室內(nèi)電風(fēng)扇自動調(diào)控系統(tǒng)論文(林繼升)

1、室內(nèi)電風(fēng)扇自動調(diào)控系統(tǒng)的實驗研究林繼升摘要：傳統(tǒng)電風(fēng)扇存在著調(diào)節(jié)不連續(xù)且缺乏自動控制的缺點。針對這個問題，我開發(fā)了一個智能的室內(nèi)電風(fēng)扇自動調(diào)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為手動和自動兩部分，手動部分和傳統(tǒng)電風(fēng)扇的原理一樣，自動調(diào)控部分由單片機和數(shù)字溫度傳感器等元器件組成，通過感知外界環(huán)境相關(guān)的信息來自動調(diào)節(jié)風(fēng)力大小。關(guān)鍵字：風(fēng)扇調(diào)節(jié)系統(tǒng) 智能化 節(jié)能 數(shù)字溫度傳感器一、實驗系統(tǒng)的基本概論（一）系統(tǒng)概述室內(nèi)風(fēng)扇自動調(diào)控系統(tǒng)主要有兩部分：手動調(diào)節(jié)部分和自動調(diào)節(jié)部分。但核心部分還是在自動調(diào)節(jié)部分，此部分由AT89S52單片機、數(shù)字溫度傳感器、二極管、光敏電阻等元器件等輔助工具組成，該系統(tǒng)可根據(jù)外界條件實現(xiàn)電風(fēng)扇的

2、自動化調(diào)節(jié)，不同的溫度使電風(fēng)扇實現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)速；手動調(diào)節(jié)部分與傳統(tǒng)的電風(fēng)扇是一樣的原理的。圖1 室內(nèi)風(fēng)扇自動調(diào)控系統(tǒng)的總原理圖（二）系統(tǒng)原理 室內(nèi)風(fēng)扇自動調(diào)控系統(tǒng)的總原理如圖1所示。系統(tǒng)首先通過下載接口實現(xiàn)在線編程，在AT89S52單片機內(nèi)設(shè)定相關(guān)的信息。系統(tǒng)自動化，AT89S52單片機通過數(shù)字溫度傳感器18B20從外界采集的溫度作出相應(yīng)的處理，當(dāng)溫度低于25時，二極管不工作時電阻無窮大，電風(fēng)扇相當(dāng)于斷路；當(dāng)溫度在2535時，每上升一度風(fēng)速就改變一檔，相當(dāng)于有10個檔可以調(diào)節(jié)；當(dāng)溫度高于35時，電風(fēng)扇將全速工作。若要切換手動工作方式。 （三）系統(tǒng)總體流程圖2 室內(nèi)風(fēng)扇自動調(diào)控系統(tǒng)總流程圖圖3 系

3、統(tǒng)主要電路圖室內(nèi)風(fēng)扇自動調(diào)控系統(tǒng)總流程圖如圖2所示。（四）系統(tǒng)主要電路系統(tǒng)主要電路如圖3所示。二、各元器件的技術(shù)原理及工作過程在系統(tǒng)總原理圖可看出，AT89S52單片機相當(dāng)于一個信息交流中心樞紐，對整個電路起到一個總的控制作用。數(shù)字溫度傳感器18B20將采集到的數(shù)據(jù)傳送至單片機，單片機將接收值進行對比運算，在內(nèi)部產(chǎn)生相應(yīng)占空比的PWM波形，用PWM輸出給發(fā)光二極管產(chǎn)生不同亮度的光，同時也將數(shù)值傳給數(shù)碼管，顯示當(dāng)前溫度。另一密封裝置中，二極管產(chǎn)生的光在該裝置中傳給光敏電阻，光敏電阻輸出的阻值再送到調(diào)速器的電位器輸入端，調(diào)速器根據(jù)不同的阻值通過可控硅供應(yīng)電壓給風(fēng)扇，從而達到自動調(diào)速的目的?，F(xiàn)將系統(tǒng)

4、各主要器件作如下介紹：（一） AT89S52單片機的技術(shù)應(yīng)用At89s52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，在系統(tǒng)可編程的flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O 口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷

5、結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機停止一切工作，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。具體特點表現(xiàn)為：性價比優(yōu)異；高集成度、小體積、高可靠性；低電壓、低功耗?；贏T89S52單片機以上的性圖4 AT89S52單片機結(jié)構(gòu)圖能特點，因此選擇了它作為系統(tǒng)的控制芯片。在構(gòu)造單片機最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，適當(dāng)增加外圍電路，形成各控制模塊。AT89S52單片機結(jié)構(gòu)如圖4所示。系統(tǒng)已設(shè)置好在系統(tǒng)接通電源啟動時，默

6、認為自動控制，若要切換為手動控制只需按一下切換開關(guān)即可，此時標志燈滅。自動控制時，AT89S52單片機通過檢測DS18B20所采集到的溫度信息，做出相應(yīng)的判斷，并執(zhí)行系統(tǒng)之前已設(shè)置好的命令。（二）DS18B20數(shù)字溫度傳感器的溫度采集圖5 DS18B20數(shù)字溫度傳感器DALLAS最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18820，無需外部元件可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為3.0 V至5.5 V，無需備用電源，測量溫度范圍為-55 至+125 。華氏相當(dāng)于是-67F到257華氏度，-10至+85范圍內(nèi)精度為0.5。圖6 DS18B20數(shù)字溫度傳感器仿真圖溫度傳感器可編程的分辨率為912位，溫度轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字格

7、式最大值為750毫秒用戶可定義的非易失性溫度報警設(shè)置應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費電子產(chǎn)品溫度計，或任何熱敏感系統(tǒng)。描述該DS18B20的數(shù)字溫度計提供9至12位可編程設(shè)備溫度讀數(shù)。信息被發(fā)送到DS18B20 通過1線接口，所以中央微處理器與DS18B20只有一個一條口線連接。讀寫以及溫度轉(zhuǎn)換可以從數(shù)據(jù)線本身獲得能量，不需要外接電源。 因為每一個DS18B20的包含一個獨特的序號，多個ds18b20s可以同時存在于一條總線。這使得溫度傳感器放置在許多不同的地方。作為外界溫度采集的一個模塊，相當(dāng)于一個信息源，對于整個系統(tǒng)的運行起到一定的決定作用。該傳感器將采集到的溫度傳送到單片機，為單片機

8、提供了信息源，并使單片機通過檢測傳感器提供的信息，做出相應(yīng)的執(zhí)行命令，從而使數(shù)字溫度傳感器溫度采集模塊與單片機最小系統(tǒng)模塊緊密結(jié)合起來。圖6 是利用Proteus和Keil軟件進行仿真得到的一個圖：該裝置采集到的信息傳給單片機后，單片機將相應(yīng)的溫度值通過三極管驅(qū)動數(shù)碼管顯示出來。（三）二極管、光敏電阻及密封不透光裝置的作用此裝置主要由二極管、光敏電阻和密封的不透光設(shè)備（黑色電膠布）組成，二極管與光敏電阻對接并固定，光敏電阻的兩腳與調(diào)速器上的電阻并聯(lián)。當(dāng)風(fēng)扇開關(guān)打開時，自動進入自動調(diào)速狀態(tài)。溫度傳感器自動工作，將測出溫度傳送到單片機中，單片機將接收到的溫度值進行對比運算，再在內(nèi)部產(chǎn)生相應(yīng)占空比的

9、PWM波形，用PWM輸出給發(fā)光二極管產(chǎn)生不同亮度的光，二極管產(chǎn)生的光在封閉裝置中傳給光敏電阻，光敏電阻對不同亮度的光會發(fā)出不同的電阻值，光敏電阻輸出的阻值再送到調(diào)速器的電位器輸入端，調(diào)速器再根據(jù)不同的阻值通過可控硅控制輸出電壓給風(fēng)扇，從而達到自動調(diào)速的目的。切換為手動控制時，標志燈滅，與光敏電阻對接的二極管不亮，此時光敏電阻無窮大，相當(dāng)于斷路，所以電流只能直接通過調(diào)速器，即電風(fēng)扇直接由調(diào)速器控制。三、系統(tǒng)調(diào)試與測試系統(tǒng)調(diào)試主要放在數(shù)碼管的顯示和單片機編程上，利用Proteus和Keil軟件仿真，設(shè)計好元器件要如何安放在面包板上，整體位置確定后進行焊接，編寫程序，調(diào)試成功后通過下載線下載到AT8

10、9S52單片機中，組裝好整個系統(tǒng)后進行整體調(diào)試。連接好電路后，用已加熱的烙鐵在數(shù)字溫度傳感器周圍加熱，使溫度傳感器18B20附近溫度升高，溫度由低到高，到達35之后電風(fēng)扇全速運行；將空調(diào)調(diào)到24以下，并用空調(diào)風(fēng)向整個裝置吹，使溫度慢慢下降，降低至24時，電風(fēng)扇停止工作。這樣兩個過程，很好的檢測電風(fēng)扇是否能根據(jù)溫度變化而實現(xiàn)自動起停，經(jīng)實驗，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)電風(fēng)扇的自動起停，而且反應(yīng)靈。達到了預(yù)期的結(jié)果。四、結(jié)論傳統(tǒng)電風(fēng)扇有許多地方有待于改良，最突出的缺點是缺乏自動化和調(diào)節(jié)連續(xù)性，造成浪費電資源，引起生活不便。我實驗成功的室內(nèi)風(fēng)扇自動調(diào)控系統(tǒng)能夠基本上解決這些問題。該系統(tǒng)方便易用，操作簡單，可根據(jù)室內(nèi)溫度的變化來調(diào)節(jié)風(fēng)速，給用戶一個最舒適的感受。該產(chǎn)品可滿足廣大人群的需求，低成本，低功耗，是廣大電風(fēng)扇用戶的明智之選?！緟⒖嘉墨I】1李平,杜濤,王靖.單片機入門與開發(fā).北京:機械工業(yè)出版.2008.2周堅.單片機C語言輕松入門.北京:北京航空大學(xué)出版社.2006.3周興華.手把手叫你學(xué)單片機C語言程序設(shè)計.北京:北京航空大學(xué)出版社.2007.4馬忠梅,籍順心,張凱,馬巖.單片機的C語