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浅析自动调温电风扇的设计与原理 摘要：单片机因其体积小、重量轻、集成程度高、抗干扰能力强，在日常生活中得到了越来越广泛的应用，特别在小型的自动控制系统的应用中大放异彩。本文基于AT89C51单片机设计了电风扇自动调温系统，使得电风扇可以根据外界温度自动调节转速，让电风扇这一家用电器变的更智能化，具有重要的现实意义。 关键词：单片机；电风扇；自动调温 电风扇起停的自动控制,对解决人们夏天晚上熟睡时,由于夜里温度下降而导致受凉,或者从睡梦中醒来亲自开关电风扇的问题,具有重要的现实意义。本文从此目的出发利用AT89S52单片机设计了自动温控电风扇系统,以25℃为分界线控制电风扇开关，当温度高于25℃时自动打开，低于25℃时自动关闭，并实现了当温度过高或过低时,蜂鸣器发出声音报警提醒人们注意避暑或防止受凉。 一、自动调温电风扇概论 我们常见的风扇通常是人为的调节档位，用风速来适应不同的外界温度，但自动调温的电风扇可以通过单片机与温度探测器结合，将其应用于家用电风扇的转速精确控制上，进而实现自动调温。 （一）设计目的 电风扇以其低廉的价格使它成为夏季使用最广泛的纳凉工具，但通宵达旦的使用,易让人产生感冒，更有甚者会危害使用者长期裸露在外的关节。 智能电风扇能通过单片机控制来实现直流电动机运转频率的自动调节，从而达到改变风速的目的，避免上述现象的产生。 （二）自动调温电风扇的简介 自动调温电风扇使用直流电动机控制以模拟电路为基础，运算放大器、非线性集成电路以及数字电路组成，使得对电风扇各档风量的调节更加细化，电风扇的控制更具人性化，同时自动调温电风扇具有全自动、控制简单、智能化、制作容易等特性。使用温度传感器、专用控制集成电路和单片机，实现当室温达到自己所设定开启风扇的温度时，电风扇便自动开启，并且可以根据室温变换风速；当室温低于这一设定温度时，电风扇自动关闭。同时显示当前室内的温度和风扇所设定的温度，提醒人们合理使用风扇。 二、自动调温电风扇的具体结构 自动调温电风扇有内部结构和外部结构组成。 （一）内部结构 内部结构由集成电路板和直流电机组成，整个部分电路板是重中之中，它上面连接了有单片机，温度传感器，延时开关电路, 按键式电磁开关，LED显示器，A/D、D/A转换电路、可控硅触发控制电路、振荡电路、电源电路等。 直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约大量的人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。 （二）外部结构 由外壳、风扇叶、开关、电源线、网罩、转页组成。 三、自动调温电风扇控制系统设计 （一）AT89C51部分 复位在振荡器工作时将RST脚保持至少两个机器周期高电平12 时钟模式为24个振荡器周期6，时钟模式为12，振荡器周期可实现复位为了保证上电复位的可靠，RST保持高电平的时间至少为振荡器启动时间（通常为几个毫秒）再加上两个机器周期。复位后，振荡器以12时钟模式运行当已通过并行编程器设置为6时钟模式时除外。 XTAL1和XTAL2为输入和输出，可分别作为一个反相放大器的输入和输出。此管脚可配置为使用内部振荡器。要使用外部时钟源驱动器件时，XTAL2可以不连接而由XTAL1驱动。外部时钟信号无占空比的要求，因为时钟通过触发器二分频输入到内部时钟电路。 （二）按键部分 按键电路采用的是单片机89C51的15、16、17脚作为按键的输入端子。它们分别是SW1开关按键、SW2递减按键、SW3递增按键。当按下开关按键时会给单片机一低电平，从而单片机检测到这个脚电平的变化，会做出下一步的处理，经内部分析运算后输出相应的控制数据。开关按键的是单片机内部的T1记数功能，当此脚电平变化一次，内部就会记一次数。 递减按键用的是单片机的3.6口。当此按键按下一次就会使P1口所有的输出端口就会变化。递增按键用的是3.7口，工作过程同递减按键3.6口。 （三）继电器控制电路部分 继电器有线圈、常开触点、常闭触点。常开触点在线圈不通电的情况下是断开的,当线圈中有电流经过时,常开触点闭合;常闭触点在线圈不通电的情况下是闭合的,当线圈中有电流经过时断开。本设计用到的是继电器的常开触点,即在继电器线圈没有电流经过时是断开的状态,当继电器线圈中有电流经过时闭合导通。从而实现弱电控制强电,单片机是弱电器件,一般情况下它的工作电压为5V,电风扇工作所需电压为220V,属于强电,强电不能和弱电有任何电器接触,防止强电进入到单片机内,继电器起到隔离作用。由于单片机是一个弱电器件,它的工作电压是5V,驱动电流在mA级以下,而现在要把它用于一些大功率场合,控制电风扇,显然是不行的。所以,就要有一个环节来衔接,这个环节就是所谓的“功率驱动”,继电器驱动就是一个典型的、简单的功率驱动环节。继电器驱动就是单片机与其他大功率负载接口,起到控制作用,三极管起到放大作用。 （四）数模转换部分 DAC0832是双列直插式8位D/A转换器。能完成数字量输入到模拟量(电流)输出的转换。其主要参数如下：分辨率为8位，转换时间为1μs，满量程误差为±1LSB，参考电压为(+10～-10)V，供电电源为(+5～+15)V，逻辑电平输入与TTL兼容。在DAC0832中有两级锁存器，第一级锁存器称为输入寄存器，它的允许锁存信号为ILE，第二级锁存器称为DAC寄存器，它的锁存信号也称为通道控制信号/XFER。该D/A转换器为20引脚双列直插式封装。 （五）缓冲与保护部分 缓冲电路作用是把D/A数模转换集成电路输出的控制电压进行放大后去推动LM317输出所要的电压。保护电路是由（R10、R11、R12）取样电阻和单片机的25脚组成。工作原理是：当单片机检测到负载短路时，25脚的电压会发生变化这时单片机就认为负载短路迫使整机处于待机状态，使输出电压为零从而保护了三端稳压器不至于损坏，并且还避免了负载因短路在扩大故障范围。 （六）自动调温电风扇的整体硬件电路 220V是电经变压器将压后变成15V的交流电压，经整流电路后变成正负15V左右的直流电压。-15V电压送到缓冲放大集成运放为其提供负的工作电压。+15V直流电压经五伏稳压后变成稳定的5V电压为单片机和D/A数模转换集成电路提供工作电压。数模转换器是一个八位的D/A转换器件。当输入的数据全为0时，其数控电源输出的电压接近0V。当输入的数据全为1时，其数控电源输出电压最高接近基准电压。基准电压值由VREF决定。 当用电器（负载）短路或过载现象时，会到造成输出电压大幅度下降，此电压经取样电路后的电压也会下降很多，这时P2.4口的电位也随之降低。程序立即检测到P2.4这一变化。立即使P2.5口为低电平从而使V3导通，继电器工作切断输出电压。这时整机也转入待机状态，直至故障排除后才能重新开机，否则整机将一直处于待机状态 。 电风扇我们都很熟悉，但要想把单片机技术运用到电风扇上是不简单的事情。在设计过程中，遇到了如何实现平滑的调速问题。利用现场的温度与设定的温度之间的差值，如果差值愈大则输出的数字电压也会越大，然后把数字信号转换成模拟信号，由于直流电机有直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速的特点。所以用转换成的模拟信号去控制直流电机，进行风扇的调速。里面还有需要进一步人性化的完善。例如，可以利用热释传感器检测有没人存在，来自动运转电风扇，让电风扇更加智能化。 本文来源：https://www.dywdw.cn/6ad9f16974eeaeaad1f34693daef5ef7ba0d128f.html
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2023-06-23
