摘要：在炎热的夏天人们常用电风扇来降温，但传统电风扇多采用机械方式进行控制，存在功能单一，需要手动换挡等问题。随着科技的发展和人们生活水平的提高，家用电器趋向于自动化、智能化、环保化和人性化，使得智能电风扇得以逐渐走进了人们的生活中。智能温控风扇可以根据环境温度自动调节风扇的启停与转速，为了实现这一功能，本文对一款基于单片机的智能温控风扇设计进行分析探讨。
关键词：单片机；智能温控风扇；设计要点
1.单片机及智能温控风扇概述
随着科学技术的进步与发展，电风扇得到了很大的发展。最初从古代的手动扇子；到1880年，美国人舒乐首次将叶片安装于电动机，创造了传统的电风扇；再到现在，随着计算机技术的发展，又出现了智能电风扇，提高了人们的生活水平。
电子技术的飞速发展，给人类的生活带来了巨大的变革，特别是随着大规模集成电路的产生而出现了微型计算机，更是将人类社会带入了一个新的时代。利用微型计算机的强大功能，人们可以实现各种各样的控制。但是，微型计算机造价高，而且对于大多数的工业控制来说，也并不需要微型计算机那样强大的功能，于是单片机就应运而生了。实际上，单片机也是一个简化的微型计算机，其将微型计算机的CPU、存储器、I/0接口、定时器等集成在芯片上，它同样能够实现各种控制功能。相对微型计算机来说，单片机价格低，较适于运用在简单的控制场合，以降低成本。另外，单片机也具有很高的可靠性，其也可以在一些工业现场复杂的环境下运行。单片机依靠其较高的可靠性以及高的性价比，在工业控制、数据采集、智能化仪表、家用电器等方面得到极为广泛的应用。
传统的电风扇已经为人类服务了100多年了，但由于近年来计算机技术的迅猛发展，随之迎来了风扇的智能化，从此智能温控风扇由此诞生。智能温控电风扇能够根据当前环境的温度变化来自动调节风扇的转速，从而达到控制环境温度的目的。为此，本文分析了一种采用STC89C51单片机的智能温控风扇的设计。
2.对采用STC89C51单片机的智能温控风扇设计分析
某智能温控风扇设计采用STC89C51单片机为主控芯片，采用数字型温度传感器DS18B20检测环境温度，通过LCD1602实时显示温度值。该系统添加了按键，用户可通过按键进行设置温度的上、下限值，并将数据保存在单片机EEPROM中，实现掉电存储功能。当所采集温度超过上限值时，蜂鸣器鸣叫、LED灯亮、风扇全速转动；当所采集温度低于下限值时，蜂鸣器鸣叫、LED灯亮、风扇停止运转；当所采集温度介于上下限温度之间时，蜂鸣器、LED灯停止工作、风扇中速运转。
2.1硬件系统设计
2.1.1 STC89C51单片机系统设计
单片机系统必备的元器件主要有三部分：电源、晶振电路、复位电路。该设计中51单片机的正常工作电压为4.5～5.5V，因此采用USB电源线供电。XTAL1和XTAL2是两个输入和输出独立且反向的放大器，采用芯片内部振荡电路，XTAL1、XTAL2引脚接两个30pF的陶瓷电容和一个12MHz石英体，内部振荡器产生自激振荡。复位电路分为上电自动复位和开关复位，通电后，电容两端电压不能瞬间发生变化，因为RST与电容的负极相连接，电压全部加在电阻R1上，此时RST的输入处于高电平，STC89C51单片机芯片复位。随后电源放电给电容充电，电阻R1上的电压逐渐减小直至约等于0，此时STC89C51单片机芯片正常工作。复位按键并联在电容上，初始状态时，电路上电复位，当STC89C51单片机芯片正常工作后，通过按下按键使RST管脚出现高电平达到手动复位的效果。
2.1.2温度传感器系统设计
该设计选用DS18B20温度传感器，相比传统的热敏电阻以及其他温度测量元器件，更为直观，数据可直接读出，能通过编程实现9～12位的数字值读数方式。当DS18B20模块接收到温度转换指令时，立马启动转换。转换完成后，温度值就可以按显示器系统显示数值位数以二进制补码形式储存在高速暂存存储器的第一和第二个字节。单片机可以通过单线接口按照由低位到高位的顺序读出该数据，数据格式以0.0125℃/LSB形式表示。符号位S取值分为0和1，S=0表示正值，可以直接测得的温度数据由二进制转换为十进制；S=1表示负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。实际使用过程中在I/O
引脚接一个10kΩ的上拉电阻。
图1 DS18B20 电路图
2.1.3 LCD1602液晶显示器系统设计
LCD1602液晶是一种点阵型液晶模块，它可以显示16×2=32个字符，分2行16列显示。其将显示器的7个数据端引脚与51单片机的P0相连接，方便进行数据的传输，而液晶调节端V0口与可调电位器连接，通过调节电位器来控制液晶调节端的电压，从而达到调节显示屏清晰度的目的；同时因为不同场合，光线强度以及周边环境不同，液晶调节端对电压要求有所不同，用电位器替代常规的定值电阻可以使液晶调节端的电压可控。
2.1.4风扇驱动电路设计
设计实验过程中利用小风扇模拟实际风扇，小风扇的额定电流为0.1～0.5A，但51单片机的输出电流范围为4～20mA，不足以直接驱动小风扇，因此增加一个电流放大器。本设计选用L9110S驱动芯片带动风扇，L9110S具有两个输入端和两个输出端，输出端接电机，输入端接单片机IO口，单片机在控制端输入两个相反的电平，就可以驱动电机正转或反转。当输入两个一样的电平，比如都输入0或都输入1时，电机会处于停止状态。
2.1.5独立按键电路设计
独立按键主要有设置键、加值键、减值键；其中按键的一点与单片机I/O串口的电源地相连接，三个按钮分别连接到51单片机的P10、P13、P16引脚；当I/O串口悬空时默认为高电平，按键按下时I/O串口的电平被拉低，通过循环检测有无低电平来判断是否有按钮被按下。
2.2软件系统设计
该系统设计采用KeilμVision4进行编程实现，软件系统设计包括发送程序、接收程序、执行程序三部分。发送程序是系统的指挥中心，将指令信息发送到系统，设定初始值；接收程序主要负责识别和接收信息，并对信息进行处理比较，发送反馈信息；执行程序根据接收程序发送的反馈指令，按照不同的速度进行运转。
结束语：综上所述，基于51单片机的智能温控风扇系统实现了检测识别外部环境温度，根据外部环境温度自动调节风扇的转速，克服了传统电风扇一直定速运转和定时范围有限的缺点，相比于空调既经济又环保节能，适用于儿童、老年人和运动不便的人群，具有很大的市场前景。
参考文献：
[1]蓝厚荣.单片机的PWM控制技术[J].工业控制计算机.2010.
[2]贺廉云.基于单片机的智能温控风扇设计[J].智能计算机与应用.2016.
[3]蒋小军.基于单片机的智能温控风扇的设计[J].科技展望.2016.
论文作者:冯凡彬
论文发表刊物:《基层建设》2018年第23期
论文发表时间:2018/9/18
标签：单片机论文; 风扇论文; 智能论文; 电风扇论文; 微型计算机论文; 温度论文; 按键论文; 《基层建设》2018年第23期论文;