智能温控风扇调速系统的设计

智能温控风扇调速系统的设计

覃杰森

广东美的生活电器制造有限公司广东中山528425

摘要：随着科技文明的飞速发展，电子工商业、制造业取得了重大突破，促进了智能家居产业的发展。各种制冷设备层出不穷，同时安全隐患和用电安全等问题也随之而来，相比之下电风扇由于安全可靠被大家普遍认可，仍是人们消暑必备品之一。老式的电风扇优点很多，但功能单一，需要手动调控，工作时噪音很大，显然不符合消费者对智能设备的高要求。想要进一步提高电风扇在当前市场上的竞争力，就必须提高其稳定性和安全性，技术革新是必经之路，必须满足现代人对生活体验的高标准。

关键词：智能温控；风扇；调速系统；设计；分析

1导言

在日常生活中,自动检测技术与人们的生产、生活密切相关,它是自动化领域的重要组成部分,尤其在自动控制中,如果对控制参数不能有效、准确地检测,控制就成为了无源之水、无本之木。随着单片机技术的不断发展,其体积小、重量轻、集成度高、抗干扰能力强、性价比高,尤其适合应用于小型的自动控制系统中。因此,将检测技术和单片机技术相互结合进行研究有着重要的意义和价值。

2系统的设计

2.1总体架构及原理

一是使用时,使用者可根据自身的实际情况通过键盘输入模块设置风扇启动的最低温度t0及室温25℃时的参考转速n0。二是当人体感应模块未采集到人体信息时,系统处于休眠状态。三是当人体感应模块采集到人体信息时,单片机模块检测温度采集模块采集到的温度并作出相应处理：当温度高于t0时,风扇电路导通,风扇转动并随温度改变转速；当温度低于t0时,风扇电路不通电,风扇不转；当温度高于35℃时,蜂鸣器发出报声警。系统采用额定电压为220V、额定功率30W、直径为25cm的风扇作为负载,实现风扇的自动启停并随温度变化自动调速,同时在数码管上自动显示当前温度。

2.2硬件设计

2.2.1单片机模块

该模块主要包含单片机、振荡电路、复位电路。单片机采用ATMEL公司生产的AT89S52单片机。它是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,内有8KB在线系统可编程Flash存储器；该单片机具有优异的性能价格比、集成度高、体积小、可靠性高、控制功能强、低电压、低功耗等特点。系统中,单片机的P10～P13与键盘相连,P32(INT0)引脚与人体感应模块相连,P33(INT1)引脚与温度采集模块相连,P34(T0)与双向可控硅控制模块相连等。单片机对键盘输入模块、人体感应模块、温度采集模块的输入信号进行处理,并将处理结果输出给报警及显示模块、双向可控硅控制模块。

2.2.2键盘输入模块

采用由4个独立按键组成的1×4的键盘作为输入,用于设置风扇的T0以及25℃时的参考转速n0。4个按键SW1～SW4分别与单片机的P10～P13相连接；其中SW1为加码键,SW2为减码键,SW3为重输键,SW4为确定键。利用键盘输入先设置T0,然后设置n0；当按下SW1(或SW2)时,T0的值将加上(或减去)1℃,n0的值将加上(或减去)100r/min。

2.2.3人体感应模块

该模块采用RE200B的热释电红外传感器,用于采集人体信息。它是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器,属于被动式红外传感器;不同于主动式红外传感器,其本身不发任何类型的辐射,隐蔽性好,器件功耗很小,价格低廉。其引脚的电源供电端D(内部开关管D极)与+5V电源相连接,信号输出端S(内部开关管S极)与单片机的P32(INT0)相连接。当未采集到人体信息时,S端输出低电平,经非门后为高电平,系统处于休眠状态;当采集到人体信息时,S端输出高电平,经非门后为低电平,单片机调用外部中断服务子程序。

2.2.4温度采集模块

该模块采用Dallas公司生产的一种新型温度传感器DS18B20。DS18B20集温度测量、A/D转换于一体,其测量范围宽(-55～+125℃),在10～85℃范围内,精度为±0.5℃。由DS18B20组建的温度测量单元体积小,便于携带、安装,其输出为数字量,可以直接与单片机连接,无需后级A/D转换,控制简单。它将外界环境的温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性,适合于恶劣环境的温度测量。DS18B20用于采集温度,并将采集到的温度传送给单片机。单片机根据温度作相应处理,并输出处理结果。

2.2.5双向可控硅控制模块

该模块采用3A、600V的双向可控硅TLC336A。TLC336A是一种特殊的可控硅器件,即硅五层三端器件。正、反向的导通共用一个控制极。控制极触发方式可用交流信号、直流信号及过零触发3种方式,本系统采用过零触发的方式。当环境温度高于t0时,TLC336A导通,M电路导通并启动;此时当环境温度改变时,单片机结合当前温度和25℃时的参考转速n0计算出相应的转速并转换为相应占空比的方波脉冲信号通过P34(T0)引脚输出,从而使得TLC336A的导通角发生改变,达到控制转速的目的。

3电路设计

3.1温度采集电路的设计

DS18B20温度计是单总线器件，体积小。与传统的热敏电阻相比，DS18B20能够直接将温度转换为数字信号。因此温度采集电路由DS18B20构成，无疑是最佳选择。DS18B20温度传感器的测量温度的范围在-55—+125之间，它能检测出9-12位的温度分辨率，相应的分辨率温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625，因此它可用于高精度的温度测量。此外，我们在经过大量仿真实验以及查阅资料发现DS18B20采用外部电源供电时，其也能正常工作，并且工作状态更加稳定，时序要求更低。

3.2驱动电路的设计

驱动电路选择ULN2803反向驱动器来驱动直流电机，实现直流电机的启动和停止。ULN2803是一个有大电压和大电流的八路达林顿反向驱动器。当ULN2803输入端接收到高电平时，输出端输出低电平；当ULN2803输入端接收到低电平时，输出端输出高电平，使继电器可以吸合。ULN2803设计与标准与TTL系列是兼容的。当输入5VTTL信号或CMOS信号6-15V时，输出的最大电压为50V，最大电流500mA，工作温度范围是从0-70℃。ULN2803驱动器最适合CMOS或PMOS在6-15V的高电平。在这个设计中选用了12V无刷直流电动机，因此可采用ULN2803反向驱动器。

3.3显示电路设计

因为数码管价格便宜，温度显示明显，考虑到驱动能力，本设计选用六个LED共阴极数码管来进行温度显示。本设计中DS18B20采集的实时温度由数码管的前三位显示，设定的温度初值由后两位显示。

4结论

该设计将AT89C52单片机作为控制核心，将DS18B20作为温度采集器，8段共阴极数码管作为显示电路，ULN2803作为驱动器，系统中相关的程序通过KEIL软件进行编写实现。当单片机接收到温度传感器DS18B20检测的温度后，进行处理、显示等操作，以实现由传感器感应环境温度的高低来自动调节小功率电风扇的输出风速，达到便捷人们日常生活的目的。

参考文献：

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