基于PT100铂热电阻的高精度温控风扇设计

幸万杰，王丽娟

( 湖南文理学院，湖南 常德 415000 )

基于PT100铂热电阻的高精度温控风扇设计

幸万杰，王丽娟

( 湖南文理学院，湖南 常德 415000 )

基于MSP430G2553的检测技术和控制技术,设计一种温度控制系统，涉及温度检测电路，显示电路，键盘电路，执行电路等。采用该系统可随环境温度自动调节风扇转速，结构简单，工作稳定。

温度控制；微处理器；PT100温度传感器；OLED

0 引言

随着智能化电器产品及节能技术不断发展，对于普通风扇而言，仅通过调节档位控制转速以及利用电源闭合或自带定时器实现开关机功能，已无法满足市场对此类产品的技术需求。由此，可实时跟随温度变化自动控制风扇及转速等附加功能已被快速引用。本文主要介绍采用测温范围宽、精确度高的铂热电阻进行温度系统的测量与控制。

1 系统硬件设计

温控风扇的系统结构如图1所示。系统电路主要包括OLED显示模块，温度采集模块和执行电路模块等。本文中硬件采用闭环设计，可实现负反馈式调节。

图1 系统框架结构

1.1温度采集电路

温度采集模块采用PT100温度传感器，MSP430G2553单片机设有内置A/D转换，输入信号经过信号采集，放大，可直接发送至单片机的A/D数据采集口P1．1进行处理。单片机接收到信号后，与设定的温度进行比较，判断打开或关闭执行电路。

图2为温度采集电路原理。

图2 温度采集电路原理

1.2OLED显示电路

图3所示为MSP430G2553与OLED进行通信并在OLED上显示原理图。该原理图由MSP430G2553的4个引脚和OLED组成，OLED中SPI接口用了时钟和数据输入线。其中，单片机的P2．0脚接OLED的DC（数据传输），P2．1引脚接OLED的RES（OLED复位引脚），P2．2引脚接OLED的SDA（输入数据信号），P2．3引脚接OLED的SCK（输入时钟信号）。

图3 显示电路原理

1.3执行电路

图4所示为执行电路原理，主要由MAX7219锁存器芯片，D/A转换，555定时器组成。

检测温度未达设定值时，单片机通过控制P1．2，P1．3，P1．4三个I/0口输出低电平，控制DAC0832关闭，使风扇关闭。

室内温度上升至设定值时，P1．2，P1．3，P1．4三个I/O口分别发送高低电平使DAC0832输出相应电压值控制NE555输出波形，从而使NE555开始工作，为风扇提供电源。

室内温度下降至设定值时，P1．2，P1．3，P1．4三个I/O口发送低电平使DAC0832进入截止状态，从而使NE555停止工作，风扇随即停止工作。

图4 执行电路原理

1.4按键电路

图5所示为该系统的按键控制电路，采用的非编码键盘电路，硬件电路比较简单，共2个按键，其中key2为风扇电源开关，key3为紧急停止按钮。

图5 键盘电路

2 系统软件设计

系统采用C语言设计软件程序。采用IAR公司的集成调试环境 Workbench 和 C-SPY语言调试器对 MSP430G2553进行编译，可直接下载或在线调试。系统软件设计采用了模块化的程序设计方式，含有主程序、显示子程序、温度采集子程序、键盘扫描子程序等。

温控系统进入执行时，单片机进行复位处理，对室内温度进行循环检测，与基准温度（温度上限值与下限值）进行比较判断，按照返回条件不同进行相应的处理。当温度大于上限值，NE555导通，发出占空比较大的脉冲，用来增大风扇的转速，进行降温处理；温度小于下限值，NE555截止，关闭风扇。主函数程序流程如图6所示。

3 系统仿真

1）温度低于设定值

当温度低于设定值，DAC0832输出低电平，NE555关闭，不输出任何波形。Multisim仿真如图7所示。

2）温度高于限定值

当温度高于限定值时，单片机通过控制P1．2，P1．3，P1．4三个I/0口，使DAC0832输出对应电压，进而控制NE555输出矩形波的占空比，通过输出不同占空比的矩形波控制风扇转速。Multisim仿真如图8所示。

图6 主函数程序流程

图7 温度低于下限值DAC0832输出的的波形

图8 温度升高时DAC0832输出电压（软件模拟电压升高）

3）温度慢降至下限值

当温度从温度较高降至限定值，单片机通过控制P1．2，P1．3，P1．4三个I/0口，使DAC0832输出对应电压，进而控制NE555输出矩形波的占空比，通过输出不同占空比的矩形波控制风扇的转速，慢慢降低转速，直至风扇停止。正常启动时NE555的仿真如图9所示。温度下降时，DAC0832仿真如图10所示。

温控系统稳定运行仿真见图11。

图9 正常启动时NE555的仿真

图10 温度下降时，DAC0832仿真（软件模拟）

图11 温控系统稳定运行仿真

4 结语

本次实验采用PT100温度传感器，测温精度高，机械强度高，耐压性能好，传输距离远，功耗低，相对于其他传感器呈现价格低廉、开发成本便于控制的优点。

采用430单片机编程软件驱动电机进行运转和停止，能够根据当前的环境温度进行自动调节风扇转速的功能，实现对普通风扇智能控制能力。系统功能完善，有较好的实用价值。

[1]薛小玲．电子系统设计与实战[M]．北京： 高等教育出版社，2015．

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Fan Design with High-precision Temperature Control Based on PT100

Xing wanjie,Wang lijuan
( Hunan University of Arts and Science Changde 415000 China )

Based on the MSP430G2553 detection technology and control technology, to design a kind of temperature control system with temperature detection circuit, display circuit, keyboard circuit and executive circuit. The system can adjust the fan speed with the environmental temperature automatically, which has the feature of simple structure, stable work and reliable performance.

Temperature control; Micro processor; PT100 temperature sensor; OLED

TM502

A

1674-2796（2016）06-0008-04

2016-10-11

幸万杰（1996-），女，大学本科，主要从事建筑电气与智能化方向研究。

常德市科技局资助指导性科技计划（2011ZD04）