基于C8051F020的紅外遙控電風(fēng)扇設(shè)計(jì)

摘要：給出了一種采用C8051F020單片機(jī)實(shí)現(xiàn)紅外遙控電風(fēng)扇的系統(tǒng)方案。將紅外接收模塊、溫度采集電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、報(bào)警電路和風(fēng)速控制電路置于電風(fēng)扇中，通過C8051F020單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇風(fēng)速控制、定時(shí)功能和運(yùn)行模式切換功能，采用4×4鍵盤或者遙控器完成數(shù)據(jù)和控制指令的輸入，并通過TS1602 LCD完成基本的狀態(tài)數(shù)據(jù)和控制指令實(shí)時(shí)顯示等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：本系統(tǒng)能夠成功實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇的運(yùn)行模式切換、風(fēng)速控制和定時(shí)功能，自動運(yùn)行模式下，風(fēng)速由環(huán)境溫度決定，溫度控制精度為±1℃。
關(guān)鍵詞：C8051F020單片機(jī)；紅外遙控；模式切換；風(fēng)速控制；定時(shí)功能

    目前市場上的風(fēng)扇多為機(jī)械方式控制和定時(shí)，功能少，噪聲大，且不能根據(jù)實(shí)時(shí)的環(huán)境溫度改變風(fēng)速。本文介紹了一種基于C8051F020單片機(jī)的紅外遙控風(fēng)扇系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，巧妙利用紅外控制技術(shù)，結(jié)合實(shí)時(shí)時(shí)鐘DS1302、溫度傳感器DS18B20和單片機(jī)C8051F020實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇的智能控制，運(yùn)行模式可切換。自動運(yùn)行模式下，實(shí)時(shí)調(diào)整風(fēng)速有利于節(jié)能控制，符合現(xiàn)代電子產(chǎn)品自動化、智能化、人性化的設(shè)計(jì)要求，可移植性強(qiáng)，人機(jī)界面友好。

1 整體方案設(shè)計(jì)
    方案的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇的智能控制，運(yùn)行模式可切換。手動運(yùn)行模式下，遙控器或者鍵盤輸入數(shù)據(jù)和控制指令的輸入，單片機(jī)解碼成對應(yīng)的控制指令來完成對風(fēng)扇電路的智能控制。自動運(yùn)行模式下，C8051F020單片機(jī)通過DS18B20測得實(shí)時(shí)環(huán)境溫度值，將溫度與風(fēng)速檔位設(shè)定值進(jìn)行比較后驅(qū)動電風(fēng)扇相應(yīng)檔位工作。

2 硬件電路設(shè)計(jì)
2．1 硬件總體設(shè)計(jì)
    整個(gè)系統(tǒng)主要由紅外遙控發(fā)射接收電路、鍵盤電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、溫度采集電路、LCD顯示器、繼電器控制電路和單片機(jī)控制電路組成。其中，紅外發(fā)射電路和鍵盤電路(與遙控器命令匹配)用來輸入控制信號；LCD是用來顯示控制命令、狀態(tài)信息、實(shí)時(shí)時(shí)間和實(shí)時(shí)溫度值；實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路用于讀取實(shí)時(shí)時(shí)間；溫度采集電路用于實(shí)時(shí)監(jiān)測環(huán)境溫度，方便電風(fēng)扇在自動運(yùn)行模式下工作；單片機(jī)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，控制繼電器工作和電風(fēng)扇運(yùn)行。系統(tǒng)總體電路設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

2．2 紅外發(fā)射接收
    紅外遙控有發(fā)送和接收兩個(gè)部分組成。發(fā)射電路采用專用紅外發(fā)射IC SC6122和按鍵(與鍵盤輸入電路完全匹配)完成。接收部分采用一體化紅外遙控接收頭HS0038，將接收到的紅外信號送入C8051F020單片機(jī)外部中斷0，由單片機(jī)完成紅外數(shù)據(jù)的解碼。C8051F020內(nèi)置增強(qiáng)型數(shù)字交叉開關(guān)，通過配置交叉開關(guān)控制寄存器XBR0和XBR213，將INT0配置在C8051F020的P0．2(INT0)，完成串行數(shù)據(jù)的接收。
2．3 控制電路
    MCU控制電路包括三個(gè)部分：控制信號輸入、繼電器控制電路和數(shù)據(jù)顯示部分。
    控制信號輸入部分主要由C8051F020 I／O端口P1控制矩陣式4×4鍵盤完成。使用矩陣式鍵盤，具有占用I／O資源少，程序編制簡單等特點(diǎn)。鍵盤控制電路主要完成風(fēng)速、定時(shí)、運(yùn)行模式等控制命令的輸入。采用4×4矩陣鍵盤，用于非遙控工作時(shí)，按鍵驅(qū)動電扇工作，即機(jī)械方式驅(qū)動，按鍵功能如圖2所示。自動／手動為功能切換按鍵，在自動和手動之間進(jìn)行切換，定時(shí)時(shí)間和風(fēng)速控制根據(jù)需要選擇相應(yīng)檔位。

    繼電器控制電路主要由MCU I／O端口P3口控制7個(gè)繼電器完成。繼電器分別控制系統(tǒng)開關(guān)、定時(shí)時(shí)間、導(dǎo)風(fēng)和風(fēng)速檔位選擇。
    顯示部分通過C8051F020的端口P2作為與LCD1602通信的8位數(shù)據(jù)線，主要完成通信數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息的顯示。
2．4 溫度采集和實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路
    環(huán)境溫度檢測部分是控制風(fēng)扇自動工作的關(guān)鍵。系統(tǒng)在自動運(yùn)行模式下，根據(jù)實(shí)時(shí)采樣的溫度值，選擇相應(yīng)的控制繼電器驅(qū)動相應(yīng)的風(fēng)速檔位。采用Dallas公司的DS18B20 1-wire數(shù)字溫度傳感器，使用一根信號線實(shí)現(xiàn)信號的雙向傳輸，接口簡單，便于擴(kuò)展和維護(hù)。溫度設(shè)定范圍為25～36℃，每3℃一個(gè)風(fēng)速控制檔位，溫度設(shè)定值超過范圍報(bào)警指示。
    實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路實(shí)時(shí)刷新電風(fēng)扇的當(dāng)前時(shí)間。采用Dallas的高性能、低功耗、帶RAM的I2C總線的串行時(shí)鐘／日歷芯片DS1302。I2C總線通過使能交叉開關(guān)配置在C8051F020的P0．0(SDA)和P0．1(SCL)，完成DS1302的初始化和時(shí)間數(shù)據(jù)的傳輸。
2．5 系統(tǒng)供電
    系統(tǒng)正常工作需要+5 V和+3．3 V電壓供電。將市電220 V／50 Hz通過9 V／10 W變壓器降壓變換后，經(jīng)過電橋整流和濾波產(chǎn)生直流電9 V，通過LM7805穩(wěn)壓芯片輸出穩(wěn)定+5 V給LCD1602顯示模塊和繼電器供電，C8051F020，DS1302和DS18B20由+5 V經(jīng)過ASM1117-3．3 V供電，電風(fēng)扇電機(jī)部分直接由市電220 V／50 Hz供給。遙控器發(fā)射部分供電由3 V紐扣電池提供，DS1302采用3 V紐扣電池做備用供電電源，確保時(shí)間的準(zhǔn)確。

3 軟件設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)軟件主要包括單片機(jī)控制部分軟件設(shè)計(jì)。單片機(jī)控制部分軟件設(shè)計(jì)主要完成以下功能：當(dāng)有紅外信號被接收或者按鍵輸入時(shí)，觸發(fā)中斷或者進(jìn)行鍵盤掃描處理，單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行解碼，產(chǎn)生控制命令或者溫度數(shù)據(jù)設(shè)定參數(shù)。單片機(jī)通過產(chǎn)生的控制命令和數(shù)據(jù)參數(shù)，控制各個(gè)繼電器的動作、溫度設(shè)定、超限報(bào)警指示和狀態(tài)顯示等功能。
    基于C8051F020單片機(jī)控制遙控電風(fēng)扇系統(tǒng)控制流程圖如圖3所示。

    電風(fēng)扇在自動運(yùn)行模式下，單片機(jī)采集當(dāng)前環(huán)境溫度，并與溫度設(shè)定值進(jìn)行比較，選擇相應(yīng)的風(fēng)速檔位，驅(qū)動某一個(gè)或者幾個(gè)繼電器工作。例如，通過遙控器或者鍵盤按鍵SET，+，-鍵設(shè)定規(guī)定下限溫度為25℃，以3℃為一檔風(fēng)速檔位遞增，實(shí)際溫度為29℃，額定值與實(shí)際值之間溫差為4℃，溫差3℃內(nèi)為1檔，所以判定后風(fēng)扇工作在2檔位置。
    上述紅外遙控編碼解碼后，通過C8051F020單片機(jī)指令控制繼電器，并對電風(fēng)扇和單片機(jī)接口電路調(diào)試。通過對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證效果如圖4所示。

4 結(jié)語
    對于C8051F020單片機(jī)構(gòu)建的紅外遙控風(fēng)扇系統(tǒng)進(jìn)行功能驗(yàn)證，系統(tǒng)能夠成功實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇的運(yùn)行模式切換、風(fēng)速控制和定時(shí)功能。自動運(yùn)行模式下，風(fēng)速由環(huán)境溫度決定，溫度控制精度為±1℃。系統(tǒng)人機(jī)界面友好，操作簡單、價(jià)格低廉、可移植性好，方便用于商業(yè)用途。