基于51单片机的温控风扇设计

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　　【摘要】    本文根据家用风扇出现的新需求，设计了能够根据周围环境温度变化而智能控制风扇电机的新型风扇。设计基于STC89C51单片机，采用DS18B20温度采集芯片，将转换得到的温度信息分析并用于控制电机的启停。设计实现了提升用户体验的目的，提供了一种新的風扇控制思路，为行业智能电器的设计升级提供了新的算法。成品顺利达成了设计目标，实际体验良好。
　　【关键词】    温度控制    单片机    风扇电机
　　引言
　　家用电风扇常常使用机械结构控制风扇输出的风力，但这种控制方式不够灵活，难以反映真实的温度变化情况。为了达到提升用户舒适度、提高产品设计质量的目标，需要引入单片机，设计合适的控制逻辑，提高用户满意度。本设计中将单片机用于家用风扇中，辅以温度检测和电机控制模块，实现了根据温度自动调节风机的输出功率，并将测量温度显示在4位7段数码管上。
　　一、系统概述
　　1.1 系统功能
　　本设计采用STC89C51单片机作为风扇的控制器，实现了根据环境温度自动调节风扇转速，进而自动调节周围环境温度的功能。若测量结果高于设定的最大温度，则单片机控制风扇电机满额功率工作，降低空气温度。若测量结果在设定的温度范围之内，则单片机控制风扇电机以三分之二的功率工作，起到了防止温度升高的作用。此外，系统将环境温度信息显示在4位7段数码管上。
　　1.2 系统结构
　　本设计中，包括了温度采集模块、风机控制模块、七段数码管显示模块、独立按键模块等部分。系统结构如下图所示。
　　二、温控风扇硬件设计
　　2.1 主控模块
　　本设计采用了STC89C51单片机作为风扇的智能控制器。STC89C51是美国ATMEL公司生产的高性能单片机，具有4千比特大小的程序存储器ROM和512千比特大小的数据存储器RAM。此型号单片机体积较小，其丰富的I/O口能够满足需求的多种功能。
　　2.2 外围模块
　　系统包含数个独立模块，包括温度采集模块、数码显示模块、风扇电机驱动模块和按键模块。
　　温度采集模块选用DS18B20作为温度测量芯片。测量范围和精度都满足本次设计的要求。DS18B20的数据接口接到单片机的P3^6口来传递测量数据和控制信息，不占用系统过多资源。
　　采用4位7段数码管作为温度显示的装置。可以在温度显示、温度最大值显示、温度最小值三种显示模式中切换。
　　风扇电机采用SD4010电机。其正极接口接到三极管的集电极，由单片机上的P3^7接口控制三极管的基极，以控制风扇电机的启停。三极管的发射极接到+5V电源，从而获得足够的功率驱动风扇电机。
　　系统按键采用独立按键接到单片机的I/O口，程序中采用循环检测模式检查是否按键被按下。设计实际采用了三个独立按键，分别控制设定温度加减、显示模式切换等功能。
　　三、温控风扇的软件设计
　　设计中，主程序经过初始化，进入一段死循环程序，这段程序首先进行DS18B20的温度转换子程序。DS18B20将周围温度转换成数字信息，当转换温度在合理范围之内，显示测量得到的温度。
　　此外，循环中还包括了循环键盘扫描程序，通过三个独立按键，可以调整显示模式，设置温度上限和下限并显示。当测量温度在设定范围内时，有三分之一的时间停止风扇供电，以达到设计目的。当测量温度高于最大温度时，则保持风扇全功率输出。
　　四、结论
　　本文对家用电风扇进行了控制方法的研究和改进，实现了环境温度控制风扇的功能。风扇的控制系统将周围环境温度信息进行采集转换，由转换得到的温度信息判断应当采取的控制策略，从而控制风扇风机输入的功率，起到了智能调节温度的目的。实际成品达成了设计目标，体验良好。
　　本设计中，包括了温度采集模块、风机控制模块、七段数码管显示模块、独立按键模块等部分。系统结构如下图所示。2  温控风扇硬件设计
　　2.1 主控模块
　　本设计采用了STC89C51单片机作为风扇的智能控制器。STC89C51是美国ATMEL公司生产的高性能单片机，具有4千比特大小的程序存储器ROM和512千比特大小的数据存储器RAM。此型号单片机体积较小，其丰富的I/O口能够满足需求的多种功能。
　　2.2 外围模块
　　系统包含数个独立模块，包括温度采集模块、数码显示模块、风扇电机驱动模块和按键模块。
　　温度采集模块选用DS18B20作为温度测量芯片。测量范围和精度都满足本次设计的要求。DS18B20的数据接口接到单片机的P3^6口来传递测量数据和控制信息，不占用系统过多资源。
　　采用4位7段数码管作为温度显示的装置。可以在温度显示、温度最大值显示、温度最小值三种显示模式中切换。
　　风扇电机采用SD4010电机。其正极接口接到三极管的集电极，由单片机上的P3^7接口控制三极管的基极，以控制风扇电机的启停。三极管的发射极接到+5V电源，从而获得足够的功率驱动风扇电机。
　　系统按键采用独立按键接到单片机的I/O口，程序中采用循环检测模式检查是否按键被按下。设计实际采用了三个独立按键，分别控制设定温度加减、显示模式切换等功能。
　　3  温控风扇的软件设计
　　设计中，主程序经过初始化，进入一段死循环程序，这段程序首先进行DS18B20的温度转换子程序。DS18B20将周围温度转换成数字信息，当转换温度在合理范围之内，显示测量得到的温度。此外，循环中还包括了循环键盘扫描程序，通过三个独立按键，可以调整显示模式，设置温度上限和下限并显示。当测量温度在设定范围内时，有三分之一的时间停止风扇供电，以达到设计目的。当测量温度高于最大温度时，则保持风扇全功率输出。
　　4  结论
　　本文对家用电风扇进行了控制方法的研究和改进，实现了环境温度控制风扇的功能。风扇的控制系统将周围环境温度信息进行采集转换，由转换得到的温度信息判断应当采取的控制策略，从而控制风扇风机输入的功率，起到了智能调节温度的目的。实际成品达成了设计目标，体验良好。
　　参考文献
　　[1]  张潇铭，庄云蕾，潘海婷，张福鼎.基于单片机的智能家居红外安全防御系统研究设计[J]. 轻工科技. 2018 （12）
　　[2]  孙静. 基于单片机的直流电机控制[J]. 科技资讯. 2018 （24）
　　[3]  王海珍，廉佐政，滕艳平. cc2530单片机多点温度采集实验设计[J]. 实验室研究与探索. 2018 （12）
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