自动风扇的设计

【摘要】本设计就是把普通风扇改进为自动温控风扇。系统利用ST89C52单片机作为控制核心控制风扇的转速。用户可选用自动和手动两种控制方式：手动就是采用风扇原来的档位控制；自动控制系统下，通过温度传感器DS18B20检测环境温度，单片机将温度模拟量的变化以数字量的形式输出，用7段数码管显示当前温度，通过3个继电器控制电风扇实现3种不同的转速。系统性能稳定，控制精准，具有高灵敏的温度感测和显示功能。

【关键词】自动风扇；单片机；数字控制；温度计；DS18B20

1.引言

在日常生活中，电风扇作为降温防暑设备而成为必用品之一，并未随着空调的普及而淡出市场，相反，家用电风扇因风力温和、价格低廉、相对省电、安装和使用简单等特点而受到中老年人、儿童和体质弱的人欢迎。当温度高的时候我们需要风扇高转速，当温度低的时候我们需要减小转速。虽然电风扇都有调节不同档位的功能，但必须要人手动切换档位，睡着了就无法调节。为解决这个问题，利用ST89C52单片机设计自动风扇控制系统。本系统采用集成温度传感器DS18B20，用单片机控制，能显示实时温度，并根据温度值自动调节转速，形成一个经济的自动风扇降温系统。

图1 总体设计方框图

2.总体设计方案

本系统由单片机、温度传感器、继电器、蜂鸣器及其他一些器件组成，系统总体设计方框图如图1所示。

温度传感器将检测到的温度信号送入单片机中进行数据处理并送LED数码管显示当前的温度，用当前温度值与设定温度值进行比较。根据比较的结果得到控制信号用以控制继电器的通断，实现对电机的控制，从而实现对风扇转速的控制。设计硬件电路包括主控制器电路、显示电路、数据采集电路、蜂鸣器电路、风扇控制电路等。

3.硬件电路设计

3.1 系统硬件模块介绍

自动风扇系统主要是通过DS18B20采集外界实时温度后经单片机处理风扇电机的转速，达到理想温控效果。系统总体分为：主控制器电路、显示电路、温度采集电路、报警电路、风扇控制电路等部分。系统电路原理图如图2所示。

3.2 主控制器电路

单片机ST89C52具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。

3.3 显示电路

显示电路是使用的串口显示，利用3个共阴数码管、三极管、电阻构成。单片机P0口连接七段数码管，P2口作为数码管的片选信号输入端，并用9015三极管做驱动。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。

3.4 温度采集、报警电路

系统的设计中，采用了DS18B20来采集温度，它直接可以把所检测到的温度短时间内转化成数字，送往单片机处理后，输出数码显示当前温度。

报警电路是当温度高于40℃时，单片机控制蜂鸣器报警，低于40℃时报警自动解除。

3.5 风扇控制电路

如图3所示，该电路为控制风扇风速的手动与自动电路。S1键为手动＼自动切换键。系统默认为自动控制。按下S1键就可以切换回原来的手动。手动控制就是风扇之前的手动档位按钮。自动控制就是要改进的，增加一个智能温控。

下面重点介绍自动控制系统。

基于ST89C52单片机的智能风扇换挡采用的是改变电机线圈的圈数来换挡。由于我们设计系统采用的是ST89C52单片机，属于弱电，而智能风扇的属于强电。因此单片机不能直接控制风扇，这就需要继电器，使得强电与弱电隔离，实现弱电控制强电。继电器采用lZC一33F。使用一组常开触点即可。

由于单片机引脚输出的电流约只有十几毫安到二十几毫安，采用三极管9015对电流进行放大，来提高输入继电器的电流，达到继电器的驱动电流要求继电器控制电路如图3所示。本系统有3个继电器（K1、K2、K3），分别连接电机的3个抽头——红、白、蓝。工作原理：这里的继电器由PNP型三极管驱动。当温度高于所设温度上限时，单片机P1.0输出电平0，三极管马上导通，继电器线圈得电，触点闭合，电风扇电路接通，风扇开始转动。温度低于设定值下限时，P1.0输出电平1，三极管截止，继电器中没有电流，触点保持断开，风扇电路断开，风扇停转。

具体控制如下：程序已经设置3个温度限度值25℃、30℃、35℃，当检测当前温度值在25℃-30℃时继电器K3吸合风扇工作在低速档，当温度在30℃-35℃时继电器K2吸合风扇工作在中速档，当温度高于35℃时继电器K1吸合风扇工作在高速档，当前温度低于25℃时，风扇停止。

4.系统调试

将调试好的程序下载到单片机中，连接好电路后，将风扇接上电源，数码管显示当前温度值28℃，表明风扇处于中速档运行状态，拿冰块靠近DS18B20，显示温度逐步下降，当温度低于25℃时，观察风扇是否停止转动。用打火机在温度传感器附近，显示温度逐步上升，当温度高于25℃时，继电器K3是否吸合，风扇是否低速转动；当温度高于30℃时，继电器K2是否吸合，风扇是否中速转动；当温度高于35℃时，继电器K1是否吸合，风扇是否高速转动；当温度高于40℃时，蜂鸣器是否报警。同样，当温度从40℃住下降时，风扇是否会自动降速，蜂鸣器是否停止报警。

按下S1键，切换到手动控制。此时数码管显示当前温度值。手动调节以前的定时器和开关档位可以控制风扇的转速。

经测试表明，该系统能够实现预想功能，反应灵敏，达到了预想效果。

5.结束语

利用单片机实现的自动温控风扇系统，性能可靠，成本较低，达到很好的低碳效果；测温部分采用温度传感器DS18B20，测量精度高而且体积小，使用方便；软件设计采用C语言编程，移植性强。整个系统有很重要的应用价值。

参考文献

[1]李全利.单片机原理及应用技术[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]阎石.数字电子技术基础（第三版）[M].北京：高等教育出版社，1989.

[3]张伟等.Protel DXP高级应用[M].北京：人民邮电出版社，2002.

[4]周永强.基于AT89S52单片机的风扇智能控制系统设计[J].活力，2010（2）.

[5]王柏盛.李万庆，贺洪江.C程序设计[M].北京：高等教育出版社，2005.12.