單片機(jī)智能風(fēng)扇整體方案的選擇分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u31765單片機(jī)智能風(fēng)扇整體方案的選擇分析案例 178421.1溫度傳感器的選用 132911.2主控機(jī)的選擇 285121.3顯示電路 3258131.4調(diào)速方式 41.1溫度傳感器的選用本設(shè)計(jì)主要采用的是非接觸類(lèi)溫度傳感器，這種傳感器可以不接觸被測(cè)對(duì)象，可以測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體或環(huán)境中變化迅速的溫度值，下文是對(duì)可以應(yīng)用在智能風(fēng)扇中的溫度傳感器展開(kāi)討論。第一種是利用熱敏電阻作溫度傳感測(cè)量的主要組件，配合使用放大電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。使用該溫控方案的具體電路設(shè)計(jì)如圖2-1所示。該方案采用熱敏電阻的RT關(guān)系呈現(xiàn)的是非線性關(guān)系，熱敏電阻在溫度變化時(shí)存在較大的誤差，而且在指令輸入與輸出存在較大的失真現(xiàn)象。而且對(duì)±0.25℃的溫度變化不靈敏，無(wú)法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的溫度控制。即便通過(guò)校準(zhǔn)電路進(jìn)行校正，也會(huì)增加電路系統(tǒng)的復(fù)雜程度，從而降低電路系統(tǒng)的穩(wěn)定性，難以檢測(cè)到環(huán)境溫度的細(xì)微變化。圖2-1熱敏溫度采集電路第二種方案是使用熱電偶作溫度測(cè)量系統(tǒng)，并配合使用橋式電路和AD轉(zhuǎn)換電路。具體電路設(shè)計(jì)方案如圖2-2所示。該解決方案的原理類(lèi)似于方案1，但是熱電偶必須匹配橋式電路和AD轉(zhuǎn)換電路，這一電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體上變得更加復(fù)雜，與熱敏電阻相比較，雖然可以測(cè)量到的范圍-50℃~1600℃，但是測(cè)量的溫度范圍過(guò)寬，會(huì)導(dǎo)致精準(zhǔn)度不高，難以測(cè)量細(xì)微的溫度變化。再加上電路的使用，會(huì)使得整個(gè)溫度采集電路系統(tǒng)變得更加復(fù)雜。鑒于智能風(fēng)扇的高精度溫度感應(yīng)控制要求，本設(shè)計(jì)不采用該方案來(lái)采集細(xì)微溫度變化。圖2-2熱電偶溫度采集電路第三種方案是使用集成數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為溫度感測(cè)量的主要組件，將測(cè)量到的數(shù)字溫度信號(hào)直接發(fā)送到單片機(jī)中處理，并且傳輸速率快系統(tǒng)復(fù)雜程度低[3]。該溫度采集電路如圖2-2所示，其制造的高度集成化，溫度采集電路的復(fù)雜程度較低，具有對(duì)于溫度的靈敏度高、誤差小的特點(diǎn)。此外，該傳感器與單片機(jī)信息傳輸時(shí)只需要一根信息傳輸線，其具有很強(qiáng)的抗干擾能力，在智能風(fēng)扇可靠性系統(tǒng)中，顯得尤為重要。電路圖如圖2-2所示：圖2-2DS18B20溫度采集電路綜上所述，結(jié)合智能風(fēng)扇的可靠性和實(shí)際使用的要求，本設(shè)計(jì)選擇了對(duì)溫度的靈敏度高、接線方便、集成的DS18B20溫度傳感器作為智能溫度控制系統(tǒng)的主要組件。1.2主控機(jī)的選擇現(xiàn)在市面上主控機(jī)分類(lèi)有PLC和單片機(jī)，PLC以優(yōu)異的穩(wěn)定性、抗干擾能力著稱，但是由于其體積過(guò)于龐大，難以應(yīng)用于智能風(fēng)扇的控制系統(tǒng)當(dāng)中。而單片機(jī)同樣也具有可靠性高的特點(diǎn)，除此之外，單片機(jī)體積小，能夠適用并應(yīng)用于智能風(fēng)扇的小巧、輕便的設(shè)計(jì)要求和理念當(dāng)中。所以針對(duì)此，本次設(shè)計(jì)主要的應(yīng)用對(duì)象是單片機(jī)。因?yàn)閱纹瑱C(jī)種類(lèi)型號(hào)有很多，所以可以用于不同設(shè)計(jì)需求當(dāng)中。由于其體積小且高度集成化，也得到了越來(lái)越多人的青睞。本次設(shè)計(jì)選用的是MCS-51單片機(jī)的8051系列，具體方案選擇如下：第一種是使用STC89C52RC單片機(jī)，第二種是使用STC12C5A60S2單片機(jī)作為控制核心。這兩款單片機(jī)都是宏晶科技有限公司生產(chǎn)，其差別就在于引腳和一些功能的不同。STC12C5A60S2單片機(jī)和STC89C52RC單片機(jī)相比，在同樣晶振的情況下速度快8~12倍，有8路10位AD、多了兩個(gè)定時(shí)器，自帶有PWM功能模塊，具有SPI接口以及有EEPROM，另外還有1K內(nèi)部擴(kuò)展RAM，還多一個(gè)串口、IO口可以定義[4]。本次設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的功能是根據(jù)軟件編程方法控制主程序協(xié)調(diào)各子程序運(yùn)行，并在端口上輸出控制信號(hào)。而STC89C52RC單片機(jī)沒(méi)有自帶的PWM發(fā)生器，進(jìn)行風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制，所以如果想產(chǎn)生PWM信號(hào)只能通過(guò)軟件延時(shí)和定時(shí)器這兩種方法。綜上所述，為了使得本次設(shè)計(jì)有更強(qiáng)、更為可靠性的控制核心，以及相對(duì)簡(jiǎn)單的編程，還能達(dá)到風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制的目的，所以采用了STC12C5A60S2單片機(jī)作為主控機(jī)。1.3顯示電路想要讓風(fēng)扇更加智能化，那么顯示模塊是不可或缺的。在本次設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)了顯示電路，增加了顯示模塊，使得系統(tǒng)的操作更加便捷、人性化。為了方便搭建實(shí)物模型，本次設(shè)計(jì)選用的具體方案如下：第一種是使用數(shù)碼管作為顯示溫度顯示溫度的元件和設(shè)備，它使用動(dòng)態(tài)掃描顯示模式。實(shí)物模型如圖2-2所示。這種LED數(shù)字管顯示的內(nèi)容有限，可以顯示英文數(shù)字和字母，但是其缺點(diǎn)也比較明顯，掃描顯示方法每次只能點(diǎn)亮數(shù)碼管一次，引起閃爍。圖2-2LED數(shù)碼管第二種是使用LCD1602液晶顯示模塊，該顯示模塊可以通過(guò)軟件控制，并且其硬件復(fù)雜程度低。液晶顯示模塊除了可以顯示阿拉伯?dāng)?shù)字和一些常見(jiàn)的英文字母或者漢字外，還可以用來(lái)顯示生動(dòng)有趣的圖形等。但是液晶顯示屏相對(duì)數(shù)碼管顯示屏來(lái)說(shuō)價(jià)格較貴，考慮到設(shè)計(jì)的集成化，還是非常實(shí)用的，其具體的實(shí)物模型如圖2-3所示。圖2-3LCD1602液晶顯示器綜上所述，LCD類(lèi)型的液晶顯示器可以顯示更多信息，顯示的內(nèi)容也相當(dāng)豐富多樣，這些特征是LED數(shù)字管無(wú)法比擬的。由于此次設(shè)計(jì)需要顯示日期和操作模式等信息，因此選擇LCD液晶顯示器。1.4調(diào)速方式對(duì)于大型電機(jī)的調(diào)速方式分為調(diào)壓、變極、變頻、電磁這幾種模式，這些調(diào)速方式是通過(guò)電氣方面進(jìn)行的，主要應(yīng)用于大型電機(jī)和工業(yè)中。針對(duì)本次設(shè)計(jì)是給風(fēng)扇葉片的驅(qū)動(dòng)電機(jī)調(diào)速，所以采用可控硅就能控制的無(wú)極調(diào)速，計(jì)劃在如下的兩種方案中選擇一種作為風(fēng)扇電機(jī)的調(diào)速解決方案，具體方案如下方案一是使用DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器芯片進(jìn)行控制，主要用于處理單片機(jī)發(fā)出的數(shù)字信號(hào)，將其轉(zhuǎn)化成模擬量方便對(duì)晶閘管的導(dǎo)通角進(jìn)行控制，通過(guò)無(wú)極調(diào)速電路對(duì)風(fēng)扇電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。具體的芯片實(shí)物如下圖2-4所示。圖2-4DAC0832芯片方案二是采用單片機(jī)的自帶的PWM(脈沖寬度調(diào)制)調(diào)速方法，在這種調(diào)速方法中只需調(diào)節(jié)PWM波的占空比，通過(guò)調(diào)節(jié)高電平在一個(gè)周期內(nèi)的持續(xù)時(shí)間的占比，再配合使用晶閘管來(lái)達(dá)到控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速的目的。占空比越大，晶