智能风扇控制系统设计

智能风扇控制系统设计（精选8篇）

智能风扇控制系统设计 篇1

0 引 言

近年来,随着人们生活及科技水平的不断提高,家用电器在款式、功能等方面日益求精,并朝着健康、安全、多功能、节能等方向发展。电风扇由于价格低廉而且相对省电,安装和使用方便,在中国大部分人口的农村地区依旧使用电风扇作为降温防暑设备。但是目前市场上的电风扇多半是采用全硬件电路实现,存在着电路复杂、功能单一等局限性,因此有必要对现有的控制器进行改进。本文设计了一套温控智能风扇控制系统,当温度高于25 ℃时,自动开启电风扇;低于25 ℃时,自动关闭电风扇。还可在软件中设置温度限值,并显示实时温度,实践证明该系统成本低,可靠性高,实现弱电控制强电,有较高应用价值。

1 系统硬件设计

本系统由集成数字温度传感器DS18B20、单片机AT89C51、LCD1602、继电器及一些外围器件组成。硬件电路中DS18B20进行温度采集,把采集到的温度通过P2.2口送到单片机中进行判断,根据判断的结果控制其引脚P1.6输出高电平或低电平,从而控制继电器线圈中能否有电流经过,达到控制电风扇转动或者停止的目的。同时将温度显示在LCD1602上,当温度高于35 ℃或低于0 ℃时,发出声音报警[1]。系统结构框图如图1所示。

1.1 单片机AT89C51

AT89C51是一种带4 KB闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器[2],为很多嵌入式控制系统提供了一种高性价比的方案。它的外部引脚多,程序存储容量大,同时也具有内部定时、计数和全双工串口。AT89С51具有体积小,重量轻,抗干扰能力强,对环境要求不高,价格低廉,可靠性高,灵活性好等特点[3,4]。

1.2 温度检测显示电路

DS18B20是Dallas半导体公司开发的世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器,其测温范围为-55~+125 ℃,可编程的9~12位A/D转换精度,测温分辨率可达0.062 5 ℃。被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出。工作电压支持3~5.5 V的电压范围,即可在远端引入,也可采用寄生电源的方式产生[3]。DS18B20还支持“一线总线”接口,多个DS18B20可以并联到3根或3根以上线上,CPU只需1根端口线就能与诸多DS18B20通信,占用微处理器的端口少,可节省大量的引线和逻辑电路,还有存储用户定义报警温度等功能[5,6]。

在系统中,DS18B20的DQ端接AT89C51的P2.2口,单片机通过此口接收DS18B20检测的实时温度数据,经过分析和处理交由LCD1602显示。

1.3 继电器电路

继电器是一种电子控制器件,它具有控制系统和被控系统,通常应用于自动控制电路中,它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”[1]。单片机是弱电器件,一般情况下它的工作电压为5 V,电风扇的工作电压为220 V,属于强电,继电器可实现弱电控制强电。具体电路如图2所示,继电器由相应的三极管Q31来驱动,当温度过高时,单片机P1.6口输出高电平,三极管Q31处于放大导通状态,继电器线圈有电流经过,常开触点闭合,电路接通,电风扇开始转动。当温度过低时,单片机P1.6口输出低电平,三极管Q31处于截止状态,继电器线圈中没有电流经过,常开触点保持原断开状态,电风扇不能转动。继电器线圈两端反相并联的二极管起到吸收反向电动势的功能,保护相应的驱动三极管。发光二极管D31起到指示电风扇开启和关闭的作用。本系统采用继电器开启和关闭,动作敏捷且无误差,达到了智能控制的要求。

2 系统软件设计

本系统程序设计用C语言来完成[7],并由Keil软件进行调试和编辑。系统流程图如图3所示。

3 结 语

本系统以单片机AT89C51为控制核心,实现由温度对电风扇开启和关闭的智能控制,以及温度的实时显示。利用单片机实现的智能温控电风扇系统,性能可靠,成本较低,适合大众消费,有重要应用价值。本系统的电路和程序稍作修改,还可以实现其他一些功能,比如大棚温度控制、电动机温度检测、自动定时闹钟、家庭电器自动控制系统等,系统移植性强。

参考文献

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智能摇头风扇 篇2

电风扇自发明以来经过近一个多世纪的发展和改进，已日益普及，得到了广泛的应用，成为普通家庭改善生活质量的一种廉价又不可缺少的家用电器.然而，在人类越来越注重可持续发展的今天，电扇正面临着一系列的挑战，比如电扇的节能、能源（资源）的综合利用、室内空气的品质和舒适性、绿色工质的应用和环境保护、风扇的成本与性能等等.现在市场上的电扇基本上只有0到180°内的摇头，并且摇头范围有限，不能根据人的位置自动调节摇头范围.使得传统的电扇在人性化和节能环保方面都存在一些不足.因此，对电风扇的进一步研究和改造是很有必要的.一种具有自动跟踪能力的智能立式摇头电扇，可以调整电扇摇头的范围，智能选择最优的旋转角度，从而节省了不必要的摇头范围以及摇头所带来的时间延时，既节能又使人们感到更舒适.

二、特点

1.在输入方面，系统使用了一个8位的AD芯片，用于采集旋阻上面的电压变换值.

2.在显示方面，本系统采用液晶，从而能更直接的看出旋转的角度和旋转频率.

3.在智能方面，风扇下面有一个红外传感器，可以感知周围区域的热信号，一旦发现有人在房间，它会自动打开，并且以85°角向此人不间断吹送冷风.红外传感器的敏感度可以设置为三种不同水平，确保它追踪到人而非空荡荡的地方，该设备可以同时追踪多个人；如果它发现房间中不止一个人，那么马上会调整方向让冷风轮流对着每一个人吹.

4.在步进电机的控制方面，步进电机采用高精确步进电机，它的步进角度是1.8°，能够精确的提供旋转角度.

5.在节能方面，如果在一分钟内未在默认覆盖范围内发现人，它会自动关闭并停止吹风.因此，这款装置不仅使用便捷——特别对常年温度偏高的国家而言，而且还能减少耗电量，毕竟它会在不使用时自动关闭.

三、未来趋势

早在今年3月，英国戴森公司就推出了新一代无叶片智能风扇Air Multiplier，静音能力比前一代提高了75%，发出的声音类似于蚊子扇动翅膀的水平.不过，这款产品价格高昂，根据尺寸和样式的不同，售价最低219.99英镑（约合370美元），最高达299.99英镑（约合500美元）.据悉，为了开发AirMultiplier无叶片风扇，戴森公司投入了4000万英镑（约合6700万美元），有1500位科学家和工程师参与.

四、现象分析

风扇转动时，观察者感觉扇叶不动，为什么？

举例说明：

如图1所示，电风扇在闪光灯下运转，闪光灯每秒闪30次，风扇转轴O上装有3个扇叶，它们互成120°角，当风扇转动时，观察者感觉扇叶不动，则风扇的转速可能是（）

A. 600 r/min

B. 900 r/ruin

C. 1200r/min

D. 3000r/min

解析 风扇转动时，观察者感觉扇叶不动，说明在每相邻两次闪光的时间间隔T=1/30s内，A扇叶可能旋转到B扇叶位置，还可以旋转到C扇叶位置，即风扇转过的角度是120°的整数倍都可以.

120°是1/3圈，风扇的最小转速N1=10r/s=600r/min，故满足题意的可能转速N=kN，（k=l，2，3，…），当k=2时，N2=1200r/min；当k=5时，N5=3000r/min，故A、C、D选项正确.

拓展：

电扇叶片有3个，相互夹角120°，光源每秒闪光30次，已知该电扇的转速不超过500r/min，现在观察者感觉叶片有6个，则电风扇的转速是____r/min.

因为电扇叶片有三个，相互夹角为120°，现在观察者感觉叶片有6个，说明在闪光时间里，电扇转过的角度为60°+n.120°，其中n为非负整数，由于光源每秒闪光30次，所以电扇每秒转过的角度为1800°+n·3600°，转速为（5+lOn）r/s，但该电扇的转速不超过500r/min，所以n=0，转速为5r/s，即300r/min.

故答案为：300

风扇转动时，为什么有时会“倒转”？

观察者感觉扇叶“不动”、“倒转”，都是由于人眼的视觉暂留造成.比如日光灯的频率是50赫兹，因为电扇叶片有三个，如果风扇的转速正好是50/3r/s整数倍，如图2所示，观察者感觉扇叶“不动”的，如果风扇的转速小于50/3r/s整数倍，如图3所示，观察者感觉扇叶“倒转”的.如果风扇的转速大于50/3r/s整数倍，如图4所示，观察者感觉扇叶“正转”的.这种情况，风扇的转速太高，超出风扇设计范围，所以观察不到.在现实生活中，类似的现象还有很多，只要我们坚持真理、崇尚科学、勇于探究，就能揭开一个个谜团，从而揭示事物的本质.

智能风扇控制系统设计 篇3

智能温控风扇系统采用如图1所示的结构, 该系统综合应用了人体红外检测模块、STC12C5A60S2处理芯片、光敏传感器模块、空气温度检测模块、LCD1602液晶显示模块和风扇转速调整模块六个基本功能模块。下面介绍几个主要模块的设计[1,2,3]。

1.1 人体红外检测模块设计

本设计的一个重点是自动感应是否有人在风扇附近, 进而决定采用何种工作状态, 因此人体感应是系统核心设计环节, 对整个系统影响很大。本文采用了HC-SR501模块, 它可以快速准确的检测到人体正常温度释放的红外线, 并且反应比较快, 有较好的可靠度, 在控制系统中应用比较广泛。当有人体进入其感应范围 (前方7m以内, 120°椎角空间) 后, 经过一段时间 (0.3秒到18秒) 的延时, 它就会输出一个高电平[4], 并将一直保持这个状态, 当检测范围内没有人体时, 它的输出变为低电平。这样它会给继电器控制提供控制信号, 并进启动或判断处理芯片的电源。

1.2 温度检测模块设计

当智能温控风扇系统的系统检测到有人靠近以后还要判断当前环境温度, 以确定工作状态, 因此还需要检测环境温度。在这里采用了常用的DSl8B20传感器来检测环境温度。该传感器工作性能比较好, 采用单总线传输数据, 可以节省接口, 反应比较快捷, 工作范围广泛, 温度转换仅需要750ms, 完全能够满足系统需求, 并且价格比较便宜。它的工作原理如图2所示[5,6]。图2中所示的斜率累加器可以用来修正并补偿测温过程中的非线性, 它的输出数据可以用于对计数器1的预置值进行修正。

1.3 风扇调速模块设计

智能温控风扇系统的风扇调速利用了STC12C5A60S2这款单片机处理芯片的PCA模块, 对单片机进行软件程序编程, 控制PCA模块工作状态, 使其在8位PWM模式下工作[7]。通过改变P W M脉冲的占空比, 可以调节控制电机转速。由单片机P1.3作为PWM脉冲输出端口, 输入到L 2 9 8 N的其中一个输入端口ENA。电机的转动可以给系统带来相关干扰, 在设计中在其两端加合适的电容, 这样可以把干扰杂波有效地过滤掉。

为了去除电机接转动给系统程序带来的干扰, 在电机的两端接上电容滤去杂波。

2 温控调速的硬件设计

2.1 控制系统

为了充分发挥单片机自身具有的功能, 减少成本, 简化电路, 利用单片机自带的A D转换器。以及具有PWM功能的引脚作为风扇的速度控制, 风扇控制系统原理图设计如图3所示、PCB设计如图4所示。

系统的控制核心是STC12C5A60S2单片机, 它内部带有8路10位的AD转换器。其中P10-P17均可通过控制字设置为AD转换器。这里采用其中的一路P14引脚作为温度模拟量的信号输入端;P13引脚设置为PWM输出方式。

2.2 PWM风扇调速系统

脉宽调制 (PWM, Pulse Width Modulation) 是一种可以通关软件编程来控制输出波形的占空比, 也可以通过软件编程控制输出波形的周期以及相位波形的方法, 这个技术在三个相位的电动机的驱动等场合应用得比较多。STC公司生产的STC12C5A60S2系列微处理芯片的PCA模块可以通过软件编程, 让它以8位PWM工作。PWM模块的结构如图5所示。

单片机P13脚输出脉冲信号, 将P13脚信号的值存在CCAP0L寄存器里, 与寄存器C L里的值进行比较, 当寄存器C L的值小于[EPCn L, CCAPn L]时, 输出为低;当C L特殊寄存器CL的值等于或大于[EPCn L, CCAPn L]时, 输出信号是高电平。如果CL的值由最大的FF变成最小00时, [EPCn H, CCAPn H]装的内容转移到[EPCn L, CCAPn L]里面。采用这样的方法来实现无干扰的更新PWM。当应用到PWM工作模式时, 寄存器CCAPMn的ECOMn和PWMn位要置位[8,9,10]。

STC公司生产的STC12C5A60S2系列微处理芯片采用八位PWM, 它的频率计算可采用PCA时钟输入源频率比上256。

2.3 AD转换器的结构

STC公司生产的STC12C5A60AD/S2系列单片机具有A/D转换能力, 在设计中可以将普通P1口通过相关寄存器修改设置为A/D转换口, 开启芯片的A/D转换功能。这时可以将其视为一个8路A/D转换器, 它的转换速度比较高, 可以达到250KHz。当然, 该系列的单片机的P1口在上电复位时为弱上拉型普通I/O口, 用户可以依据系统的实际需要, 将8路中的任何一个或多个口设置为A/D转换, 其它未开启A/D转换功能的端口仍然作为I/O口使用。AD转换器的结构如图6所示。

3 智能温控的软件设计

软件的作用是要完成智能温控的目标。智能温控的软件设计主要分为五大部分:温度检测与读写程序、PWM脉宽调制程序、LCD1602显示程序、光敏检测光线程序、AD采集DS18B20输入/输出端的电压。系统工作流程图如图7所示。

如果人体感应模块检测到人体后通过继电器启动单片机电源开关, 系统将自动检测环境温度, 并在LCD1602上显示温度信息和DS18B20输入/输出端的电压。光敏传感器通过检测光线是否达到设定值, 判定环境是处于白天还是夜晚, 然后单片机将根据环境的温度来判别风扇的转速和转动的模式。

4 结语

基于多传感器的自动识别温控风扇设计合理、系统完善、体积小、重量轻、成本低廉、节能环保, 经实验运行良好, 有较好的应用前景。

参考文献

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智能电风扇的设计 篇4

这次使用MCS-51系列8051单片机所设计的智能电风扇具有变速、定时、睡眠等功能, 主要用到的是8051单片机的定时器。在软件编程中主要是通过标志位的设置来控制程序流程, 从而达到响应电风扇按键所对应的功能。

1 设计要求

1) 采用PWM波控制电风扇转速。

2) 电风扇具有定时功能, 并用LED显示定时剩余时间。

3) 电风扇具有睡眠功能。

2 设计方案

2.1 设计原理

分析设计要求, 本次设计可分为软件部分和硬件部分, 软件部分对8051单片机进行编程, 硬件部分主要是通过8051单片机控制外部直流电机工作。

1) 软件部分

软件编程的最终目标是通过8051单片机的P1口的输出来控制外部直流电机的工作, 由于采用PWM波控制, 电风扇的转速可通过改变P1口输出矩形波的占空比来实现。用PWM调制的方法, 把恒定的直流电源电压调制成频率一定, 宽度可变的脉冲电压序列, 从而可以改变平均输出电压的大小, 以调节电机转速。

另外电风扇的定时、睡眠等功能可通过设置标志位来控制程序流程。PWM波可通过定时器来实现, 但矩形波的周期不能过大, 一般采用ms级。

2) 硬件部分

由于采用PWM波控制, 因此可利用三极管作为开关管的特性来实现对直流电机的控制。

本次设计的外围电路主要是仿真机上8051单片机的P1口控制外部直流电机, P1口的输出分为高电平 (+5V) 和低电平 (0V) 两种, P1.1的输出控制三极管8055 (作开关管使用) 工作在截止和饱和两种状态, 通过改变P1.1输出PWM波的占空比以达到控制直流电机。

(1) 电源引脚Vcc和Vss

Vcc:电源端, 接+5V。

Vss:接地端。

(2) 时钟电路引脚XTAL1和XTAL2

XTAL1:连接外部晶振以及微调电容的一端, 在片内它是振荡器倒相放大器的输入, 如果使用外部TTL时钟的话, 它的引脚必须接地。

XTAL2:连接外部晶振以及微调电容的另一端, 在片内它是振荡器倒相放大器的输出, 如果使用外部TTL时钟的话, 它的引脚必须是外部时钟的输入端。

(3) 地址锁存允许ALE

进行系统扩展的时候, ALE用于控制地址锁存器锁存P0口输出的低8位地址, 来实现低位地址与数据的复用。

(4) 外部程序存储器读选通信号PSEN

PSEN是外部程序存储器的读选通信号, 低电平才是有效的。

(5) 程序存储器地址允许输入端EA/VPP

当EA是高电平的时候, CPU执行片内程序的存储器命令, 但当PC中的值超过0FFFH的时候, 会自动转向执行片外程序存储器指令。当EA是低电平的时候, CPU只执行片外程序的存储器指令。

(6) 复位信号RST

该信号高电平时有效, 在它输入端保持两台机器周期高电平以后, 就可以独立完成复位的操作。

(7) 输入/输出端口引脚P0, P1, P2和P3

P0口 (P0.0~P0.7) :此端口是漏极开路的8位准双向口, 它是外部低8位地址线和8位数据线复用端口, 八个LSTTL负载驱动能力。

P1口 (P1.0~P1.7) :它是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口, P1口的驱动能力是四个LSTTL负载。

P2口 (P2.0~P2.7) :它是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口, P2口的驱动能力也是四个LSTTL负载。

P3口 (P3.0~P3.7) :为内部带上拉电阻的8位准双向I/O口, P3口除了作为一般的I/O口使用之外, 每个引脚都具有第二功能。

2.2 组装调试

1) 软件调试

软件调试的目的是验证程序的正确性, 本次所采用的调试方法主要是分步调试法, 通过逐步添加标志位及其对应程序来验证。验证的方法主要是通过电压表和示波器。

(1) 电压表法

测量P1.7的输出电压。当电风扇不工作时P1.7的输出电压为0V;当改变电风扇的风速时可看到P1.7的输出电压在0.5V-4.5V内变化, 每次变化的幅度为0.5V左右;当定时工作时, 在定时时间内P1.7的输出为PWM波对应占空比所对应的电压值, 当定时结束时P1.7的输出为0V (定时时间可通过观察LED) ;当工作睡眠状态时, 一分钟内P1.7的输出PWM波对应占空比所对应的电压值, 另一分钟内P1.7的输出电压为0V。

(2) 示波器法

与电压表法基本相同, 所不同的只是电压的观察通过示波器的波形变化来验证。

2) 硬件调试

硬件调试主要是验证8051单片机的输出控制直流电机的工作, 通过验证按键响应来观察直流电机的转动。

3 小结

该文设计了一种智能电风扇, 具有变速、定时、睡眠等功能, 软件部分通过对单片机8051进行汇编语言编程, 硬件部分通过采用PWM波控制, 实现电风扇的变速、定时、睡眠等功能。

摘要：该文设计的主要内容是通过软件编程实现电风扇的变速、定时、睡眠功能, 其中变速功能采用PWM控制, 其它功能由控制自定义标志位实现。硬件部分主要是通过8051单片机的P1口驱动外部直流电机工作, 设计中采用了8055作为开关管来控制直流电机的工作与否来达到设计要求。

关键词：单片机,智能电风扇,PWM控制,直流电机

参考文献

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基于智能手机控制风扇运行的实现 篇5

本次设计实现是在智能手机上, 通过蓝牙控制器软件, 控制风扇的开、关、正传、反转。单片机最小系统模块是整个设计的核心, 通过单片机程序控制蓝牙信息的接收、发送和电机的启动、停止、左转、右转。整个设计采用两节4.5 V电池供电, 电机驱动电压为9 V, 单片机模块和蓝牙模块经过电压转换到5 V。

对于单片机的选择, 设计采用AT89C51单片机, 工作稳定, 使用简单, 无需设计复位电路便可工作, 还可以作为开发板使用, 程序下载和仿真方面不需要特定的程序仿真设备, 在较短时间内, 即可通过单片机本身的串口实现程序下载, 对于程序容量和基本控制方面, AT89C51单片机都能满足设计要求[1]。

电机驱动, 采用L9110驱动芯片, L9110具有较多优点, 广泛运用于各种电机控制当中, 特别是一些小型电机、小功率驱动电机、小功率步进电机等。参阅L9110驱动芯片参数资料得知, L9110驱动芯片完全可以满足本设计对继电器和电机的驱动控制。

市场上蓝牙通信模块种类较多, 各种模块的功能也各不相同, 有的模块重点在于通信稳定, 有的侧重于功耗方面。本设计选用常见的一种BF10蓝牙模块, 该模块功耗低、体积小, 在控制距离方面可以完全满足本设计对距离 (5 m) 的要求。该模块的高度集成化, 避免了繁琐的连线和复杂的焊接。每个接口功能比较明确, 便于使用。蓝牙AT指令操作见表1。

1系统硬件电路设计

整个设计系统的硬件设计可以分为:电源电路、 单片机最小系统、电机驱动模块和蓝牙模块4个主要硬件模块。电源模块包括单片机AT89C51、电机驱动、蓝牙模块及其他外围电路在内的整个系统供电[2]。 电源电路分2个部分:接外部电源给电机供电;为了方便携带和风扇运行, 本设计采用两节干电池供电, 可以满足单片机和电机驱动供电, 在风扇运行过程中, 会有不同指示灯来指示风扇运行情况, 以便作出控制判断。干电池输出电压通过电压转换器供单片机系统使用。电机驱动模块L9110需要从外部接2个电压, 一个是给电机的, 另一个给L9110芯片。

2单片机最小系统

单片机最小系统主要由以下几部分组成:

1) 晶振, 晶振大小取决于所用单片机时钟周期大小, 晶振作用主要是用于计时, 周期时间达到时, 即可实现复位等其他操作。

2) 复位电路 (用于复位) 。

3) 电源 (用于供电, 一般用电脑的USB口供电) 。

4) 程序下载端口 (与MAX232芯片一起使用, 也可用并口) 。

一般的最小系统都是由单片机、复位电路等模块组成。 本系统选用的AT89C51型单片机, AT89C51单片机中有8位中央处理器, 8 kb字节存储空间。AT89C51单片机功耗特别低, 程序编写比较简单, 可以轻松实现设计要求。可以通过单片机程序编写、植入, 实现对各种硬件的控制[3]。

在程序控制下, AT89C51单片机可以实现在空闲和掉电两种模式下相互转换, 实现低功耗运行。空闲模式下, 单片机基本上实现零功耗运行, 时钟周期可以控制整个系统的运行。

3蓝牙模块

蓝牙模块的核心芯片是AMS111芯片, AMS111芯片具有稳定、可靠等优点, 可以实现蓝牙稳定传输, 电压工作差最低可到1 V, 电流输出为1 A左右。AMS111芯片的最大电压差低于1.3 V, 在负载电流变化时, 电压差也会随之改变。蓝牙模块电路图如图1。

手机与蓝牙模块之间的通信是一个单项过程, 蓝牙模块只接受手机发送的信息, 而不作回应。

4系统整体调试

根据硬件设计方案的电路图, 制出PCB板, 组成整个系统。调试过程分为两方面:硬件调试和软件调试, 硬件调试包括模块中主要元件的调试、各模块的整体调试、整个系统实现功能的调试;软件调试包括C语言程序调试和手机控制软件调试, 从而实现对应的功能。

调试是一个复杂的工作, 需要时间和耐心, 也要掌握调试的技巧, 在弄清楚各模块对应的单片机引脚的前提下, 编写控制C程序。调试过程中, 可以分模块调试, 例如先调试电机驱动模块, 看电机是否能正常实现所需要的功能, 然后再调试单个蓝牙模块, 即使出现错误, 这种调试方法也便于找出错误到底出现在哪个模块中。

当每个模块都确认无误后, 把各个模块连接起来, 看是否能达到设计要求。调试是一个需要时间和耐心的过程, 有可能一点点错误会导致整个系统不能正常工作。开始出现风扇不能正反转切换, 通过分析, 可能有2个原因导致电机转动问题:第一, 电机驱动的输出端接线出现了错误, 导致电机转动出现问题;第二, 两个驱动芯片接线出现问题, 最后通过查询资料和万用表测驱动模块输出端的各个引脚电频, 发现输出端的电频正常, 当交换电机驱动芯片上的控制引脚时, 问题得到解决。

参考文献

[1]Andrew Hoog.Android Forensics:Investigation, Analysis and Mobile Security for Google Android[J].Electronic Science and technology, 2011 (15) :27-33.

[2]刘伟.基于安卓手机蓝牙控制的智能风扇设计[J].工业技术, 2003 (2) :29.

[3]Mourad Debbabi, Mohamed Saleh.Chamseddine Talhi and Sami Zhioua Embedded Java Security:Security for Mobile Devices[J].Electronic Science and technology, 2010 (32) :221-223.

智能风扇控制系统设计 篇6

目前绝大多数楼宇风扇和电灯在使用时都是由人员手动操作, 当天气闷热时由楼宇内的人员手动开启风扇和选调风速, 当灯光不足或在上楼梯时手动开启电灯, 常常会由于人员的疏忽在人离开之后忘记关闭设备而导致用电的浪费。在本系统设计中, 考虑采用单片机为控制器, 以热释人体红外和温度传感系统来检测室内有无人员以及室内温度, 设计一个智能温控风扇及照明控制系统, 可以实时调节和控制室内的风扇和灯光的照明, 从而达到智能控制和节能的目的。

1系统总体设计

系统方框图如图1所示。通过51单片机和热释人体红外来检测区域内是否有人, 如有人再检测其温度和光度是否需开启风扇和灯光并且实现该调在哪个档位, 并由指示灯显示档位, 用数码管显示室温。最后用蜂鸣器作为报警源, 如果启动报警模式, 当检测到其区域内有人就会发出报警信号, 当温度超过一定范围内也启动长鸣报警声。

2系统硬件设计

2.1热释人体红外模块

人体红外感应模块电路主要由人体被动红外探头、菲涅尔透镜、专用芯片BISS0001组成。当有人出现在它的探测区, 传感器便能探测到信号并把信号传给单片机, 单片机再根据实际情况是否该开启器件设备或让房间的电器设备处于一种可开启状态。关于走廊及洗手间用灯情况, 当晚上有人经过时, 人体红外感应到人便开启走廊用灯或者洗手间用灯。热释人体红外模块电路如图2所示。

电路中运用了热释红外专用芯片BISS0001。BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。如图2所示, 当人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜被聚焦在热释电红外传感器的探测元上时, 电路中的传感器将输出电压信号, 然后使该信号先通过一个由C1、C2、R1、R2组成的带通滤波器, 该滤波器的上限截止频率为16 Hz, 下限截止频率为0.16 Hz。

由于热释电红外传感器输出的探测信号电压十分微弱 (通常仅有1 mV左右) , 而且是一个变化的信号, 同时菲涅尔透镜的作用又使输出信号电压呈脉冲形式 (脉冲电压的频率由被测物体的移动速度决定, 通常为0.1 Hz～10 Hz左右) , 所以应对热释红外传感器输出的电压信号通过运算放大器OP1和OP2进行二级放大。再经由电压比较器COP1和COP2构成的双向鉴幅器处理后, 检出有效触发信号Vs去启动延迟时间定时器。

输出信号Vo接单片机以便检测, 当有人时便输出5 V高电平, 当人离开之后延时一段时间后便复位为0 V以便主控制电路的控制。电路设计让芯片处于可重复触发状态以便适合教室的实际情况。重复触发其工作过程: 可重复触发工作方式下在Vc=“1”、A=“1”时, Vs可重复触发Vo为有效状态, 并可促使Vo在Tx周期内一直保持有效状态。在Tx时间内, 只要Vs发生上跳变, 则Vo将从Vs上跳变时刻起继续延长一个Tx周期;若Vs保持为“1”状态, 则Vo一直保持有效状态;若Vs保持为“0”状态, 则在Tx周期结束后Vo恢复为无效状态, 并且, 同样在封锁时间Ti时间内, 任何Vs的变化都不能触发Vo为有效状态。

2.2可调光光管控制模块

本模块主要由光敏传感电路、数模转换模块及室内LED灯几部分组成。利用一个光敏二极管和一个100 k的电阻, 共五组并联连接接入5 V电压, 分别引出五条线路接至ADC0809芯片的IN3～IN7通道 (见图3) , 通过光敏二极管检测教室的光照亮度, 根据光敏二极管特性, 遇光照时, 阻值会明显减少, 随着光度的减少, 光敏二极管的阻值会逐渐增大的原理, 那么每个光敏二极管分压得到的不同电压值 (即模拟量) , 通过ADC0809模数转换检测到它们输出的模拟量, 通过ADC0809芯片的IN3～IN7端口, 转化成数字量, D0～D7作为数据输出端口, 连接至单片机的P0口进行数据的处理。

灯管亮度分为四个档位 (以最佳光度为准, 不影响人的眼睛为前提) :

1档: 检测到室内光线充足时, 开启中间一盏LED灯, 此时房间灯管亮度为最低。

2档: 检测到室内光线不充足时, 同时开启中间一排三盏LED灯管, 此时教室灯管亮度为适中。

3档: 此时检测到室内光线明显不足, 同时开启四盏LED灯管, 此时教室灯管亮度为较大。

4档: 此时检测到教室内光线很暗, 同时开启五盏LED灯管, 此时教室灯管亮度为最大。

2.3温度控制风扇转速 (及空调制冷温度) 模块

利用单片机的P1.3口控制DS18B20, 将实时采集到的温度与单片机软件设置的数值做对比, 并用P1.7口控制三极管8550的导通和截止, 实现了用PWM控制电机的转速, 让风扇在不同的温度下有不同的档位的变化, 系统中LED1, LED2, LED3分别是第一档、第二档、第三档风速的显示标志。

2.4温度显示模块

本模块使用74HC595作为数码的段选驱动, 用两个P3.2、P3.1口作为数码管的位选, 74HC595使移位寄存器具有串行输入、并行输出的作用, 只要三个I/O 口就可以控制它。通过P1.4作为数据串行输入控制端, P1.5作为串行输入时钟控制端, P1.6作为并行输出锁存控制端。整个模块用了五个I/O来控制其温度传感器的温度显示。

2.5报警模块

本模块用一个8550三极管PNP作为蜂鸣器的驱动, 当b极低电平时三极管导通蜂鸣器的负极接到地, 蜂鸣器工作发出声音。当b极为高电平时三极管不导通, 蜂鸣器不工作。b极连接一个开关作为报警模式的启动与关闭切换。通过单片机的P2.7口控制其发出报警声音, 当有小偷入侵时蜂鸣器发出连续的报警声, 当温度太高或发生火灾时蜂鸣器长鸣以提醒楼宇人员。

3系统软件设计

本软件系统分为光度采集模块、人体感应模块和温控风扇模块三部分, 流程图如图4所示。

3.1光度采集模块的软件设计

通过ADC0809的芯片引脚介绍可以知道ADC0809的CLK时钟端口, 需要由外界提供, 使用频率为500 kHz的一个时钟信号。单片机晶振频率为12 MHz, 那么单片机的ALE端口输出脉冲为它的1/6为2 MHz, 同时利用74LS112触发器, 可将2 MHz四分频得到一个输出约为500 kHz的频率, 提供给ADC0809的CLK端口。由ADC0809的EOC端口知道, EOC=0, 正在进行转换;EOC=1, 转换结束, 所以使用查询方式, 等待查询EOC端口一旦转换结束, 通知单片机, 倘若转换结束, ADC0809的D7～D0数据输出信号至单片机的P0的I/0口。

3.2人体感应模块的软件设计

由于人体感应模块的硬件电路设计的接口只有一个跟单片机通讯, 当有触发时为高电平, 不触发的时候为低电平, 所以在软件设计中可以用两种方法, 第一种是中断方式, 需加反相器处理, 因为单片机的外部中断为低电平触发或者下降沿触发;第二种是查询法, 通过单片机I/O口查寻接口的电平即可。为了降低成本, 本系统用了查询法。

3.3温度控制风扇模块的软件设计

由于采用了DS18B20单总线的通讯协议方式, 所以软件模块主要通过操作单片机I/O口的高低电平遵循芯片的通讯时序图来操作, 具体参考附件的DS18B20.H头文件的软件设计。通过P1.3口数据传输到单片机内部进行数据的处理, 然后作为风扇风速档次的选择。风扇的风速通过调制不同的PWM来控制, 通过拉高拉低IO口电平来控制三极管的导通与截止控制风扇的转速。

4总结

采用单片机为控制器, 用热释人体红外和温度传感系统来检测室内有无人员及室内温度, 设计了一个智能温控风扇及照明控制系统。该系统可以根据室内的温度来实时自动控制风扇的开关及风扇的档位;并且根据室内的光线和是否有人来控制灯管的照明;用蜂鸣器作为报警源, 如果启动报警模式, 当检测到其区域内有人就会发出报警信号, 当温度超过一定范围也启动长鸣报警声。能够达到智能控制和节能以及安防的目的, 尤其适用于学校教室、图书馆、楼道照明灯场所。

参考文献

[1]阎石.数字电子技术基础[M].第5版.北京:高等教育出版社, 2007.

[2]华成英, 童诗白.模拟电子技术基础[M].北京:高等教育出版社, 2007.

[3]求是科技.8051系列单片机C程序设计完全手册[M].北京:人民邮电出版社, 2006.

基于单片机温控智能风扇的设计 篇7

关键词：STC89C52,DS18B20,风扇调速,制冷片

引言

温控智能风扇可以感知环境温度, 自动调节风扇的转速, 半导体制冷片制冷, 达到调节环境温度的功能。该风扇有两个档位, 高速档:当环境温度高于设置温度时, 制冷片工作, 转速加快;低速档:当环境温度低于设置温度时, 制冷片不工作, 转速降低。该风扇性能优良, 可应用于实际生活。

1 系统概述

该风扇以STC89C52单片机为核心, 通过DS18B20对环境温度进行检测, 利用LCD1602显示当前温度, 半导体制冷片制冷进行温度调节, 从而实现了风扇随外界温度智能调速以及降低环境温度功能。

该系统包括控制模块、温度检测模块、显示模块、制冷模块、风扇调速控制模块、电源模块等。系统框图如图1所示。

2 硬件设计

硬件设计主要包括控制模块、温度检测模块、显示模块、制冷模块、风扇调速控制模块、电源模块的电路设计。

2.1 控制模块

单片机作为该系统的核心部件, 采用STC89C52单片机, 控制LCD1602显示, 接收DS18B20采集到的温度来控制风扇调速和制冷片工作。

2.2 温度检测模块

该系统采用DS18B20温度传感器, DS18B20抗干扰能力强, 精度高, 可以全数字温度转换及输出, 检测温度范围为-55℃~+125℃, 温度信息经过单线接口送入或送出, 使用方便。

2.3 显示模块

该系统采用LCD1602显示模块, 单片机的P0口连接LCD1602数据端, P3.5、P3.6、P3.7连LCD1602的使能端和控制端。

2.4 制冷模块

制冷片采用电流换能型半导体制冷片, 它的主要功能是当外界温度高于设定温度上限时制冷。电路如图2所示。

2.5 风扇调速控制模块

风扇调速是根据外界温度与设定温度比较进行调速的。当外界温度高于设定温度时, 风扇高速运行, 外界温度低于设定温度时, 风扇低速运行。电路如图3所示。

2.6 电源模块模块

为了使制冷效果好, 选用了TEC4-12705型半导体制冷片, 其工作电压和电流分别为12V5A。市电降压选用次级电压30V电流5A的变压器, 降压后经D1~D4整流, C1、C2滤波, 然后由LM7805为大功率三极管2N3773基极提供基准参考电压。LM7805的公共端外加稳压管ZD1作偏置电压, 使稳压器输出12V5A直流电源。

当电路故障引起输出电压超过15V时, 因R1上的压降使晶闸管单向可控硅SCR触发导通, 此时电路中的熔丝F熔断, 稳压电源无输出而得到保护。

3 软件设计

本系统采用C语言编程, 主程序实现温度检测和显示、风扇转速调节、制冷片制冷控制等功能。主程序流程图如图4所示。

4 结束语

本系统以STC89C52单片机为控制核心, 实现了风扇自动调节风扇转速, 降低环境温度功能。利用单片机实现的智能温控风扇, 性能可靠, 成本较低, 适合大众消费, 有重要的应用价值。

参考文献

[1]郭天祥.新概念51单片机C语言教程:入门、提高、开发、拓展全攻略[M].北京:电子工业出版社, 2009.

[2]康华光.电子技术基础 (模拟部分) [M].北京:高等教育出版社, 2006.

[3]沈任元, 吴勇.常用电子元器件简明手册[M].北京:机械工业出版社, 2000.

基于单片机控制的智能温控风扇 篇8

关键词：温度,DS18B20,单片机

前言

随着单片机在各个领域的广泛应用, 用单片机作控制的温度控制系统也应运产生, 比如用单片机控制直流电机随环境温度变化而改变转速的装置, 例如:笔记本电脑上的智能CPU风扇, 当CPU温度超过一定标准时, CPU风扇会加速运转, 且随着温度的升高转速不断的变快。受此启发, 在目前的电风扇中, 对其进行改造, 设计智能温控电风扇, 当环境温度超过25度时, 自动启动风扇运转, 并且随着温度的升高而加速。达环境温度达到35度时, 电风扇全速运转。本装置采用单片机模仿CPU风扇的温控部分, 用数码管完成温度实时动态显示。

电路功能主要体现在以下方面:

1.温控风扇包含了8051系列单片机的最小应用系统, 同时在此基础上扩展了一些实用性强的外围电路。

2.通过数码实时动态显示。

3.采用了温度采集元件DS18B20, 电路简单并且高效采集温度信息。

4.运用编程的方法使单片机随温度变化对PWM信号进行调制, 从而改变电机的转速。

1 整体方案设计

本设计的整体思路是:利用DS18B20温度传感器直接输出数字温度信号给单片机进行处理, 在数码管上显示当前环境温度值。同时由PWM脉宽调制来改变电机的转速。总体结构框

如图1所示:

2 单元模块设计

系统主要部件包括DS18B20温度传感器、STC89C52单片机系统、数码管显示电路、电机驱动电路。

(1) .温度采集电路设计。DS18B20温度传感是由DALLAS (达拉斯) 公司生产的。可以把温度信号直接转换成串行数据信号供单片机使用, 而且硬件开销很低, 抗干扰能力强, 精度高。DS18B20信息仅需要单总线数据通信, 使用非常方便。

DS18B20其管脚有三个端, 其中DQ为数字信号端, GND为电源地, VDD为电源输入端。对DS18B20进行读写编程时, 必须保证读写时的时序, 否则将无法读取温度结果。主机控制DS18B20完成温度转换必须经过3个步骤:每一次读写前都要对DS18B20进行复位, 复位完成后发送一条ROM指令, 最后发送RAM指令, 这样才能对DS18B20进行预定的操作。

(2) .数码管显示电路。数码管显示电路采用两位共阳极数码管进行显示。将实时温度信号转换成七段码, 通过查表的方式显示送P0口输出。采动态扫描方式, 先送个位段码, 打开个位, 10MS后关个位, 送十位段码, 打开十位。利用人眼视角暂停现象进行动态扫描。电路如图2所示。

(3) .电机调速电路的设计。电机调速电路采用直流电机专用芯片L298进行驱动, 单片机在温度信号的控制下输出占空比可调的PWM脉冲信号送入L298的10脚, 而电机的正反转是由5脚和7脚的电平高低来决定, 当A=0, B=1时, 电机正转, 而A=1, B=0时, A=0, B=0时电机停转。而PWM脉冲信号的占空比则决定了电机的转速。电路设计如下:

26度与34度时的PWM波形。可以看出26时占空比只有10%, 而34度时占空比为80%。

3 程序设置

软件设计主要分为主程序、温度读取子程序、显示子程序、输出控制子程序。温度读取子程序完成对温度传感器数据的读取及数据换算, 显示子程序主要是显示当前温度值;输出控制子程序则根据温度的数值完成对输出口的控制。程序流程图如图下。

结论:本系统以单片机为控制核心, 实现了根据环境温度调节不同的电机转速, 在一定范围能能实现转速的连续调节, 并通过数码管显示环境温度, 能通过温度的变化从而改变电机转速。在调速系统硬件中, 由于H桥式90系列三极管的驱动能力较低, 可能无法驱动12V的直流电机, 系统设计时候采用了L298驱动直流电机, 起到很好调节转速的效果。

本系统设计可推广到各种电动机的控制系统中, 实现电动机的转速调节。在生产生活中, 可用于简单的日常风扇的智能控制, 针对体弱, 老少年人群及温差较大的地区较为适宜, 为生活带来便利;在工业生产中, 可以改变不同的输入信号, 实现对不同信号输入控制电机的转速, 进而实现生产自动化, 如在电力系统中可以根据不同的负荷得到不同的电压信号, 再由电压信号调节不同的发电机转速, 进而调节发电量, 实现电力系统的自动化调度。综上所述, 该系统的设计和研究具在社会生产和生活中具有重要地位。

参考文献