基于AT89S52單片機(jī)的智能溫控電風(fēng)扇

林建華

（閩南理工學(xué)院，福建 石獅 362700）

在國內(nèi)，大部分農(nóng)村地區(qū)普遍使用電風(fēng)扇作為夏天降溫防暑設(shè)備。夏秋季節(jié)白天溫度高，電風(fēng)扇應(yīng)置于高速檔，大風(fēng)量才使人感到?jīng)鏊?；到了夜里，氣溫降低，?dāng)人們?nèi)胨?，?yīng)該逐步減小風(fēng)速，以免使人受涼感冒。雖然電風(fēng)扇都有手動(dòng)調(diào)節(jié)檔位的功能，但必須要人手動(dòng)切換檔速，睡著了就沒辦法了。利用 AT89S52單片機(jī)設(shè)計(jì)智能溫控電風(fēng)扇控制系統(tǒng)，能解決深夜當(dāng)人們熟睡時(shí)因溫度下降而導(dǎo)致著涼，或是從睡夢中醒來去控制電風(fēng)扇風(fēng)速的問題。本控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示檢測溫度值，并根據(jù)用戶設(shè)定的上、下限溫度值自動(dòng)在相應(yīng)溫度下作出高速檔、低速檔、停止的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)智能控制電風(fēng)扇的風(fēng)速目的，形成一個(gè)經(jīng)濟(jì)的、節(jié)能的智能溫控系統(tǒng)。

1.設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總框圖如圖1所示。

單片機(jī)通過檢測DS18B20采集的溫度作相應(yīng)處理并送數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度值，同時(shí)當(dāng)前顯示溫度值與用戶設(shè)定的上、下限溫度值進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果控制高速檔、低速檔、停止檔相對應(yīng)的繼電器的通斷，從而控制電風(fēng)扇的電動(dòng)機(jī)接線方式，實(shí)現(xiàn)對風(fēng)扇風(fēng)速的控制。硬件電路設(shè)計(jì)包括單片機(jī)主控電路、數(shù)碼管顯示電路、溫度采集、蜂鳴器、繼電器控制電路、+5V供電電源等。主程序編程用來實(shí)現(xiàn)對溫度的檢測、數(shù)碼顯示、蜂鳴器、繼電器控制等處理功能。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2.硬件電路設(shè)計(jì)及其分析

2.1 單片機(jī)主控電路

AT89S52單片機(jī)作為本系統(tǒng)的控制核心，用于控制溫度采集、數(shù)碼管顯示、蜂鳴器、繼電器控制及用戶上下限溫度值設(shè)置鍵。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路中，溫度采集定義 DS18B20的DQ端口為P3.3；數(shù)碼管顯示電路定義P0口連接七段數(shù)碼管，P2口作為數(shù)碼管的位選信號；P1.0為手動(dòng)檔電源開關(guān)，P1.1為自動(dòng)檔電源開關(guān)，P1.2為高速檔，P1.3為低速檔，P1.4 為顯示值減1，P1.5為顯示值加1， P1.6 為設(shè)置鍵；P3.0為蜂鳴器報(bào)警等。

2.1.1 溫度采集

溫度采集電路主要采用溫度傳感器DS18B20作為感測溫度的核心元件，它可把采集的溫度信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，送單片機(jī)處理后，輸出送數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度值。DS18B20的DQ端口接P3.3口，如圖2所示。

圖2 溫度采集

2.1.2 數(shù)碼管顯示電路

數(shù)碼管顯示電路利用8個(gè)共陽數(shù)碼管、PNP三極管、電阻構(gòu)成。單片機(jī)的P0口作為段碼輸入，P2口作為位選，并用8550三極管做驅(qū)動(dòng)。P0口做I/O口時(shí)要加上拉電阻，所以給P0各端口加一個(gè)10KΩ的電阻。為了防止燒壞數(shù)碼管，給數(shù)碼管各段各加一個(gè)220Ω的限流電阻。顯示時(shí)數(shù)據(jù)通過P0口送給數(shù)碼管顯示，通過P2口對數(shù)碼管進(jìn)行位選，數(shù)碼管被逐位掃描顯示其當(dāng)前溫度值。如圖3所示，

圖3 數(shù)碼管顯示電路

2.1.3 用戶上下限溫度值設(shè)置

用戶上下限溫度值設(shè)定由單片機(jī)的P1.4、P1.5、P1.6口外接的3個(gè)點(diǎn)動(dòng)按鈕S1、S2、S3來完成，如圖3所示。S3為設(shè)置鍵，S2為顯示溫度值加1，S1為顯示溫度值減1。當(dāng)按下設(shè)置鍵S3，進(jìn)入上限溫度值設(shè)置項(xiàng)，此時(shí)按下S2鍵，溫度值加1，長按S2不放可實(shí)現(xiàn)快速加1，按下S1鍵，上限溫度值減1，長按S1不放可實(shí)現(xiàn)快速減1。再一次按設(shè)置鍵S3，進(jìn)入下限溫度值設(shè)置項(xiàng)，此時(shí)按S2、S1鍵，可對下限值加 1或減 1。上限溫度值和下限溫度值的設(shè)置范圍為-9℃～99℃，可以滿足一般使用要求。再按一次設(shè)置鍵S3，可切換到手動(dòng)控制狀態(tài)，此時(shí)數(shù)碼管顯示的是當(dāng)前溫度值，這時(shí)電風(fēng)扇切換到手動(dòng)控制模式。再次按下設(shè)置鍵 S3，又切換到溫控自動(dòng)控制，或按接P1.7腳的S4按鍵，也可以從手動(dòng)控制切換到溫控模式。

2.1.4 繼電器控制電路

繼電器控制電路由單片機(jī)的 P1.0～P1.3控制，如圖 4所示。上電默認(rèn)為智能溫控模式，電風(fēng)扇一通電，P1.1輸出低電平，Q11導(dǎo)通，繼電器K2吸合，K1釋放。單片機(jī)自動(dòng)檢測溫度傳感器采集的溫度信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，送數(shù)碼管顯示，并與用戶設(shè)置的上、下限溫度值進(jìn)行比較，當(dāng)前顯示溫度值高于用戶設(shè)定的上限溫度值時(shí)，P1.2輸出低電平，Q12導(dǎo)通，繼電器K3吸合，電源接通電風(fēng)扇電機(jī)的高速檔；當(dāng)前顯示溫度值介于用戶所設(shè)的上、下限溫度值時(shí)，P1.3輸出低電平，Q13導(dǎo)通，繼電器K4吸合，電源接通電機(jī)的低速檔；當(dāng)前顯示溫度值低于下限溫度值時(shí)，關(guān)閉風(fēng)扇。

當(dāng)要切換到手動(dòng)控制時(shí)，按S3設(shè)置鍵3次，從智能溫控模式切換到手動(dòng)控制，P1.0輸出低電平，Q10導(dǎo)通，繼電器K1吸合，K2釋放。此時(shí)可以通過調(diào)節(jié)定時(shí)器及調(diào)速檔開關(guān)控制電風(fēng)扇的風(fēng)速。按下S4時(shí)，又可切換到智能溫控模式。

圖4 繼電器控制電路

2.2 供電電源電路

單片機(jī)+5V供電電源采用LM7805集成穩(wěn)壓器，220V電源經(jīng)變壓器降壓、整流、濾波后送入LM7805穩(wěn)壓，輸出端接一個(gè)470uF和0.1uF電容濾除紋波，得到+5V穩(wěn)壓電源。電路如圖5所示。

圖5 供電電源電路

3.系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

單片機(jī)首先對DS18B20進(jìn)行復(fù)位和檢測，當(dāng)檢測到傳感器存在時(shí)，發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令和讀取溫度命令，將從DS18B20讀取的二進(jìn)制溫度值轉(zhuǎn)換為七段碼在數(shù)碼管上顯示出來。顯示功能由溫度顯示子程序?qū)崿F(xiàn)，數(shù)碼管逐位掃描顯示當(dāng)前溫度值。用戶可根據(jù)需要自行設(shè)置風(fēng)速檔的切換上、下限溫度值，硬件設(shè)計(jì)上可通過3個(gè)按鍵，由按鍵檢測函數(shù)程序提供軟件支持。用戶設(shè)定的上、下限溫度值均保存到DS18B20的EEROM內(nèi)，在單片機(jī)掉電后仍然保存設(shè)定值，再次上電時(shí)從DS18B20的EEROM中讀取上次設(shè)定的上、下限溫度值。用戶要實(shí)現(xiàn)根據(jù)當(dāng)前溫度實(shí)時(shí)的控制電風(fēng)扇的風(fēng)速，需要在程序中不斷的判斷當(dāng)前溫度值是否超過或低于設(shè)定的上、下限溫度值范圍，此部分功能由溫度比較程序來完成。在執(zhí)行程序不斷將當(dāng)前溫度和設(shè)定動(dòng)作溫度進(jìn)行比較判斷，控制高速檔、低速檔相應(yīng)繼電器的吸合與釋放，從而實(shí)時(shí)控制電風(fēng)扇的風(fēng)速。

4.系統(tǒng)的安裝與調(diào)試

根據(jù)已定義的單片機(jī)各端口及設(shè)計(jì)的硬件電路，編寫程序，并利用單片機(jī)Proteus ISIS和Keil軟件對智能溫控電風(fēng)扇控制進(jìn)行調(diào)試、仿真測試，直至實(shí)現(xiàn)其控制要求。

然后按已設(shè)計(jì)的硬件電路圖對各單元電路進(jìn)行安裝與焊接，并確保電路安裝正確無誤。用燒寫器將KEIL軟件對應(yīng)源程序編譯生成的.HEX文件寫入 AT89S52單片機(jī)芯片中。組裝整個(gè)系統(tǒng)，將單片機(jī)插入到目標(biāo)板中，進(jìn)行整機(jī)的調(diào)試。

風(fēng)扇接上電源，如數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度值22.5℃-L，表明電風(fēng)扇處于低速檔運(yùn)行。按設(shè)置鍵S3及S2、S1鍵可重新設(shè)置上、下限溫度值，如果將上限溫度值設(shè)為25.0℃，將下限溫度值設(shè)為23.0℃。確定后，因當(dāng)前溫度值低于下限溫度值，電風(fēng)扇停止，數(shù)碼管顯示 22.1℃-P。然后用手捏著DS18B20，顯示溫度逐步上升，當(dāng)達(dá)到下限溫度值23℃時(shí)，繼電器K4吸合，電風(fēng)扇接通低速檔，數(shù)碼管顯示23.X℃-L。溫度繼續(xù)的上升，當(dāng)高于25℃時(shí)，繼電器K3吸合，電風(fēng)扇切換到高速檔，數(shù)碼管顯示25.X℃-H。當(dāng)手移開DS18B20，溫度下降，低于 25.0℃時(shí)，又切換到低速檔。當(dāng)?shù)陀?3.0℃時(shí)，關(guān)閉電風(fēng)扇。

按設(shè)置鍵S3三次，可切換到手動(dòng)控制模式。此時(shí)數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度值。此時(shí)可通過手動(dòng)調(diào)節(jié)定時(shí)器和調(diào)速開關(guān)控制電風(fēng)扇的風(fēng)速。再按S4時(shí)，又切換到智能溫控模式。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)測試表明，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的控制功能。

5.結(jié)束語

該系統(tǒng)利用 AT89S52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的智能溫控電風(fēng)扇控制系統(tǒng)，性能可靠，控制準(zhǔn)確，成本低，解決了人們手動(dòng)操作的麻煩，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。如將電路和程序稍作修改，還可以實(shí)現(xiàn)其他一些控制功能，如大棚溫度控制、電動(dòng)機(jī)溫度檢測、加熱爐、熱處理爐和鍋爐溫度檢測等，系統(tǒng)移植性強(qiáng)，控制方便。

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