單片機(jī)應(yīng)用于電風(fēng)扇起停自動控制系統(tǒng)設(shè)計方案

0 引 言

在日常生活中，單片機(jī)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。它體積小、重量輕、集成度高、抗干擾能力強(qiáng)、性價比高，尤其適合應(yīng)用于小型的自動控制系統(tǒng)中。電風(fēng)扇起停的自動控制，能夠解決夏天人們晚上熟睡時，由于夜里溫度下降而導(dǎo)致受涼，或者從睡夢中醒來親自開關(guān)電風(fēng)扇的問題，具有重要的現(xiàn)實意義。本文從此目的出發(fā)利用AT89S52單片機(jī)設(shè)計了自動溫控電風(fēng)扇系統(tǒng)，當(dāng)溫度高于20℃時，自動打開電風(fēng)扇;低于20℃時自動關(guān)閉電風(fēng)扇。還可以實現(xiàn)當(dāng)溫度過高或過低時，蜂鳴器發(fā)出聲音報警提醒人們注意避暑或防止受涼。

l 設(shè)計方案

電路的總框圖如圖1所示。

在系統(tǒng)中，單片機(jī)通過檢測18B20采集的溫度來作出相應(yīng)處理，當(dāng)溫度高于20℃時，P2.7輸出高電平，繼電器線圈得電，其對應(yīng)常開觸點閉合，電風(fēng)扇電路導(dǎo)通，電風(fēng)扇轉(zhuǎn)動;當(dāng)溫度低于20℃，單片機(jī)P2.7引腳輸出低電平，繼電器線圈中沒有電流通過，常開觸點保持?jǐn)嚅_，電風(fēng)扇電路不通電，電風(fēng)扇不能運行，從而實現(xiàn)了電風(fēng)扇的自動起停。同時把溫度顯示在數(shù)碼管上，當(dāng)溫度高于35℃或低于0℃時，蜂鳴器發(fā)出聲音報警。

2 硬件電路設(shè)計

硬件電路中單片機(jī)起控制作用，它相當(dāng)于人的大腦;18820進(jìn)行溫度采集，把采集到的室內(nèi)溫度送到單片機(jī)中，單片機(jī)進(jìn)行判斷，根據(jù)判斷的結(jié)果控制相應(yīng)引腳輸出高電平或低電平，從而控制繼電器線圈中能否有電流經(jīng)過，達(dá)到控制電風(fēng)扇轉(zhuǎn)動或停止的目的;繼電器用來實現(xiàn)對電風(fēng)扇的自動控制;數(shù)碼管用于顯示當(dāng)前的溫度;蜂鳴器用來當(dāng)溫度過高或過低時發(fā)出響聲報警;下載線接口用來實現(xiàn)在線編程?，F(xiàn)將主要器件介紹如下。

2.1 AT89S52單片機(jī)特點

AT89S52是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8 KB ISP(In—System Programmable)的可反復(fù)擦寫1 000次的FLASH只讀程序存儲器，支持在線編程。兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS一51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFLASH存儲單元。具體特點表現(xiàn)為：具有優(yōu)異的性能價格比;集成度高、體積小、可靠性高;控制功能強(qiáng);低電壓、低功耗。

2.2 溫度檢測電路設(shè)計

DALLAS最新單線數(shù)字溫度傳感器DS18820，是新的“一線器件”，體積小、適用電壓寬、經(jīng)濟(jì)方便，DSl8820“一線總線”數(shù)字化溫度傳感器支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為一55～+125℃，在一10～+85℃范圍內(nèi)，精度為±0.5℃?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費電子產(chǎn)品等。DSl8820可以程序設(shè)定9～12位的分辨率，精度為±O.5℃，溫度采集具有準(zhǔn)確性、實時性。

DSl8820的管腳排列如下：DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端;GND為電源地;VDD為外接供電電源輸入端(在寄生電源接線方式時接地)。

檢測的溫度高于一定值時，單片機(jī)引腳輸出高電平，通過繼電器實現(xiàn)弱電控制強(qiáng)電，打開電風(fēng)扇，當(dāng)溫度低于一定值時，單片機(jī)引腳輸出低電平，控制電風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動。另外，溫度過高或過低時，蜂鳴器發(fā)出聲音。

2.3 繼電器控制電路

2.3.1 繼電器簡介

繼電器有線圈，常開觸點，常閉觸點。常開觸點在線圈不通電的情況下是斷開的，當(dāng)線圈中有電流經(jīng)過時，常開觸點閉合;常閉觸點在線圈不通電的情況下是閉合的，當(dāng)線圈中有電流經(jīng)過時斷開。本文用到的是繼電器的常開觸點，即在繼電器線圈沒有電流經(jīng)過時是斷開的狀態(tài)，當(dāng)繼電器線圈中有電流經(jīng)過時閉合導(dǎo)通。

2.3.2 繼電器作用

實現(xiàn)弱電控制強(qiáng)電，單片機(jī)是弱電器件，一般情況下它的工作電壓為5 V，電風(fēng)扇工作所需電壓為220 V，屬于強(qiáng)電，強(qiáng)電不能和弱電有任何電器接觸，防止強(qiáng)電進(jìn)入到單片機(jī)內(nèi)，繼電器起到隔離作用。由于單片機(jī)是一個弱電器件，它的工作電壓是5 V，驅(qū)動電流在mA級以下，而現(xiàn)在要把它用于一些大功率場合，控制電風(fēng)扇，顯然是不行的。所以，就要有一個環(huán)節(jié)來銜接，這個環(huán)節(jié)就是所謂的“功率驅(qū)動”，繼電器驅(qū)動就是一個典型的、簡單的功率驅(qū)動環(huán)節(jié)。繼電器驅(qū)動就是單片機(jī)與其他大功率負(fù)載接口，起到控制作用，三極管起到放大作用。

這里繼電器由相應(yīng)的三極管來驅(qū)動，當(dāng)溫度高于20℃時，給單片機(jī)一個命令，setb P2.7，單片機(jī)P2.7引腳輸出高電平，三極管導(dǎo)通，繼電器線圈得電有電流經(jīng)過，常開觸點閉合，電風(fēng)扇電路接通，電風(fēng)扇開始轉(zhuǎn)動。溫度低于20℃時，執(zhí)行CLR P2.7，單片機(jī)P2.7引腳輸出低電平，三極管截至，繼電器線圈中沒有電流經(jīng)過，常開觸點保持原斷開狀態(tài)，電風(fēng)扇電路斷路，電風(fēng)扇不能轉(zhuǎn)動。繼電器線圈兩端反相并聯(lián)的二極管起到吸收反向電動勢的功能，保護(hù)相應(yīng)的驅(qū)動三極管。

斷電器自動控制電路圖如圖2所示。實現(xiàn)自動控制時先把開關(guān)S1閉合。

3 系統(tǒng)程序設(shè)計

根據(jù)流程圖編寫程序是單片機(jī)在溫度高于20℃控制電風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，低于20℃控制電風(fēng)扇停止，溫度過高(高于35℃)或溫度過低(低于0℃)，控制蜂鳴器發(fā)出響聲。系統(tǒng)程序流程圖如圖3所示。

4 系統(tǒng)調(diào)試與測試

先利用Proteus和Keil軟件進(jìn)行仿真，設(shè)計印制板，加工好后選取器件進(jìn)行焊接，編寫程序，調(diào)試成功后通過下載線下載到單片機(jī)芯片中，組裝整個系統(tǒng)，進(jìn)行整體調(diào)試。

連接好電路后，用打火機(jī)在溫度傳感器18820附近使溫度升高，或者將冰塊放在旁邊使溫度下降，檢測電風(fēng)扇是否能根據(jù)溫度變化而實現(xiàn)自動起停，經(jīng)實驗，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)電風(fēng)扇的自動起停，而且反應(yīng)靈敏，也能夠?qū)崿F(xiàn)報警功能，達(dá)到了預(yù)期的目的。

5 結(jié) 語

AT89S52單片機(jī)體積小，重量輕，抗干擾能力強(qiáng)，對環(huán)境要求不高，價格低廉，可靠性高，靈活性好。利用單片機(jī)實現(xiàn)的自動溫控電風(fēng)扇系統(tǒng)，性能可靠，成本較低，適合大眾消費，有利于提高人們的睡眠質(zhì)量，有重要的應(yīng)用價值。其中溫度的準(zhǔn)確采集、繼電器控制是實現(xiàn)本系統(tǒng)的關(guān)鍵。電路和程序稍作修改，還可以實現(xiàn)其他一些功能，比如大棚溫度控制、電動機(jī)溫度檢測、自動定時鬧鐘、家庭電器自動控制系統(tǒng)等，系統(tǒng)移植性強(qiáng)。