陸陽峻輝

摘要：隨著低碳生活的概念深入人心，人們?cè)诋?dāng)今的生活中更提倡節(jié)能環(huán)保，電扇作為一個(gè)常用電器，應(yīng)該被改進(jìn)的更加智能化、節(jié)能化，本設(shè)計(jì)制作的智能溫控風(fēng)扇是以AT89C52單片機(jī)為基礎(chǔ)所作。核心器件是單片機(jī)，溫度傳感器選擇DS18B20可以采集當(dāng)前溫度，本設(shè)計(jì)的硬件部分主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)、按鍵電路、顯示電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、溫度控制電路、電源電路以及人體感應(yīng)電路。其軟件部分主要包括主程序模塊溫度傳感及顯示模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。可由用戶設(shè)置高、低溫度值，測得溫度值在高低溫度之間時(shí)打開風(fēng)扇弱風(fēng)檔，當(dāng)溫度升高超過所設(shè)定的溫度時(shí)自動(dòng)切換到大風(fēng)檔，當(dāng)溫度小于所設(shè)定的溫度時(shí)自動(dòng)關(guān)閉風(fēng)扇。設(shè)置合理，成本低，具有較強(qiáng)的的利用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：單片機(jī);溫度傳感器;智能控制;風(fēng)扇

傳統(tǒng)的電風(fēng)扇多采用機(jī)械控制的方法，有很多麻煩的地方如噪音大、耗電高且各檔位風(fēng)速變化太大。隨著科技的逐漸發(fā)達(dá)人們對(duì)生活的要求也逐漸提高，新型智能風(fēng)扇也逐漸開始走進(jìn)千家萬戶，相比于傳統(tǒng)風(fēng)扇，它的優(yōu)點(diǎn)在于更在智能，能夠自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)人們的需求，同時(shí)也更加環(huán)保。單片機(jī)這種常用的微型處理器具有高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的好處，對(duì)于這種小型自動(dòng)化產(chǎn)品非常適用。 本系統(tǒng)通過DS18B20溫度傳感器采集外界溫度輸入給單片機(jī)，再由單片機(jī)驅(qū)動(dòng)屏幕顯示以及電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，可以通過按鍵手動(dòng)設(shè)置上限溫度TH、下限溫度TL。當(dāng)檢測到溫度高于TH時(shí)，電機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出強(qiáng)勁風(fēng);當(dāng)溫度低于TL時(shí)，輸出低電平，沒有電流流過電機(jī)，風(fēng)扇停止;當(dāng)溫度介于TL和TH之間時(shí)，電機(jī)中速轉(zhuǎn)動(dòng)，風(fēng)速較緩和。在本設(shè)計(jì)中則可以實(shí)現(xiàn)智能控制，并且各個(gè)小系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，可以單獨(dú)工作，例如可以當(dāng)做溫度計(jì)使用等，相對(duì)于從前老式的電扇更加靈活智能，給生活帶來更多便捷。

1 相關(guān)基礎(chǔ)簡介

本次設(shè)計(jì)以AT89C52單片機(jī)為微處理核心，高精度溫度傳感器DS18B20采集外界溫度寫入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，利用7段數(shù)碼管來顯示當(dāng)前溫度值，12V直流電機(jī)做為風(fēng)扇，能夠智能根據(jù)外界溫度來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速從而改變風(fēng)速大小，實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的智能控制。另外通過熱釋紅外感應(yīng)系統(tǒng)，可以自己實(shí)現(xiàn)開啟、關(guān)閉的功能。人們也可以自己設(shè)置風(fēng)扇工作的溫度上下限，當(dāng)檢測到溫度低于下限值時(shí)，風(fēng)扇不動(dòng);當(dāng)溫度處于上、下限值之間時(shí)，風(fēng)扇緩慢轉(zhuǎn)動(dòng);當(dāng)溫度高于上限值時(shí)，風(fēng)扇高速轉(zhuǎn)動(dòng)。

2 智能溫控電風(fēng)扇設(shè)計(jì)

2.1 核心器件

2.1.1 單片機(jī)

AT89C52是一個(gè)采用低電壓，性能很高的COMS8位中央單片機(jī)，器件設(shè)計(jì)采用引領(lǐng)世界前沿的ATMEL公司的一種高密度、非易失性的存儲(chǔ)技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，兼容國際標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令控制系統(tǒng)，片內(nèi)置常用8位中央處理器和flash的閃存單元，AT89C52單片機(jī)在我國消費(fèi)電子行業(yè)中已經(jīng)有著十分廣泛的技術(shù)應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)邏輯如下圖1所示：

2.1.2 DS18B20的溫度處理方式

每個(gè)DS18B20采集溫度都有一個(gè)唯一的64位的序列號(hào)，以便允許多根同時(shí)連接到指定單根總線上。因此，它是使用簡單的微控制器來控制覆蓋了大片面積的DS18B20。這個(gè)功能在一些檢測和控制工程有著重要應(yīng)用。其引腳圖如下圖2所示：

2.2 基本電路設(shè)計(jì)

2.2.1 復(fù)位電路

如下圖3所示為復(fù)位電路：

單片機(jī)復(fù)位電路可以當(dāng)做一個(gè)重啟功能，當(dāng)我們的單片機(jī)系統(tǒng)在正常運(yùn)行的過程中，受到各種外界干而影響導(dǎo)致電腦程序系統(tǒng)無法正常穩(wěn)定的運(yùn)行時(shí)，按下自動(dòng)復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動(dòng)停止從頭開始或者停止執(zhí)行。

2.2.2 時(shí)鐘電路

如下圖4所示為時(shí)鐘電路：

大部分的單片機(jī)晶振電路都是在一個(gè)反向放大器兩端接入晶振，兩端再分別接上電容，并讓電容一段共地。晶振是給單片機(jī)提供工作信號(hào)脈沖的，該脈沖就決定了單片機(jī)的工作速度，之所以晶振一般選擇12MHz左右，是因?yàn)槿绻ぷ黝l率太高的話，會(huì)使單片機(jī)出現(xiàn)工作不穩(wěn)定的情況。

2.2.3 顯示電路

如下圖5所示為顯示電路：

一般的計(jì)算機(jī)七段發(fā)光數(shù)碼管都是單片機(jī)采用七個(gè)發(fā)光二極管來同時(shí)顯示0～9的符號(hào)和數(shù)字。對(duì)于分時(shí)驅(qū)動(dòng)的方式是可以選擇單片機(jī)動(dòng)態(tài)顯示分時(shí)驅(qū)動(dòng)，將所有的數(shù)碼管分時(shí)輪替控制各個(gè)數(shù)碼管的COM端，將八個(gè)筆畫“a，b，c，d，e，f，g，h”的數(shù)字同名端連接在一起，為公共極COM增加位選通控制電路，由各自獨(dú)立的I/O口控制，單片機(jī)會(huì)對(duì)共極COM段進(jìn)行控制，判斷出由哪一條數(shù)碼管進(jìn)行顯示，數(shù)碼管都會(huì)收到單片機(jī)輸出的字形碼，單片機(jī)所控的一條才會(huì)具體顯示。

2.3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)工作的主要流程為：按鍵設(shè)定溫度上下限，即規(guī)定風(fēng)扇工作的溫度范圍，單片機(jī)內(nèi)部記錄下上下限，DS18B20模塊檢測現(xiàn)場溫度并輸入單片機(jī)與規(guī)定溫度進(jìn)行對(duì)比，不同的溫度范圍驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊以相應(yīng)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)然，這些流程的工作前提是紅外模塊探測到有人體在范圍內(nèi)活動(dòng)。整個(gè)系統(tǒng)由各個(gè)模塊協(xié)同合作，形成智能調(diào)控。系統(tǒng)主要包括主程序，讀溫度子程序。

2.3.1 主程序圖

如下圖6所示，主程序作為整個(gè)系統(tǒng)的框架，對(duì)其余各個(gè)模塊起到調(diào)動(dòng)作用，在初始化后，會(huì)反復(fù)檢測各個(gè)模塊的緩沖區(qū)標(biāo)識(shí)，判斷哪個(gè)模塊需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再調(diào)用相應(yīng)的子模塊。

2.3.2 溫度傳感模塊及顯示模塊

本模塊分為四個(gè)部分;檢測模塊、讀溫模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、顯示模塊。

檢測與復(fù)位的程序功能是判斷DS18B20是否可以正常運(yùn)作，如果可以標(biāo)志1，不可以則置0，只有輸出1時(shí)才可以進(jìn)行后續(xù)的操作。如下圖7所示

3 結(jié)語

本設(shè)計(jì)利用89C52 芯片控制溫度傳感器DS18B20，再結(jié)合其余外圍電路能夠?qū)Ξ?dāng)前環(huán)境溫度做出精確測量并控制風(fēng)扇運(yùn)作，精度高、性能穩(wěn)定、可利用價(jià)值大。主要特點(diǎn)在于不同用戶可以改變?cè)O(shè)置便可滿足溫度的需求，由于可擴(kuò)展性強(qiáng)，稍加改變即可添加更多功能，造價(jià)低且具有穩(wěn)定性強(qiáng)、性能卓越、節(jié)約用電等優(yōu)點(diǎn)，在夜間不需要定時(shí)，亦能給人們帶來方便。

參考文獻(xiàn)：

[1] 付文宇.基于單片機(jī)的多功能數(shù)字時(shí)鐘的研究[J].內(nèi)江科技，2014（08）.

[2] 劉月茹.Proteus在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].電子世界，2012（09）.

[3] 張定祥.基于C51的芯片時(shí)序圖編程淺析[J].科技展望，2016（07）.

[4] 張志勇，唐永林，于繁華，等.嵌入式系統(tǒng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2016（01）.

[5] Gavrila D M ，Philomin V . Real-time object detection for “smart” vehicles[C]. Proceedings of the Seventh IEEE International Conference on Computer Vision. IEEE，2002.

[6] Fan X ，Zhang F ，Wang H ，et al. The system of face detection based on OpenCV[C]. Chinese Control & Decision Conference. IEEE，2012.

（作者單位：湖北科技學(xué)院）