一种简易温控智能风扇控制系统的设计

摘要：为了实现温度对电风扇的智能控制，设计并制作了一种以AT89C51为控制核心的简易智能风扇控制系统，包括硬件和软件两部分，重点介绍DS18B20对温度检测的方法及利用温度如何实现风扇的智能控制。该系统通过仿真和实物测试，可实现温度的显示及根据温度智能控制风扇的开启和关闭，且具有电路结构简单、操作容易、硬件少、成本低等特点。
关键词：AT89C51；智能风扇；DS18B20；温度检测

0 引言
    近年来，随着人们生活及科技水平的不断提高，家用电器在款式、功能等方面日益求精，并朝着健康、安全、多功能、节能等方向发展。电风扇由于价格低廉而且相对省电，安装和使用方便，在中国大部分人口的农村地区依旧使用电风扇作为降温防暑设备。但是目前市场上的电风扇多半是采用全硬件电路实现，存在着电路复杂、功能单一等局限性，因此有必要对现有的控制器进行改进。本文设计了一套温控智能风扇控制系统，当温度高于25 ℃时，自动开启电风扇；低于25℃时，自动关闭电风扇。还可在软件中设置温度限值，并显示实时温度，实践证明该系统成本低，可靠性高，实现弱电控制强电，有较高应用价值。

1 系统硬件设计
    本系统由集成数字温度传感器DS18B20、单片机AT89C51、LCD1602、继电器及一些外围器件组成。硬件电路中DS18B20进行温度采集，把采集到的温度通过P2．2口送到单片机中进行判断，根据判断的结果控制其引脚P1．6输出高电平或低电平，从而控制继电器线圈中能否有电流经过，达到控制电风扇转动或者停止的目的。同时将温度显示在LCD1602上，当温度高于35℃或低于0℃时，发出声音报警。系统结构框图如图1所示。

1．1 单片机AT89C51
    AT89C51是一种带4 KB闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器，为很多嵌入式控制系统提供了一种高性价比的方案。它的外部引脚多，程序存储容量大，同时也具有内部定时、计数和全双工串口。AT89C51具有体积小，重量轻，抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好等特点。
1．2 温度检测显示电路
    DS18B20是Dallas半导体公司开发的世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，其测温范围为-55～+125℃，可编程的9～12位A／D转换精度，测温分辨率可达0．062 5℃。被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出。工作电压支持3～5．5 V的电压范围，即可在远端引入，也可采用寄生电源的方式产生。DS18B20还支持“一线总线”接口，多个DS18B20可以并联到3根或3根以上线上，CPU只需1根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口少，可节省大量的引线和逻辑电路，还有存储用户定义报警温度等功能。
    在系统中，DS18B20的DQ端接AT89C51的P2．2口，单片机通过此口接收DS18B20检测的实时温度数据，经过分析和处理交由LCD1602显示。
1．3 继电器电路
    继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统和被控系统，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关。单片机是弱电器件，一般情况下它的工作电压为5 V，电风扇的工作电压为220 V，属于强电，继电器可实现弱电控制强电。具体电路如图2所示，继电器由相应的三极管Q31来驱动，当温度过高时，单片机P1．6口输出高电平，三极管Q31处于放大导通状态，继电器线圈有电流经过，常开触点闭合，电路接通，电风扇开始转动。当温度过低时，单片机P1．6口输出低电平，三极管Q31处于截止状态，继电器线圈中没有电流经过，常开触点保持原断开状态，电风扇不能转动。继电器线圈两端反相并联的二极管起到吸收反向电动势的功能，保护相应的驱动三极管。发光二极管D31起到指示电风扇开启和关闭的作用。本系统采用继电器开启和关闭，动作敏捷且无误差，达到了智能控制的要求。

2 系统软件设计
    本系统程序设计用C语言来完成，并由Keil软件进行调试和编辑。系统流程图如图3所示。

3 结语
    本系统以单片机AT89C51为控制核心，实现由温度对电风扇开启和关闭的智能控制，以及温度的实时显示。利用单片机实现的智能温控电风扇系统，性能可靠，成本较低，适合大众消费，有重要应用价值。本系统的电路和程序稍作修改，还可以实现其他一些功能，比如大棚温度控制、电动机温度检测、自动定时闹钟、家庭电器自动控制系统等，系统移植性强。