无叶风扇的自动感应控制设计

袁观娜+白宇+张红军++张晓江+苏铮+强高强

摘 要：无叶风扇在人们的日常生活中普遍起来，因为它没有扇叶，不会对人们造成危险，安全系数高，吹得风无冲击性，更平稳，更舒适，清洁方便，价格合理等优点，慢慢地进入人们的视线，并且在国外已流行开来。该文设计了无叶风扇的自动感应控制，采用AT89C52单片机作为控制器，利用热释电人体感应模块以及DS18B20作为温度采集元件，通过感应模块和温度采集的设定温度来共同控制风扇的启动和停止，并能根据温度的变化改变电机的转速，同时用LED八段数码管显示当前的温度、模式、转速。

关键词：单片机 热释电人体感应模块 DS18B20 无叶风扇

中图分类号：TP273+.5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）07（c）-0042-03

在夏天，人们被酷热所折磨，为了避暑，人们会用空调、风扇等，空调虽然凉爽但是电能消耗太大还会向大气释放氟利昂等有害气体，人们大多采用风扇来避暑，但传统风扇比无叶风扇又欠缺很多，不仅在风量上，还有能源上[1]。为了降低风扇运转时的噪音和节省能源等，无叶风扇越来越受人们的欢迎[2]。

随着单片机在各个领域的发展，许多电器都以它为主控制器[3-4]，如无叶风扇的自动控制。它基于单片机的热释电人体感应模块和温控风扇系统，根据温度和人体感应模块共同作用控制风扇启动和停止，它还能根据温度来使风扇无级调速，实现智能控制。

该次设计采用了由ATMEL公司的8052系列单片机AT89C52作为主控制器，采用热释电人体感应模块作为感应开关，采用DALLAS公司的温度传感器DS18B20作为温度采集元件，根据热释电人体感应人体并根据预设温度来控制电机的启动和停止，还可以根据温度大小进行无级变速，实现无叶风扇的自动感应控制。

1 无叶风扇的自动感应控制的结构和工作原理

该设计中系统由6个部分组成，分别是热释电人体感应电路、温度检测电路、按键与复位电路、数码管显示电路和电机驱动电路。该系统热释电人体感应电路为核心部分，首先根据人体感应模块检测人体从而使整个电路工作，接着温度检测电路会检测环境温度，并根据温度改变电机转速，然后是电机驱动电路，该部分需协同外围电路将单片机输出的PWM信号转化为平均电压输出，根据不同的PWM波得到不同的平均电压，改变占空比，进而控电机转速。数码管显示电路会显示出环境温度和当前转速。

2 硬件设计

该次设计中的关键在于热释电人体感应模块对人体红外信号的采集情况。它是一种能检测人体发射红外线的新型高灵敏度红外探测元件，可以将红外信号转化为电信号输出，将输出信号放大，便可驱动各种电路。需要注意的是检测范围应远离冰箱、火炉等空气，温度变化敏感的地方，还有不要在感应器前放遮挡物等。AT89C52是51系列单片机的一个型号，由ATMEL公司生产的，它是一个低电压、高性能的CMOS8位单片机，片内器件采用ATMEL公司的非易失性、高密度存储技术生产，兼容MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和flash存储单元等，其主要用于会聚调整时的功能控制。

热释电红外开关是BISS0001配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成的被动式红外开关。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗衣机等装置，是一种高技术产品。特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。

DS18B20数字温度传感器，是采用美国DALLAS半导体公司生产的DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可直接将温度转化成串行数字信号供处理器处理，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。

该系统要用单片机控制风扇直流电机，需要加驱动电路，为直流电机提供足够大的驱动电流。达林顿三极管又称复合三极管，将两只三极管组合在一起，组成一支新的三极管，其放大倍数是两只三极管放大倍数之积，达林顿三极管可以看作是一种直接耦合的放大器，三极管间直接串接，不添加任何耦合元件，这样最大的作用是提供高电流放大增益。

显示模块显示当前的环境温度、转速以及调节时的模式和预设温度。该次设计采用的LED数码管，它能在低电压，小电流条件下驱动发光，能与CMOS，ITL电路兼容；发光响应时间极短，高频特性好，单色性好，亮度高；体积小，重量轻，抗冲击性能好；寿命长，成本低，被广泛用于数字仪器仪表，数控装置，计算机的数显中。

3 软件设计

系统主要包括热释电人体感应模块、DS18B20温度传感器、AT89C52单片机、五位LED共阴数码管、风扇直流电机、达林顿管。辅助元件包括电阻电容、晶振、电源、按键、拨码开关等。

该次设计的系统以热释电人体感应模块感应人体，以单片机为控制核心控制整个设计，以温度传感器DS18B20来检测环境温度，以数码管来显示，从而实现了根据人体和环境温度进行无叶风扇的自动开合和风扇电机的调速。由人体热感应来给单片机AT89C52红外信号，进而使整个系统打开，自动打开风扇开关，并在LED数码管显示当前环境温度及预设温度值，同时采用的PWM脉宽调制器根据不同的环境温度和设置温度的差值，进而改变电机的转速。

软件部分要完成的功能为：（1）键盘扫描；（2）红外检测；（3）环境温度检测；（4）LED管显示。程序设计包括：系统初始化、热释电人体感应控制函数、DS18B20初始化及温度转化函数、温度读取函数、按钮扫描函数、数码管显示函数、温度处理及电机控制函数。其程序图3所示，热释电人体感应模块是否感应到人，是，则响应对应动作；反之，不响应。温度传感器模块，当环境温度大于预设值时响应动作，反之不响应。

4 系统调试实验

对系统主要进行热释电人体感应模块、DS18B20温度传感器、显示和按鍵等功能调试。热释电人体感应模块调试中，能够采集人体红外信号，并输出。DS18B20温度传感器调试，能采集环境温度。显示和按键调试，LED显示器能显示当前环境温度、转速、模式以及与预设温度；按键可以手动控制风扇的转速，模式切换。经过多次试验，能够实现对风扇的自动感应控制。

5 结语

（1）设计了传感器检测电路、信号处理电路、输出驱动电路等模块，可以实现对风扇的监测和控制。

（2）开发了按键和显示模块，实现对风扇的控制以及数据的显示。

（3）具有手动控制和自动感应控制的结合。

采用了AT89C52单片机设计开发无叶风扇的自动感应控制，实现了对风扇的自动控制和手动控制的功能。该系统具有操作灵活、可靠性高等优点，可以有效节约风扇能源问题，对实现自动化控制电器有着重要意义。

参考文献

[1] 赵家敏.基于红外感应开关控制的建筑照明节能改造[J].自动化应用，2014（6）：71-72.

[2] 温武，古鹏.红外感应式智能开关控制系统的设计和实现[J].科技信息，2010（14）：218-219.

[3] 李龙根.光电被动感应控制开关模块及应用[J].机床电器，2004（4）：49-50，53.

[4] 李龙根.一种自动冲水控制装置的开发和应用[J].传感技术学报，2003（4）：521-523.