劉 程

六安職業(yè)技術(shù)學(xué)院（23700）

1 背景與意義

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，智能家居將家用電器與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，數(shù)千個(gè)家庭可以通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制家用電器。人們可以知道數(shù)百公里甚至數(shù)千公里外的家中的所有事物，通過Internet查詢和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)一步提高了電器的智能性，賦予家庭智能，極大地增強(qiáng)了家用電器的用戶體驗(yàn)[1]。

具有體積小、功耗小、價(jià)格低廉等特點(diǎn)的單片機(jī)無(wú)處不在。將硬件電路構(gòu)建的控制電路轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字電路與軟件程序結(jié)合的方式已廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域、家用電器領(lǐng)域等各個(gè)領(lǐng)域。智能云電視、智能變頻空調(diào)等，單片機(jī)的引入可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的控制算法，在我們的日常生活中達(dá)到更好的控制效果。我們看到了現(xiàn)在市場(chǎng)上的大多數(shù)具有功能單一、智能性差、用戶體驗(yàn)差等缺點(diǎn)的風(fēng)扇仍然是簡(jiǎn)單的硬件電路結(jié)構(gòu)，但它安裝方便，價(jià)格低廉，節(jié)能。由于電風(fēng)扇在夏季仍然是不少家庭必備的散熱設(shè)備，所以有效地改善家用電風(fēng)扇，應(yīng)用單片機(jī)的多功能自動(dòng)調(diào)溫風(fēng)扇系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有重要的應(yīng)用價(jià)值和研究意義。

2 單片機(jī)多功能自動(dòng)調(diào)溫風(fēng)扇系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概況

ATMEL公司創(chuàng)新地采用了更先進(jìn)的模糊控制和傳統(tǒng)的PID控制的89C-u52單片機(jī)，采用改變了傳統(tǒng)的PID速度調(diào)節(jié)算法的DS 18b20溫度傳感器。PID參數(shù)可根據(jù)轉(zhuǎn)速誤差自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的高精度控制。根據(jù)環(huán)境溫度的變化完成家用電風(fēng)扇實(shí)時(shí)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、語(yǔ)音廣播和錄音、時(shí)間顯示等功能的改進(jìn)，采用大量先進(jìn)的硬件和軟件技術(shù)，改變風(fēng)機(jī)的基本功能，增加了電風(fēng)扇的智能化，使電風(fēng)扇具有良好的應(yīng)用前景。這也是智能家居在家用電風(fēng)扇領(lǐng)域的有效嘗試。

近年來，大多數(shù)都采用傳統(tǒng)的PID控制算法，這對(duì)改善家用電風(fēng)扇的研究幫助較少。盡管有許多設(shè)計(jì)只是簡(jiǎn)單的開環(huán)速度控制，可以根據(jù)周圍的溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)速度，但是電風(fēng)扇的速度控制精度較差，沒有增加負(fù)速度反饋，并且使用的速度控制算法相對(duì)簡(jiǎn)單，電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的控制精度當(dāng)負(fù)載變化或電源電壓不穩(wěn)定時(shí)將明顯降低[2]。在傳統(tǒng)PID控制算法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)人員增加了智能控制領(lǐng)域的模糊控制，通過模糊控制算法實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整，根據(jù)不同的速度誤差實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。PID控制器的比例、積分和微分參數(shù)大大提高了風(fēng)扇速度控制的動(dòng)態(tài)特性和抗干擾性，增加了更多的自動(dòng)溫度調(diào)節(jié)風(fēng)扇系統(tǒng)，集成了多種功能，并能高精度控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。

3 多功能自動(dòng)調(diào)溫風(fēng)扇系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能

可以準(zhǔn)確收集當(dāng)前環(huán)境溫度，使電風(fēng)扇溫度傳感器具有“感知”當(dāng)前環(huán)境溫度的能力，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確收集當(dāng)前環(huán)境溫度的功能，為實(shí)現(xiàn)智能電風(fēng)扇提供了前提條件。

建立了直流電動(dòng)機(jī)的控制模型，通過MATLAB仿真軟件的Simulink工具箱實(shí)現(xiàn)模糊PID電動(dòng)機(jī)速度控制算法。采用PID控制算法，根據(jù)速度偏差的變化，合理地配置了模糊控制器，建立了輸入輸出的隸屬函數(shù)和模糊規(guī)則庫(kù)，通過模糊控制器提高PID控制器的比例、積分和微分參數(shù)精細(xì)調(diào)節(jié)，使電風(fēng)扇直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速系統(tǒng)更加準(zhǔn)確，快速達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速，無(wú)靜差，精度高[3]。

實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇各種運(yùn)行方式的功能。在固定檔運(yùn)行模式下，電風(fēng)扇以2 000 r/s運(yùn)行第一檔，以1 200 r/s運(yùn)行第二檔，以800 r/s運(yùn)行第三檔。用戶通過矩陣鍵盤輸入在設(shè)定溫度運(yùn)行模式下要設(shè)定的溫度。在滿足了用戶不同需求的自主運(yùn)行模式下，電風(fēng)扇的多模式運(yùn)行功能極大地提高了電風(fēng)扇的智能性和舒適性。

當(dāng)用戶在電風(fēng)扇前時(shí)，用于檢測(cè)一定范圍內(nèi)是否有使用者的紅外熱釋電傳感器可以自動(dòng)啟動(dòng)；當(dāng)使用者離開時(shí)，它可以自動(dòng)關(guān)閉。電風(fēng)扇具有對(duì)使用者的自我感應(yīng)能力。

使用DS 1302時(shí)鐘芯片精確計(jì)時(shí)，這種時(shí)鐘芯片可提供紐扣電池功能以及溫度、速度、時(shí)間的實(shí)時(shí)顯示功能，即使在系統(tǒng)關(guān)閉電源后仍可以正常計(jì)時(shí)，直接顯示溫度、速度和時(shí)間。