無線遠(yuǎn)程遙控風(fēng)扇設(shè)計(jì)方案

　　引言

　　目前市場上銷售的風(fēng)扇主要是通過導(dǎo)線將轉(zhuǎn)速控制器和扇體連接起來，并且在使用的時(shí)候轉(zhuǎn)速控制器往往被固定在墻體上，不能夠?qū)崿F(xiàn)隨時(shí)隨地的對風(fēng)扇進(jìn)行調(diào)控。同時(shí)由于采用導(dǎo)線連接方式進(jìn)行調(diào)控風(fēng)扇，必然會鋪設(shè)大量的線路，造成線路冗余和浪費(fèi)。并且目前的絕大多數(shù)的電扇不具備根據(jù)外界環(huán)境智能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的功能，使得當(dāng)前風(fēng)扇的使用過于機(jī)械性。

　　本文設(shè)計(jì)一種可以遠(yuǎn)程遙控風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，并且通過PIC單片機(jī)控制在外界一定溫度下扇體可以自能調(diào)控自身的轉(zhuǎn)速，達(dá)到用戶可以像遙控電視一樣遙控風(fēng)扇，并且也不需要鋪設(shè)大量的尸體線路去連接轉(zhuǎn)速控制器和扇體。由于在扇體電路設(shè)計(jì)時(shí)，通過加入PIC單片機(jī)主控芯片智能的根據(jù)外界溫度（遙控器中傳送的溫度數(shù)據(jù)）自動控制轉(zhuǎn)速，大大節(jié)省了能源的利用，同時(shí)滿足用戶的需求。

　　1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　由于PIC16F873A單片機(jī)是采用精簡指令集（RISC）和FLASH存儲技術(shù)的高性能嵌入式單片機(jī)。具有功耗小、運(yùn)算速度快、外圍擴(kuò)展能力強(qiáng)等突出優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)分別采用兩片16F873PIC單片機(jī)對信號發(fā)射和接收控制電路的進(jìn)行控制。

　　如圖1所示基于PIC智能遠(yuǎn)程無線控制風(fēng)扇系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖，主要包括遙控信號發(fā)射電路、信號接收控制電路兩個(gè)重要部分。遙控信號發(fā)生電路包括：溫度傳感器、紅外管發(fā)射電路、檔位控制鍵以及顯示部分等；信號接收控制電路主要包括：紅外接收電路、狀態(tài)指示電路、風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)速控制電路以及電壓轉(zhuǎn)換電路等。

　　圖1 智能遠(yuǎn)程無線控制風(fēng)扇系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖

　　1.1 遙控信號發(fā)射電路設(shè)計(jì)

　　如圖2所示PIC16F873A單片機(jī)控制的遙控器發(fā)射電路設(shè)計(jì)原理圖。該電路主要以PIC50單片機(jī)為主控核心，包括行列式鍵盤電路、LCD1602液晶顯示器、DS18B20溫度才傳感器、紅外發(fā)射電路等。

　　本電路由兩塊1.5V的干電池供電。PIC16F873A單片機(jī)內(nèi)部帶有A/D轉(zhuǎn)換模塊，因此由DS18B20溫度傳感器采集來的數(shù)據(jù)可以直接由單片機(jī)進(jìn)行分析，無需外加A/D轉(zhuǎn)換模塊。為了提高CPU的效率，遙控信號發(fā)射電路的鍵盤采用中斷掃描的方式。行列式鍵盤電55路是由7個(gè)按鍵和7個(gè)二極管組成“與門”實(shí)現(xiàn)。7個(gè)按鍵包括：開關(guān)鍵、智能調(diào)控轉(zhuǎn)速鍵和5個(gè)檔位控制鍵。當(dāng)沒有按鍵按下時(shí)，單片機(jī)處于低功耗空閑等待狀態(tài)，當(dāng)有鍵盤按下時(shí)，相應(yīng)地二極管陰極電壓為零，二極管導(dǎo)通，同時(shí)觸發(fā)中斷1產(chǎn)生中斷，使單片機(jī)退出空閑狀態(tài)，進(jìn)入紅外發(fā)射程序。由于單片機(jī)產(chǎn)生37.91KHz的PWM，PWM占空比設(shè)置為1/3。在紅外通信時(shí)通過P3.5口輸出37.91KHz的紅外載波信號，經(jīng)過三極管放大，由紅外發(fā)射管發(fā)60射出去。電路是否處于工作狀態(tài)由D4發(fā)光二極管進(jìn)行指示，同時(shí)電路工作時(shí)檔位控制以及外界溫度都可以在LCD1602中顯示。

　　圖2 遙控器發(fā)射電路設(shè)計(jì)原理圖

　　1.2 信號接收控制電路設(shè)計(jì)

　　如圖3所示PIC16F873A單片機(jī)控制的信號接收控制電路。該電路主要包括：風(fēng)扇調(diào)速電路、交織電流轉(zhuǎn)換電路、紅外接收電路、單片機(jī)主控電路。遙控信號發(fā)射電路發(fā)射的紅外信號由信號接收電路接收傳遞給PIC16F873A單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)接收的不同信號進(jìn)行風(fēng)扇70不同工作狀態(tài)的處理。

　　由于風(fēng)扇工作時(shí)的電壓為220V，單片機(jī)的工作需要5V的直流電源。因此在電路設(shè)計(jì)時(shí)為了減少外部電池的使用，設(shè)計(jì)了220V交流轉(zhuǎn)5V直流的電路。該電路核心器件是LM7805穩(wěn)壓芯片為電路提供5V的穩(wěn)定直流電壓，L1、L2、D12、D13構(gòu)成全波整流電路，將工頻交流電轉(zhuǎn)換成具有直流成分的脈沖直流電，由于二極管具有單向?qū)щ娦裕鸬介_關(guān)的作用。

　　L3、L4、D14、D15、C5、C6、L5、R16構(gòu)成濾波電路，將脈沖直流中的交流部分濾除，增加直流部分，電感電容起到濾波的作用。LM7805集成芯片、D16、C4、R15構(gòu)成穩(wěn)壓電路，對整流后的直流電壓采取進(jìn)一步的穩(wěn)壓，D16為輸出保護(hù)二極管，保護(hù)LM7805輸出級不被損壞。

　　本電路采用的紅外接收管型號為SFH4500。紅外接收管包括：紅外監(jiān)測二極管、放大80器、限幅器、帶通濾波器、積分電路、比較器等。紅外監(jiān)測二極管監(jiān)測到紅外信號，然后把信號送到放大器和限幅器，限幅器把脈沖幅度控制在一定的水平，而不論紅外發(fā)射器和接收器的距離遠(yuǎn)近。交流信號進(jìn)入帶通濾波器，帶通濾波器可以通過30khz到85khz的負(fù)載波，通過解調(diào)電路和積分電路進(jìn)入比較器，比較器輸出高低電平，還原出發(fā)射端的信號波形。

　　圖3 信號接收控制電路設(shè)計(jì)原理圖

　　風(fēng)扇調(diào)速電路主要由橋式電路D1、光電耦合器6N137、SCR可控硅、三極管Q1等組成。PIC16F873A單片機(jī)產(chǎn)生可控硅控制的移相脈沖，通過改變相角實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通角的改變，進(jìn)90而改變輸出的電路的電壓，控制電扇的電機(jī)轉(zhuǎn)動。當(dāng)導(dǎo)通角為0時(shí)電機(jī)停轉(zhuǎn)，導(dǎo)通角越大，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速越快。P1.6為低電平時(shí)Q1導(dǎo)通，6N137光耦導(dǎo)通進(jìn)而控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)機(jī)電路。由于數(shù)字電平上下跳變時(shí)集成電路耗電發(fā)生突變，容易引起電源產(chǎn)生毛刺，通常對開關(guān)電源影響比線性電源大，因?yàn)殚_關(guān)電源在開關(guān)周期內(nèi)不能響應(yīng)電流突變，而僅由電容提供電流的變化部分。一般數(shù)字電路越復(fù)雜，數(shù)據(jù)速率越高，累積的電流跳變越強(qiáng)烈，高頻分量越豐富。采用95光耦有利于降低噪聲的干擾，提高信噪比。

　　2 軟件設(shè)計(jì)

　　2.1 遙控信號發(fā)射系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

　　PIC16F873A控制軟件在MPLAB環(huán)境下用C語言開發(fā)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中首先要對系統(tǒng)進(jìn)行初始化：A/D轉(zhuǎn)換、IO口設(shè)置等。在該系統(tǒng)軟件主要實(shí)現(xiàn)對鍵盤的中斷方式掃描、對100DS18B20溫度傳感器的數(shù)據(jù)采集、紅外發(fā)射信號脈沖的控制、PWM編碼、液晶顯示器顯示控制以及工作狀態(tài)指示燈控制等［7］。如圖4所示為遙控信號發(fā)射系統(tǒng)程序流程圖。

　　圖4 遙控信號發(fā)射系統(tǒng)程序流程圖

　　2.2 信號接收控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

　　在該系統(tǒng)中依然采用PIC16F873A單片機(jī)作為控制核心芯片。該系統(tǒng)軟件主要實(shí)現(xiàn)對紅外信號控制接收、處理信號控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速（控制相角變化）、指示燈的控制等。如圖5所示信號接收系統(tǒng)程序流程圖。

　　圖5 信號接收系統(tǒng)程序流程圖

　　3 結(jié)論

　　利用PIC16F873A單片機(jī)作為主控核心器件，產(chǎn)生PWM脈沖信號控制紅外信號頻率以及PIC16F873A自身集成模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊方便的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效采集。還設(shè)計(jì)方案不僅有效解決了目前市場上常規(guī)風(fēng)扇的眾多不足之處，可方便實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離可控調(diào)節(jié)風(fēng)扇，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇自身的智能調(diào)節(jié)，降低了能源的消耗。在本電路中設(shè)計(jì)的引入交直電流的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了不同工作電壓器件，在同一電源下的順利安全工作，有效解決了不同規(guī)格電源選擇問題。該設(shè)計(jì)方案在滿足人們正常需求的同時(shí)，給人們的生活帶來了進(jìn)一步的方便與經(jīng)濟(jì)。