基于PWM 調(diào)速技術(shù)的智能溫控風(fēng)扇系統(tǒng)

【文章摘要】
由于絕大多數(shù)的風(fēng)扇均采用純?nèi)斯さ牟僮鞣绞�，無法實(shí)現(xiàn)靈活操作，所以難以滿足人們?nèi)找娑鄻踊�的需求。在本設(shè)計中，綜合利用了紅外遙控技術(shù)、PWM 調(diào)速技術(shù)、單片機(jī)、LCD1602 液晶顯示模塊和DS18B20 溫度檢測模塊等，實(shí)現(xiàn)了對風(fēng)扇運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程調(diào)控、溫度實(shí)時檢測和顯示及風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié)等功能。
【關(guān)鍵詞】
單片機(jī)；紅外遙控；PWM 調(diào)速；溫度檢測；自動控制
中圖分類號：請查閱中國圖書館分類法（第四版） 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
在炎熱的夏季，風(fēng)扇是人們很常見的祛暑工具，而目前絕大多數(shù)的風(fēng)扇均采用純?nèi)斯さ牟僮鞣绞剑�雖然可以實(shí)現(xiàn)很多操作，但是卻難以滿足人們?nèi)找娑鄻踊�的需求。如在夏季的夜晚，�?dāng)環(huán)境溫度升高時， 如果風(fēng)扇繼續(xù)以很小的風(fēng)速運(yùn)行則會使得人們不能很好地入睡；當(dāng)環(huán)境溫度降低時，如果風(fēng)扇繼續(xù)以很大的風(fēng)速運(yùn)行則很有可能使得人們患上感冒。本文設(shè)計的基于PWM 調(diào)速技術(shù)的智能溫控風(fēng)扇系統(tǒng)便可以很好地解決這個問題。當(dāng)環(huán)境溫度升高時，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速會升高到相應(yīng)的檔位； 當(dāng)環(huán)境溫度降低時，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速也便降低到相應(yīng)的檔位，并且當(dāng)溫度降低到某一臨界值時，風(fēng)扇會停止轉(zhuǎn)動并進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。該系統(tǒng)在融合了遠(yuǎn)程操控風(fēng)扇技術(shù)的基礎(chǔ)上，對當(dāng)前環(huán)境溫度進(jìn)行實(shí)時檢測并顯示， 再根據(jù)溫度的變化對風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速進(jìn)行自動地調(diào)節(jié)，增強(qiáng)了風(fēng)扇的智能化水平。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計
本系統(tǒng)為基于PWM 調(diào)速技術(shù)的智能溫控風(fēng)扇系統(tǒng)。其可以實(shí)現(xiàn)對風(fēng)扇的遠(yuǎn)程控制、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的自動控制等功能。系統(tǒng)主要由MCU、溫度檢測模塊、紅外遙控器、液晶顯示模塊和直流電機(jī)模塊組成。主控芯片通過DS18B20 溫度檢測模塊對當(dāng)前環(huán)境溫度進(jìn)行實(shí)時檢測并將其通過LCD1602 液晶顯示模塊進(jìn)行顯示。系統(tǒng)具備兩種工作模式，即手動調(diào)速模式和自動調(diào)速模式。用戶可以通過紅外遙控器來選擇系統(tǒng)的工作模式。在手動調(diào)速模式下， 風(fēng)扇的調(diào)速通過紅外遙控器來實(shí)現(xiàn)，用戶可以選擇相應(yīng)的檔位進(jìn)行調(diào)速。在自動調(diào)速模式下，風(fēng)扇的操作按照系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的程序來根據(jù)當(dāng)前溫度的變化進(jìn)行自動地控制，即當(dāng)溫度升高到某一個區(qū)間時， 風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速便升高到相應(yīng)的檔位，當(dāng)溫度降低時到某一個區(qū)間時，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速便也降低到相應(yīng)的檔位，并且當(dāng)溫度下降到臨界值時，風(fēng)扇便停止轉(zhuǎn)動并進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。用戶在使用紅外遙控器選擇系統(tǒng)相應(yīng)的工作模式后，系統(tǒng)便執(zhí)行相應(yīng)的程序， 從而實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行。系統(tǒng)總體設(shè)計圖如圖1 所示。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.1 主控芯片模塊
系統(tǒng)以AT89C52 單片機(jī)作為主控芯片。AT89C52 是Atmel 公司生產(chǎn)的一款低電壓、高性能CMOS 8 位單片機(jī)，其主要特性有：1）片內(nèi)含8 k bytes 的可反復(fù)擦寫的Flash 只讀程序存儲器（ROM）和256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）；2） 器件采用高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51 指令系統(tǒng)；3）片內(nèi)配置通用8 位中央處理器（CPU）和Flash 存儲單元；4）器件具有32 個雙向I/O 口， 3 個16 位可編程定時/ 計數(shù)器中斷，2 個串行中斷，可編程UART 串行通道，2 個外部中斷源�？傮w上AT89C52 單片機(jī)具有接口簡單、方便使用、功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)，并且成本低，所以能為本系統(tǒng)提供高靈活、超高效的解決方案。
2.2 紅外遙控器模塊
本系統(tǒng)的紅外遙控器模塊采用HX1838 模塊。HX1838 紅外遙控器模塊具有適應(yīng)電壓寬、低功耗、高靈敏度和抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，工作電壓為5V。HX1838 模塊與微處理器的通訊方式為單口線通訊，可接收38K 頻率的任何遙控編碼數(shù)據(jù)，再以數(shù)字量進(jìn)行輸出。本系統(tǒng)中紅外遙控器模塊的電路圖如圖2 所示。
2.3 溫度檢測模塊
本系統(tǒng)的溫度檢測模塊采用DS18B20 集成溫度檢測模塊。DS18B20 是一種常用的溫度傳感器，具有測溫系統(tǒng)簡單、體積小、測溫精度高、耐磨耐碰、連接方便、占用口線少、硬件開銷低和抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。DS18B20 獨(dú)特的單線接口方式使得其在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)與微處理器之間的雙向通訊。其測溫范圍為-55℃～ +125℃，固有測溫誤差為1℃。DS18B20 在使用中不需要任何外圍元件，其可用數(shù)據(jù)總線供電， 電壓范圍為3.0 V 至5.5 V 且無需備用電源。本系統(tǒng)中溫度檢測模塊的電路圖如圖3 所示。
圖3 溫度檢測模塊電路圖
2.4 直流電機(jī)驅(qū)動模塊
由于本系統(tǒng)采用PWM 調(diào)速技術(shù)對電機(jī)的速度進(jìn)行控制，所以本系統(tǒng)的直流電機(jī)驅(qū)動模塊采用SA60 直流電機(jī)驅(qū)動模塊。SA60 是Apex 公司生產(chǎn)的一款面向中小型直流電機(jī)的全橋型功率輸出電路。SA60 是PWM 型功率輸出芯片，電路提供給電機(jī)的電源電壓最大可達(dá)80V，能陸續(xù)向負(fù)載提供10A 的電流，最大模擬輸入電壓為5V。SA60 具有模擬控制和數(shù)字控制兩種控制方式。本系統(tǒng)采用數(shù)字控制方式，所以直流電機(jī)驅(qū)動模塊的電路圖如圖4 所示。
圖4 直流電機(jī)驅(qū)動模塊電路圖
2.5 液晶顯示模塊
本系統(tǒng)的液晶顯示模塊采用LCD1602 液晶顯示模塊。LCD1602 液晶是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣型液晶模塊，它由若干個5X7 或者5X11 等點(diǎn)陣字符位組成，每個點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用。LCD1602 液晶具有微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等特點(diǎn)。本系統(tǒng)中LCD1602 液晶顯示模塊的電路圖如圖5 所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
本系統(tǒng)的軟件設(shè)計部分包括系統(tǒng)初始化、溫度檢測、紅外遙控、液晶顯示、電機(jī)控制等部分。電機(jī)控制部分采用PWM 技術(shù)。PWM 技術(shù)在控制電機(jī)轉(zhuǎn)速時，電源并非連續(xù)地向電機(jī)供電，而是在一個特定的頻率下以方波脈沖的形式提供電能， 不同占空比的方波信號能對電機(jī)起到調(diào)速作用，這是因為電機(jī)實(shí)際上是一個大電感，它有阻礙輸入電流和電壓突變的能力，因此脈沖輸入信號被平均分配到作用時間上，這樣便可以通過改變直流電機(jī)驅(qū)動的輸入端上的輸入方波的占空比來改變加在電機(jī)兩端的電壓大小，從而改變了轉(zhuǎn)速。輸入方波占空比的改變利用單片機(jī)中的定時器來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)程序流程圖如圖6 所示。
4 結(jié)語
本系統(tǒng)綜合利用紅外遙控技術(shù)和PWM 調(diào)速技術(shù)等技術(shù)，使得風(fēng)扇的風(fēng)速既能夠受人為控制，還能夠隨溫度的變化自動地進(jìn)行控制。經(jīng)過實(shí)踐的檢驗顯示， 基于PWM 調(diào)速技術(shù)的智能溫控風(fēng)扇系統(tǒng)具有較好的工作穩(wěn)定性及較高的工作性能。同時，所設(shè)計的基于PWM 調(diào)速技術(shù)的智能溫控風(fēng)扇系統(tǒng)具有設(shè)計成本低、可擴(kuò)展性強(qiáng)、便于操作等優(yōu)點(diǎn)。
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