基于单片机的感应式温控风扇设计

赵苗慧 杨兵 张仪

摘 要：在日常生活中，传统风扇使用时发出的噪声有时可能会分散人们的注意。为了解决风扇因昼夜不同、温度不同时的风扇自动控制问题，文章设计了一种智能温度控制电扇，该电扇可检测并显示温度，并使用STC89C52微控制器作为系统来控制电扇速度。

关键词：STC89C5;智能风扇;温度检测

1 智能温度控制电扇设计意义

开发该系统的目的是解决传统风扇的巨大能耗和潜在危险，来改善人们的生活质量并节省资源。例如，温度传感器用于自动监视风扇的内部温度，人体感应模块在检测到没人后风扇会自动关闭，有人会自动打开风扇。操作系统具有温度阈值按键设置模式，用户可以根据自身需要进行温度阈值设置;此外，该系统还具有超声波测距模块，用户可以根据自己的距离要求来进行距离的设置。此风扇便捷和智能的功能可以为用户带来更多的舒适和节能。智能风扇成功地克服了传统风扇的不足，也随着中国电子产品的发展，智能风扇已经遍布千家万户，也同时让人们的生活变得更舒适。

1.1 单片机电路设计

STC89C52是由STC公司所生产的单片机，此单片机具有内部资源丰富的优势。STC89C52单片机编程环境简单，可以使用keil3或者keil4进行编程调试运行仿真使用。单片机根据型号的不同有不同的储存空间，STC89C52单片机的储存空间是4 K，能足够地存储用户的程序代码。

1.2 超声波发射接收电路设计

使用555电路多谐振荡器可以快速地调整多个周期，脉冲信号从AT89C52微控制器的端口P2.3发送[1]。脉冲同步从多谐振荡器开始，它传输40 KHZ的高频信号。超声波的接收电路是用来实现信号捕捉的功能，该电路是由MC2402芯片组成[2]。磁芯片与放大器可以完成信号的采集与放大，以及完成信号的传输。

1.3 温度传感器电路设计

使用DS18B20来对于温度进行采集，节省单片机的I/O资源并且通信程序也会异常简单[3]。

系统工作原理：通过DS18B20采集周围环境的温度，然后传输到单片机中端口的温度数据，通过单片机处理显示当前温度，以及比较用户设置的温度上限和温度下限阈值，并且通过电机控制的速度自动调整。

1.4 电源电路设计

电源电路功能：该电路在整个设计中起着非常重要的作用，并为仪器操作提供驱动力。在该系统中，由于传感器很多，工作电流较大[4]，普通的LM7805稳压芯片无法满足本设计的要求，因此本设计使用的稳压电压为LM2596。设计思想非常简单：对220V/AC进行修改与固定。

1.5 显示电路设计

液晶显示器以整齐的方式进行排列，并且看起来也会让人感觉清晰透明。此模块中，当用直流电施加电场时，分子排列破裂，一些液晶变得无序，并且颜色变暗以显示图形和图像。

1.6 电机驱动电路设计

在恒定电机控制中，H轴电路中的4个强大MOS凹槽分别使用N通道和P通道，而低功率POS通道用于驱动桥的下臂电机，因此系统的解决方案为使用上下两臂。分别使用2个MOS沟道管和2个N沟道MOS管，并且使用NOS沟道MOS晶体管。

2 程序设计

2.1 主程序设计

单片机对外部温度实时监测，当检测到温度在设定温度范围之内时，风扇不启动;当在设定范围之外时，风扇才会启动[3]。如果温度变化高于这个温度时，电风扇就会自动重新启动。风扇设有超声波检测系统，能感应到人是否存在，当有人时风扇转动，当没人时即使环境温度达到温度条件风扇也不会启动。主程序设计如图1所示[4]。

（1）按键可以设置3个阈值，风扇根据这3个值来进行调速转动。

（2）温度太低的情况下风扇不启动，也就是在最小值以下时风扇不动。

（3）当温度在最大值与最小值之间时风扇缓慢转动变为转动的速度2档。

（4）当温度高于所设温度上限值时，电风扇快速转动。

（5）当感应环境中有人时，风扇转动，否则风扇不启动。

当人体进入检测区时，通过超声波检测，接收信号，感应人的出现，达到温度要求时风扇启动。

2.2 超声波程序设计

超声波检测程序是通过单片机的I/O引脚进行驱动发出40 K的脉冲波形。使用单片机启动脉冲捕获的中断程序[5]，等待脉冲来临。当收到脉冲时则表示当前超声笔一次发射接收完毕，通过系统定时器计时完成对超声波行走的距离进行检测，并将计算结果显示在液晶显示屏上面。

2.3 温度程序设计

该设计包括DS18B20温度传感器，单片机和数码管等设备，其硬件包括温度检测模块。首先，通过3个DS18B20温度传感器芯片测量每个通道的当前温度，并将结果发送到单个微计算机芯片[6]。然后，通过微控制器芯片计算并转换测得温度读数，并将结果分别传输到液晶显示模块。微控制器还将向电路板单元发送信号，最后，它通过使用数码管芯片发送值以打开显示屏。温度检测程序如图2所示。

2.4 显示程序设计

液晶与单片机是使用4线连接，采用时钟与数据的方式相互进行显示[7]。液晶显示能进行中文显示，自带字库，使用单片机的取模软件进行中文取模后显示。其软件设计如图3所示。

2.5 电机PWM程序设计

电机驱动模块具有4个接口A1，A2，B1和B2，分别用于连接DC电机或步进电机。A1和A2是摩托车驾驶组[7]。一组B1和B2驱动另一个VDD电机接口，该接口可以连接到6个1.5 VNo电池的正极。GND是公共接地端子，将GND连接到本仪器的開发板上进行使用，同时它也是公共的接地电源接口。通过使用I/O端口直接连接模式来连接驱动器和单个芯片，该模式由I/O端口的高电平和低电平进行控制[8]。

2.6 存储程序设计

存储器的主要作用是保存可设置的静态参数，比如变量、日期、温度值、电压等。存储之后，芯片会根据分区来完成对数据的保存[9]。当下次通过单片机读取保存的数据时，数据会直接更新到单片机中，以达到掉电保存的目的。存储芯片的工作方式为IC总线通信，使用单片机来进行访问存储区域的扇区，完成存储[10]。

3 结语

该课题设计是通过DS18B20来进行数据收集，然后进行数据处理，达到本设计的系统性能要求。此智能风扇可以检测是否有人出现;如果有人，同时风扇达到设置温度阀值要求，风扇会自动旋转。如果没人，即使环境温度达到温度阀值设置，风扇也不会转动。另外，用户还可以通过按下按钮来控制风扇档位，从而变化风速。

[参考文献]

[1]王启明，刘冬梅，周艳艳.基于单片机的智能风扇的设计与实现[J].科技视界，2019（16）：11-13.

[2]罗雪仪，王龙，孔祥哲，等.基于单片机的风扇温湿度控制系统[J].电子世界，2018（7）：97-99.

[3]杨钰国，周军，钱一润.基于单片机的智能风扇设计[J].数字技术与应用，2019（8）：3-4，6.

[4]周明.嵌入式系统开发案列精选 [M].北京：清华大学出版社，2018.

[5]刘巧平，张磊，韩倩，等.基于AT89C51单片机智能温控风扇的设计[J].自动化与仪器仪表，2017（12）：83-85.

[6]方伟伟，韩译瑢，梁辉.基于单片机的智能风扇设计[J].南阳理工学院学报，2017（6）：50-54.

[7]傅丰林.模拟电子线路基础[M].西安：西安电子科技大学出版社，2017.

[8]江志红.51单片机技术与应用系统开发案列精选[M].北京：清华大学出版社，2018.

[9]王选民.智能仪器原理及设计 [M].北京：清华大学出版社，2018.

[10]文东，孙鹏飞.C语言程序设计 [M].北京：中国人民大学出版社，2017.

（编辑 王永超）