基于單片機(jī)的智能溫控風(fēng)扇設(shè)計(jì)

　　本設(shè)計(jì)為智能溫控風(fēng)扇系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇隨實(shí)時(shí)環(huán)境溫度而智能變速功能。

　　系統(tǒng)主要選用STC89C52單片機(jī)作為控制中心，DS18B20數(shù)字溫度傳感器采集實(shí)時(shí)溫度，再經(jīng)單片機(jī)處理后通過三極管放大信號(hào)后驅(qū)動(dòng)直流風(fēng)扇的電機(jī)。用戶可以預(yù)設(shè)上限、下限溫度值，當(dāng)測得環(huán)境溫度值在預(yù)設(shè)上下限值區(qū)間中時(shí)，此時(shí)風(fēng)扇以半速轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)溫度升高并大于預(yù)設(shè)上限溫度值時(shí)，風(fēng)扇會(huì)自動(dòng)調(diào)速，以全速轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)溫度降低并低于預(yù)設(shè)的下限溫度值時(shí)，這時(shí)風(fēng)扇電機(jī)自動(dòng)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。全程實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速隨外界溫度而智能自變。

　　1、系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖

　　溫度傳感器的選用

　　溫度傳感器主要有以下兩種方案可供選用：方案一：選用熱敏電阻作為溫度傳感器的核心元件。由于熱敏電阻的電阻會(huì)跟著溫度的變化而變化，如此就會(huì)產(chǎn)生模擬信號(hào)，隨后再將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，最終發(fā)送給單片機(jī)IN-0口進(jìn)行處理。具體熱敏溫度采集電路如圖2-2所示：

　　熱敏溫度采集電路

　　方案二：選用溫度傳感器DS18B20作為溫度傳感器的核心元件。通過其傳感溫度，然后直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)并傳給單片機(jī)處理。具體DS18B20采集電路如圖2-3所示：

　　圖2-3DS18B20溫度采集電路

　　對(duì)于方案一，熱敏電阻的最大特點(diǎn)就是它的價(jià)廉而且很多市場上都有這種元件，但熱敏電阻對(duì)溫度并不敏感，在溫度采集時(shí)很容易產(chǎn)生誤差。雖然這種誤差可以通過減小，但并不會(huì)避免。故本方案不適合本系統(tǒng)。

　　對(duì)于方案二，因?yàn)镈S18B20是單總線，且其集成度極高，所以該傳感器可以大幅度降低外部誤差。其次由于其感測溫度與熱敏電阻的方法并不一樣，使其具有較強(qiáng)的溫度識(shí)別能力。所測到的溫度直接就可以轉(zhuǎn)換成具體數(shù)字值并發(fā)送給單片機(jī)。因此，本方案比較適合該系統(tǒng)。

　　2、主控機(jī)的選用

　　方案一：選用凌陽系列單片機(jī)來控制系統(tǒng)，這類單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)不同的復(fù)雜邏輯功能，它將所有元器件都集成在一塊芯片上，集成度十分高，提高了穩(wěn)定性。凌陽單片機(jī)的系統(tǒng)處理速度很快，適合用于大規(guī)模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的控制。

　　方案二：采用ST89C52單片機(jī)控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。主要通過編程的方式對(duì)測得的溫度進(jìn)行判斷，然后輸出對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制。

　　由于ST89C52單片機(jī)要比凌陽系列單片機(jī)的價(jià)格低得多，且本設(shè)計(jì)不需要很高的處理速度，從經(jīng)濟(jì)和方便使用角度考慮，本設(shè)計(jì)更傾向于選擇了方案二。其次，通過單片機(jī)可以直接將測得溫度在顯示器上顯示出來。綜合來看，本系統(tǒng)更適合采用方案二。

　　2.2.3 顯示電路的選用

　　方案一：采用數(shù)碼管作為系統(tǒng)的顯示器。盡管數(shù)碼管顯示的內(nèi)容有限，但是對(duì)于本設(shè)計(jì)，只要顯示一些基本的數(shù)字和字母就已經(jīng)足夠了。并且價(jià)格低廉。

　　方案二：采用液晶字符式顯示屏作為系統(tǒng)的顯示器。能夠用軟件達(dá)到很好的控制，元件器簡單。

　　對(duì)于方案一，該方案具有成本低，功耗低的特點(diǎn)，顯示驅(qū)動(dòng)程序編寫是比較簡單的，唯一不足之處是其采用的是動(dòng)態(tài)掃描顯示方式，因此在這過程中會(huì)有短暫的閃爍，但我們可以通過增加掃描頻率來避免閃爍。

　　對(duì)于方案二，液晶顯示屏不僅可以顯示字符，甚至還能夠顯示圖形，這是LED數(shù)碼管遠(yuǎn)遠(yuǎn)做不到的。但也正是因?yàn)樗鼜?qiáng)大的顯示功能，使得液晶顯示屏的驅(qū)動(dòng)程序復(fù)雜，價(jià)格相對(duì)而言比較昂貴。從實(shí)用以及價(jià)格多角度來看，方案一更適合該系統(tǒng)。

　　2.2.4 調(diào)速方式的選用

　　方案一：采用變壓器調(diào)節(jié)方式，運(yùn)用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行變壓，當(dāng)風(fēng)扇電機(jī)接到不同電壓值的線圈上，電機(jī)的轉(zhuǎn)速也會(huì)轉(zhuǎn)變，如此就可控制風(fēng)扇風(fēng)力大小。

　　方案二：采用三極管驅(qū)動(dòng)PWM控制。

　　對(duì)于方案一，變壓器主要是調(diào)節(jié)電壓，那么在變壓過程中就會(huì)不可避免的存在損耗，效率不高。還有可能會(huì)發(fā)熱過度起火，帶來一些不必要的麻煩。

　　對(duì)于方案二，三極管PWM的最大長處便是無需數(shù)模轉(zhuǎn)換，從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)一概都是數(shù)字形式的。而數(shù)字信號(hào)正可以在極大程度上降低噪聲影響。PWM的第二大特點(diǎn)是它相對(duì)于模擬控制有更高的抗干擾能力，正因?yàn)槿绱?，在特定情況下亦可以將其用于通信。當(dāng)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)向PWM時(shí)會(huì)延長通訊的距離。故本系統(tǒng)采用方案二。