智能风扇

智能风扇（共8篇）

智能风扇 篇1

摘要：主要介绍一种可升级普通风扇为智能温控风扇的单片机温控系统, 具体讲述该系统的设计原理, 结构组成, 电路原理以及具体的实现方法。

关键词：温控,风扇,单片机

1引言

夏日炎炎, 空调和风扇是家具必备的降温良药, 但有时会因为晚上温差变化太大而我们又睡的太沉导致风扇开太大而感冒, 或者开太小而被热醒。笔者到市场买今年新出的风扇, 花样百出, 有三扇改五扇的, 有遥控的, 唯独没有找到根据温度大小自动调节风力, 而价格又增加不太多的风扇。于是笔者在这里提供一种低成本的可根据温度大小自动调节风力的设计方案, 可供风扇设计厂家参考, 或者喜欢DIY的电子爱好者借鉴。

下文将从设计原理, 结构组成, 电路原理以及具体的实现方法给大家进行介绍。

2设计原理和结构组成

根据现有的风扇不需要做修改, 只是增加一个单片机最小系统, 外面连接一个温度传感器, 例如DS18B20, 通过温度传感器检测到室温多少, 然后单片机接收到该温度信号后进行简单的开关动作, 根据现有的风扇有几个档设定几个开关动作信号, 并联到风扇的开关接口, 可实现根据室温调节风扇的不同档风力。具体结构框图如图1:

温度采集模块可采用DALLAS公司生产的DS18B20, 该器件比较常用, 性能稳定可靠, 精度高, 性价比很高, 芯片的引脚如图2:

它只有三个引脚, 一个接电源, 一个接地, 另一个是温度信号输出端连接到单片机, 电路设计简单, 软件代码也很好编写, 时序如下:

主机使用时间隙 (time slots) 来读写DSl820的数据位和写命令字的位, 主机总线to时刻发送一复位脉冲 (最短为480us的低电平信号) , 接着在tl时刻释放总线并进入接收状态DSl820在检测到总线的上升沿之后等待15-60us, 接着DS1820在t2时刻发出存在脉冲 (低电平持续60-240 us) 。

程序代码见附件1, 可供参考。

该模块设计时的注意事项:要把温度传感器安装在远离电机的位置, 避免电机发热太厉害还有电机干扰, 同时系统调试时要测试一下实测的温度和实际室温的差别, 然后通过软件进行补偿。

3电路原理和实现方法

电路图3如下:

其中从风扇中取出一路弱电连接到J1, 再经过U3芯片稳压到+5Vdc, 以供整个系统的电源用, 该系统用电不超过0.5W, 不需要给U3加散热片。单片机U1和复位电路, 晶振电路组成一个最小系统, 通过读取P10的传感器传过来的信号得到当前的温度, 显示在U4的数码管上 (数码管也可以换成液晶屏或者简化掉) , 然后根据设定的温度使P11、P12、P13、P14中一档输出低电平, 连接到J2, J2并联到风扇的键盘按键, 从而控制风扇的风力调节。该系统通过S6/S7作为温度阀值设定按键, 通过该按键可设定温度阀值, 存储到单片机的EEPROM中, 从而实现了单片机的温度控制。

4结语

本文通过在普通的风扇接入一个单片机温控系统即可升级为智能温控风扇, 升级原理简单可靠, 只需要增加十多元的成本就能实现温控的功能, 系统简单可靠, 又能是风扇更加满足消费者的需求, 减少因为晚上风扇开的太大或太小而影响睡眠甚者因着凉而生病, 是风扇新功能开发中的一个亮点。

参考文献

[1]苏家健, 曹柏荣, 汪志锋.单片机原理及应用技术[M].高等教育出版社, 2004.

[2]马云峰.单片机与数字温度传感器DS18B20的接口设计[J].现代电子技术, 2007.

[3]王伦.电风扇原理与维修技术[M].北京:新时代出版社, 1999.

智能追踪调速风扇系统的设计 篇2

【关键词】单片机 温度检测 热释红外传感器 智能控制

1. 设计背景

1880年，美国人舒乐首次将叶片直接装在电动机上，再接上电源，叶片飞速转动，阵阵凉风扑面而来，这就是世界上第一台电风扇。

近年来，随着空调业的价格水平不断下降，其风头早已超过了风扇，但空调的强大制冷效果以及高耗电量、且封闭空间的弊端，使得传统的借助空气流动降低热量但通风效果和功耗低的风扇仍然存在很大的市场。部分风扇企业考虑到两者之间的差异性，就在现有的功能上借鉴并创造设计出了一些更具人性化和个性化的功能，形成了空调、风扇两者互补的局面，使两者相得益彰，共同发展，透过当今千姿百态的电风扇市场，我们可以预言：今后的电风扇一定会继续吹着创新设计风和人性功能风。

分析了人们的实际需求后，我们设计研发出这款自动追踪调速风扇。

2. 系统方案

本系统采用AT89S52单片机为控制器，分为主控台和工作区两部分。系统通过热释红外传感器定位人群信息，在主控台设置阈值温度、转速与温度的对应关系。通过主控单片机将信息发送至工作区，工作区电机工作并将DS18B20温度传感器检测到的温度回传给主控台，单片机将接收到的信号进行处理，进而控制直流电机的转速和舵机的转角。使人在一定范围内都能够一直吹到凉爽的风，使用起来更加方便灵活。

整个温度自动散热系统有检测模块 、环境温度采集模块、供电模块、主控制模块以及电机模块，显示模块这六大模块组成。

检测模块：采用热释红外传感器检测，它具有传输距离远，可靠性强，且能准确的进行人体移动探测。

环境温度采集模块：选用美国DALLAS公司生产的数字温度传感器DS18B20，它具有测量范围广，且测量精度高，可采用单片机直接进行温度的读取，使用方便。

供电模块：供电模块采用220V＼50Hz经变压器得到5V直流电给主控模块供电，由主控模块给其他功能模块供电；

主控模块：整合处理控制各功能模块，STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器它带有32个I＼O口，三个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量二级中断结构），全双工串行口，性价比高。

电机模块：采用舵机同直流电机搭配，舵机具有扭力大容易控制。小型直流减速电机，减速电机控制精度低，且速度均匀性好，控制简单，电源要求低，易于实现。

显示模块：采用12864液晶显示，此液晶显示器界面简洁，控制简单，在显示数字和汉字方面符合实际需求。

3.硬件电路设计

（1）驱动电路的设计

电机/舵机由STC89C52单片机控制。当进入工作状态后，热电释红外传感器检测人群的范围，单片机输出PWM信号，调节其占空比，可以改变舵机转动的角度。占空比越大，舵机转角越大；占空比越小，舵机转角越小。

温度传感器DS18B20将采集到的环境温度与设置的参数进行比对，然后由单片机输出PWM信号，调节占空比，改变直流电机的转动速度。电机的转速与PWM信号的占空比成正比关系，即占空比越大，转速越快。

（2）热释红外传感器电路的设计

热释红外传感器主要用来检测人群所处的位置信息。本系统共采用6个HC-SR501型热释红外传感器，按半圆形排列，每一个传感器感应30°范围内的人群信息。HC-SR501配有菲涅尔透镜，检测距离达到7米，在6个传感器的共

同作用下，最大检测扇角为180°，满足实际应用的需求。

（3）测温电路的设计

本系统采用DS18B20温度传感器检测工作区的环境温度信息。DS18B20是一种数字输出形式的温度传感器，所以抗干扰能力较强。本系统中DS18B20主要有两方面的作用，首先是在系统启动前检测环境温度，并将其与事先设定的阈值温度比较，当达到阈值温度时，系统开始运行。另一方面，当系统处于运行状态时，将实时的环境温度与设定好的转速调节温度相比较，根据不同等级，改变电机转速。

4.软件设计

软件部分重点在于主控台可以通过按键对工作区阈值温度、温度和转速的对应关系等信息进行设置。难点在于驱动电路方面，主要包括电机驱动和舵机驱动两部分。根据人群位置的信息，计算改变舵机的转角；根据环境温度的高低，调节风扇电机的转速。本系统程序主要包括主程序、DS18B20和红外热释电传感器的初始化、读传感器子程序、参数设置子程序、驱动电路子程序等等。由于DS18B20与微处理器间采用串行数据传送，在对DS18B20进行读写编程时，必须严格保证初始化及读写时序，否则将无法读取测温结果。

5.结束语

本系统是采用热释红外传感器定位人群位置，并用DS18B20实时采集环境温度，单片机STC89C52为数据处理中心，电机/舵机作为动力单元，加上显示单元构成的，设计难点在于电机转速根据温度变化的调节以及转向机构的实时精确控制。通过调节舵机转角和电机转速实现风扇只在人群的范围内转动，并根据环境温度开启关闭电源、调整风扇转速等。

【参考文献】

[1]郭天祥.51单片机C语言教程，2009

[2]韩九强，周杏鹏.传感器与检测技术[M].北京：清华大学出版社，2010.

[3]基于DS18B20的温度测量模块设计.周润景.2010

黄淮学院2014学生科研项目

智能电风扇的设计 篇3

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

[1]张友德.MC68HC05单片机原理应用及技术手册[M].上海:复旦大学出版社, 1992.

[2]涂时亮.单片机微机软件设计技术[M].重庆:科学技术文献出版社, 1998.

[3]张然.高级程序员计算机系统知识[M].上海:复旦大学出版社, 1992.

光伏智能控制电风扇研究 篇4

传统家用电风扇并没有随着空调的普及而淡出市场, 近几年市场销售反而有复苏的态势。其主要原因:一是电风扇温和的风更加适合老人、儿童和体质较弱的人使用;二是电风扇价格低廉, 相对省电, 安装、使用都非常简单。

尽管电风扇有一定的市场优势, 但它不能根据温度的变化实时调节风力大小, 需手动进行设置, 比较麻烦。如夜晚人在睡觉时, 当凌晨温度降低的时候电风扇仍然在工作, 既浪费电人又容易引起感冒, 传统的机械定时器虽然能定时, 但是定时的范围毕竟有限, 并且无法根据温度的高低切换挡位。为解决上述问题, 我们设计了一套智能电风扇控制系统。

在提倡节能环保的今天, 太阳能资源取之不尽用之不竭, 本系统可采用太阳能发电装置进行供电, 同时设计充电和放电保护电路。

2 智能电风扇功能及原理概述

本电风扇改变了传统电风扇市电供电的方式, 采取无污染的太阳能供电;同时, 在风扇上增加了根据温度自动调节风力大小的控制装置, 实现智能控制。

在供电方式上, 通过开关, 可切换市电与太阳能供电。在使用太阳能供电时, 根据电风扇功率设置太阳能电池板容量和蓄电池容量, 同时设计充放电控制电路, 防止蓄电池的过充和过放, 交流电风扇还需设计逆变电路。

本电风扇可以实现风力大小的手动控制和自动控制, 工作模式的选择采用一个传统的控制开关即可实现。工作在手动模式时, 和传统的电风扇没有任何区别。工作在自动模式时, 温度传感器DS18B20检测外部环境温度, 将采集的温度数据传递给控制芯片, 由控制芯片根据提前预置好的临界温度与采集的室温进行比较, 根据比较结果, 输出不同的控制信号使得继电器动作实现强风/弱风/无风三档位切换。同时, DS18B20采集的室温也可以通过液晶显示器进行显示。

3 太阳能智能电风扇设计过程、原理

3.1 系统整体框图设计

整个系统包含蓄电池、太阳能电池板、充放电控制器、市电/太阳能功能切换开关、自动/手动切换挡位开关、直流电风扇、实时温度显示、自动切换挡位智能控制电路等八部分组成。设计的重点在太阳能电池板及蓄电池容量与负载的匹配、充放电控制电路设计、自动切换挡位智能控制电路设计、LCD温度显示。

3.2 太阳能电池板及蓄电池容量与负载的匹配研究

光伏发电系统容量的设计主要指在明确负载用电量的基础上对蓄电池容量和太阳能电池板容量进行设计。对于蓄电池而言, 它是提供负载工作的直接能量来源, 容量太大, 没有必要, 浪费钱, 容量太小, 不够用, 所以必须考虑一个合适的容量。太阳能电池板亦是如此。有了科学合适的容量匹配后, 整个光伏发电系统才能无浪费、稳定的工作。

一般光伏发电系统的容量设计如图2所示。

(1) 负载功率确定。本装置的负载主要是电风扇, 日常电风扇功率一般在50W左右, 假设电风扇每天开机4小时。蓄电池采用12V蓄电池供电。则:

(2) 蓄电池容量确定。负载的每天用电量确定后, 原则上我们的蓄电池容量只要满足电风扇一天使用就可以了, 蓄电池满充满放, 则蓄电池的容量只要不小于16.7Ah即可。但实际使用过程中, 还要考虑两个因素, 一是连续阴雨天时, 太阳能电池板不能及时给蓄电池充电, 则一天后电风扇则无法用蓄电池供电;二是目前大多使用铅酸蓄电池, 这种蓄电池在使用过程中绝不可以把电放光, 否则蓄电池很容易损坏, 不同规格蓄电池的放电深度有所不同, 一般浅循环蓄电池放电深度在50%左右, 深循环蓄电池放电深度在75%左右。

计算蓄电池总容量的基本计算公式为:

综合以上, 为了更大限度的节约成本, 同时也为了够用, 我们取连续阴雨天数为两天, 蓄电池采用深循环蓄电池, 放电深度为75%。则

依据上述计算方法, 在没有太阳能电池板供电的情况下, 要保图2 光伏系统发电量的设计步骤证连续两天使用蓄电池, 蓄电池的容量为44.5Ah, 根据蓄电池规格情况采用12v/45Ah。

(3) 太阳能电池板容量确定。太阳能电池板是光能转化为电能的装置, 实现对蓄电池进行充电, 为了节约成本, 太阳能电池板每天所充电量只要保证负载至少使用一天即可。在对电池板进行容量设计时, 主要是在确定系统最佳充电电流的基础上确定太阳能电池板的功率。

①系统最佳充电工作电流确定。系统最佳充电工作电流是指太阳能电池板工作在最大功率时的工作电流, 也称为峰值工作电流。其计算方法如下:

最佳充电工作电流=负载日用电量/当地峰值日照时数

由以上可知, 负载日用电量为16.7Ah;依据气象统计有关信息, 南通市峰值日照时数与上海非常接近, 全年平均算下来, 每天约为3.8h。但因为该装置主要工作在夏季, 平均日照时数有所增加, 姑且设定为4h。依据上述最佳充电工作电流公式, 我们可以得到:

②太阳能电池板最佳功率确定。最佳功率是指太阳能电池组件工作在最大输出电流和峰值工作电压下的功率, 也就是太阳能电池板的最佳输出功率。

太阳能电池组件最佳输出功率=电池组件峰值工作电压×电池组件最大输出电流

太阳能电池组件放置在室外, 在使用过程中, 受外部环境因素的影响较大, 会使得电池组件的功率衰减, 一般衰减损耗选定为10%;另外, 在充电过程中, 蓄电池会发热, 充电效率会下降, 我们选定下降比率5%, 则充电效率系数为95%。

综合以上因素, 我们实际选用的电池板的最大输出功率为:

系统选用电池组件最大功率

依据太阳能电池板的规格参数和实际需求, 我们选定太阳能电池板规格参数为90w/18V (峰值电压) 。

3.3 充放电控制电路设计

充电控制电路可实现防止过充和过放, 保护蓄电池, 同时也可防止充电过程蓄电池向电池板反充和电池板正负极接反。

智能充放电控制器整体方案设计如图3所示。

电阻分压网络:对蓄电池和太阳能电池板电压进行分压, 供采样模块进行采样。

电源电路模块:分为+5V电源电路和+10V电源电路两部分, 供单片机及其他附属模块使用。

太阳能电池和蓄电池电压采样模块:采样分压后的电压。

输出驱动模块:驱动充电电路和放电电路工作。

89S52单片机:一种智能型微处理器, 可完成对电压数据收集、处理, 控制蓄电池的充电脉冲宽度, 同时也可以根据太阳能电池板的电压状态判断白天黑夜。

(1) 充电电路模块设计。本系统采取两阶段充电法进行, 分为快充和慢充。主要依据斩波式PWM充电原理。通过判断蓄电池的实时电压情况, 实现快充和慢充。当采集到的蓄电池的电压比预先设定值小时, 采用占空比大的PWM脉冲进行充电, 实现快速充电;当采集到的蓄电池电压比预先设定值大时, 采用占空比小的PWM脉冲进行充电, 进入慢充阶段。

斩波式PWM充电原理图如图4所示。

在上图中, 我们选用POWER MOSFET IRF4905作为充电开关管。其构成的充电电路如图5所示。

工作原理:当P1.0为高电平时, 三极管Q5导通, 其发射级被嵌位在高电平, 使得Q6导通, 由于稳压管D8 的作用, 使得MOS管的IRF4905的栅源电压钳位在-10V, MOS管导通, 太阳能电池板向蓄电池充电。当P1.0为低电平时, 三极管Q5、Q6都是截至的, MOS管断开, 太阳能电池板不能向蓄电池充电。

P1.0何时输出高电平、何时输出低电平, 由软件编程实现, 高低电平切换的频率, 可实现PWM充电的快慢。

另外, 图中D6是一个防反充的肖特基二极管MBR2050, D7就是是一个防止蓄电池正负极性接反的保护二极管。

(2) 放电控制模块设计。放电控制电路图如图6所示。

在图6中, 单片机的P1.1口通过光耦TLP250来驱动MOS管的开关, 实现了主电路与开关电路的隔离, 减少了干扰、振荡和误动作等现象, 使得系统的运行更加稳定和可靠。当检测蓄电池的端电压>11.3V时, 通过软件使得单片机的P1.1口输出高电平, Q17导通, 使得光耦TLP250发光二极管发光, 关断, MOS管闭合, 可以给负载供电;当蓄电池的端电压<11.3V时, 蓄电池需进入过放电保护状态, P1.1口输出低电平, Q17不导通, 使得光耦TLP250发光二极管不发光, 导通, MOS管断开, 负载切断。同时, 本电路亦可以加继电器后实现白天黑夜的判断, 通过检测太阳能电池板的电压, 当处于白天时, 检测的太阳能电池板的电压较大, 软件使得P1.2口输出高电平, 继电器断开, 负载不工作;当为晚上时, 太阳能电池板电压低, 软件使得P1.2口输出低电平, 继电器闭合, 负载工作。

3.4 自动切换挡位智能控制电路设计与LCD温度显示 (见图7)

(1) 电路模块。

①控制芯片89C51单片机:核心控制芯片, 通过采集外部数据处理后实现对外设的控制。

②温度采集模块:温度采集采用DS18B20芯片, 采集精度高, 数据便于处理。

③临界温度调整模块:四个按键可实现对临界最低温度和最高温度的设置与调节。

④继电器控制模块:通过单片机信号控制继电器开合情况, 从而控制挡位切换。

⑤液晶显示模块:显示采用液晶显示, 低功耗;可实时显示环境温度及与设定温度比较情况。

(2) 工作原理。通过按键开关设置临界温度, 如低温24℃, 高温32℃。同时, 为防止外部环境在临界点温度时, 挡位切换出现混乱地情况, 在程序编写时采集到临界点温度后, 温度上下浮动1度左右时, 挡位不会切换。DS18B20温度传感器采集环境温度后, 在LCD上显示, 同时将数据传送至单片机, 经单片机处理后, 控制继电器动作, 自动切换电风扇挡位。如室温在24℃<室温<32℃, 继电器1吸合 (接通电源) , 继电器2吸合, 对应档位为弱风状态;室温<24℃时, 继电器1断开 (电源断开) , 对应档位为无风状态 (此时室温较低, 无需风扇工作) ;室温>32℃时, 继电器1吸合 (接通电源) , 继电器2断开, 对应档位为强风状态。

4 结语

本研究来源于生活体验, 具有一定的创新性和实用性。主要体现在:

(1) 采用清洁能源—太阳能供电。

(2) 可进行实时温度显示, 显示采用功耗低的液晶。

(3) 根据温度变化, 自动利用继电器进行档位切换, 简介直观。

(4) 设置手动和自动档位切换, 非单一自动档位工作, 更具人性化。

(5) 设计的充放电电路可以很好的实现对电池的保护。

参考文献

[1]吴健, 侯文, 郑宾.基于STC89C52单片机的温度控制系统[J].电脑知识与技术, 2011, 7 (4) :902-903.

[2]韩兴国, 苏庆勇, 等.基于STC89C52单片机的智能风扇控制系统设计[A].装备制造技术, 2013 (3) :52-53.

[3]李娣娜, 王洋.一种简易温控智能风扇控制系统的设计[A].现代电子技术, 2012, 35 (21) :119-120.

智能风扇 篇5

关键词：人体感应模块,温度传感器,A/D转换器,F/V频率电压转换器

0 引言

介绍一种采用计算机USB电源的单片机智能电风扇的设计控制技术。采用带AD转换器的STC12C5620AD单片机,单片机实时检测并显示当前环境温度,且检测当前区域是否有人存在,当温度达到设定值(如28℃)且检测到有人存在的情况下,自动启动风扇,并根据当前环境温度,自动控制风扇的速度,输出人体感觉最适宜的风速风量。当人离开时,自动延时停机。非常适合操作电脑的上班族使用,节能环保。

1 系统原理

智能风扇采用模块化设计,如图1所示。

单片机是系统的核心,它检测人体感应传感器输出的开关量信号,检测温度传感器输入的模拟量信号并通过自身的AD转换器转换为数字信号,根据软件编制的控制策略,自动输出一个与温度成正比的一个频率信号,该频率信号经频压转换器转换为模拟量信号控制风扇的电压,进而控制风扇的速度。单片机同时把采集到的温度信号通过简单的8段显示器控制电路,显示当前的环境温度。

2 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,利用单片机的内部时钟,不外接晶振,采用自带的AD转换器,以及具有PWM功能的引脚作为风扇的速度控制。智能风扇控制系统原理图设计如图2所示。

系统的工作电源取至办公用计算机的USB接口,为5VDC,输出电流能力达500mA。

控制系统的核心是STC12C5620AD单片机,它内部带有8路10位的AD转换器,其P10~P17均可通过控制字设置为AD转换器,这里仅用其中的一路。P10引脚作为温度模拟量信号输入端;P35引脚设置为PWM输出方式,经软件编程,其输出与温度成正比的频率信号,再经F/V频率电压转换器LM331,转换为与频率成正比的电压信号,经运放与大功率三极管组成的电流放大电路,控制直流风扇的启动及速度。

2.2 温度显示模块

单片机采集到的环境温度,作为风扇风速的控制依据,通过8段显示器显示当前的环境温度。

显示器采用动态扫描与静态输出相结合的最优化显示器驱动电路,如图3所示。单片机的串口RSD、TXD输出连接到移位寄存器54HC164的串口输入,移位寄存器把串口输入的8位显示数据转换为并口输出,连接到3个显示器。8段显示器是共阴极数码管,单片机的位控制经大功率的反向器ULN2004反向后,再连接至数码管的显示控制位。

为了降低功耗并延长数码管的使用寿命,数码管的每段电流应限制在5mA以内,因此数码管的每段均串联1个1kΩ的限流电阻。

为了正确显示数据,编程时需按照静态的段驱动以及动态的位扫描驱动模式来编制,显示逻辑:串口每输出1组8位段驱动信号后,相应的位控制要有效,且位驱动信号要停留一定的时间,如5ms。如此循环显示温度的三个位,即十位、个位、十分位。三位数字单片机循环显示一周需要15ms,折算为每位的显示频率约66Hz。

每位显示的频率易控制在40~100Hz为宜,频率小了数码管会闪烁,人眼看着不舒服,频率高了亮度不够,且增加单片机的负担。

2.3 人体感应传感器

人体感应传感器采用金属包装的带三个管脚的RE200B,TO-5封装,工作电压5VDC,当有人靠近时,2脚输出约2.2V的信号,经同相运放N5放大后变为5V的电平信号接至单片机的P26引脚。没有人靠近时,RE200B的2脚输出0V,P26引脚为低电平。

2.4 环境温度检测

温度传感器采用LM35,其输出电压与摄氏温度一一对应,使用极为方便,灵敏度为10.0mV/℃。LM35输出的电压信号经同相放大器放大后接至单片机的AD输入引脚P10/AD0。同相放大器的放大倍数为10倍。当环境温度为50℃时,单片机AD输入端的电压为50×10 mV/℃×10=5V。

2.5 风扇调速

单片机P35脚输出的频率信号PWM经微分电容C1接入压频转换器LM331的6脚,转换为电压后,再经运放及大功率三极管组成的功率放大电路去控制风扇的速度。

LM331的输出电压与频率的关系:

当单片机输出频率F为2.5kHz时,LM331输出电压V0为5V,由于R5/R4=10,因此要求R3C2=10×103×0.01×10-6=10-4。

风扇有最小启动电压,对于5V直流风扇来说,其启动电压约3V。因此,单片机开始启动风扇时,P35脚的最小输出频率为3/5×2.5kHz=1.5kHz。随着温度的升高,单片机输出的频率与温度成线性增加关系。

定义环境温度达到28℃时,风扇风机启动,风机电压为3V,环境温度到35℃时,风扇电压达到最高5V。为此,单片机P35脚的输出频率与检测到的环境温度T的关系为:

3 软件设计

软件流程如图4所示。

4 结语

智能电扇具有体积小、重量轻、成本低廉、节约能源等特点,有较好的应用前景。

参考文献

[1]何立民.单片机应用系统设计[M].1990

基于单片机控制的智能温控风扇 篇6

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

基于手机蓝牙控制的智能电风扇 篇7

针对上述问题, 本文提出了对其进行了相应改进的设计。采用全隔离单相交流调压模块来实现电机的无级调速, 该方法可以提高能量的利用率, 同时也实现了光滑的无级变频调速。利用单片机的定时器功能来实现任意时长的电子式定时, 该定时方法定时准确且无任何噪声。温度传感器实时检测环境温度, 根据测量值动态地调节电风扇的转速。加入湿度检测传感模块和加湿器, 当检测到室内湿度低于某一个设定值的时候, 电风扇会自动启动加湿器来增加房间的湿度, 从而增加了体验的舒适性。本设计采用了全彩色触摸屏的控制方式, 这样可以有效地减少机械磨损和噪声, 加入动画后更加美观。最后使用蓝牙控制取代传统的红外控制。

1 系统硬件设计

1.1 总体硬件设计

对于单片机中央处理器的方案设计, 根据要求, 本文选用STC12C5A60S2单片机作为中央处理器。作为整个控制系统的核心, STC12C5A60S2内部包含了定时器, 程序存储器, 数据存储器等硬件。

1.2 温湿度检测模块

DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它使用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术, 确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件, 并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中, 传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口, 使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗, 信号传输距离可达20米以上, 使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为4针单排引脚封装。连接方便, 特殊封装形式可根据用户需求而提供。

1.3 蓝牙模块

本文使用的蓝牙模块为基于Class 2的BC04蓝牙模块, 采用CSR公司的Blue Core4-External蓝牙芯片, 完全遵循蓝牙系统的数据和音频连接。采用USB或UART主设备接口, 最高支持3Mbps的数据速率。音频接口支持PCM协议, 模块和设备固件完全兼容蓝牙规范V2.0。

嵌入式蓝牙串口通讯模块 (以下简称模块, 实物如图2所示) 具有两种工作模式:命令响应工作模式和自动连接工作模式, 在自动连接工作模式下模块又可分为主 (Master) 、从 (Slave) 和回环 (Loopback) 三种工作角色。当模块处于自动连接工作模式时, 将自动根据事先设定的方式连接的数据传输;当模块处于命令响应工作模式时能执行下述所有AT命令, 用户可向模块发送各种AT指令, 为模块设定控制参数或发布控制命令。通过控制模块外部引脚 (PIO11) 输入电平, 可以实现模块工作状态的动态转换。

1.4 无级调速模块

由于风扇是单相交流电机, 因此要用交流调速的方法, 常用的交流调速的方法有PWM变频调速和调压调速。考虑到成本问题, 本项目中应用了调压调速方法。调压调速的核心思想是通过改变可控硅的导通角度来实现调压的。调速模块使用全隔离单相交流调压模块, 该模块 (以下简称单相调压模块DTY, 实物如图3所示) 是集同步变压器、相位检测电路、移相触发电路和输出可控硅于一体, 当改变控制电压的大小, 就可改变输出可控硅的触发相角, 即实现单相交流电的调压。根据输出可控硅器件不同分一只双向可控硅的普通型, 两只单向可控硅反并联的增强型和一只单向可控硅的半波型等三类。

2 系统软件设计

2.1 蓝牙模块的设置

将蓝牙模块上开关切换至[prog]参数配置模式, 运行程序。配置参数使用波特率9600。程序中分别配置如下:

AT+BAUD:设置串口波特率, 该波特率是数据传输波特率, 参数设置时依然使用9600。

AT+UARTMODE:设置串口模式, 停止位, 校验位。

AT+DATAMODE:设置数据模式, 0:数据保存在缓冲中, 待连接建立后发送到对方蓝牙设备1:未连接时收到的数据直接丢掉。

AT+FLOWCONTROL:0:无流控1:采用硬件流控。

AT+AUTH:设置鉴权:Para1:0不需鉴权, 否则需要鉴权默认:需要鉴权。

AT+PASSWORD:设置鉴权密码, Para1:密码默认:1234。

AT+ROLE:设置主从设备, Para1:0为从设备, 否则为主设备默认:从设备。

AT+RADDR:设置远端地址, Para1:远端的蓝牙地址。当使用此指令设置了对方的蓝牙地址, 除非通过按键或者清除地址的指令清除地址, 作为主设备的蓝牙模块将一直试图连接该地址直到成功。对于作为从设备的蓝牙模块如果不绑定地址依然可以被其他主设备连接, 如果绑定地址则可以通过该指令设置绑定的地址。

2.2 手机客户端操作界面

手机客户端操作界如图5所示, 其界面上有温度、湿度、风扇的转速等参数, 可以通过其方便的控制风扇的转速、湿度等参数

3 结束语

本文所设计的系统主要根据目前节能智能电风扇技术的发展趋势和国内实际应用要求, 采用自动化的结构形式, 实现对电风扇的转速的自动控制。系统以STC12C5A60S2单片机为核心部件, 单片机完成对温度, 湿度等信号的采集和处理功能, 运用蓝牙模块实现对风扇的自主遥控, 同时设计人机交互界面动态显示温度, 湿度等信息。本文设计的系统在当今提倡人性化设计和健康产品环境下具有非常好的市场前景。

摘要：为了设计一款具有自动温控和自动加湿功能的智能的风扇, 本文使用STC12C5A60S2单片机为主控制器, 单片机根据温度传感器测量到的实际温度, 自动控制电机驱动模块的输出来调节电机的转速, 从而达到改变室温的效果。同理, 根据湿度传感器测量到的实际湿度与给定的阈值进行比较, 动态的控制加湿器的起停, 从而让湿度保持在一定范围值之内。本文设计中增加了蓝牙控制模块, 实现用手机蓝牙全方位无线遥控电风扇的起停, 通过全隔离单相交流调压模块 (DTY) 来实现风扇的无极调速, 利用单片机的定时器功能可以实现无限制、无噪声的精准定时, 而且还采用触屏加动画控制增加了风扇的易用性、美观性。

关键词：智能电风扇,蓝牙,单片机,传感器,定时器

参考文献

[1]韩兴国, 苏庆勇, 王为庆.基于STC89C52单片机的智能风扇控制系统设计[J].装备制造技术[J].2013 (3) .

[2]张鑫.单片机原理及应用[M].北京:电子工业出版社,

[3]明德刚.DS18B20在单片机温控系统中的应用[J].贵州大学学报, 2006 (2) .

[4]徐玉炎, 明轩, 张时毓, 刘晗.iShine智能创意多功能小风扇[J].物联网技术, 2013 (2) .

[5]张存吉, 宁爱民, 龙祖连, 梁全有, 周德政.基于C8051F020的智能数字风扇的设计[J].2012 (07) .

[6]陈富忠, 翁桂琴, 智能温控调速风扇的设计[J].上海电机学院学报, 2009 (12) .

[7]黄朝民, 肖明清, 吴志强.单片机原理与应用[J].现代电子技术, 2006 (12) .

智能风扇 篇8

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

[1]张兆朋.基于AT89S52单片机的自动温控电风扇设计[J].现代电子技术,2009,32(3):108-110.

[2]黄保瑞,贾之豪,邵婷婷.基于AT89C51单片机的温度测控系统设计[J].现代电子技术,2011,34(6):142-143.

[3]吕胜杰,霍淑艳.基于DS1820的单总线多点测温技术[J].现代电子技术,2011,34(2):185-187.

[4]詹新生,张江伟.基于AT89C51的数控直流电压源的设计[J].现代电子技术,2008,31(19):107-109.

[5]张越,张炎,赵延军.基于DS18B20温度传感器的数字温度计[J].微电子学,2007,37(5):709-711.

[6]徐文进.智能温度传感器DS18B20在多路测温中的应用[J].现代电子技术,2004,27(22):3-4.

[7]明德刚.DS18B20在单片机温控系统中的应用[J].贵州大学学报,2006,23(1):106-110.

[8]陈富忠,温桂琴.智能温控调速风扇的设计[J].上海机电学院学报,2009,12(4):297-300.

[9]张俊谟.单片机中级教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.