基于單片機的智能搖頭控制系統(tǒng)風扇設(shè)計論文

摘要：現(xiàn)在市場上的許多風扇都有搖頭功能，但是搖頭的角度是90度固定不變的，而有時候人們希望風扇搖頭的角度可以調(diào)節(jié)，搖頭的速度可以調(diào)節(jié)，這時候原來固定搖頭角度的風扇就不能滿足人們的需要。本次畢業(yè)設(shè)計針對這個問題，提出了設(shè)計一個可以調(diào)節(jié)電風扇搖頭角度，并且可以調(diào)節(jié)電風扇的搖頭速度的智能搖頭風扇。這個裝置做好之后還可以應(yīng)用到比如太陽能采光板的跟蹤采光系統(tǒng)、園林的智能灌溉系統(tǒng)等其他應(yīng)用領(lǐng)域中。

關(guān)鍵詞：單片機；風扇；搖頭；步進電機

1.引言

隨著社會的發(fā)展，人們的生活水平也逐漸提高。電扇是人們最常用的家電之一，雖然科技在日益發(fā)展，但是電扇的發(fā)展速度卻顯得十分的緩慢。雖然家電廠商們都推出了許多所謂的數(shù)字電扇，但是那些電扇也只加入了自然風和定時這一些功能，沒有去改變搖頭的功能。其實搖頭對于風扇是十分重要的，單人扇風扇和多人扇風扇的角度需要改變，這樣能更好的利用資源。

2.智能搖頭風扇系統(tǒng)的簡介

本系統(tǒng)使用步進電機作為傳動的主要部件，然后使用51單片機作為控制核心，從而來控制步進電機的旋轉(zhuǎn)角度。在輸入方面，本系統(tǒng)使用了一個8位的AD芯片，用于采集旋阻上面的電壓變換值。在顯示方面，本系統(tǒng)采用1602液晶，從而能更直接的看出旋轉(zhuǎn)的角度和旋轉(zhuǎn)頻率。在步進電機的控制方面，本系統(tǒng)使用了東芝公司的TA8435步進電機驅(qū)動芯片，它是一款大功率驅(qū)動芯片，目前主要應(yīng)用在雕刻機上面，因此能夠足以提供步進電機所需要的功率。步進電機采用57型步進電機，它的步進角度是1.8度，能夠精確的提供旋轉(zhuǎn)角度。

2.1單片機的選擇：

STC89C52RC是MCS-51系列單片機的加強版，我們以這一代表性的機型進行系統(tǒng)的講解。8051單片機包含中央處理器、程序存儲器（ROM）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線。

單片機的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形式，即哈佛（Harvard）結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓（Princeton）結(jié)構(gòu)。INTEL的MCS-51系列單片機采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS-96系列單片機則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。

2.2步進電機簡介

步進電動機是純粹的數(shù)字控制電動機，它將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰?，即給一個脈沖，步進電機就轉(zhuǎn)一個角度，因此非常合適單片機控制，在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角，同時步進電機只有周期性的無累積誤差，精度高。

步進電動機有如下特點：

1）步進電動機的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴格成正比。因此，當它轉(zhuǎn)一圈后，沒有累計誤差，具有良好的跟隨性。

2）由步進電動機與驅(qū)動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既簡單、廉價，又非常可靠，同時，它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。

3）步進電動機的動態(tài)響應(yīng)快，易于啟停、正反轉(zhuǎn)及變速。

4）速度可在相當寬的范圍內(nèi)平穩(wěn)調(diào)整，低速下仍能獲得較大轉(zhuǎn)距，因此一般可以不用減速器而直接驅(qū)動負載。

5）步進電機只能通過脈沖電源供電才能運行，不能直接使用交流電源和直流電源。

6）步進電機存在振蕩和失步現(xiàn)象，必須對控制系統(tǒng)和機械負載采取相應(yīng)措施。

步進電機具有和機械結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點， 圖2-20是四相六線制步進電機原理圖，這類步進電機既可作為四相電機使用，也可以做為兩相電機使用，使用靈活，因此應(yīng)用廣泛。

步進電機有兩種工作方式：整步方式和半步方式。以步進角1.8度四相混合式步進電機為例，在整步方式下，步進電機每接收一個脈沖，旋轉(zhuǎn)1.8度，旋轉(zhuǎn)一周，則需要200個脈沖，在半步方式下，步進電機每接收一個脈沖，旋轉(zhuǎn)0.9度，旋轉(zhuǎn)一周，則需要400個脈沖?？刂撇竭M電機旋轉(zhuǎn)必須按一定時序?qū)Σ竭M電機引線輸入脈沖，以上述四相六線制步進電機為例，其半步工作方式和整步工作方式的控制時序如表2-4和表2-5所列。步進電機在低頻工作時，會有振動大、噪聲大的缺點。如果使用細分方式，就能很好的解決這個問題，步進電機的細分控制，從本質(zhì)上講是通過對步進電機勵磁繞組中電流的控制，使步進電機內(nèi)部的合成磁場為均勻的圓形旋轉(zhuǎn)磁場，從而實現(xiàn)步進電機步距角的細分，一般情況下，合成磁場矢量的幅值決定了步進電機旋轉(zhuǎn)力矩的大小，相鄰兩合成磁場矢量之間的夾角大小決定了步距角的大小，步進電機半步工作方式就蘊涵了細分的工作原理。實現(xiàn)細分方式有多種方法，最常用的是脈寬調(diào)制式斬波驅(qū)動方式，大多數(shù)專用的步進電機驅(qū)動芯片都采用這種驅(qū)動方式，TA8435就是其中一種芯片。

結(jié)束語：本設(shè)計綜合應(yīng)用了電工電子，單片機編程等方面的知識，實現(xiàn)了風扇的360度內(nèi)搖頭角度可調(diào)，而且搖頭的速度可調(diào)，并且搖頭的角度，搖頭的速度，這些參數(shù)可以通過E2PROM進行掉電保存。但是也存在一些不足。比如控制板的體積稍大等，選型方面還可以選其他的芯片降低成本，這些問題以后還要進一步的去解決。這次的設(shè)計雖然是智能搖頭電風扇的設(shè)計，但是這種控制風扇搖頭角度和速度的方法，在我們的生活中還能有更廣泛的應(yīng)用，比如在原來固定的太陽能采光板上，加上感光傳感器，在感光傳感器的信號控制下，由步進電機驅(qū)動電機跟蹤太陽采光，即可做成太陽能采光板的跟蹤采光系統(tǒng)，園林的智能灌溉系統(tǒng)可以由步進電機帶動噴水龍頭以擴大澆水范圍、攝像頭的智能監(jiān)控系統(tǒng)可以使用步進電機帶動攝像頭以擴大監(jiān)控范圍等等……

現(xiàn)代社會單片機可以說是無處不在，無人不曉。特別是在電氣自動化控制的現(xiàn)代社會尤其重要。所以我們應(yīng)該盡自己的努力把它給學好。這也就是我的學習方向和奮斗的目標。

作者簡介：楊筱芳，性別：女，出生年月1972年10月18日，籍貫：江蘇省淮安市洪澤縣，學歷：中專，研究方向：機電一體化，職稱：助理工程師，工作單位：江蘇煤炭地質(zhì)機械研制中心，