理

脉宽调制（PWM）调速是通过调节脉宽来调节电压，最终实现对电机转速的控制[4]。它是利用微处理器的数字输出来对模拟电路信号进行控制的一种技术，应用于电机的转速控制，可以大大地节约能量。通常情况下模拟控制电路存在信号容易随时间漂移，会产生一些不必要的热损耗等现象。而PWM具有很强的抗噪性，且经济实用，使用PWM技术可以避免以上缺陷，实现用数字方式来控制模拟信号，可以大幅度地降低设计成本和电路中不必要的功耗。

本设计采用脉宽调制方式来控制电机转速。控制电机时，电源并非连续地向电机供电，而是在一个特定的频率下以方波脉冲的形式提供电能。不同占空比的方波信号能对电机起到调速作用，这是因为电机实际上是一个大电感，它有阻碍输入电流和电压突变的能力，因此脉冲输入信号被平均分配到作用时间上，这样，改变在始能端PE2和PD5上输入方波的占空比就能改变加在电机两端的电压大小，从而改变电机转速。采用PWM调速技术，能有效控制电机转速，结合温度传感器和AVR单片机，即能实现电风扇的智能调速功能。

3 主要元器件选择

3.1 ATmega128a单片机简介

ATMEL公司在1996年开发出了增强型内置FLASH的RISC（ReducedInstructionSetcpu）精简指令集高速8位单片机，称作AVR[5]。AVR被广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、通讯设备等领域，是一种高性能、低功耗的AVR8位处理器，具有先进的RISC结构，133条指令基本可以在一个时钟周期内完成，全静态工作，工作于16MHz时性能高达16MIPS，具有两路8位PWM、6路分辨率可编程的PWM。

3.2 DS18B20温度传感器简介

DS18B20温度传感器[6,7]体积小，硬件电路简单，属于新一代适配微处理器的改进型智能温度传感器。DS18B20的数字温度计提供9到12位的摄氏温度测量，并具有用户可编程上限和下限报警功能。可应用于HVAC、环境控制、建筑物、设备或机械内的温度检测以及过程监视和系统控制。

4 硬件电路

硬件电路见图2。

图2 硬件电路图

5 结论

为了仿真及设计的便捷性，本文使用5V直流小电机来模拟220V电风扇电机。硬件电路设计制作完成后，设置用户温度，当设定温度高于环境温度时电风扇不工作；当环境温度高于设定温度时，风扇开始自动工作，并且根据环境温度自动控制风扇转速。经实际测试，打开电风扇电源，系统自动检测当前环境温度，并自动载入上次用户设定的温度。此设计能实现预期的功能和目标，达到了风扇智能化的要求，具有广泛的市场前景。

[1]宋建国.AVR单片机原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.

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[4]王玲,王中训,王恒.基于MSP430单片机的多路无线温度检测系统[J].现代电子技术,2011,34(1):125-127．

[5]夏候凯顺,曾宪金,胡立坤,等.基于MLX90614和ZigBee技术的体温实时监控系统的设计[J].自动化与仪表,2011,(11): 23-26．

[6]汤锴杰,栗灿,王迪,等.基于DS18B20的数字式温度采集报警系统[J].传感器与微系统,2014,33(3):99-102．

[7]张军,陈慧丽.基于MSP430单片机和DS18B20的数字温度计[J].电子设计工程,2010,18(11):106-109．

[8]谭浩强.C程序设计(第四版)[M].北京:清华大学出版社, 2007.

（责任编辑：朱 彬）

The design of an intelligent fun

LI Ling-ling
(Guizhou Broadcasting and TV Station,Guiyang,550002,China)

In this paper,we design a kind of intelligent electric fan based on single-chip microcomputer,the designer based on AVR microcontroller as the core controller,through the temperature sensor DS18B20 to achieve environmental temperature detection and controlling to the fan’s speed.The system automatically detects the temperature of the environment,and determine whether the need to open the fan,and according to the different temperature values to adjust the motor speed to achieve a comfortable environment temperature.This design can achieve intelligent switch and intelligent control function.It can effectively save energy and provide a better user experience in real life.

AVR SCM;DS18B20 temperature sensor;control

TH811

A

1009-3583（2016）-0105-02

2016-03-12

李玲玲，女，湖南娄底人，贵州广播电视台技术中心工程师。