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1、智能风扇控制系统摘要：风扇在家庭、办公室、工厂、学校等地方有着广泛的应用。市面上的风扇都是手动控制换档，人离开后也不会自动关闭。本系统利用单片机技术控制的遥控智能风扇成本低，节省能源，操作简单，新颖实用。利用DS18B20精度非常高且价格低廉的优点而被采用。本系统主要包括六大模块：温度信号采集模块、主控模块、键盘显示模块、无线电遥控模块、热释电红外移动感应模块、风扇控制模块。本系统可实现工厂化生产，能实现“一对多”控制，有着良好的市场前景。本文重点对测温、档位控制、遥控模块的硬件及软件进行了分项、模块化逐步分析设计。在软件设计上根据硬件电路和风扇控制系统所需要实现的功能，经过反复的模拟运行、调
2、试、修改，最终完成了本控制系统的软件设计。通过硬件与软件的密切配合，最终设计实现了风扇的智能控制。关键词：单片机 DS18B20 热释电红外移动传感器 无线电遥控 软件系统 硬件系统 Abstract: 系统功能设计一、设计计划设计一个温度控制风扇系统,系统基本原理框图如图（一）所示,要求达到能对室内温度进行采集，数据处理，得到室内温度（温度范围为：0100），再根据温度的高低调节风扇的档位。据温度采集器、主控器、显示器、键盘控制器、无线电遥控器、档位变换器等几个重要模块。温度采集器主控器显示器无线电遥控器键盘控制器档位变换器图（一） 系统原理框图二、系统功能1、温度采集模块：实现现场采集温度
3、范围为0100。可以选用不同的测温方法，要求温度检测电路能够测量环境比较复杂的场所，对温度信号的分辨度要求达到0.1。2、键盘控制模块：实现对风扇档位的手动控制（“0，1，2，3”键）；手动与自动的切换（“自动”键）；对自动时需要的初值（一档）温度设置（按“设置初值”键，显示前一次设置的温度时，输入数字即可）；（199分钟）准确定时功能（按“设置定时”，输入数字即可）。 3、无线电遥控模块:实现对风扇档位的遥控切换；自动时需要的初值（一档温度）设置；（30min、60min、90min）的定时时间切换。当选到某个数时,可加可减直至设定理想定时时间；整体电源开关。4、主控器:由AT89C51单片
4、机构成。对采集到的温度进行处理，并送入显缓区（30H37H）显示，当为自动档位时，根据温度控制继电器，从而实现对风扇档位的切换。适时识别并判断从键盘和遥控器得到的指令，作出相应的应答。5、显示器：适时显示档位编号，定时时间，初值与温度。6、档位变换器：根据主控器传来的指令实现档位切换。方案比较与方案论证在选择系统方案中，主要以选择测温电路和无线电控制的方案为主要。测温电路的方案选择可以直接的影响到测得温度值的准确性问题，测温电路要求能把环境温度通过传感器把温度信号转换为我们所需要的电压信号或数字信号，把得到相应的电信号送入数据处理器，在通过主控器的控制和程序的处理最后得到准确的环境温度值，实现
5、温度的检测。所以在测温电路中我们进行了认真的比较和最后方案的确定。在选择无线电控制方案时，由于考虑到成本，以及实用性上，最后选择距离为500m的较便宜的遥控芯片组件。一、方案比较1、方案一在测温系统中我们常常用到集成型温度传感器，其价格高低皆有。精度高，价格也相应的很高，由于本系统采集的温度只用于风扇控制，所以其精度不必太高，另外在集成型温度传感器的使用过程中，由于采用的单总线传输方式，实用简便，所以在程序的控制上比较简单。2、方案二在测温系统中，传统的方法是用温度敏感元件通过电路的调整可以把温度信号转换为一模拟电压信号，再将模拟电压信号通过A/D转换得到相应的数字信号，通过程序进行处理得到实
6、时的温度值。热敏电阻是一种较传统的检测温度信号的敏感元件。测温范围为-40200，能够满足大多数场合测温的要求。而价格的低廉得到广泛的使用，选用具有负温度系数的特性的热敏电阻，热敏电阻的阻值随环境温度的改变而相应的改变，而且是比较性线的变化。3、方案三无线电遥控模块所用到的芯片，有距离1000m的远距离无线电收发组件，但其价格为100元，对于一台将要大众化的风扇来说，相当高了4、方案四无线电遥控模块芯片315Mhz的500m收发组件价格仅相对便宜，而其功能也很好，抗干扰能力强。二、方案论证根据上述的方案比较和实际需要分析，采用热敏电阻需要用到A/D传感器，其价格让人望而生畏，所以选用价格较低廉
7、的普通集成型温度传感器，既简单可靠又精确，在制作成本上也更低。而无线电芯片，考虑到实用性及成本，方案四的更实惠。因此，综上所述我们采用的是第一种和第四种方案。系统硬件设计 系统的硬件设计是整个系统的核心，是完成整个系统功能和稳定性的核心部分。在整个硬件系统的设计中，我们设计了一个以单片机为核心的最小系统。该系统有：单片机、显示器、键盘、串口通讯、多路模拟开关、A/D转换器等以及整个系统中所要需要的电源组成的一个系统，此外还有测温电路的硬件电路。其整个系统硬件设计的原理框图如图（二）。DS18B20集成温度传感器CPU主控器数码管显示器无线电遥控接收器键盘控制器档位变换器无线电遥控发送器图（二）
8、系统硬件设计框图一、单片机系统设计模块1、电源电路模块本部分电路使用一个220V、15W的变压器将交流电压转变为所需的三组不同大小的低幅电压，再分别经过整流、滤波及三端集成稳压模块产生+5V、+12V、-12V三组直流电压。设计原理图见图（三）图（三）电源电路原理图2、整体单片机系统本方案核心芯片采用AT89C51单片机，它包含了作为微型计算机所必需的基本功能部件，各功能部件通过片内单一总线连成一个整体，集成在一块芯片上。它不仅可以进行字节操作，还可以进行位操作，特别适合控制应用，带有单片机复位的作用，在数据总线上需要接上拉电阻对数据进行缓冲，以免对数据总线的工作造成干扰。原理图见图（四）图（
9、四）单片机系统原理图3、键盘控制及显示电路模块本模块电路采用8255作为控制扩展芯片，因为它有3个可编程使用的I/O端口，可以通过编程实现不同的功能。8255的A端口控制显示段码，B端口控制显示的位选，C端口控制键盘。采用两片ULN2803作为数码管显示和选择显示位置的驱动元件，显示采用两片四位LED八段译码共阴极数码管，采用动态连接方式。此外还选用了16个独立式开关按键。其各按键的功能见表（一）。工作原理：我们运用动态显示技术和动态扫描键盘技术，便于人、机交互接口。设计原理图见图（五）图（五）键盘显示电路原理图按 键功 能“自动”键用于将档位设置为随温度变化而自动设定数字键“1”用于置档位1
10、数字键“2”用于置档位2数字键“3”用于置档位3数字键“0”用于置档位0表（一）键盘“自动”键功能说明(37H单元显示档位号)按 键功 能“设置初值”键用于设置你想要的1档温度值（连续按三次有效）数字键“09”输入数字“确定”键确定输入的温度值表（二）键盘“设置初值”键功能说明注：(37H显示C,34H35H显示数值)连续按键三次后，显示为“0”档，34H,35H显示前一次设置的初值，则成功进入初值设定。输入（2045合法）一定值后，按“确定”键后，显示区变“0”则成功，档位为自动档。如按“确定”键后，显示仍为输入的数字，则表示你输入不合法，请重新输入。按 键功 能“设置定时”键用于设置你想要
11、定时的时间（一次有效）数字键“09”输入数字“确定”键确定输入的设定时间表（三）键盘“设置定时”键功能说明 注：按此键一次后，输入想要设定的定时时间，输入完毕按“确定”键，则按输入的值进行倒计时，时间到“0”则定时结束，档位置“0”。要启动风扇需按“自动”或“13”键选择档位。(37H显示H,34H35H显示数值)二、无线电发送、接收电路模块本电路采用振荡频率为315Mhz的收发组件，接收范围500m，发送接收均为数字信号，因此适于单片机开发应用。此组件还采用了可编码芯片，可对其编码，增强抗干扰能力。遥控器发出指令后，接收电路响应到信号后，其中三路经光电耦合隔离后接入单片机的I/O口，由单片机
12、对接收的数据指令进行处理，并作出相应的动作。另一路，经光电耦合隔离后接入D触发器的CP端，D触发器接成计数触发形式，控制主体电源的工作。无线电发射如图(六),接收模块如图(七)“定时时间”切换键 “初值、时间减1”键“电源控制”键“定时确定”、“自动”、“初值设定”键“档位切换”键“初值加1”键图（六）无线电发射模块按 键功 能“A”键用于控制风扇的档位切换“B”键用于控制定时时间的切换“C”键用于定时确定，开自动档，初值设定“D”键用于开关整体电源表（四）遥控键说明注:按A键，03档位切换；（30min、60min、90min）的定时时间切换（按B键，切换时间。C键确定，定时开始）。（遥控距
13、离500米以内有效）；在自动档下；连续按三次C键，当显示前一次设置的温度时，按A加1按B减1。C键确定，开始以当前设置的初值工作；按D键，开关主体电源。图(七)无线电接收模块三、继电器档位控制模块 本电路中的P1.0P1.3接单片机的I/O口，经过光电耦合隔离后，再用74ls00取反后，接入到三极管的基极，由此完成对档位变换器的驱动，从而控制档位的变换。系统软件设计 软件设计是完成系统各种功能的重要保障，本系统软件设计编程方式考虑到执行效率,故采用汇编语言进行编程。程序主要完成用DS18B20对温度信号进行采集，把采集到的数据进行运算转换为BCD码的温度值送到数码管显示，并且扫描键盘完成控制风
14、扇工作方式等功能。工作方式有两种:自动和手动设定档位。一、CPU内部资源分配显示数据缓冲区： 30H37H二、CPU外部资源分配P0 口用于数据传输P1 口低四位用于控制风扇档位，高四位用于遥控接受信号接入端P2 口用于地址三、主程序流程图在程序设计中，主程序至关重要的。在主程序中首先对各模块进行初始化，以便在运行的过程中用到，通过扫描方式不断的扫描键盘完成各项功能和控制。在主程序中采用调用子程序的方式，主要调用了：显示子程序、键盘扫描子程序、运算子程序、档位子程序、遥控子程序、定时子程序、延时子程序等。四、程序流程图在程序中我们调用了多个子程序来完成了整个程序的设计，并得以实现各中功能，主程
15、序流程图如图（九）所示，键盘控制子程序流程图如图（十）所示，无线电遥控子程序流程图如图（十一）所示。开始 采集温度数据处理显示扫描键盘扫描遥控键盘是否自动自动置档设置档位图（九）主程序流程有键按下吗？是1键吗？是2键吗？是3键吗？是0键吗？显示1，置1档显示2，置2档显示3，置3档显示0，置0档结束开始开始取键值结束“A”键“C”键“B”键档位定时初值图（十）键盘控制子程序流程 图（十一）遥控子程序流程图系统的抗干扰技术 由传感器等组成的检测系统主要应用于实际的工业生产过程中，由于工业现场的环境往往比较恶劣干扰严重，这些干扰的存在较大的影响了检测系统的正常工作，所以有效的排除和抑制各种干扰，保
16、证传感器等能在实际应用中可靠的工作和测量数据的准确性。因此，在我们设计的多路温度采集系统中，对排除和抑制各种干扰由为重要。在整个系统中我们为了更好的、更有效的保重系统工作 的可靠性和测量数据的准确性，我们运用了硬件抗干扰技术和软件抗干扰技术。 一、硬件抗干扰技术 在硬件抗干扰技术中，我们主要运用到元件和电子线路板的合理布局，以及系统的接地技术。因为此系统属于低频系统，所以我们采用的是单点接地技术。各个电路的地线只在一点（系统地）汇合的接地方式为并联单点接地。各电路的对地电位只与本电路的地电流和电线阻抗有关，因而没有公共阻抗耦合噪声的干扰。此外，还对整个电子线路板的地线和电源线加粗。通过了这些技
17、术，在系统硬件上具备了较强的抗干扰能力。二、软件抗干扰技术为了提高检测系统的可靠性，仅靠硬件抗干扰措施是不够的，需要进一步借助于软件措施来克服某些干扰。常用的软件抗干扰技术主要有两方面，其一是采取软件的方法抑制叠加在模拟输入信号上噪声对检测结果的影响，如数字滤波技术等；其二是有于干扰而使运行的程序发生混乱，导致程序乱飞或陷入死循环时，采取使程序纳入正规的措施，如软件陷阱、“看门狗”技术等。这些方法可以用软件来实现，也可以用软硬件结合的方法实现。在我们设计的系统中，主要运用到了软件陷阱。只需要在程序中加入一段检测系统是否出错的，判断程序即可。如判断采集到的数据是否在正常范围（1545）内，判断置
18、位标志是否正常等。使用此技术在本系统中得到了很好的效果。运用此软件陷阱技术，使得程序在运行时更加的可靠。总 结据结果分析，我们采用集成温度传感器DS18B20完成现场采集温度,首先采集温度到存储区，然后加入数据处理程序，将采集到的数据进行处理，还原成十进制数字信号，然后送入显示缓存区显示。调试温度控制风扇档位程序时，首先输入理想的温度值进行模拟运行，调试成功后在连接上温度采集、数据处理程序。调试键盘控制风扇档位时，先只加入键盘显示和档位控制程序，调试实现后，再加入了红外热释电移动传感器的程序，接着加入定时及设置时间程序，最后加入无线电遥控程序，然后根据出现的现象和情况，继续调试、优化程序和硬件
19、电路，使程序更完善，硬件电路更加稳定。从而达到设计要求。智能风扇控制器的特点：根据室内温度实时改变风扇的档位；远程遥控和键控置档；遥感室内是否有人（移动），当室内无人时，风扇可自动关闭节能；高精度定时（199）分钟；设置自动档位时一档所需的温度；实时显示室内温度(精确到0.1)、风扇所置档位、定时时间（倒计时）、是否自动档。注：所有操作均可用键盘和遥控器实现，可单独也可两者互通！系统调试仪器1、 MAS345 数字多用表2、 XJ4318 双踪示波器3、 EE1411 合成函数信号发生器4、 E2000L 伟福仿真机5、 PC 计算机参考文献董晓红，单片机原理及接口技术，西安电子科技大学出版社
20、，2004.8张华林，周小方，电子设计竞赛实训教程.北京航空航天大学出版社，2007.7孙俊人.新编电子电路大全通用数字电路.中国计量出版社，2001.1邱寄帆，唐程山，数字电子技术，人民邮电出版社，2005.9谢志萍，传感器与检测技术，电子工业出版社，2004.8网页使用说明书一、主要功能：根据温度选择档位，当温度降低则档位降低，升高时，档位自动变换，标准温度值可键盘、遥控器设置；红外移动传感器探测房间是否有人移动，当人20分钟不动或者离开20分钟后，自动关闭风扇，进入省电模式；199分钟精确定时；夜间，日间可变换模式；手动键盘置档，手动遥控器置档。二、键盘控制说明：三、无线电摇控器控制说明
21、：（1）“A”键实现对风扇档位（03档）的遥控切换。档位显示同手控。（2）“B”键可对定时时间进行切换，设有30min、60min、90min三个时间段。（按B键，切换时间。C键确定，定时开始）。当选到某个数时,先按A键加一后可按B键减一,直至设定理想定时时间。（遥控距离500米以内有效）。（3）“C”键，在手动置档情况下，按下“C”键，由手动置档变为自动档（即随档位温度的变化而变换）。（4）在自动档情况下，连续按“C”键三次，进入设置初值状态（即自动时需要的初值（一档）温度），此时显示区从左自右第三、第四位显示前一次设置的温度时，按A加1，按B减1，C键判断是否合法（1545合法），如合法则确定，不合法则继续输入）。（5）“D”键，开关主体电源。和控制模块上的数字开关键功能一样。注：所有操作均可用键盘和遥控器实现，且两者互通！以上仅为个人拙见，如有不正之处望指正！
