【正文】 扇隨溫度的變化而自動 調節(jié)檔位，實現(xiàn)“溫度高、風力大、溫度低、 風力弱”的性能。另外，通過紅外發(fā)射和接收裝置及按鍵實現(xiàn)各種功能的啟動與關閉，并且可對各種功能實現(xiàn)遙控，用戶可以在一定范圍內(nèi)設置電風扇的最低工作溫度，當溫度低于所設置溫度時，電風扇將自動關閉，當高于此溫度時電風扇又將重新啟動。 本設計 主要內(nèi)容如下： (1)風速設為從 低 到 高共 5 個檔位，可由用戶通過鍵盤和遙控手動設定。 (2)每當溫度 降低 2℃ ,則電風扇風速自動下降一個檔位。 (3)每當溫度 升高 2℃ ,則電風扇風速自動上升一個檔位。 (4)用戶可 以 設定電風扇最低工作溫度，當?shù)陀谠摐囟葧r，電風扇自動停轉。 2 系統(tǒng)原理 系統(tǒng)總體設計 宿州學院 畢業(yè)論文 基于 AT89C51電風扇智能調速器的設計 7 圖 1 系統(tǒng)總體結構框圖 控制裝置原理 傳統(tǒng)電風扇 供電采用的是 220V 交流電，電機轉速分為幾個檔位，通過人 工手動 調整電機轉速達到改變 風速 的目的，亦即，每 改變一 次風力，必然有人參與操作 ，這樣 就會 帶來諸多不便。 本文介紹了一種基于 AT89C51 單片機的智能電風扇調速器的設計，該設計巧妙利用紅外線遙控技術、單片機控制技術、無級調速技術和溫度傳感技術，把智能控制技術應用于家用電器的控制中， 將電風扇的電機轉速作為被控制量，由單片機分析采集到的數(shù)字溫度信號，再通過可控硅對風扇電機進行調速。從而達到無須人為控制便可自動調整風速 的效果。 3 系統(tǒng)主要硬件電路 3． 1 溫度檢測 和顯示 電路 數(shù)字溫度傳感器 鍵盤功能輸 入 遙控功能輸 入 AT89C51 電機調速 輸出顯示 控制輸出 宿州學院 畢業(yè)論文 基于 AT89C51電風扇智能調速器的設計 8 可以選用 LM324A 運算放大器 作為 溫度傳感器 ，將其設計成比例控制調節(jié)器，輸出電壓與熱敏電阻的阻值成正比， 但這種方案需要多次檢測后方可使采樣精確，過于煩瑣。所以我采用更為優(yōu)秀的 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器，它可以直接將模擬溫度信號轉化為數(shù)字信號，降低了電路的復雜程度，提高了電路的運行質量。 DS18B20 的溫度處理方法 DS18B20是美國 DALLAS半導體公司繼 DS1820之后最新推出的一種改進型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比， 它 能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在 ms 和 750 ms 內(nèi)完成 9位和 12 位的數(shù)字量，并且從 DS18B20 讀出的信息或寫入 DS18B20 的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫 ， 溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20 供電，而無需額外電源， 因而使用 DS18B20 可使系統(tǒng)結構更趨簡單 可靠性更高。他在測溫精度、轉換時間、傳輸距離、分辨率等方面較 DS1820 有了很大的改進，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。 DS18B20 簡介 ： （ 1）獨特的單線接口方式： DS18B20 與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與 DS18B20 的雙向通訊。 （ 2）在使用中不需要任何外圍 元件。 （ 3）可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍： +~ + V。 （ 4）測溫范圍： 55 ~+125 ℃。固有測溫分辨率為 ℃。 （ 5）通過編程可實現(xiàn) 9~12 位的數(shù)字讀數(shù)方式。 （ 6）用戶可自設定非易失性的報警上下限值。 （ 7）支持多點組網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點測溫。 （ 8）負壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 單線（ 1— wire)技術 ： 該 技術采用單根信號線，既可傳輸時鐘，也能傳輸數(shù)據(jù)，而且是雙向傳輸。 適用于單主機系統(tǒng)，主機能夠控制一 個或多個從機設備，通過一個漏極開路或三態(tài)端口連至該數(shù)據(jù)線，以允許設備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時能釋放該線，而讓其他設備使用。單線通常要求外接一個 5K 的上拉電阻，這樣當該線空閑時，其狀態(tài)為高電平。 主機和從機之 間的通訊分 成 三個步驟：初始化單線器件、識別單線器件和單線數(shù)據(jù)傳輸。 宿州學院 畢業(yè)論文 基于 AT89C51電風扇智能調速器的設計 9 單線 1— wire 協(xié)議由復位脈沖、應答脈沖、 寫 0、 寫 讀 0、 讀 1，這幾種信號類型實現(xiàn)，這些信號中除了應答脈沖其他都由主機發(fā)起， 并且所有指令和數(shù)據(jù)字節(jié)都是低位在前 。 DS18B20 直接將測量溫度值轉化為數(shù)字量提交給單片機，工作時必須嚴格遵守單總線器件 的工作時序 。 溫度值 /℃ 數(shù)字輸出（二進制） 數(shù)字輸出（十六進制） +125 0000 0111 1101 0000 07D0H +85 0000 0101 0101 0000 0550H + 0000 0001 1001 0001 0191H + 0000 0000 1010 0010 00A2H + 0000 0000 0000 1000 0008H 0 0000 0000 0000 0000 0000H 1111 1111 1111 1000 FFF8H 1111 1111 0110 1110 FF5EH 1111 1111 0110 1111 FF6FH 55 1111 1100 1001 0000 FC90H 表 1 部分溫度值與 DS18B20 輸出的數(shù)字量對照表 溫度傳感器 和顯示電路 組成 本模塊 用更為優(yōu)秀的 DS18B20 作為溫度傳感器， AT89C51 單片機 作為處理器，配以溫度顯示作為溫度控制輸出單元。整個系統(tǒng)力求結構簡單，功能完善。電路圖如圖 2所示。 系統(tǒng)工作原理如下： DS18B20 數(shù)字溫度傳感器 采集 現(xiàn)場溫度，將測量 到的 數(shù)據(jù)送入 AT89C51 單片機 的 口，經(jīng)過單片機處理后顯示 當前 溫度值，并與設定溫度值的上下限值 作 比較，若高于設定上限值或低于設定下限值則控制電機轉速進行 自 動 調整。 宿州學院 畢業(yè)論文 基于 AT89C51電風扇智能調速器的設計 10 EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9(RD)17(WR)16(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)1512345678(AD0)39(AD1)38(AD2)37(AD3)36(AD4)35(AD5)34(AD6)33(AD7)32(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE/PROG30(TXD)11(RXD)10GND20VCC40U1AT89C5112X1CRYSTAL20pFC120pFC2GNDVCCDQ2GND1VCC3U2DS18B20a9b7c4d2e1f8g5dp3G110G21U3 LED1 2 3 4 5 6 7 8 9PR110KGND+5V 圖 2 DS18B20 溫度計原理圖 電機調速電路 電機 調速是整個控制 裝置 中的一個 相當 重要的方面。通過控制 改變 雙向可控硅的導通角，使輸出端電壓發(fā)生改變，從而使施加在電風扇的輸入電壓發(fā)生改變，以調節(jié)風扇的轉速，實現(xiàn)各檔位風速的無級調速。 電機調速原理 雙向 可控硅的導通條件如下： (1）陽 陰極間加正向電壓； (2）控制極 陰極間加正向觸發(fā)電壓； (3）陽極電流 IA 大于可控硅的最小維持電流 IH。 電風扇的風速 從高到低 設為 1檔， 每 檔風速都有一個限定值。在額定電 壓、額定功率下，以最高轉速運轉時，要求風葉最大圓周上的線速度不大于 2150m/min。且線速度可由下列公式求得 V=πDn103 （ 1） 式 （ 1） 中， V為扇葉最大圓周上的線速度 (m/min),D 為扇中的最大頂端掃出圓的直徑(mm)， n 為電風扇的最高轉速 (r/min)。 代入數(shù)據(jù)求得 n5≤ 1555r/min,取 n5=1250 r/： %70%100 ??? 最高調速檔的轉速最低調速檔的轉速調速比 取 n1=875r/min。則可得出五個檔位的轉速值： n1=875r/min， n2=980r/min， n3=1063r/min， n4=1150 r/min， n5=1250r/min 宿州學院 畢業(yè)論文 基于 AT89C51電風扇智能調速器的設計 11 又由于負載上電壓的有效值 u0=u1 ?????? ?? ??? ?? 2 2sin （ 2） 式（ 2） 中， u1為輸入交流電壓的有效值， α為控制角。解得： (1)當 α5=0176。時， t=0ms； (2)當 α4=176。 時， t=； (3)當 α3=176。時， t=； (4)當 α2=176。 時， t=； (5)當 α1=176。時， t=。 上述 計算出的是控制角和觸發(fā)時間，當檢測到過零點時，按照所求得的觸發(fā)時間延時發(fā)脈沖，便可實現(xiàn)預期轉速。 電機控制模塊設計 本模塊 電路中采用了過零雙向可控硅型光耦 MOC3041M ,集光電隔離、過零檢測、過零觸發(fā)等功能于一身 ,避免了輸入輸出通道同時控制雙向可控硅觸發(fā)的缺陷 , 簡化了輸出通道隔離 2 驅動電路的結構。所設計的可控硅觸發(fā)電路原理圖見圖 3。其中 RL 即為電機負載，其工作原理是 :單片機響應用戶的參數(shù)設置 , 在 I/ O 口輸出一個高電平 , 經(jīng)反向器反向后 , 送出一個低電平 ,使光電 耦合器導通 , 同時觸發(fā)雙向可控硅 , 使工作電路導通工作。給定時間內(nèi) ,負載得到的功率為 : UINnP? (3) 式中 : P 為負載得到的功率 （ kW） 。 n 為給定時間內(nèi)可控硅導通的正弦波個數(shù) 。 N 為給定時間內(nèi)交流正弦波的總個數(shù) 。 U為可控硅在一個電源周期全導通時所對應的電壓有效值 （ V） 。 I 為可控硅在一個電源周期全導通時所對應的電流有效值 （ A） 。由式 (3) 可知 ,當 U , I , N 為定值時 , 只要改變 n 值的大小 即可控制功率的輸出 ,從而達到調 宿州學院 畢業(yè)論文 基于 AT89C51電風扇智能調速器的設計 12 節(jié)電機轉速的目的。 圖 3 電機控制原理圖 遙控電路 發(fā)射電路 紅外發(fā)射 電路原理圖見圖 4， K1～ K8 是遙控鍵輸入鍵，它是一個由編碼器（ BA5104）和紅外發(fā)射電路組成的。 Al～ A6 鍵分別為“定時”、“風速”、“風類” 、 “ 搖頭”、“ 照明”、“開 / 關”控制按鈕。 經(jīng)對應開關發(fā)出的遙控指令，由腳 D0 輸出經(jīng) Q1和 Q2 放大后驅動 D1 發(fā)出經(jīng)編碼后 的紅外遙控信號。 圖 4 遙控發(fā)射電路 BA5302GNDVDDVDDGNDC11000PR243KGNDR110KVCCQ1