單片機(jī)電風(fēng)扇智能調(diào)速器的設(shè)計(jì)論文

題目：STC89C52電風(fēng)扇智能調(diào)速器的設(shè)計(jì)

摘    要

    本設(shè)計(jì)為一種溫控風(fēng)扇系統(tǒng)，具有靈敏的溫度感測(cè)和顯示功能，系統(tǒng)STC89C52單片機(jī)作為控制平臺(tái)對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制�？捎捎脩粼O(shè)置高、低溫度值，測(cè)得溫度值在高低溫度之間時(shí)打開風(fēng)扇弱風(fēng)檔，當(dāng)溫度升高超過所設(shè)定的溫度時(shí)自動(dòng)切換到大風(fēng)檔，當(dāng)溫度小于所設(shè)定的溫度時(shí)自動(dòng)關(guān)閉風(fēng)扇，控制狀態(tài)隨外界溫度而定。所設(shè)高低溫值保存在溫度傳感器DS18B20內(nèi)部E2ROM中，掉電后仍然能保存上次設(shè)定值，性能穩(wěn)定,控制準(zhǔn)確。

緒  論

近些年來，隨著空調(diào)行業(yè)的迅速發(fā)展，空調(diào)價(jià)格的大幅度“跳水”，電風(fēng)扇行業(yè)曾被普遍認(rèn)為是“夕陽(yáng)產(chǎn)業(yè)”。其實(shí)并非如此，市場(chǎng)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(chǎng)，近兩年反而出現(xiàn)了市場(chǎng)銷售復(fù)蘇的態(tài)勢(shì)。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(jià)格優(yōu)勢(shì)，價(jià)格便宜而且相對(duì)省電，安裝和使用都非常簡(jiǎn)單。

傳統(tǒng)電風(fēng)扇多采用機(jī)械方式進(jìn)行控制，功能少，噪音大，各檔的風(fēng)速變化大。隨著科技的發(fā)展和人們生活水平的提高，家用電器產(chǎn)品趨向于自動(dòng)化、智能化、環(huán)�；�和人性化，使得由微機(jī)控制的智能電風(fēng)扇得以出現(xiàn)。

生活中，我們經(jīng)常會(huì)使用一些與溫度有關(guān)的設(shè)備。比如，現(xiàn)在雖然不少城市家庭用上了空調(diào)，但在占中國(guó)大部分人口的農(nóng)村地區(qū)依舊使用電風(fēng)扇作為降溫防暑設(shè)備，春夏（夏秋）交替時(shí)節(jié)，白天溫度依舊很高，電風(fēng)扇應(yīng)高轉(zhuǎn)速、大風(fēng)量，使人感到清涼；到了晚上，氣溫降低，當(dāng)人入睡后，應(yīng)該逐步減小轉(zhuǎn)速，以免使人感冒。雖然電風(fēng)扇都有調(diào)節(jié)不同檔位的功能，但必須要人手動(dòng)換檔，睡著了就無能為力了，而普遍采用的定時(shí)器關(guān)閉的做法，一方面是定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短有限制，一般是一兩個(gè)小時(shí)；另一方面可能在一兩個(gè)小時(shí)后氣溫依舊沒有降低很多，而風(fēng)扇就關(guān)閉了，使人在睡夢(mèng)中熱醒而不得不起床重新打開風(fēng)扇，增加定時(shí)器時(shí)間，非常麻煩，而且可能多次定時(shí)后最后一次定時(shí)時(shí)間太長(zhǎng)，在溫度降低以后風(fēng)扇依舊繼續(xù)吹風(fēng)，使人感冒；第三方面是只有簡(jiǎn)單的到了定時(shí)時(shí)間就關(guān)閉風(fēng)扇電源的單一功能，不能滿足氣溫變化對(duì)風(fēng)扇風(fēng)速大小的不同要求。又比如在較大功率的電子產(chǎn)品散熱方面，現(xiàn)在絕大多數(shù)都采用了風(fēng)冷系統(tǒng)，利用風(fēng)扇引起空氣流動(dòng)，帶走熱量，使電子產(chǎn)品不至于發(fā)熱燒壞。要使電子產(chǎn)品保持較低的溫度，必須用大功率、高轉(zhuǎn)速、大風(fēng)量的風(fēng)扇，而風(fēng)扇的噪音與其功率成正比。如果要低噪音，則要減小風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，又會(huì)引起電子設(shè)備溫度上升，不能兩全其美。為解決上述問題，我們?cè)O(shè)計(jì)了這套溫控自動(dòng)風(fēng)扇系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用高精度集成溫度傳感器，用單片機(jī)控制，能顯示實(shí)時(shí)溫度，并根據(jù)使用者設(shè)定的溫度自動(dòng)在相應(yīng)溫度時(shí)作出小風(fēng)、大風(fēng)、停機(jī)動(dòng)作，精確度高，動(dòng)作準(zhǔn)確。

1  系統(tǒng)概述

1.1  STC89C52單片機(jī)簡(jiǎn)介

STC89C52是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)4bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大。STC89C52單片機(jī)可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。

STC89C52單片機(jī)提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)、計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，STC89C52單片機(jī)可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式�？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)、計(jì)數(shù)器，串行通行口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。

1. 2  本設(shè)計(jì)任務(wù)和主要內(nèi)容

本文以STC89C52單片機(jī)為核心，通過數(shù)字溫度傳感器對(duì)外界環(huán)境溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，從而建立一個(gè)控制系統(tǒng)，使電風(fēng)扇隨溫度的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)檔位，實(shí)現(xiàn)“溫度高、風(fēng)力大、溫度低、風(fēng)力弱”的性能。另外，通過紅外發(fā)射和接收裝置及按鍵實(shí)現(xiàn)各種功能的啟動(dòng)與關(guān)閉，并且可對(duì)各種功能實(shí)現(xiàn)遙控，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(shí)，電風(fēng)扇將自動(dòng)關(guān)閉，當(dāng)高于此溫度時(shí)電風(fēng)扇又將重新啟動(dòng)。

本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容如下：

(1)風(fēng)速設(shè)為從低到高共2個(gè)檔位，可由用戶通過鍵盤設(shè)定。

(2)每當(dāng)溫度低于下限值時(shí),則電風(fēng)扇風(fēng)速關(guān)閉。

(3)每當(dāng)溫度在下限和上限之間時(shí),則電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速緩慢。

(4))每當(dāng)溫度高于上限值時(shí),則電風(fēng)扇風(fēng)速全速運(yùn)轉(zhuǎn)。

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的溫度控制，需要有較高的溫度變化分辨率和穩(wěn)定可靠的換檔停機(jī)控制部件。

溫度傳感器可由以下幾種方案可供選擇：

方案一：選用熱敏電阻作為感測(cè)溫度的核心元件，通過運(yùn)算放大器放大由于溫度變化引起熱敏電阻電阻的變化、進(jìn)而導(dǎo)至的輸出電壓變化的微弱電壓變化信號(hào)，再用AD轉(zhuǎn)換芯片ADC0809將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)輸入單片機(jī)處理。

方案二：采用熱電偶作為感測(cè)溫度的核心元件，配合橋式電路，運(yùn)算放大電路和AD轉(zhuǎn)換電路，將溫度變化信號(hào)送入單片機(jī)處理。

方案三：采用數(shù)字式集成溫度傳感器DS18B20作為感測(cè)溫度的核心元件，直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)供單片機(jī)處理。

對(duì)于方案一，采用熱敏電阻有價(jià)格便宜、元件易購(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，但熱敏電阻對(duì)溫度的細(xì)微變化不敏感，在信號(hào)采集、放大、轉(zhuǎn)換過程中還會(huì)產(chǎn)生失真和誤差，并且由于熱敏電阻的R-T關(guān)系的非線性，其本身電阻對(duì)溫度的變化存在較大誤差，雖然可以通過一定電路予以糾正，但不僅將使電路復(fù)雜穩(wěn)定性降低，而且在人體所處溫度環(huán)境溫度變化中難以檢測(cè)到小的溫度變化。故該方案不適合本系統(tǒng)。

對(duì)于方案二，采用熱電偶和橋式測(cè)量電路相對(duì)于熱敏電阻其對(duì)溫度的敏感性和器件的非線性誤差都有較大提高，其測(cè)溫范圍也非常寬，從-50攝氏度到1600攝氏度均可測(cè)量。但是依然存在電路復(fù)雜，對(duì)溫度敏感性達(dá)不到本系統(tǒng)要求的標(biāo)準(zhǔn)，故不采用該方案。

對(duì)于方案三，由于數(shù)字式集成溫度傳感器DS18B20的高度集成化，大大降低了外接放大轉(zhuǎn)換等電路的誤差因素，溫度誤差很小，并且由于其感測(cè)溫度的原理與上述兩種方案的原理有著本質(zhì)的不同，使得其溫度分辨力極高。溫度值在器件內(nèi)部轉(zhuǎn)換成數(shù)字量直接輸出，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)，又由于該傳感器采用先進(jìn)的單總線技術(shù)（1-WRIE），與單片機(jī)的接口變的非常簡(jiǎn)潔，抗干擾能力強(qiáng)。關(guān)于DS18B20的詳細(xì)參數(shù)參看下面“硬件設(shè)計(jì)”中的器件介紹。

方案一：采用電壓比較電路作為控制部件。溫度傳感器采用熱敏電阻或熱電偶等，溫度信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)并放大，由集成運(yùn)放組成的比較電路判決控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，當(dāng)高于或低于某值時(shí)將風(fēng)扇切換到相應(yīng)檔位。

方案二：采用單片機(jī)作為控制核心。以軟件編程的方法進(jìn)行溫度判斷，并在端口輸出控制信號(hào)。

對(duì)于方案一，采用電壓比較電路具有電路簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，以及無需編寫軟件程序的特點(diǎn)，但控制方式過于單一，不能自由設(shè)置上下限動(dòng)作溫度，無法滿足不同用戶以及不同環(huán)境下的多種動(dòng)作溫度要求，故不在本系統(tǒng)中采用。

對(duì)于方案二，以單片機(jī)作為控制器，通過編寫程序不但能將傳感器感測(cè)到的溫度通過顯示電路顯示出來，而且用戶能通過鍵盤接口，自由設(shè)置上下限動(dòng)作溫度值，滿足全方位的需求。并且通過程序判斷溫度具有極高的精準(zhǔn)度，能精確把握環(huán)境溫度的微小變化。故本系統(tǒng)采用方案二。

方案一：采用五位共陽(yáng)數(shù)碼管顯示溫度，動(dòng)態(tài)掃描顯示方式。

方案二：采用液晶顯示屏LCD顯示溫度

對(duì)于方案一，該方案成本低廉，顯示溫度明確醒目，在夜間也能看見，功耗極低，顯示驅(qū)動(dòng)程序的編寫也相對(duì)簡(jiǎn)單，這種顯示方式得到廣泛應(yīng)用。不足的地方是掃描顯示方式是使五個(gè)LED逐個(gè)點(diǎn)亮，因此會(huì)有閃爍，但是人眼的視覺暫留時(shí)間為20MS，當(dāng)數(shù)碼管掃描周期小于這個(gè)時(shí)間時(shí)人眼將感覺不到閃爍，因此可以通過增大掃描頻率來消除閃爍感。

對(duì)于方案二，液晶體顯示屏具有顯示字符優(yōu)美，不但能顯示數(shù)字還能顯示字符甚至圖形的優(yōu)點(diǎn)，這是LED數(shù)碼管無法比擬的。但是液晶顯示模塊價(jià)格昂貴，驅(qū)動(dòng)程序復(fù)雜，從簡(jiǎn)單實(shí)用的原則考慮，本系統(tǒng)采用方案一。

方案一：采用變壓器調(diào)節(jié)方式，運(yùn)用電磁感應(yīng)原理將220V電壓通過線圈降壓到不同的電壓，控制風(fēng)扇電機(jī)接到不同電壓值的線圈上可控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制風(fēng)扇風(fēng)力大小。

方案二：采用晶閘管構(gòu)成無級(jí)調(diào)速電路。

對(duì)于方案一，由于采用變壓器改變電壓調(diào)節(jié)，有風(fēng)速級(jí)別限制，不能適應(yīng)人性化要求。且在變壓過程中會(huì)有損耗發(fā)熱，效率不高，發(fā)熱有不安全因素。

對(duì)于方案二，以電位器控制晶閘管的導(dǎo)通角大小，可實(shí)現(xiàn)由最大風(fēng)速到關(guān)閉的無級(jí)別調(diào)速，可將風(fēng)力調(diào)節(jié)在關(guān)閉無風(fēng)到最大風(fēng)之間的任意風(fēng)力，實(shí)現(xiàn)“自由風(fēng)”。且在調(diào)速環(huán)節(jié)中基本無電力損耗。故本系統(tǒng)采用方案二。

方案一：采用數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片AD0832控制，由單片機(jī)根據(jù)當(dāng)前溫度值送出相應(yīng)數(shù)字量到AD0832，由AD0832產(chǎn)生模擬信號(hào)控制晶閘管的導(dǎo)通角，從而配合無級(jí)調(diào)速電路實(shí)現(xiàn)溫控時(shí)的自動(dòng)無級(jí)風(fēng)力調(diào)節(jié)。

方案二：采用繼電器，繼電器的接有控制晶閘管導(dǎo)通角的電阻的接入電路與否由單片機(jī)控制，根據(jù)當(dāng)前溫度值在相應(yīng)管腳送出高/低電平，決定某個(gè)繼電器的導(dǎo)通角控制電阻是否接入電路。（詳見4.2.4）

對(duì)于方案一，該方案能夠?qū)崿F(xiàn)在風(fēng)扇處于溫控狀態(tài)時(shí)也能無級(jí)調(diào)速，但是D/A轉(zhuǎn)換芯片價(jià)格較高，與其溫控狀態(tài)下無級(jí)調(diào)速功能相比性價(jià)比不高。

對(duì)于方案二，雖然在溫控狀態(tài)下只能實(shí)現(xiàn)弱/大風(fēng)兩級(jí)調(diào)速，但采用繼電器價(jià)格便宜，控制可靠，且出于在溫控狀態(tài)時(shí)無級(jí)調(diào)速并不是特別需要的功能，綜合考慮采用方案二。

3 系統(tǒng)原理

3.1  系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

3.2  控制裝置原理

傳統(tǒng)電風(fēng)扇供電采用的是220V交流電，電機(jī)轉(zhuǎn)速分為幾個(gè)檔位，通過人工手動(dòng)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到改變風(fēng)速的目的，亦即，每改變一次風(fēng)力，必然有人參與操作，這樣就會(huì)帶來諸多不便。

本文介紹了一種基于STC89C52單片機(jī)的智能電風(fēng)扇調(diào)速器的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)巧妙利用紅外線遙控技術(shù)、單片機(jī)控制技術(shù)、無級(jí)調(diào)速技術(shù)和溫度傳感技術(shù)，把智能控制技術(shù)應(yīng)用于家用電器的控制中，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(hào)，再通過可控硅對(duì)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(dòng)調(diào)整風(fēng)速的效果。

3．3  溫度檢測(cè)和顯示電路

可以選用LM324A運(yùn)算放大器作為溫度傳感器，將其設(shè)計(jì)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(cè)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(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，降低了電路的復(fù)雜程度，提高了電路的運(yùn)行質(zhì)量。

3.3.1  DS18B20的溫度處理方法

DS18B20是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司繼DS1820之后最新推出的一種改進(jìn)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(cè)溫度并且可根據(jù)實(shí)際要求通過簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式�？梢苑謩e在93.75 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?qū)懭隓S18B20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(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單可靠性更高。他在測(cè)溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面較DS1820有了很大的改進(jìn)，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。

DS18B20簡(jiǎn)介：

（1）獨(dú)特的單線接口方式：DS18B20與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)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：+3.0~ +5.5 V。

（4）測(cè)溫范圍：-55 ~+125 ℃。固有測(cè)溫分辨率為0.5 ℃。

（5）通過編程可實(shí)現(xiàn)9~12位的數(shù)字讀數(shù)方式。

（6）用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值。

（7）支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。

（8）負(fù)壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。

單線（1—wire)技術(shù)：

該技術(shù)采用單根信號(hào)線，既可傳輸時(shí)鐘，也能傳輸數(shù)據(jù)，而且是雙向傳輸。適用于單主機(jī)系統(tǒng)，主機(jī)能夠控制一個(gè)或多個(gè)從機(jī)設(shè)備，通過一個(gè)漏極開路或三態(tài)端口連至該數(shù)據(jù)線，以允許設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)能釋放該線，而讓其他設(shè)備使用。單線通常要求外接一個(gè)5K的上拉電阻，這樣當(dāng)該線空閑時(shí)，其狀態(tài)為高電平。

主機(jī)和從機(jī)之間的通訊分成三個(gè)步驟：初始化單線器件、識(shí)別單線器件和單線數(shù)據(jù)傳輸。

單線1—wire協(xié)議由復(fù)位脈沖、應(yīng)答脈沖、寫0、寫1、讀0、讀1，這幾種信號(hào)類型實(shí)現(xiàn)，這些信號(hào)中除了應(yīng)答脈沖其他都由主機(jī)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(cè)量溫度值轉(zhuǎn)化為數(shù)字量提交給單片機(jī)，工作時(shí)必須嚴(yán)格遵守單總線器件的工作時(shí)序。

3.3.2  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，STC89C52單片機(jī)作為處理器，配以溫度顯示作為溫度控制輸出單元。整個(gè)系統(tǒng)力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(chǎng)溫度，將測(cè)量到的數(shù)據(jù)送入STC89C52單片機(jī)的P2.4口，經(jīng)過單片機(jī)處理后顯示當(dāng)前溫度值，并與設(shè)定溫度值的上下限值作比較，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)行自動(dòng)調(diào)整。

圖2 DS18B20溫度計(jì)原理圖

3.4  電機(jī)調(diào)速電路

電機(jī)調(diào)速是整個(gè)控制裝置中的一個(gè)相當(dāng)重要的方面。通過控制改變?nèi)龢O翻出的導(dǎo)，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)速，實(shí)現(xiàn)各檔位風(fēng)速的無級(jí)調(diào)速。

3.4.1  電機(jī)調(diào)速原理

雙向可控硅的導(dǎo)通條件如下：

(1）陽(yáng)-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(yáng)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?gòu)母叩降驮O(shè)為5、4、3、2、1檔，每檔風(fēng)速都有一個(gè)限定值。在額定電壓、額定功率下，以最高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，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

V=πDn×103                          （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(fēng)扇的最高轉(zhuǎn)速(r/min)。

代入數(shù)據(jù)求得n5≤1555r/min,取n5=1250 r/min.又因?yàn)椋?/font>

取n1=875r/min。則可得出五個(gè)檔位的轉(zhuǎn)速值：

n1=875r/min，n2=980r/min，n3=1063r/min，n4=1150 r/min，n5=1250r/min

又由于負(fù)載上電壓的有效值

u0=u1                                  （2）

式（2）中，u1為輸入交流電壓的有效值，α為控制角。解得：

• 當(dāng)α5=0°時(shí)，t=0ms；
• 當(dāng)α4=23.5°時(shí)，t=1.70ms；
• 當(dāng)α3=46.5°時(shí)，t=2.58ms；
• 當(dāng)α2=61.5°時(shí)，t=3.43ms；
• 當(dāng)α1=76.5°時(shí)，t=4.30ms。
  

上述計(jì)算出的是控制角和觸發(fā)時(shí)間，當(dāng)檢測(cè)到過零點(diǎn)時(shí)，按照所求得的觸發(fā)時(shí)間延時(shí)發(fā)脈沖，便可實(shí)現(xiàn)預(yù)期轉(zhuǎn)速。

3.4.2  電機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)

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(cè)、過零觸發(fā)等功能于一身,避免了輸入輸出通道同時(shí)控制雙向可控硅觸發(fā)的缺陷, 簡(jiǎn)化了輸出通道隔離2驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)。所設(shè)計(jì)的可控硅觸發(fā)電路原理圖見圖3。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(gè)高電平, 經(jīng)反向器反向后, 送出一個(gè)低電平,使光電耦合器導(dǎo)通, 同時(shí)觸發(fā)雙向可控硅, 使工作電路導(dǎo)通工作。給定時(shí)間內(nèi),負(fù)載得到的功率為:

                             (3)

式中: P 為負(fù)載得到的功率（ kW）; n 為給定時(shí)間內(nèi)可控硅導(dǎo)通的正弦波個(gè)數(shù); N 為給定時(shí)間內(nèi)交流正弦波的總個(gè)數(shù); U為可控硅在一個(gè)電源周期全導(dǎo)通時(shí)所對(duì)應(yīng)的電壓有效值（V）; I 為可控硅在一個(gè)電源周期全導(dǎo)通時(shí)所對(duì)應(yīng)的電流有效值（A）。由式(3) 可知,當(dāng)U , I , N為定值時(shí), 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3 電機(jī)控制原理圖

4  控制器軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的運(yùn)行程序采用C語(yǔ)言編寫，采用模塊化設(shè)計(jì)，整體程序由主程序和顯示、鍵盤掃描、紅外線接收以及電機(jī)控制等子程序模塊組成。

4.1  主程序

在主程序進(jìn)行初始化后，開始反復(fù)檢測(cè)各模塊相關(guān)部分的緩沖區(qū)的標(biāo)志，如果緩沖區(qū)置位，說明相應(yīng)的數(shù)據(jù)需要處理，然后主程序調(diào)用相應(yīng)的處理子模塊。如圖7所示。

圖7 主程序模塊流程圖

4.2  數(shù)字溫度傳感器模塊和顯示子模塊

圖8 數(shù)字溫度傳感器模塊程序流程圖

如圖8所示，主機(jī)控制DS18B20數(shù)字溫度傳感器完成溫度轉(zhuǎn)換工作必須經(jīng)過三個(gè)步驟：初始化、ROM操作指令、存儲(chǔ)器操作指令。單片機(jī)所用的系統(tǒng)頻率為12MHz。

根據(jù)DS18B20數(shù)字溫度傳感器進(jìn)行初始化時(shí)序、讀時(shí)序和寫時(shí)序分別可編寫3個(gè)子程序：初始化子程序、寫子程序、讀子程序。

DS18B20芯片功能命令表如下：

命令                                          說明                        協(xié)議

READ ROM                                讀取激光ROM64位                  33H MATCH ROM                                   匹配ROM                     55H SKIP ROM                                      跳過ROM                     CCH SEARCH ROM                                   搜索ROM                     F0H ALARM SEARCH                                告警搜索                      ECH WRITE SCRATCHPAD                  把字節(jié)寫入暫存器的地址2和3            4EH READ SCRATCHPAD                     讀取暫存器和CRC字節(jié)                 BEH COPY SCRATCHPAD                 把暫存器內(nèi)容拷貝到非易失性存儲(chǔ)器中        48H CONVERT T                                   開始溫度轉(zhuǎn)換                    44H RECALL E2                          把非易失性存儲(chǔ)器中的值召回暫存器          B8H READ POWER SUPPLY           讀電源供電方式：0為寄生電源，1為外電源       B4H

表2  DS18B20功能命令表

4.3  電機(jī)調(diào)速與控制子模塊

本模塊采用雙向可控硅過零觸發(fā)方式，由單片機(jī)控制雙向可控硅的通斷，通過改變每個(gè)控制周期內(nèi)可控硅導(dǎo)通和關(guān)斷交流完整全波信號(hào)的個(gè)數(shù)來調(diào)節(jié)負(fù)載功率，進(jìn)而達(dá)到調(diào)速的目的。

因?yàn)镮NT0信號(hào)反映工頻電壓過零時(shí)刻，所以只要在外中斷0的中斷服務(wù)程序中完成控制門的開啟與關(guān)閉，并利用中斷服務(wù)次數(shù)對(duì)控制量n進(jìn)行計(jì)數(shù)和判斷，即每中斷一次，對(duì)n進(jìn)行減1計(jì)數(shù)，如果n不等于0，保持控制電平為“1”，繼續(xù)打開控制門；如n=0，則使控制電平復(fù)位為“0”，關(guān)閉控制門，使可控硅過零觸發(fā)脈沖不再通過。這樣就可以按照控制處理得到的控制量的要求，實(shí)現(xiàn)可控硅的過零控制，從而達(dá)到按控制量控制的效果，實(shí)現(xiàn)速度可調(diào)。

（1）中斷服務(wù)程序：執(zhí)行中斷服務(wù)程序時(shí)，首先保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，INT0中斷標(biāo)志置位，禁止主程序修改工作參數(shù)，然后開始減1計(jì)數(shù)，判斷是否關(guān)斷可控硅，最后INT0中斷標(biāo)志位清零，還原初始化數(shù)據(jù)，恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，中斷返回。（設(shè)1秒鐘通過波形數(shù)N=100）

（2）回路控制執(zhí)行程序：主回路控制執(zhí)行程序的任務(wù)是初始化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，確定

電機(jī)工作參數(shù)nmin/nmax，并將其換算成“有效過零脈沖”的個(gè)數(shù)；確定中斷優(yōu)先級(jí)、開

中斷，為了保證正弦波的完整，工頻過零同步中斷INT0確定為高一級(jí)的中斷源。

圖9 電機(jī)控制模塊中斷響應(yīng)流程圖

結(jié) 束 語(yǔ)

本系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為核心，單片機(jī)主要完成對(duì)外界環(huán)境溫度信號(hào)的采集、處理、顯示等功能;用Altium Designer 6軟件繪制電路原理圖和PCB電路印刷板圖，由Protues軟件進(jìn)行訪真測(cè)試，利用MCS-51 C語(yǔ)言編制。

運(yùn)行程序該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是:

（1)適用性強(qiáng)，用戶只需對(duì)界面參數(shù)進(jìn)行設(shè)置并啟動(dòng)系統(tǒng)正常運(yùn)行便可滿足不同用戶對(duì)最適合溫度的要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)最適溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（2)隨時(shí)可以根據(jù)軟件編寫新的功能加入產(chǎn)品。操作界面可擴(kuò)展性強(qiáng)，只要稍加改變，即可增加其他按鍵的使用功能。

本系統(tǒng)溫度控制采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器作為感溫元件�？煽毓璐�接在電源與負(fù)載電風(fēng)扇，借改變定周期內(nèi)可控硅的導(dǎo)通與截止時(shí)間之比來實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能，其設(shè)計(jì)使用方便就，適應(yīng)人們睡覺和辦公等不同場(chǎng)合的使用。

基于STC89C52單片機(jī)所設(shè)計(jì)與研制的電風(fēng)扇智能調(diào)速系統(tǒng)，造價(jià)低且具有穩(wěn)定性高、性能優(yōu)越、節(jié)約電能等優(yōu)點(diǎn)，在夜間無需定時(shí)，同樣能給人們帶來更多的方便。

本設(shè)計(jì)在模擬檢測(cè)中運(yùn)行較好，但采樣據(jù)不太穩(wěn)定。功能上的缺憾是對(duì)于兩個(gè)檔之間的臨界溫度處理不好，并且檔位太少,還有待改進(jìn)。

本設(shè)計(jì)的源程序及word格式的論文下載地址：
http://www.torrancerestoration.com/bbs/dpj-78781-1.html