李玲玲

（貴州廣播電視臺(tái)，貴州貴陽(yáng)550002）

一種智能電風(fēng)扇的設(shè)計(jì)

李玲玲

（貴州廣播電視臺(tái)，貴州貴陽(yáng)550002）

設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)控制的智能電風(fēng)扇，該設(shè)計(jì)以AVR單片機(jī)為核心控制器，通過(guò)DS18B20溫度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)所處環(huán)境溫度的檢測(cè)和對(duì)電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的控制。系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)環(huán)境溫度，智能判斷是否需要開(kāi)啟電風(fēng)扇，并根據(jù)不同的環(huán)境溫度來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以此使環(huán)境溫度達(dá)到一個(gè)最舒適的溫度。此設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了電風(fēng)扇的智能開(kāi)關(guān)和智能調(diào)速，在實(shí)際應(yīng)用中能有效地節(jié)約電能，給用戶(hù)更好的使用體驗(yàn)。

AVR單片機(jī)；DS18B20溫度傳感器；控制

電風(fēng)扇作為人們最常用的防暑降溫工具，因其價(jià)格低廉，實(shí)用性強(qiáng)而被較多地應(yīng)用于教室、辦公室、車(chē)間、家庭等場(chǎng)所。本文設(shè)計(jì)的智能電風(fēng)扇能夠?qū)崿F(xiàn)智能開(kāi)關(guān)，可以有效地避免環(huán)境溫度未達(dá)到設(shè)定溫度而電風(fēng)扇仍在工作造成的電源浪費(fèi)，達(dá)到節(jié)約能源的目的。此外，本文設(shè)計(jì)的智能電風(fēng)扇還能有效解決人們?cè)谑褂秒婏L(fēng)扇時(shí)遇到的一些困擾，如半夜降溫，而電風(fēng)扇仍在工作，容易引起感冒等，因此本文設(shè)計(jì)的智能電風(fēng)扇在實(shí)際生活中有較高的實(shí)用性。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的電風(fēng)扇是一種基于AVR單片機(jī)[1,2]控制的智能電風(fēng)扇。該設(shè)計(jì)在控制和性能上主要有以下特點(diǎn)：（1）實(shí)現(xiàn)了智能開(kāi)關(guān)功能。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，以DS18B20為溫度傳感器，用戶(hù)可以預(yù)先設(shè)定電風(fēng)扇的開(kāi)啟溫度閾值，當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)到室溫處于用戶(hù)設(shè)定的溫度值時(shí)，電風(fēng)扇自動(dòng)開(kāi)始工作，反之，當(dāng)室溫降至用戶(hù)設(shè)定溫度值以下時(shí)，電風(fēng)扇自動(dòng)停止工作。（2）實(shí)現(xiàn)了智能控溫功能。電風(fēng)扇可以自動(dòng)檢測(cè)環(huán)境溫度，系統(tǒng)可以根據(jù)用戶(hù)設(shè)定的溫度閾值來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，在不同的溫度區(qū)間段，對(duì)應(yīng)不同的轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了四個(gè)溫度區(qū)間段，當(dāng)環(huán)境溫度處于較高一級(jí)溫度區(qū)間段時(shí)，電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速自動(dòng)增加一檔，當(dāng)處于最高一個(gè)溫度區(qū)間段時(shí)，電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速達(dá)到最大值。反之當(dāng)環(huán)境溫度下降一個(gè)區(qū)間段，電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速自動(dòng)降低一檔，當(dāng)環(huán)境溫度降到

設(shè)定溫度的閾值以下時(shí)，電風(fēng)扇停止工作。本系統(tǒng)由于采用了智能開(kāi)（關(guān)）機(jī)和智能調(diào)速，室溫基本能控制在用戶(hù)感覺(jué)最舒適的溫度區(qū)間，有效杜絕了室溫低于設(shè)定溫度電風(fēng)扇仍在工作造成電能浪費(fèi)的現(xiàn)象。（3）實(shí)現(xiàn)了無(wú)極調(diào)速功能。本設(shè)計(jì)使用的PWM可實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速?gòu)?到最大功率之間的調(diào)速，能使電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速呈線(xiàn)性變化，很好地解決了傳統(tǒng)電風(fēng)扇因檔位風(fēng)速變化過(guò)大給人帶來(lái)的不適感。（4）實(shí)現(xiàn)了溫度實(shí)時(shí)顯示。采用數(shù)碼管[3]顯示實(shí)時(shí)溫度，用戶(hù)能即時(shí)了解當(dāng)前的室溫狀況，給用戶(hù)更好的使用體驗(yàn)。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

2 調(diào)速原理

脈寬調(diào)制（PWM）調(diào)速是通過(guò)調(diào)節(jié)脈寬來(lái)調(diào)節(jié)電壓，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制[4]。它是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路信號(hào)進(jìn)行控制的一種技術(shù)，應(yīng)用于電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，可以大大地節(jié)約能量。通常情況下模擬控制電路存在信號(hào)容易隨時(shí)間漂移，會(huì)產(chǎn)生一些不必要的熱損耗等現(xiàn)象。而PWM具有很強(qiáng)的抗噪性，且經(jīng)濟(jì)實(shí)用，使用PWM技術(shù)可以避免以上缺陷，實(shí)現(xiàn)用數(shù)字方式來(lái)控制模擬信號(hào)，可以大幅度地降低設(shè)計(jì)成本和電路中不必要的功耗。

本設(shè)計(jì)采用脈寬調(diào)制方式來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速?？刂齐姍C(jī)時(shí)，電源并非連續(xù)地向電機(jī)供電，而是在一個(gè)特定的頻率下以方波脈沖的形式提供電能。不同占空比的方波信號(hào)能對(duì)電機(jī)起到調(diào)速作用，這是因?yàn)殡姍C(jī)實(shí)際上是一個(gè)大電感，它有阻礙輸入電流和電壓突變的能力，因此脈沖輸入信號(hào)被平均分配到作用時(shí)間上，這樣，改變?cè)谑寄芏薖E2和PD5上輸入方波的占空比就能改變加在電機(jī)兩端的電壓大小，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。采用PWM調(diào)速技術(shù)，能有效控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，結(jié)合溫度傳感器和AVR單片機(jī)，即能實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇的智能調(diào)速功能。

3 主要元器件選擇

3.1 ATmega128a單片機(jī)簡(jiǎn)介

ATMEL公司在1996年開(kāi)發(fā)出了增強(qiáng)型內(nèi)置FLASH的RISC（ReducedInstructionSetcpu）精簡(jiǎn)指令集高速8位單片機(jī)，稱(chēng)作AVR[5]。AVR被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、工業(yè)實(shí)時(shí)控制、通訊設(shè)備等領(lǐng)域，是一種高性能、低功耗的AVR8位處理器，具有先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)，133條指令基本可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成，全靜態(tài)工作，工作于16MHz時(shí)性能高達(dá)16MIPS，具有兩路8位PWM、6路分辨率可編程的PWM。

3.2 DS18B20溫度傳感器簡(jiǎn)介

DS18B20溫度傳感器[6,7]體積小，硬件電路簡(jiǎn)單，屬于新一代適配微處理器的改進(jìn)型智能溫度傳感器。DS18B20的數(shù)字溫度計(jì)提供9到12位的攝氏溫度測(cè)量，并具有用戶(hù)可編程上限和下限報(bào)警功能?？蓱?yīng)用于HVAC、環(huán)境控制、建筑物、設(shè)備或機(jī)械內(nèi)的溫度檢測(cè)以及過(guò)程監(jiān)視和系統(tǒng)控制。

4 硬件電路

硬件電路見(jiàn)圖2。

圖2 硬件電路圖

5 結(jié)論

為了仿真及設(shè)計(jì)的便捷性，本文使用5V直流小電機(jī)來(lái)模擬220V電風(fēng)扇電機(jī)。硬件電路設(shè)計(jì)制作完成后，設(shè)置用戶(hù)溫度，當(dāng)設(shè)定溫度高于環(huán)境溫度時(shí)電風(fēng)扇不工作；當(dāng)環(huán)境溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，風(fēng)扇開(kāi)始自動(dòng)工作，并且根據(jù)環(huán)境溫度自動(dòng)控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。經(jīng)實(shí)際測(cè)試，打開(kāi)電風(fēng)扇電源，系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)當(dāng)前環(huán)境溫度，并自動(dòng)載入上次用戶(hù)設(shè)定的溫度。此設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能和目標(biāo)，達(dá)到了風(fēng)扇智能化的要求，具有廣泛的市場(chǎng)前景。

[1]宋建國(guó).AVR單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2004.

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（責(zé)任編輯：朱 彬）

The design of an intelligent fun

LI Ling-ling
(Guizhou Broadcasting and TV Station,Guiyang,550002,China)

In this paper,we design a kind of intelligent electric fan based on single-chip microcomputer,the designer based on AVR microcontroller as the core controller,through the temperature sensor DS18B20 to achieve environmental temperature detection and controlling to the fan’s speed.The system automatically detects the temperature of the environment,and determine whether the need to open the fan,and according to the different temperature values to adjust the motor speed to achieve a comfortable environment temperature.This design can achieve intelligent switch and intelligent control function.It can effectively save energy and provide a better user experience in real life.

AVR SCM;DS18B20 temperature sensor;control

TH811

A

1009-3583（2016）-0105-02

2016-03-12

李玲玲，女，湖南婁底人，貴州廣播電視臺(tái)技術(shù)中心工程師。