智能溫控風扇調(diào)速系統(tǒng)的設計

文/張凱強 李紅嶺 王浩 李盼盼 林曉慶

隨著科技文明的飛速發(fā)展，電子工商業(yè)、制造業(yè)取得了重大突破，促進了智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。各種制冷設備層出不窮，同時安全隱患和用電安全等問題也隨之而來，相比之下電風扇由于安全可靠被大家普遍認可，仍是人們消暑必備品之一。老式的電風扇優(yōu)點很多，但功能單一，需要手動調(diào)控，工作時噪音很大，顯然不符合消費者對智能設備的高要求。想要進一步提高電風扇在當前市場上的競爭力，就必須提高其穩(wěn)定性和安全性，技術(shù)革新是必經(jīng)之路，必須滿足現(xiàn)代人對生活體驗的高標準，使其更加智能化、人性化。

圖1：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

1 系統(tǒng)方案

本設計采用DS18B20 溫度傳感器進行實時環(huán)境溫度檢測，然后經(jīng)過AT89C52 單片機處理檢測到的溫度信號，采用PWM 調(diào)速技術(shù)對直流電機進行調(diào)速，通過兩個開關(guān)S1 和 S2改變所需要的溫度的初始值，同時，由共陰極數(shù)碼管顯示，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2 硬件電路設計

2.1 溫度采集電路的設計

DS18B20 溫度計是單總線器件，體積小。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，DS18B20 能夠直接將溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。因此溫度采集電路由DS18B20 構(gòu)成，無疑是最佳選擇。DS18B20溫度傳感器的測量溫度的范圍在-55～+125 之間，它能檢測出9～12 位的溫度分辨率，相應的分辨率溫度分別為0.5、0.25、0.125 和0.0625，因此它可用于高精度的溫度測量。此外，我們在經(jīng)過大量仿真實驗以及查閱資料發(fā)現(xiàn)DS18B20 采用外部電源供電時，其也能正常工作，并且工作狀態(tài)更加穩(wěn)定，時序要求更低。DS18B20 與單片機的接口電路如圖2所示。

2.2 驅(qū)動電路的設計

圖2：系DS18B20 接口電路圖

圖3：ULN2803 接口電路

圖4：程序流程圖

圖5：電路圖及仿真結(jié)果

驅(qū)動電路選擇ULN2803 反向驅(qū)動器來驅(qū)動直流電機，實現(xiàn)直流電機的啟動和停止。ULN2803 是一個有大電壓和大電流的八路達林頓反向驅(qū)動器。當ULN2803 輸入端接收到高電平時，輸出端輸出低電平；當ULN2803輸入端接收到低電平時，輸出端輸出高電平，使繼電器可以吸合。ULN2803 設計與標準與TTL 系列是兼容的。當輸入5V TTL 信號或CMOS 信號6 ～15V 時，輸出的最大電壓為50V，最大電流500mA，工作溫度范圍是從0 ～70℃。ULN2803 驅(qū)動器最適合CMOS或PMOS 在6 ～15V 的高電平。在這個設計中選用了12V 無刷直流電動機，因此可采用ULN2803 反向驅(qū)動器。ULN2803 與單片機的接口電路如圖3所示。

2.3 顯示電路設計

因為數(shù)碼管價格便宜，溫度顯示明顯，考慮到驅(qū)動能力，本設計選用六個LED 共陰極數(shù)碼管來進行溫度顯示。本設計中DS18B20采集的實時溫度由數(shù)碼管的前三位顯示，設定的溫度初值由后兩位顯示。

3 軟件設計

利用Keil 軟件對各個相應模塊電路進行程序編寫。系統(tǒng)流程圖如圖4所示。

4 仿真

本系統(tǒng)采用Proteus 軟件對相關(guān)電路進行設計和仿真測試，如圖5所示環(huán)境溫度是30℃，設置溫度是20℃。

5 結(jié)束語

該設計將AT89C52單片機作為控制核心，將DS18B20 作為溫度采集器，8 段共陰極數(shù)碼管作為顯示電路，ULN2803 作為驅(qū)動器，系統(tǒng)中相關(guān)的程序通過KEIL 軟件進行編寫實現(xiàn)。當單片機接收到溫度傳感器DS18B20 檢測的溫度后，進行處理、顯示等操作，以實現(xiàn)由傳感器感應環(huán)境溫度的高低來自動調(diào)節(jié)小功率電風扇的輸出風速，達到便捷人們?nèi)粘Ｉ畹哪康摹?/p>