智能温控调速电机在各散热型风扇中的应用

戴圣伟，李燕林

（湖南工业大学 电气与信息工程学院，湖南 株洲 412008）

随着社会的发展，自动控制越来越成为人们关注的焦点，检测技术和单片机技术相结结合有着重要的意义和价值。智能温控[1]调速电机被广泛应用于汽车、逆变电源、笔记本电脑等散热型风扇中[2]。目前，智能温控调速电机控制系统相对复杂且成本偏高，因此，有必要研发出性能稳定、低功耗、低成本的控制系统。本文采用AT89S52微控制器、DS18B20温度传感器、红外遥控、数码管显示电路、ULN2003芯片等组成控制器，实现了电机转速的智能化控制，达到了节能散热的目的，该系统可应用于各种领域的散热型风扇中。

1 系统框架及工作原理

本文研制的控制系统以单片机为主，主要包括6大模块：单片机模块、温度采集模块、红外摇控发送模块、主控制器模块、ULN2003电路模块、红外数据采集模块、数码显示模块[3]。系统框架如图1所示。

控制系统的工作原理是：根据红外数据采集模块扫描到的遥控器按键值，控制系统转至相对应的ROM表读取数据，确认设备及菜单选择键；AT89S52将从ROM读取的值按照数据处理要求，由P2.5输出控制脉冲与定时器T0产生的38 kHz载波（周期26.3 μs）进行调制，经NPN三极管对信号放大后，驱动红外发光管将控制信号发送出去；红外数据采集模块接收红外信号，并对所接受的信号进行解码、放大、整形、解调等处理，最后输出TTL电平信号；接收端INT0检测低电平信号，再对整个串行信号进行分析得出当前控制指令，最后根据所得指令完成相应控制。

图1 系统框架图Fig.1The system block diagram

2 系统的具体实现

2.1 硬件设计

1）单片机模块。AT89S52是一种低功耗、低成本、高性能CMOS8位微控制器。在本控制系统中，P3.3（INT1）引脚与红外接收模块相连，P1.1引脚与温度采集模块相连，驱动芯片ULN2003和P0 8位I/O相连。单片机每隔一定时间从温度传感器DS18B20读取实时温度，并同设定值比较，若大于设定温度，则启动电机，根据温度所在范围调制相应的控制信号，将处理结果输出给显示模块和驱动芯片模块，控制不同温度的电机有不同的转速，这样可达到节能散热的目的[4]。

2）温度采集模块。温度采集模块DS18B20是DALLAS公司的最新单总线数字温度传感器。单片机向DS18B20发送复位脉冲，DS18B20回发响应脉冲。当单片机检测到温度传感器的存在之后，发送器件ROM操作命令，向DS18B20发送存储器操作命令并进行温度转换，将转换后的温度值以2个节补码形式存放在暂存存储器的第0和第1个字节，单片机可以通过DQ端读取该数据。

3）红外摇控发送模块。发射集成电路TC9012从控制盘接收信号，经过二进制编码传输给红外发射电路，红外发射电路对信号经放大、调制后由发光二极管发射出去[5]。

4）ULN2003电路模块。ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈列，由7个硅NPN达林顿管组成。利用单片机P1.1控制DS18B20，将实时采集的温度与设定值比较，用P0控制达林顿管并驱动继电器控制档位，实现电机转速的自动控制，风扇档位随温度的所在范围不同而变换。

5）红外数据接收模块。SM0038是用于红外遥控接收的小型一体化接收头，将红外信号进行光电转换、低噪音放大、限幅、带通滤波、解调和整形后输出到AT89S52并进行解码操作。

6）数码显示模块。显示模块主要由一个8段数码管和2个LED组成，其中数码管用来显示当前档位，LED用来显示当前的风扇控制模式（红色LED表示遥控模式，绿色LED表示温控模式）。

控制系统电路原理图如图2所示。

图2 控制系统电路原理图Fig.2The circuit schematic diagram of control system

2.2 软件设计

控制系统采用汇编语言编写，工作流程如图3所示。初始化主要包含外部中断及定时器中断的设置。单片机首先处于等待外部中断状态，当接收到开机信号时，进入默认的红外遥控模式，红色LED点亮，数码管由9变为0，单片机外部中断实时采集档位信息以及风扇控制模式，数码管根据接收的档位信号（0，1，2，3）来显示相应档位信息，通过ULN2003驱动继电器控制档位。当接收到温控信号时，绿色LED点亮，数码管由0变为9，单片机实时采集温度信息及自动控制风扇档位：当周围温度低于20℃时，风扇处于0档；当温度处于20～25℃时，风扇自动跳至1档；当温度处于25～30℃时，风扇自动跳至2档；当温度高于30℃时，风扇自动跳至3档[6]。

图3 软件流程图Fig.3The flow chart of software

3 实验结果

1）遥控模式。当接通电源时，风扇处于默认遥控状态，档位为0。当遥控器对准红外接收器，按下遥控器的任意一个档位键时，风扇上接收器的发光二极管红灯闪亮，数码管显示相应的档位数字。如按下遥控器的风扇档位2时，红灯闪亮，数码管显示为2。

2）温控模式。当按下红外遥控器的切换键时，风扇处于温控模式，发光二级管绿灯闪亮。温度传感器先感应周围温度，然后根据温度所在范围，自动控制风扇跳至相应的档位。因做实验时室温为23℃，所以风扇处于1档，数码管显示为1。

4 结语

本文针对散热型风扇在各种复杂工况下，电机转速需精确、稳定地跟踪外部环境的温度变化的特点，实现了以AT89S52为控制核心的智能温控系统。实验结果表明，该控制系统的电机转速调节效果理想，工作稳定，成本低，具有较高的应用价值，适合推广应用到各种类型的散热型风扇中。

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[2]杨文荣，朱 鹏.汽车发动机冷却风扇智能控制系统的研究[J].微计算机信息，2009，25(2)：245-247.Yang Wenrong，Zhu Peng.Research of Intelligent Controlling System of Automobile Engine Cooling Fan[J].Microcomputer Information，2009，25(2)：245-247.

[3]毛 焱，陈 鸣.一种新型冷却风扇控制系统的设计[J].微电机，2011，44(1)：104-106.Mao Yan，Chen Ming.Design of a New Cooling Fan Control System[J].Micromotor，2011，44(1)：104-106.

[4]谢志平.基于单片机控制的智能温控风扇[J].中国新技术新产品，2011(2) ：152-153.Xie Zhiping.Temperature-Controlled Fan Based on SCM Control[J].China New Technologies and Products，2011(2) ：152-153.

[5]戴圣伟，陈白帆，范绍成.无线摇控智能车的控制研究[J].计算机测量与控制，2011，19(9)：2125-2127.Dai Shengwei，Chen Baifan，Fan Shaocheng.Control and Study of Wireless Control System of Intelligent Vehicle[J].Computer Measurement & Controll，2011，19(9)：2125-2127.

[6]戴圣伟，胡沁春，周 玉.深海采矿车行走的专家模糊控制[J].控制与决策，2010，25(1) ：141-144.Dai Shengwei，Hu Qinchun，Zhou Yu.Fuzzy Expert Control of the Walking of Deep Sea Mining Vehicle[J].Control and Decision，2010，25(1)：141-144.