STC89C52单片机下温度自动调节电风扇的开发

　　摘要：以电风扇为研究对象, 针对传统电风扇功能单一的缺点进行了改进, 增加了温控功能与遥控功能, 开发了一款基于STC89C52单片机的智能电风扇控制系统。风扇可根据所处的环境温度自动调节转速, 用户只需一部带蓝牙功能的智能手机就可实现遥控。该系统操作方便、可靠性高, 具有较高的实用价值。

　　关键词：风扇; 单片机; 温度控制; 智能;

　　Abstract：In this paper, taking the electric fan as the research object, the traditional electric fan with single function is improved. The functions of temperature control and remote control are increased. And an intelligent electric fan control system is developed based on STC89 C52 MCU. The fan can adjust the speed automatically according to the environmental temperature. Users using a smart mobile phone with Bluetooth function can realize the remote control on the fan. The system can be operated conveniently, and has high reliability and application value.

　　Keyword：electric fan; SCM; temperature control; intelligence;

　　电风扇是人们夏日解暑降温的常用电器, 有着广泛的应用。传统的电扇功能单一, 不能根据温度的变化自动调节风叶转速, 这对昼夜温差大的地区的人们来说使用极为不便[1]。晚间睡觉时, 通常在前半夜温度较高, 风扇转速调得高, 而到了后半夜人们睡着后温度下降, 再以高速风力吹风的话容易受凉感冒。如果能够开发出一种可以根据实时环境温度自动调节转速的风扇, 则可增加使用的便捷性, 既能预防感冒又可节能。传统风扇的另一个缺点是无遥控功能, 如果能够用智能机遥控风扇, 则将给用户带来极大的方便, 大大增加产品的市场竞争力[2]。为此, 本文设计了一种智能风扇, 以STC89C52单片机为主控芯片, 借助手机实现温控、遥控功能。

　　1、系统方案

　　系统设计以下功能: (1) 系统具有自动模式与手动模式; (2) 自动模式能够测量实时温度并显示, 根据温度的高低自动调节风扇转速; (3) 手动模式用户可根据需要自己手动调整风扇档位、转速。系统方案如图1所示, 由按键模块、通信模块、单片机最小系统、温度检测模块、显示模块、电机驱动模块等组成[3]。

图1 系统方案图

　　本设计的整体思路是:通过温度传感器DS18B20实时检测风扇所处环境的温度, 将温度信号传给单片机处理, 在显示模块上显示当前温度, 单片机将实时温度与预设的温度阈值相比较, 输出脉宽调制 (PWM) 信号给电机驱动模块, 去调节直流电机的转速。遥控模块与手机利用蓝牙技术通信, 与单片机之间用串口通信。设计一个手机APP, 用手机APP来实现蓝牙信号的发送与控制, APP上编制相应的按键与指示灯, 与控制系统上的按键与指示灯相对应。按键模块设计4个按键:开关机键, 自动挡与手动挡切换键, 还有自动状态下的手动调节电动机转速加减键。设置5个LED指示灯:分别为电源指示灯, 自动、手动挡指示灯, 另外三个作为高、中、低档位指示灯。

　　2、硬件设计

　　2.1、单片机最小系统

　　单片机最小系统如图2所示。单片机最小系统由单片机STC89C52、晶振电路、复位电路、4个按键和5个LED指示灯组成。其中, D2~D5是4个不同颜色的LED灯, 它们亮起的时候分别表示:自动挡、低速挡、中速挡、高速挡。当单片机P1.0~1.3输出低电平时, 相应的数码管就会被点亮, 将之与R3~R6相串联是为了起保护LED的作用。S1~S4为4个按键, 分别表示开关键、自动挡与手动挡切换键、档位减键、档位加键, 通过检测单片机P3.4~P3.7引脚的电平, 可以判断按键是否被按下。

图2 单片机自小系统

　　2.2、温度检测

　　温度检测部分电路如图3所示, 温度传感器使用DS18B20, 这是一种“一线总线”的数字温度传感器, 只需要一根数据线, 就能完成温度的测量[4]。这里采用外接电源的接法, 在VDD处连接一外接电源, 通过一个上拉电阻将外接电源与信号线相连。DS18B20温度传感器一直检测信号线上的电平, 当出现低电平时将做出应答, 在不需要测温时强制信号线为高电平, 可防止因信号线上电平的随机降低而使传感器产生误操作。信号线接单片机的P1.5口, 获取温度。

图3 温度检测电路

　　2.3、温度显示电路

　　温度显示电路如图4所示。本设计使用4位共阳极数码管显示温度, 单片机的P0口接数码管的a~h引脚, P2.0~P2.3接数码管的S1~S4引脚, 这样可以通过单片机的P0口控制每个数码管的字形, 通过P2.0~P2.3选通各个数码管。为了增加对数码管的驱动力, 使用四个PNP三极管驱动, 当P2.0~P2.3输出低电平时, 三极管导通, 此时S1~S4为高电平, 选通相应的数码管[5]。

　　2.4、无线通信电路

　　本设计使用蓝牙模块HC-05, 它的内部电路图如图5所示, 其中, RXD连接单片机的P3.1 (TX) 端口, TXD连接单片机的P3.0 (RX) 端口, 这样, 就可实现蓝牙模块与单片机的串口通信[6]。

　　2.5、电机驱动

　　电机用PWM (脉冲宽度调制) 信号驱动, 由单片机的P3.2端口输出PWM信号, P3.3端口一直输出低电平。将两个信号连接到L9110驱动板, 即两个引脚分别输出到驱动板的逻辑接口A-1A和A-1B端, 板子的输出端接直流电机的两个输入口。板子的外接电源电压可在2.5~12 V之间调节, 每个通道可达800m A的电流驱动能力[7]。

图4 温度显示电路

图5 蓝牙模块电路

　　3、软件设计

　　采用Keil4作为软件开发平台, 使用C语言编程, 软件总体流程如图6所示。按键有四个:分别为开关键、自动手动切换键、档位加、减键。LED指示灯有四个, 分别为自动指示、低速挡、中速挡、高速挡。程序里共用到了两个中断, 一个是定时器0的定时中断, 用于控制电机, 产生PWM波;另一个是串行口中断, 用来与蓝牙模块进行串口通信。程序开始, 首先进入初始化程序, 在初始化程序中打开定时器0中断和串行口中断, 因为串行口中断一直开着, 所以单片机在整个运行过程中一直检测串口上的数据, 通过手机传送蓝牙控制命令到蓝牙接收模块, 蓝牙接收模块再把命令通过串口传输到单片机上。

　　然后检测开关标志位是否为开, 如果标志位为关, 则关闭电机, 使风扇停止转动, 对数码管消除残留影像, 然后继续检测按键, 等待开关键按下。若标志为开, 则打开电机, 打开定时器0中断, 用于产生PWM波, 在中断程序中判断自动标志位是否为自动, 若是, 则检测温度并显示。

　　然后检测是否处于自动模式, 处于自动模式时, 中断程序中检测温度并显示, 然后返回继续检测开关;处于手动模式时, 中断程序中不执行检测温度并显示的功能。在手动模式时, 继续检测档位减键是否按下, 如果按下, 则档位减一, 若没按下则继续检测档位加键是否按下, 如果按下, 则档位加一。一共只有3个档位, 当档位减到低速挡再按下减速键的时候, 档位不再减低;在档位加到高速挡时再按下加速键的时候, 档位不再增加。最后执行LED灯显示子程序, 根据各个标志位的状态显示相应的LED灯, 然后返回到键扫描函数的初始位置, 继续检测按键。

　　4、实验结果及分析

　　设计印制板, 加工好后进行焊接, 编写程序, 调试成功后通过下载线下载到单片机芯片中, 组装整个系统, 进行整体调试, 系统实物如图7所示。系统设置两个温度阈值为26℃和28℃, 即温度小于26℃为低档, 大于26℃小于28℃的为中档, 大于28℃为高档。设计“蓝牙串口”这款手机APP, 如图8所示, 它的4个按键和4个指示灯与板子上的完全对应。

图6 程序流程图

图7 系统实物图

　　打开电源, 系统首先进入自动模式, 如图7实时温度为25.9℃, 风扇为低速挡, 转速较慢, 自动指示灯和低速挡指示灯亮起。当给温度传感器增温, 超过26℃时, 风扇为中速挡, 转速加快, 中速挡指示灯亮。继续增温, 当温度超过28℃时, 风扇为高速挡, 转速最快。按下自动手动切换键时, 进入手动模式, 此时按下档位加、减键后可手动调节转速。对系统的调控还可通过按下手机上的各个按键实现, 手机按键与系统按键是相对应的。

图8 手机APP界面

　　5、结束语

　　本文设计了一种能够根据实时温度自动调节转速的电风扇, 并具有遥控功能, 用户只需一部带有蓝牙功能的智能手机就能实现对系统的遥控。STC89C52单片机体积小、抗干扰能力强、可靠性高, 利用单片机实现温控系统, 性能可靠, 成本较低, 适合大众消费者。通过设计温控风扇系统, 人们不用再为手动调节风扇而烦恼;遥控功能的加入使得设计使用更加方便, 体现了家用电器的智能化、自动化、便民化。系统采用模块化设计思路, 便于拆卸和维修, 易于移植, 只要将电路和程序稍作修改, 就可应用于其他领域, 如大棚温度控制、电动机温度检测等。

　　参考文献
　　[1]赵志伟.智能与节能电风扇行业步入转型升级时代[J].现代家电, 2014 (13) :37-38.
　　[2]王竹立, 李小玉, 林津.智能手机与“互联网+”课堂——信息技术与教学整合的新思维、新路径[J].远程教育杂志, 2015 (4) :14-21.
　　[3]施君, 艾信友, 李杨, 等.基于单片机温控智能风扇的设计[J].科技创新与应用, 2015 (10) :75.
　　[4]吕建波.基于单总线数字温度传感器DS18B20的测温系统设计[J].现代电子技术, 2012, 35 (19) :117-119.
　　[5]钟久明, 韦建德, 刘汉军.大功率数码管驱动电路的优化设计[J].现代电子技术, 2012, 35 (6) :192-194.
　　[6]蒋萍花, 张楠.数据采集系统串口通信的设计与实现[J].电子测量技术, 2015, 38 (6) :139-142.
　　[7]梁国祥.基于单片机的风扇智能控制器硬件设计[J].宁德师范学院学报:自然科学版, 2012, 24 (2) :173-177.