基于单片机的智能电风扇的设计

2010-10-16霍鹏飞段光宇滕敏陈建峰韩红梅

河南科技学院学报(自然科学版) 2010年4期

霍鹏飞,段光宇,滕敏,陈建峰,韩红梅

（1.河南科技学院,河南新乡453003；2.新乡电视台,河南新乡453000；3.河南司法警官职业学院信息技术系,河南郑州450011）

随着电子制造业的不断发展,社会对生产率的要求越来越高,各行业都需要精良高效、高可靠性的设备来满足要求.作为一种老式家电,电风扇具有价格便宜、摆放方便、体积轻巧等特点.由于大部分家庭消费水平的限制,电风扇作为一个成熟的家电行业的一员,在中小城市以及乡村将来一段时间内仍然会占有市场的大部分份额,但电风扇功能简单,不能满足智能化的要求.为提高电风扇的市场竞争力,使之在技术含量上有所提高,而且更加安全可靠,在现有市场上多功能电风扇的基础上,本文结合实际,采用7805稳压电源,设计一种新型的智能电风扇,该风扇功能更多,且具有多种人性化设计,大大提高电风扇的市场竞争力.

1 装置模块简介

智能电风扇的设计按照所假定的条件和要求,确定主要的组成部分：主要控制芯片、液晶显示模块、无线射频遥控装置、温度传感装置、热释电红外探测装置、电风扇装置.这几个装置合并起来就组成了一台智能电风扇.按照设定条件其主要参数要求：①温度范围：28～35℃,②探测距离：0.5～7 m,③遥控范围：0.5～10 m,④可调温、调湿,⑤工作角度不可大于60°.

1.1 遥控装置模块

本次设计采用PT2262/2272编码解码器（台湾普城公司）遥控装置,最多可有12位（A0-A11）三态地址端管脚（悬空,接高电平,接低电平）,任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位（D0-D5）数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出,可用于无线遥控发射电路.其特点是低功耗、外部元器件少,采用RC振荡电阻,工作电压范围宽：2.6～15 V,数据最多可达6位,地址码最多可达531 441种,应用范围较广.

1.1.1 PT2262发射模块编码芯片PT2262发出的编码信号由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字,解码芯片PT2272接收到信号后,其地址码经过两次比较核对后,VT脚才输出高电平,与此同时相应的数据脚也输出高电平,如果发送端一直按住按键,编码芯片也会连续发射.PT2262各管脚功能如表1所示.

表1 PT2262各管脚功能

在具体的应用中,外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节,阻值越大振荡频率越慢,编码的宽度越大,发码一帧的时间越长.网站上大部分产品都是用2262/1.2 M＝2272/200 K组合的,少量产品用2262/4.7 M＝2272/820 K.

1.1.2 PT2272接收模块 PT2272解码芯片有不同的后缀,表示不同的功能,有L4/M4/L6/M6之分（本设计采用的是M非锁存类型）,其中L表示锁存输出,数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态,直到下次遥控数据发生变化时改变.PT2272各管脚功能说明如表2所示.

表2 PT2272各管脚功能

M型数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应,可以用于类似点动的控制.后缀的6和4表示有几路并行的控制通道,当采用4路并行数据时（PT2272-M4）,对应的地址编码应该是8位,如果采用6路的并行数据时（PT2272-M6）,对应的地址编码应该是6位.

1.2 YJD1602液晶显示模块

本设计采用1602液晶显示器,以显示风扇当前状态.

MS表示为工作模式,包括GJ关机模式、ZD自动模式、SD手动模式等.DW表示为当前风扇工作的档位.其中包括0～3档.WD表示当前气温,其数据值会根据当前环境温度不同而变化.DS表示定时时间,通过调整定时时间可显示为 NO（无定时）,10 M（10 min）,20 M（20 min）,30 M（30 min）,60 M（60 min）.1602液晶显示器的工作参数为：（1）显示容量16*2个字符；（2）芯片工作电压4.5～5.5 V；（3）工作电流2.0 mA（5.0 V）；（4）模块最佳工作电压 5.0 V；（5）字符尺寸 2.59*4.35（WXH）mm.1602 液晶有 16 个管脚,其各管脚功能说明如表3所示：

表3 液晶各管脚功能

单片机可以往1602液晶中写入指令或数据,也可以从1602液晶中读取数据或指令.本设计主要利用液晶的显示作用,所以不需要从液晶中读取数据或指令,显示模式设置,开关及光标的显示.RS为数据/指令选择端口,RS为1时液晶显示接收为数据,RS为0时液晶显示接收为指令,对液晶进行操作时需要给液晶送指令及告诉液晶该执行什么操作.

1.3 AT89C51单片机

AT89C51是带4 k字节闪烁可编程、可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器,该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容.由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器.AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案.其外形及引脚排列如图1所示.

图1 单片机各引脚

这个单片机的主要特性为：①可与MCS-51兼容；②是4 K字节可编程闪烁存储器；③全静态工作0～24M Hz；④三级程序存储器锁定；⑤128×8位内部RAM；⑥可编程串行通道；⑦低功耗的闲置和掉电模式等.

2 电路设计

设计采用ALE/PROG,当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节.在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲.平时ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6,因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的.要注意的是：每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲.如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0,此时,ALE只有在执行MOVX、MOVC指令时ALE才起作用.另外,该引脚被略微拉高,如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效.

2.1 温度控制电路

DS18b20数字温度计提供9位温度读数,指示器件的温度,测量温度范围在－55～125℃之间,增量值为0.5℃,是DALLAS公司生产的1-Wire,即单总线器件,从中央处理器到DS18b20仅需连接一条线（和地）.读、写和完成温度变换所需的电源可由数据线本身提供,而不需要外部电源,具有线路简单,体积小的特点,其引脚功能可以实施向器件提供电源,见图2.

图2 温度传感器

2.2 风扇电机控制电路

风扇电机的接通与断开采用继电器实现,继电器是一种当输入量（电、磁、声、光、热）达到一定值时,输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件,通常在弱电控制强电中使用.本设计采用电磁继电器,通过在继电器线圈中通入电流,使继电器中的衔铁动作,接通需要的线路,如图3所示.

图3 继电器接线电路

除了用继电器外,也可使用双向可控硅来实现风扇调整.在风扇电源输入端串联一个保险丝,可保护电机在电流冲击过大或电压过高时保险丝熔断,达到电机停机的保护目的.在电机上安装热保护器,可使风扇电机过热时自动停机,以达到保护电机的作用.

2.3 热释电红外传感电路

设计采用热释电红外传感器（人体红外感应模块）,这是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器,被广泛的应用到各种自动化控制装置中.当人体进入检测区,因人体温度与环境温度有差别,产生温差ΔT,则有ΔT输出；若人体进入检测区后不动,则温度没有变化,传感器则也没有输出,所以这种传感器只能作为活动传感.但当人体静止或动作很小时,传感器很难检测到信号,为了解决这一问题,本设计将热释电红外探头电路接在由微型电机驱动的支架上,当达到一定条件时,该微型电机可以工作,通过机械原理可带动传感器电路做有规律移动,这样相对于人体是活动的,从而也达到了检测作用.检测证明,传感器加光学透镜（也称菲涅尔透镜）后,其检测距离最大可增至7 m以上.热释电红外传感器电路见图4.

图4 热释电红外传感器电路

2.4 倾倒检测电路

本电路采用Motorola的加速度传感器芯片MMA1260D实现了倾倒检测.将其Vout引脚与AP64的A/D口连接,管脚之间接一个电阻和电容,起滤波作用,以减小时钟噪声,电源与地之间接一个0.01 uF的电容用于去耦,同时尽可能缩短了MMA1260D与AP64的距离.将MMA1260D竖直的固定在风扇机身,当风扇正常工作时,MMA1260D测得的加速度为0,而当机身倾倒时,MMA1260D测得的加速度将增大,由于加速度与输出电压成正比,则AP64通过A/D端口得到的电压值也会发生变化（根据倾倒方向的不同,测得的加速度值也会不同）,然后将对应的电压值转换成相应的角度值,进行判断,如图5所示.