基于AT89S52单片机的智能温控电风扇

2013-09-03林建华

湖北开放大学学报 2013年2期

林建华

（闽南理工学院，福建石狮 362700）

在国内，大部分农村地区普遍使用电风扇作为夏天降温防暑设备。夏秋季节白天温度高，电风扇应置于高速档，大风量才使人感到凉爽；到了夜里，气温降低，当人们入睡后，应该逐步减小风速，以免使人受凉感冒。虽然电风扇都有手动调节档位的功能，但必须要人手动切换档速，睡着了就没办法了。利用 AT89S52单片机设计智能温控电风扇控制系统，能解决深夜当人们熟睡时因温度下降而导致着凉，或是从睡梦中醒来去控制电风扇风速的问题。本控制系统实时显示检测温度值，并根据用户设定的上、下限温度值自动在相应温度下作出高速档、低速档、停止的动作，从而实现智能控制电风扇的风速目的，形成一个经济的、节能的智能温控系统。

1.设计方案

系统设计的总框图如图1所示。

单片机通过检测DS18B20采集的温度作相应处理并送数码管显示当前温度值，同时当前显示温度值与用户设定的上、下限温度值进行比较，根据比较的结果控制高速档、低速档、停止档相对应的继电器的通断，从而控制电风扇的电动机接线方式，实现对风扇风速的控制。硬件电路设计包括单片机主控电路、数码管显示电路、温度采集、蜂鸣器、继电器控制电路、+5V供电电源等。主程序编程用来实现对温度的检测、数码显示、蜂鸣器、继电器控制等处理功能。

图1 系统结构框图

2.硬件电路设计及其分析

2.1 单片机主控电路

AT89S52单片机作为本系统的控制核心，用于控制温度采集、数码管显示、蜂鸣器、继电器控制及用户上下限温度值设置键。在本系统设计电路中，温度采集定义 DS18B20的DQ端口为P3.3；数码管显示电路定义P0口连接七段数码管，P2口作为数码管的位选信号；P1.0为手动档电源开关，P1.1为自动档电源开关，P1.2为高速档，P1.3为低速档，P1.4 为显示值减1，P1.5为显示值加1， P1.6 为设置键；P3.0为蜂鸣器报警等。

2.1.1 温度采集

温度采集电路主要采用温度传感器DS18B20作为感测温度的核心元件，它可把采集的温度信号转换成数字量，送单片机处理后，输出送数码管显示当前温度值。DS18B20的DQ端口接P3.3口，如图2所示。

图2 温度采集

2.1.2 数码管显示电路

数码管显示电路利用8个共阳数码管、PNP三极管、电阻构成。单片机的P0口作为段码输入，P2口作为位选，并用8550三极管做驱动。P0口做I/O口时要加上拉电阻，所以给P0各端口加一个10KΩ的电阻。为了防止烧坏数码管，给数码管各段各加一个220Ω的限流电阻。显示时数据通过P0口送给数码管显示，通过P2口对数码管进行位选，数码管被逐位扫描显示其当前温度值。如图3所示，

图3 数码管显示电路

2.1.3 用户上下限温度值设置

用户上下限温度值设定由单片机的P1.4、P1.5、P1.6口外接的3个点动按钮S1、S2、S3来完成，如图3所示。S3为设置键，S2为显示温度值加1，S1为显示温度值减1。当按下设置键S3，进入上限温度值设置项，此时按下S2键，温度值加1，长按S2不放可实现快速加1，按下S1键，上限温度值减1，长按S1不放可实现快速减1。再一次按设置键S3，进入下限温度值设置项，此时按S2、S1键，可对下限值加 1或减 1。上限温度值和下限温度值的设置范围为-9℃～99℃，可以满足一般使用要求。再按一次设置键S3，可切换到手动控制状态，此时数码管显示的是当前温度值，这时电风扇切换到手动控制模式。再次按下设置键 S3，又切换到温控自动控制，或按接P1.7脚的S4按键，也可以从手动控制切换到温控模式。

2.1.4 继电器控制电路

继电器控制电路由单片机的 P1.0～P1.3控制，如图 4所示。上电默认为智能温控模式，电风扇一通电，P1.1输出低电平，Q11导通，继电器K2吸合，K1释放。单片机自动检测温度传感器采集的温度信号转换成数字量，送数码管显示，并与用户设置的上、下限温度值进行比较，当前显示温度值高于用户设定的上限温度值时，P1.2输出低电平，Q12导通，继电器K3吸合，电源接通电风扇电机的高速档；当前显示温度值介于用户所设的上、下限温度值时，P1.3输出低电平，Q13导通，继电器K4吸合，电源接通电机的低速档；当前显示温度值低于下限温度值时，关闭风扇。

当要切换到手动控制时，按S3设置键3次，从智能温控模式切换到手动控制，P1.0输出低电平，Q10导通，继电器K1吸合，K2释放。此时可以通过调节定时器及调速档开关控制电风扇的风速。按下S4时，又可切换到智能温控模式。

图4 继电器控制电路

2.2 供电电源电路

单片机+5V供电电源采用LM7805集成稳压器，220V电源经变压器降压、整流、滤波后送入LM7805稳压，输出端接一个470uF和0.1uF电容滤除纹波，得到+5V稳压电源。电路如图5所示。

图5 供电电源电路

3.系统程序设计

单片机首先对DS18B20进行复位和检测，当检测到传感器存在时，发出温度转换命令和读取温度命令，将从DS18B20读取的二进制温度值转换为七段码在数码管上显示出来。显示功能由温度显示子程序实现，数码管逐位扫描显示当前温度值。用户可根据需要自行设置风速档的切换上、下限温度值，硬件设计上可通过3个按键，由按键检测函数程序提供软件支持。用户设定的上、下限温度值均保存到DS18B20的EEROM内，在单片机掉电后仍然保存设定值，再次上电时从DS18B20的EEROM中读取上次设定的上、下限温度值。用户要实现根据当前温度实时的控制电风扇的风速，需要在程序中不断的判断当前温度值是否超过或低于设定的上、下限温度值范围，此部分功能由温度比较程序来完成。在执行程序不断将当前温度和设定动作温度进行比较判断，控制高速档、低速档相应继电器的吸合与释放，从而实时控制电风扇的风速。

4.系统的安装与调试

根据已定义的单片机各端口及设计的硬件电路，编写程序，并利用单片机Proteus ISIS和Keil软件对智能温控电风扇控制进行调试、仿真测试，直至实现其控制要求。

然后按已设计的硬件电路图对各单元电路进行安装与焊接，并确保电路安装正确无误。用烧写器将KEIL软件对应源程序编译生成的.HEX文件写入 AT89S52单片机芯片中。组装整个系统，将单片机插入到目标板中，进行整机的调试。

风扇接上电源，如数码管显示当前温度值22.5℃-L，表明电风扇处于低速档运行。按设置键S3及S2、S1键可重新设置上、下限温度值，如果将上限温度值设为25.0℃，将下限温度值设为23.0℃。确定后，因当前温度值低于下限温度值，电风扇停止，数码管显示 22.1℃-P。然后用手捏着DS18B20，显示温度逐步上升，当达到下限温度值23℃时，继电器K4吸合，电风扇接通低速档，数码管显示23.X℃-L。温度继续的上升，当高于25℃时，继电器K3吸合，电风扇切换到高速档，数码管显示25.X℃-H。当手移开DS18B20，温度下降，低于 25.0℃时，又切换到低速档。当低于23.0℃时，关闭电风扇。

按设置键S3三次，可切换到手动控制模式。此时数码管显示当前温度值。此时可通过手动调节定时器和调速开关控制电风扇的风速。再按S4时，又切换到智能温控模式。

经实验测试表明，该系统实现了预期的控制功能。