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1、智能风扇控制器设计前言随着人们生活水平及科技水平的不断提高，现在家用电器在款式、功能等方面日益求精，并朝着健康、安全、多功能、节能等方向发展。过去的电器不断的显露出其不足之处。电风扇曾一度被认为将是空调产品冲击下的淘汰品，其实并非如此。家用电风扇并没有随着空调的普及而淡出市场，其主要原因：一是风扇和空调的降温效果不同空调有强大的制冷功能，可以快速有效地降低环境温度，但电风扇的风更温和，更加适合老人儿童和体质较弱的人使用；二是电风扇有价格优势，价格低廉而且相对省电，安装和使用都非常简单。尽管电风扇有其市场优势，但传统电风扇还是有许多地方应当进行改良的。现在大部分电风扇只有手动调速，加上一个定时器
2、，其功能比较单一，最突出的缺点是它不能根据温度的变化适时调节风力大小，对于夜间温差大的地区，人们在夏夜使用电风扇时可能遇到这样的问题：当凌晨降温的时候电风扇依然在工作，可是人们因为熟睡而无法察觉，既浪费电资源又容易引起感冒，传统的机械定时器虽然能够控制电风扇在工作一定后关闭，但定时范围有限，且无法对温度变化灵活处理。如果能使电风扇处于两种不同的工作模式，模式一能对风扇实现手动控制，进行定时设置和档位调节，模式二具有对环境进行检测的功能，根据实时环境温度进行风速自动调节和当房间里面没有人时能自动的关闭电风扇，使风扇处于待机状态，当有人进入时自动开启并启动定时器控制，这样一来就避免了上述的不足。本
3、次设计就是围绕这些方面对现有电风扇进行改进。1 方案设计与论证 本设计能对风扇实现手动控制，进行定时设置和档位调节，同时具有对环境进行检测的功能，根据实时环境温度进行风速自动调节和当房间里面没有人时能自动的关闭电风扇，使风扇处于待机状态，当有人进入时自动开启并启动定时器控制。1.1 遥控设计方案与论证1.1.1 超声波遥控方案超声波传感器是运用超声波的特质发明出来的一种传感器。超声波的振动频率高于声波，是通过换能晶片在电压的激励下出现振动而产生的，其有波长短、频率高、方向性好、绕射现象小、可以成为射线定向传播等特点4。超声波遥控器由超声波发射和接收两个部分组成。超声波发射器电路由一块超声波振荡
4、发射专用模块NYKO和超声波发射换能器BT两部分组成。振荡发射模块发射产生振荡频率为40KHz脉冲，然后通过发射换能器BT将NYKO的输出的40KHz的振荡脉冲转换成40KHz的超声波，向空中发射出去。超声波接收电路则是将接收到的信号经过放大器放大给控制器处理。它的优点是比较耐脏污，可以在较差的环境中使用，缺点是精度较低，且成本较高4。超声波遥控原理框图如图1.1.1-1所示。超声波接收器控制器锁相环检波电路放大电路放大电路超声波发射器图1.1.1-1 超声波遥控原理框图1.1.2 红外遥控方案红外线遥控就是指通过红外线来发出控制信号，完成对控制目标的远距离控制目的。具体的来讲，就是通过发射器
5、产生红外线指令信息，然后通过接收器把信息接收下来并且对信号进行分析处理，最后达到对控目标的各种功能的远距离控制4。红外遥控系统分为发射和接收两部分。接收电路的红外接收管是一种光敏二极管，使用时要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作而获得高的灵敏度。由于红外发光二极管的发射功率较小，红外接收二极管收到的信号较弱，所以接收端就要增加高增益放大电路。红外线一体化接收头是集红外接收、放大、滤波和比较器输出等的模块，性能稳定、可靠。红外遥控的优点是便宜，易制，安全，缺点是精度低，距离近，方向性差4。红外遥控原理图如图1.1.2-1所示。图1.1.2-1 红外遥控原理图1.1.3 无线遥控方案无线遥
6、控系统由无线发射电路和无线接收电路组成。发射部分主要由按键编址电路、编码电路和发射模块组成。PT2262作为编码器，当按下按键时，设定的地址码和数据码从17引脚串行输出，经无线发射元件IRED发出信号。通过电阻ROSC凋节发射频率，适当提高PT2262工作电压(2.6 V15 V)，以增大发射距离。其中A0A12可设置为高电平、低电平、悬空三种状态，因此可以发送531441种编码组合，完全满足设计需求4。无线发射原理图如图1.1.3-1所示。图1.1.3-1 无线发射原理图接收部分由解码电路和接收模块组成。常用的编码芯片和解码芯片为PT2262和PT2272。发射电路主要由315MHz无线数据
7、发射模块和编码芯片PT2262 组成。无线接收原理图如图1.1.3-2所示。图1.1.3-2 无线接收原理图综合以上方案，超声波的优点是比较耐脏污，可以在较差的环境中使用，缺点是精度较低，且成本较高；红外的优点是便宜，易制，安全，缺点是精度低，距离近，方向性差；无线电的优点是频谱广，传播距离远，缺点是抗干扰性能较差,结合目前拥有的实验设施，我们本次设计采用了方案二作为遥控方案。1.2 温度采集方案设计与论证1.2.1 方案一可以使用热敏电阻之类的器件利用起感温效应,在将随被测温度变化的电压或者电流采集过来,使用A/D转换后,就可以用单片机进行数据的处理在显示电路上,就可以将被测温度显示出来,这
8、种设计需要用到A/D转换电路,感温电路比较麻烦。1.2.2 方案二进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这就是非常容易想到的，所以就可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易的直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。从以上两种方案，就可以很容易的看出来采用方案二电路比较简单软件设计也非常容易。所以本设计就使用了方案二。1.3 显示方案设计与论证1.3.1 LCD显示方案1602液晶就是字符型的液晶,他是用来专门显示数字、字母、符号的液晶模块。他含有很多5X7或5X11等点阵字符位来构成的。每一个点阵字符位都能显现出字符。每一位中间都有一个
9、点距的空格。每行中间也用空格用来起字符间距、行间距的用途。由于上述原因他就不能显示图形，而且显示效果也非常不好1。1.3.2 LED显示方案LED数码管里面有八只发光二极管，分别记作a、b、c、d、e、f、g、dp，其中dp为小数点。每一只发光二极管都有一根电极接到外部引脚上，而另外一直引脚连接在一起同样的外部引脚上。常见的LED数码管有两种，分为共阴极和共阳极。共阴极：当数码管里面的发光二极管的阴极接在一起作为公共引脚，在正常使用时该引脚接低电平，当对应引脚输入高电平时发光二极管点亮。共阳极：当数码管里面的发光二极管的阳极接在一起作为公共引脚，在正常使用时该引脚接高电平，当对应引脚输入低电平
10、时发光二极管点亮。动态显示的结果和静态显示是相同的，就能省下非常多的I/O端口，并且功率消耗更加小。综上所述，本设计采用的就是LED显示方案。2 主要器件简介2.1 AT89S52单片机简介ATS89S52是Atmel这个公司发明出来的一种功率消耗、性能非常高的CMOS8位微型控制器。可以有8K的能狗编程的一种存储器。其功能非常多，其中他有8位的CPU和在系统可编程FLASH；他的内部有时钟振荡器；具有8KB的内部程序存储器；还有256字节的内部数据RAM；具有32个能够编程的I/O；中断向量源具有8个；还有三个16位的计数器、定时器；同时他还有含有三极加密程序的存储器和全双工YART串行通道
11、。2.1.1 复位电路单片机的外部复位电路有上位电路和按键手动复位两种。我们采用的的是按键手动复位。当复位按键按下后，复位端与+5V电源接通，电容迅速放电，使RST引脚为高电平；当复位键弹起后，+5V电源通过10K欧姆电阻对22UF电容重新充电，RST引脚端出现复位正脉冲，其持续时间取决于电路时间常数2。2.1.2 时钟电路AT89S52的时钟有内部时钟方式和外部时钟方式两种。我们采用的是内部时钟方式，此方式是利用芯片内部的振荡器，然后在引脚XTAL1和XTAL2两端接晶体振荡器，就够成了自激的振荡器，发出的脉冲直接送入内部时钟电路3。2.2 LED数码管简介2.2.1 数码管显示器的结构LE
12、D数码管里面有八只发光二极管，分别记作a、b、c、d、e、f、g、dp，其中dp为小数点。每一只发光二极管都有一根电极接到外部引脚上，而另外一直引脚连接在一起同样的外部引脚上。常见的LED数码管有两种，分为共阴极和共阳极。共阴极：当数码管里面的发光二极管的阴极接在一起作为公共引脚，在正常使用时该引脚接低电平，当对应引脚输入高电平时发光二极管点亮。共阳极：当数码管里面的发光二极管的阳极接在一起作为公共引脚，在正常使用时该引脚接高电平，当对应引脚输入低电平时发光二极管点亮。LED数码管引脚图如图2.2.1-1所示。图2.2.1-1 LED数码管引脚图2.2.2 数码管动态显示单片机中应用得非常多的
13、一种显示方式就是数码管动态显示，动态驱动是把每个数码管的8个显示笔划 a、b、c、d、e、f、g、dp的同名端连接在一起，还要帮所有的数码管的公共极COM加上位选通控制电路，位选通是被每个单独的I/O线调节，当单片机输出字形码的时猴，每个数码管都收到了相同的一个字形码，但是到底是那个数码管会显现出字形，是由单片机对位选通COM端电路的调节，因此只要把必须要显示的数码管的选通控制开启，此位就会显现出字形，而没有被选通的数码管就不会发光。通过分时轮流来调节每一个数码管的的COM端，就会使每一个数码管轮流受控发光，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每个数码管的发光时间为12ms，由于人的视觉暂留效果
14、和发光二极管的余辉效应，就算事实上每个数码管都不是同时发光，但只要扫描的速度够快，就能给人一种一组稳定的显示数据的印象，不会出现闪烁感，动态显示的结果和静态显示是相同的，就能省下非常多的I/O端口，并且功率消耗更加小。2.2.3 数码管静态显示静态显示就是用单片机I/O口输出固定的数值，一般用来显示固定的数值，或长时间不变化的一位数值，这种显示方式在硬件结构上比较简单，而且需要程序处理也相对较少。其缺点在于显示的内容单一，往往不能满足要求，我们用的多是动态显示。LED数码管段码对照图如表2.2.3-1所示。 表2.2.3-1 LED数码管段码对照图类型段码012345678共阴极0X3F0X0
15、60X5B0X4F0X6D0X660X7D0X070X7F共阳极0XC00XF90XA40XB00X920X990X820XF80X802.2.4红外热释电检测电路红外热释电检测电路是由热释电红外传感器和传感信号处理集成电路BISS0001配以少量外接元器件组成。BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路芯片，BISS0001内部结构图如图2.2.4-1所示。图2.2.4-1 BISS0001内部结构图2.3 DS18B20简介低温度系数晶振的振荡频率基本不受温度的影响，就可以用来发出不变频率的脉冲信号传输到减法计数器1，震荡频率受温度影响就比较大的晶振就是高温度系数晶振，其发出的信号就可以用于减法计数器2的脉冲输入，每当计数门开启的时候时，DS18B20就会对低温系数振荡器发出的时钟脉冲进行计数，然后就能实现对温度的测量。高温度系数振荡器决定了计数门的开启时间，每次测量前，首先将-55所对应的基数每一个都放倒减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值
