李冰 计京鸿
哈尔滨华德学院 机器人工程学院
摘要：本文采用单片机作为控制器，实现了一种智电风扇控制系统设计。当温差较大时，风扇的转速较快，当温差较小时，风扇的转速较慢或者匀速转动，保持温度的稳定，通过传感器和风扇的结合来实现对温度的调节，并通过手机来对系统进行干预和数据的查看，从而实现电风扇的智能控制。系统的总体框架分为温度采集、数据处理、数据显示、风扇调节部分，并根据温度来自动调节风扇的转速和模式，同时系统通过蓝牙通信模块连接手机，通过手机可以实时的对系统功能进行选择，调节温度阀值。
关键词：电风扇；智能控制；单片机
1 引言
电风扇是我们生活当中非常常见的一种家用电器，普通的电风扇通常都是档位控制，根据选择的档位不同，通过对电压的调节，以便实现风扇电动机的控制，从而调节输出的风速。其缺点十分明显，如无法调速、控制能力差等问题。
本文设计了一种基于单片机的智能温控风扇，这种装置可以实现对温度的检测，并通过温差来调节风扇的转速和模式，根据实际的情况实现智能分级调节，根据PID算法，如果温差较大，则风扇转速较快，如果温差较小，则风扇的转速较慢，温差△t决定了风扇的工作模式，实现温度的自动调节。首先 系统通过前端的温度传感器对环境的温度进行采集，并通过按键设定温度的阀值，当温度超过对应阀值，则风扇执行不同的工作模式，同时报警装置还可以提醒用户系统当前的状态，液晶模块显示环境温度以及风扇的工作状态，这样大大提高了风扇的工作效率，同时也达到了降低能耗、智能降温的目的，通过蓝牙模块将数据发送到手机，直观的表达温度数据及系统的工作状态，实时掌握温度的状态。
2 系统方案设计
2.1智能电风扇控制系统的结构
本论文的是通过检测温度值并控制风扇对温度进行调节，系统包括多个芯片和模块，实现对温度的检测、控制、显示和蓝牙传输等功能，系统可以实时的显示温度和设定温度报警阀值，实现对温度的检测和报警，并通过显示电路显示当前温度和风扇的工作模式。同时也可以通过蓝牙模块传输到手机的数据对电风扇的情况进行监测。
2.2智能电风扇控制系统的基本功能
本设计采用单片机对外围电路进行控制，传感器和风扇是系统的主要功能模块，通过温度传感器的数据进行处理，得到实际的控制数据，并根据控制数据来控制风扇的运行，保证温度维持在设定的数值上，单片机接收到实时的温度数据后进行温度数据对比，对比的阀值通过按键电路来设定，同时它也是温度的报警值，当系统检测到的环境温度比设定的阀值高时，单片机会控制风扇对环境进行散热，散热过程中，温度会慢慢的下降，直到温度降到设定的阀值，单片机才停止对风扇的控制，如果温差过大，则单片机控制风扇加快转速，如果温差较小，单片机控制风扇慢速散热，达到智能降温的目的。显示电路使用的是液晶模块，这种液晶模块可以显示更多的信息，精度可以达到0.5摄氏度，根据需要我们可以保持显示某一刻的温度数值，也可以通过单片机来实时显示温度，使数据更加直观。报警电路是由三极管和蜂鸣器组成的，单片机的输出能力有限，不能直接驱动蜂鸣器，因此需要增加三极管来提高驱动能力，系统完成对温度的监测和控制后，通过蓝牙模块将温度信息、控制信息等发送到用户的手机上，通过手机App就可以实时了解到系统的工作状态，最终通过这些模块和辅助电路实现一个智能温控风扇系统。
3 系统的硬件设计
3.1 温度检测电路设计
智能温控风扇系统中使用单片机控制DS18B20进行环境温度数据采集，并将数据发送给单片机，单片机再对温度数据进行处理。在温度传感器的硬件电路设计上，DS18B20单总线必须接一个4.7k的上拉电阻，保证DQ数据线上有足够的输出功率，使DS18B20的工作电流达到1.5mA并且在闲置时状态为高电平。在DS18B20温度传感器电路图中R2为上拉电阻，由单片机的P1.3口对DS18B20的数据输出端DQ进行控制，实现温度采集。
3.2 数据显示电路设计
智能温控风扇显示部分使用LCD1602，它可以显示出两行字符和数字，在系统中可以显示温度传感器实时检测的温度数值，并按照一定的频率进行刷新，与单片机的I/O口连接，单片机将数据转换成8位的二进制数字，并通过并口发送给液晶内部的寄存器，寄存器接收到数据后，显示出实际的温度值，它的背光可以通过一个电位器进行调节，读写命令也是通过单片机的I/O口来控制，而且驱动方便，不需要在中间部分增加控制电路，使用方便，数据表达直观，工作电压一般为4.5-5.5V，本设计中采用4.5V电源，工作电流2mA，容量16×2个字符。
3.3 风扇控制电路设计
智能温控风扇系统的驱动电路使用的是L298N驱动模块，它能够驱动两路风扇，电流能够达到2A，可以为风扇提供足够的动力，风扇的工作电压可以在5-30V之内，同时L298N模块有5V的电源接口，与单片机的电源共用，都采用直流电压和数字信号。
4 系统软件设计
单片机控制前端的温度检测装置对温度进行采集，然后通过传感器内部的电路来对数据进行处理，直接将处理好的温度数据发送给单片机，通过单片机的算法来对数据进行计算得到实际的温度差值，然后在围绕差值△t进行控制，将实际温度与设定的温度进行对比得到实际的温度差，如果产生温度差则控制风扇进行工作，温差越大风扇转的越快，反之温差越小风扇转的越慢，单片机输出的控制信号来控制风扇进行工作。单片机首先对IO口进行设置，并初始化外围电路的IO控制引脚，根据传感器的信号来输出控制信号，通过对比得到实际的温度差值，单片机根据实际的差值启动内部定时器T0，根据T0来产生控制信号，通过PWM波来驱动风扇进行工作，如果差值较大则增加PWM的占空比，否则通过低速进行控制，智能温控风扇系统主要功能是对温度实现自适应调控，当温度超过设定阀值不同数值时，系统能够根据温度差调节风扇的转速，传感器不断发送数据到单片机，单片机接收到信号后在进行下一步的处理，将处理后的数据显示出来，如果超过设定值，控制风扇进行工作，否则只显示实际的温度，不控制风扇进行工作，最后在通过蓝牙模块将数据发送到用户的手机上。
4 结语
智能温度控制风扇系统通过传感器采集数据，实现对温度的控制。在本次设计中，完成了对温度传感器、控制电路等外围电路的设计，实现对温度的实时调节。系统根据设定的程序首先通过前端的传感器对温度进行采集，并通过按键来设定报警的阈值，传感器可自行对数据进行编解码操作，直接将温度数据发送给单片机，单片机在通过数来计算PWM方波，从而控制风扇对风扇进行控制，并配合液晶模块完成对数据的显示等，为了使系统更加灵活，设计中加入了按键，通过按键可以人为的设定需要控制的温度范围，通过单片机对按键进行扫描，如果有按键按下后，则执行对应的控制程序实现对温度的增加和减小，如果温差大于设定的数值，则控制报警电路进行报警，同时单片机驱动风扇进行散热操作，通过本设计，完成了对智能温度控风扇系统的设计，包括对系统所使用的芯片和模块进行选型，然后在根据选择的器件和模块设计外围工作电路，并通过系统的软件和硬件的设计，系统已经具备了对环境温度的智能调控能力。这种智能温控风扇系统被应用在很多领域中，尤其是温度改变作用比较大的场所中，例如温室系统、工业加工系统等。
参考文献
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[3] 段鹏宇，李姿．基于STC89C52的智能温控风扇设计[J]．湖北农机化，2019(10)：53．
作者简介：李冰，男，1981－ ，硕士，研究方向为智能控制。