基于单片机的多功能自动调温风扇系统设计

基于单片机的多功能自动调温风扇系统设计

姓名：商晓明

身份证：65430119791221081X

摘要

由于电子学和晶片技术的飞速发展，使得电子学的运算速度快、体积小、功耗低，因此它把许多尖端的感测器都整合到了一起，把它植入到家电里，让家电拥有“大脑”，可以根据周围的变化自动地进行调节，这样就可以极大地改善使用者居住的舒适度、便利性和安全性能，这就是“智能家居”。本文针对智能家庭在人们的生活中所提供的便利和智能化，对我们平常所用的电扇进行了改造，主要由89C52微处理器构成，DS18B20型温敏元件用于检测周边环境，着重介绍了基于 PID的模糊技术，并在此基础上，利用 PID和 Fuzzy PID技术，对电风扇的速度进行了高精度调整。

关键词：智能家居；89C52单片机；模糊PID；自动调温；电风扇；多功能

一、总体方案设计

（一）系统主要功能

(1)该系统一改常规 PID控制器的设计，将 PID控制器与模糊 PID技术结合起来，使 PID参数能够根据电动机的速度偏差进行实时调节，从而达到对电风扇的高速、准确的控制；

(2)该系统的电扇具有三种工作方式：在自动状态下，电扇可以收集外界的温度，然后利用 PID模糊控制，实现对风扇马达的速度进行精确的控制，从而实现对风扇的速度进行微调，在设定状态下，电扇可以按照使用者的设定和环境的温度来进行调节，在一定的速度范围内，将电风扇按照1、2、3的恒速运转。

(3)在使用者处于风扇前面时，可使风扇自行起动，在使用者离开时，则可自行停机；

(4)本发明能准确地表示目前的时序，甚至在关机状态下，该时钟芯片仍能保持定时；

(5)利用 LCD显示器，即时地显示温度、转速和当前时刻；

（二）系统各功能模块介绍

电源模块

该系统使用12 V的供电方式，12 V的供电由220V50Hz的家庭 AC变换成12 V的12 V供电。在此基础上，12 V的电力供应系统是直接用于 DC风扇的，5 V的电压降低部分用于 MCU、传感器、控制器等。

1.5V电源降压模块

由于单片机、各传感器以及其它的控制器都是5 V的电源，所以要把12 V的电源降低到5 V。12伏的电压由功率适配器经220 V AC变换而成，12 V功率适配器一般为切换式，12 V的电压波动较大，故5 V电源降低组件应该采用一种线性调整器。为了去除脉动，本装置还将所需的滤波器及解耦电容与稳压器的输入、输出相结合。为了解决以上问题，本设计采用LM7805型线性调整器，并将其应用于5 V电压下降控制。

二、硬件电路设计

（一）硬件电路总设计

该设备的硬件部分由12 V电源接口组成，LM7805电源降压模块，ATMEL89C52单片机，DS1302时钟芯片，DS18B20温度传感器，矩阵键盘模块，HC-SR501型 IR传感器，1602液晶显示模块，指示灯显示模块，ISD4004语音模块，IRF1010MOFET管和电机接口，PT2262无线电发送模块，PT2272-M4无线电接收机模块。该控制系统以89C52为中心，将全部数据传送到 MCU，由 MCU进行加工并发送到对应的模块。因为这个“神经中枢”，所有的设备都被整合到了一起，形成了一个整体。

（二）各模块硬件电路设计

1.12V电源接口电路

12 V的电源接线，使用5.08毫米的插头，12 V的插头可以连接到这个插头上，为整个系统提供电力。电力系统的设计要说明，电动机是一种功率比较大的设备，在工作时会有很大的波动，所以，如果把控制线路的接地和电动机的接地相结合，那么电动机所引起的电压波动很有可能会对控制线路的电压产生干扰。为了防止这一情况，我们将电动机的地线与地面分开，并在12 V供电端口处用0欧的电阻器进行了一个单一的接地，这样就可以彻底切断电动机的供电对控制区的影响，确保了系统的供电可靠性和抗干扰性。在 PCB电路的设计中，必须充分考虑到电流的强度和 EMC EMC的 EMC特性，为了确保供电系统的稳定，必须将接地的电阻降到最低，以免在经过大电流的情况下出现“浮地”，从而导致单片机的复位等副作用。

三、系统调试

（一）温度传感器DS18B20模块调试

DS18B20具有较高的测量精度和方便的综合性能，在整个系统中具有很大的优越性， P1.6端口是用来测量数据的，不能直接测量出它的温度，需要通过数据来进行数据传输，但是由于数量有限，所以只能用数字管的数量来表示。在编程时，采用10乘10的方法，使数值较低的数值能得到较大的数值，从而便于编程。在对感温感测器进行检测时，可以通过抓取的温度来观察显示器的改变，也可以用打火机进行加热。对感应器的若干引脚进行正确的判别，不得有较差的误差。

（二）风扇调速电路部分调试

风扇的控制部分，利用 PWM的波形改变，通过三极管的放大器对各种波形进行处理，使之变为风速，并可依不同的速度设定相应的挡位，从而达到三种变速。当风力较小时，通过测量到的温度与设定的数值进行对比，从而达到自动感知风速的改变。

四、总结与展望

利用物联网技术，将家电与因特网相结合，让家电也可以在因特网上进行数据的下载、查询、储存等操作，并且可以象人那样具备思维能力，这是未来的智能家庭发展方向。通过网络，家电可以更智能地操作，具备语音识别，人脸识别，数据采集，判断喜好，远程控制等多种功能。在控制策略上，将会有神经网络、模糊控制、专家控制等智能化控制技术，从而使家电控制更为快速、准确。该设备所研制的多用途的自动温度调节风扇，将来还可以接入因特网，让使用者可以在网络上进行远程操作。同时，它还可以在使用者的使用中，持续地搜集使用者的相关资讯，让它具有较高的智能性，并能够自行判定使用者的生活习性，例如可以通过使用者频繁设置的水温，来判定使用者对环境的敏感程度，进而调整其操控方式等等。随着控制、通讯、网络等技术的飞速发展，智能家居将会得到极大的发展，智能家居将会更加普及，更多的智能家电也会进入到千家万户，可以想象，在未来，普通的家用电器，都会被接入到互联网中，变得更加智能，更加人性化，就像是人类一样，可以学习和思考，而智能家居和智能家电的发展，也会让人们的生活质量得到极大的提升。

参考文献

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