【正文】 言 電風(fēng)扇曾一度被認(rèn)為是空調(diào)產(chǎn)品沖擊下的淘汰品，其實并非如此，市場人士稱，家用電風(fēng)扇并沒有隨著空調(diào)的普及而淡出市場，近兩年反而出現(xiàn)了市場銷售復(fù)蘇的態(tài)勢。其主要原因：一是風(fēng)扇和空調(diào)的降溫效果不同 —— 空調(diào)有強(qiáng)大的制冷功能，可以快速有效地降低環(huán)境溫度，但電風(fēng)扇的風(fēng)更溫和，更加適合老人兒童和體質(zhì)較弱的人使用；二是電風(fēng)扇有價格優(yōu)勢，價格低廉而且相對省電，安裝和使用都非常簡單。 盡管電風(fēng)扇有其市場優(yōu)勢，但傳統(tǒng)電風(fēng)扇還是有許多地方應(yīng)當(dāng)進(jìn)行 改良的，最突出的缺點是它不能根據(jù)溫度的變化適時調(diào)節(jié)風(fēng)力大小，對于夜間溫差大的地區(qū)，人們在夏夜使用電風(fēng)扇時可能遇到這樣的問題：當(dāng)凌晨降溫的時候電風(fēng)扇依然在工作，可是人們因為熟睡而無法察覺，既浪費(fèi)電資源又容易引起感冒，傳統(tǒng)的機(jī)械定時器雖然能夠控制電風(fēng)扇在工作一定后關(guān)閉，但定時范圍有限，且無法對溫度變化靈活處理。鑒于以上方面的考慮，我們需要設(shè)計一種智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)來解決這些問題。 智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng) 概述 傳統(tǒng)電風(fēng)扇是 220V 交流電供電，電機(jī)轉(zhuǎn)速分為幾個檔位，通過人為調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到改變風(fēng)力大 小的目的，亦即，每次風(fēng)力改變，必然有人參與操作，這樣勢必帶來諸多不便。 本設(shè)計中的智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)，是指將電風(fēng)扇的電機(jī)轉(zhuǎn)速作為被控制量，由單片機(jī)分析采集到的數(shù)字溫度信號，再通過可控硅對風(fēng)扇電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。從而達(dá)到無須人為控制便可自動調(diào)整風(fēng)力大小的效果。 設(shè)計任務(wù)和 主要 內(nèi)容 本設(shè)計以 MCS51 單片機(jī)為核心，通過溫度傳感器對環(huán)境溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，從而建立一個控制系統(tǒng)，使電風(fēng)扇隨溫度的變化而自動變換檔位，實現(xiàn)“溫度高，風(fēng)力大，溫度低，風(fēng)力弱”的性能。另外，通過鍵盤控制面板，用戶可以在一定范圍內(nèi)設(shè)置電風(fēng)扇的最低工 作溫度，當(dāng)溫度低于所設(shè)置溫度時，電風(fēng)扇將自動關(guān)閉，當(dāng)高于此溫度時電風(fēng)扇又將重新啟動。 山西綜合職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 29 本設(shè)計主要內(nèi)容如下： ① 風(fēng)速設(shè)為從高到低 5 個檔位，可由用戶通過鍵盤手動設(shè)定。 ② 當(dāng)溫度每降低 2℃則電風(fēng)扇風(fēng)速自動下降一個檔位。 ③ 當(dāng)溫度每升高 2℃則電風(fēng)扇風(fēng)速自動上升一個檔位。 ④ 用戶可設(shè)定電風(fēng)扇最低工作溫度，當(dāng)?shù)陀谠摐囟葧r，電風(fēng)扇自動停轉(zhuǎn)。 山西綜合職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 30 第 2節(jié) 系統(tǒng)主要 硬件電路設(shè)計 總體硬件設(shè)計 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖 21所示 圖 21 系統(tǒng)原理框圖 對于單片機(jī)中央處理系統(tǒng)的方案設(shè)計，根據(jù)要求，我們可以選用具有 4KB 片內(nèi)E2PROM的 AT89C51單片機(jī)作為中央處理器。作為整個控制系統(tǒng)的核心， AT89C51內(nèi)部已包含了定時器、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器等硬件，其硬件能符合整個控制系統(tǒng)的要求，不需要外接其他存儲器芯片和定時器件，方便地構(gòu)成一個最小系統(tǒng)。整個系統(tǒng)結(jié)鍵盤輸入 溫度顯示 單片機(jī)系統(tǒng) 電機(jī)控制模塊 數(shù)字溫度傳感模塊 山西綜合職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 31 構(gòu)緊湊，抗干擾能力強(qiáng)，性價比高。是比較合適的方案 數(shù)字溫度傳感器模塊設(shè)計 溫度傳感器可以選用 LM324A的運(yùn)算放大器，將其設(shè)計成比例控制調(diào)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(zhuǎn)化為數(shù)字信號，降低了電路的復(fù)雜程度，提高了電路的運(yùn)行質(zhì)量。 溫度傳感器模塊組成 本模塊以 DS18B20 作為溫度傳感器， AT89C51 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(jié)構(gòu)簡單，功能完善。電路圖 如圖 22所示。 系統(tǒng)工作原理如下： DS18B20 進(jìn)行現(xiàn)場溫度測量，將測量數(shù)據(jù)送入 AT89C51 的 口，經(jīng)過單片機(jī)處理后顯示溫度值，并與設(shè)定溫度值的上下限值比較，若 高于設(shè)定上限值或低于設(shè)定下限值則控制電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整。 圖 22 DS18B20溫度計原理圖 X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 .01P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 /R D17P 3 .6 /W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 /A 821P 2 .1 /A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 1R14 k 7R24 k 7R34 k 7R44 k 7R54 k 7R64 k 7R74 k 7R84 k 7X1CR Y S T A LC12 2 pC22 2 pQ12 N29 0 7Q22 N29 0 7 DQ2V C C3G ND1U2DS 1 8 B 2 0山西綜合職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 32 DS18B20 的溫度處理方法 DS18B20 直接將測量溫度值轉(zhuǎn)化為數(shù)字量提交給單片機(jī)，工作時必須嚴(yán)格遵守單總線器件的工作時序。 表 21 部分溫度值與 DS18B20 輸出的數(shù)字量對照表 電機(jī)調(diào)速與控制模塊設(shè)計 電機(jī)調(diào)速是整個控制系統(tǒng)中的一個重要的方面。通過控制雙向可控硅的導(dǎo)通角，使輸出端電壓發(fā)生改變，從而使施加在電風(fēng)扇的輸入電壓發(fā)生改變，以調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)溫度值 /℃ 數(shù)字輸出（二進(jìn)制） 數(shù)字輸出（十六進(jìn)制） +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 山西綜合職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 33 速，實現(xiàn)各檔位風(fēng)速的無級調(diào)速。 電機(jī)調(diào)速原理 可控硅的導(dǎo)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(fēng)扇的 風(fēng)速設(shè)為從高到低 1檔，各檔風(fēng)速都有一個限定值。在額定電壓、額定功率下，以最高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時，要求風(fēng)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 310V Dn??? 式中， 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(fēng)扇的最高轉(zhuǎn)速 (r/min)。 代入數(shù)據(jù)求得 5n ? 1555r/min,取 5n =1250 r/： 取 n1=875 r/： 5n =1250r/min 4n =1150r/min 3n =1063r/min 2n =980r/min 1n =875r/min 又由于負(fù)載上電壓的有效值 其中， u1為輸入交流電壓的有效值，α為控制角。解得： 5? =0176。 t=0ms 4? =176。 t= 3? =176。 t= 2? =176。 t= 01 s in 2()2uu ? ? ??????100 70??最 低 轉(zhuǎn) 速調(diào) 速 比 ＝ ％ ％最 高 轉(zhuǎn) 速山西綜合職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 34 1? =176。 t= 以上計算出的是控制角和觸發(fā)時間，當(dāng)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(yù)期轉(zhuǎn)速。 電機(jī)控制模塊硬件設(shè)計 電路中采用了過零雙向可控硅型光耦 MOC3041 ,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(qū)動電路的結(jié)構(gòu)。所設(shè)計的可控硅觸發(fā)電路原理圖見圖 23 。 其中 RL即為電機(jī)負(fù)載， 其工作原理是 :單片機(jī)響應(yīng)用戶的參數(shù)設(shè)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(dǎo)通 , 同時觸發(fā)雙向可控硅 , 使工作電路導(dǎo)通工作。給定時間內(nèi) ,負(fù)載得到的功率為 : nP UIN? 式中 : P 為負(fù)載得到的功率 , kW。 n 為給定時間內(nèi)可控硅導(dǎo)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(dǎo)通時所對應(yīng)的電壓有效值 ,V。 I 為可控硅在一個電源周期全導(dǎo)通時所對應(yīng)的電流有效值 ,A。由式 (1) 可 知 ,當(dāng) 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(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。 圖 23 電機(jī)控制原理圖 Z e r oC r o ssi n g1264U1M O C30 3 1 MX T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 .01P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 /R D17P 3 .6 /W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 /A 821P 2 .1 /A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U2A T 8