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基于AT89C52单片机对普通立式风扇的改造设计与研究

作者：李昌荣

来源：《数码设计》2018年第14期

摘要：本文主要针对用户使用普通立式风扇过程中，存在手动换挡不方便、不能根据环境温度自动改变转速、长时间工作会烧坏风扇马达线圈的问题，提出对普通立式风扇的改造设计与研究，使得风扇更加安全、更加智能、更加适合市场的需求。本文以单片机AT89C52为控制中心，结合温度监测电路、控制电机转速电路、温度显示电路、档位显示电路、键盘电路、报警电路等去研究了环境温度变化与风扇转速之间的对应变化关系，并用单片机技术根据环境温度变化而自动控制风扇的转速。同时在安全方面，还研究了风扇会因长时间工作，就成电机线圈温度过高而烧坏马达线圈的情况，设计中加入了风扇电机线圈温度监测，线圈马达温度过高时可报警并切断电源，防止烧坏风扇和风扇马达线圈短路而引发的线路起火事故。本设计具有制作简单、成本低、节能省电、安全性高、弱电控制强电等优点，还可以兼容到其他系列的风扇中。

关键词：单片机;温控;温度传感器;双向可控硅

中图分类号：TH42;;;;; 文献标识码：A;;;; 文章编号：1672-9129（2018）14-0134-03 普通立式风扇常采用机械方式进行控制，存在不少缺陷和不完善的问题，如：功能对应少，需要改变风速大小换挡时要用户手动换挡，不能根据环境温度自动改变转速，长时间工作会烧坏风扇马达线圈，更严重的因风扇马达线圈短路而引发的线路起火事故的发生。随着科技发展和人们生活水平提高，风扇也在不断发展。目前正趋向于自动化、智能化、环保化和人性化发展。使得如今市面上出现了许多微机控制的智能风扇。最常见到的就有遥控风扇，它用遥控能够实现远距离的控制风扇工作的功能（包括开关、摆头、档位、模式选择等）基本能满足人们的需要，但是还不够人性化。

本文利用AT89C52单片机，在普通立式风扇的基础上进行改造设计，设置了数码管来显示室内温度及风扇档位，再根据环境温度自动选择档位，控制风扇转速，在风扇电机线圈温度过高时可以报警并断电预防火灾，提高了系统的安全性。 1系统结构

本设计在普通琴键开关控制强风挡位的基础上，运用AT89C52单片机增加了环境温度和电机线圈温度监测、室内温度显示、挡位显示及根据温度自动选择档位控制风扇转速的“自动模式”功能，以及风扇电机线圈温度过高时可以报警并断电，具有很强的实用性。该系统硬件

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结构如下图1所示，以单片机AT89C52为控制中心，包括：单片机AT89C52最小系统、电机线圈温度监测、环境温度监测、按键部分、控制电机转速、档位显示和温度显示。 2各模块介绍

●单片机AT89C52：本方案的主控芯片，仅以AT89C52为例说明。负责系统的逻辑运行，温度采集、按键采集、输出控制电机信号、报警信号、档位和温度显示信号。

●环境温度监测：监测当前环境温度变化，把温度变化值反馈给单片机系统，单片机系统根据温度变化值来自动控制风扇电机的转速，从而达到智能控制风扇转速的目的。

●电机线圈温度监测：负责监测风扇在工作过程中的电机线圈温度变化，把温度值传给单片机系统，单片机系统根据线圈温度变化，温度值过高时，给用户输出报警声音，同时切断电源，保护风扇和防止因线圈温度过高而引发线路短路事故。 ●按键电路：电源开关键和档位自动与手动切换键。

●控制风扇转速：根据温度变化值来自动控制风扇电机的转速。 ●报警电路：当温度高于设定值时，发出警报声音。 ●档位显示：实时显示风扇的档位。 ●温度显示：实时显示环境温度值。 3工作过程

如图2所示为风扇总体的工作过程，其中自动挡是本设计的核心，在该档位电动机能根据环境温度变化而自动改变转速，当系统处于温控“自动档”时，如果环境温度在25℃-30℃，风扇档位自动换到1档;如果环境温度在30℃-35℃，风扇档位自动换到2档;如果温度在35℃以上，风扇档位自动换到3档。 4系统硬件设计

4.1AT89C52单片机。AT89C52是用低电压供电，具有高性能的CMOS 8位单片机，可重复擦写Flash程序，能兼容常用的MCS-51指令系统，片内置有Flash存储器和8位中央处理器。AT89C52具有40个功能引脚，32个I/O端口，同时含有2个外部中断口，3个16位可编程的计数器，2个全双工的串行通信口，2个读写端。AT89C52可以在线编程和常规方法编程，其将通用的微处理器和Flash存储器综合在一起，特别是可以反复擦写。 4.2温度监测传感器。

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本文章采用DS18B20温控传感器来监测当前环境温度和电机线圈温度。用于监测环境温度的传感器放置在立式风扇的主杆腰部，即按键附近，远离风扇电机，便于监测环境的温度。用于监测风扇电机线圈的传感器放置在电动机线圈边，用导热胶贴到电机线圈上，便于监测线圈的温度。

4.3档位和温度指示—LED数码管。数码管常用有7段、8段和14段，用来显示字符与数字。在生活、工作中都有广泛应用，例如用来显示温度、数量、重量、日期等。本设计主要用8段数码管来显示温度、档位，有共阳和共阴两种类。

数码管显示可分为静态和动态显示，静态显示，就是LED的位选都同时连接到VCC（共阳极），动态显示，就是把LED的位选都同时连接到GND（共阴极）。而每个LED的7根段分别对应一个8位的I/O口来显示字符。它的优势是：亮度较高，编程简单，应用简单。缺点是占用I/O口多，电路复杂，成本高。本设计共用了4个8段数码管，如采用静态工作方式，则全部占用I/O口，而使单片机利用率下降，不符合设计要求，所以采用动态显示。其工作原理是段选码、位选码每次送入一个信号都会延时1ms，因为人的视觉暂留时间为0.1s，所以每次显示的间隔不能超过20ms，给人造成视觉差，所以看上去觉得每个数码管一直在亮。本设计中采用的是动态扫描的方式。