单片机的智能温控风扇的设计(3)

+125 0000 0111 1101 0000 07D0H

+85 0000 0101 0101 0000 0550H +25.625 0000 0001 1001 0001 0191H +10.125 0000 0000 1010 0010 00A2H +0.5 0000 0000 0000 1000 0008H 0 0000 0000 0000 0000 0000H -0.5 1111 1111 1111 1000 FFF8H -10.125 1111 1111 0110 1110 FF5EH -25.625 1111 1111 0110 1111 FF6FH -55 1111 1100 1001 0000 FC90H

表1 部分温度值与DS18B20输出的数字量对照表

3.3.2 温度传感器和显示电路组成

本模块用更为优秀的DS18B20作为温度传感器，STC89C52单片机作为处理器，配以温度显示作为温度控制输出单元。整个系统力求结构简单，功能完善。电路图如图2所示。

系统工作原理如下：

DS18B20数字温度传感器采集现场温度，将测量到的数据送入STC89C52单片机的P2.4口，经过单片机处理后显示当前温度值，并与设定温度值的上下限值作比较，若高于设定上限值或低于设定下限值则控制电机转速进行自动调整。

图2 DS18B20温度计原理图

3.4 电机调速电路

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电机调速是整个控制装置中的一个相当重要的方面。通过控制改变三极翻出的导，使输出端电压发生改变，从而使施加在电风扇的输入电压发生改变，以调节风扇的转速，实现各档位风速的无级调速。 3.4.1 电机调速原理

双向可控硅的导通条件如下： (1）阳-阴极间加正向电压； (2）控制极-阴极间加正向触发电压；

(3）阳极电流IA 大于可控硅的最小维持电流IH。

电风扇的风速从高到低设为2、1档，每档风速都有一个限定值。在额定电压、额定功率下，以最高转速运转时，要求风叶最大圆周上的线速度不大于2150m/min。且线速度可由下列公式求得

V=πDn×103 （1）

式（1）中，V为扇叶最大圆周上的线速度(m/min),D为扇中的最大顶端扫出圆的直径(mm)，n为电风扇的最高转速(r/min)。

代入数据求得n5≤1555r/min,取n5=1250 r/min.又因为：

调速比?最低调速档的转速?100%?70%

最高调速档的转速取n1=875r/min。则可得出五个档位的转速值：

n1=875r/min，n2=980r/min，n3=1063r/min，n4=1150 r/min，n5=1250r/min 又由于负载上电压的有效值

???sin2??u0=u1???? （2）

2????式（2）中，u1为输入交流电压的有效值，α为控制角。解得： (1)当α5=0°时，t=0ms； (2)当α4=23.5°时，t=1.70ms； (3)当α3=46.5°时，t=2.58ms； (4)当α2=61.5°时，t=3.43ms； (5)当α1=76.5°时，t=4.30ms。

上述计算出的是控制角和触发时间，当检测到过零点时，按照所求得的触发时间延时发脉冲，便可实现预期转速。

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3.4.2 电机控制模块设计

本模块电路中采用了过零双向可控硅型光耦MOC3041M ,集光电隔离、过零检测、过零触发等功能于一身,避免了输入输出通道同时控制双向可控硅触发的缺陷, 简化了输出通道隔离2驱动电路的结构。所设计的可控硅触发电路原理图见图3。其中RL即为电机负载，其工作原理是:单片机响应用户的参数设置, 在I/ O 口输出一个高电平, 经反向器反向后, 送出一个低电平,使光电耦合器导通, 同时触发双向可控硅, 使工作电路导通工作。给定时间内,负载得到的功率为:

nUI (3) N式中: P 为负载得到的功率（ kW）; n 为给定时间内可控硅导通的正弦波个数; N 为

P?给定时间内交流正弦波的总个数; U为可控硅在一个电源周期全导通时所对应的电压有效值（V）; I 为可控硅在一个电源周期全导通时所对应的电流有效值（A）。由式(3) 可知,当U , I , N 为定值时, 只要改变n 值的大小即可控制功率的输出,从而达到调

节电机转速的目的。

图3 电机控制原理图

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4 控制器软件设计

本系统的运行程序采用C语言编写，采用模块化设计，整体程序由主程序和显示、键盘扫描、红外线接收以及电机控制等子程序模块组成。

4.1 主程序

在主程序进行初始化后，开始反复检测各模块相关部分的缓冲区的标志，如果缓冲区置位，说明相应的数据需要处理，然后主程序调用相应的处理子模块。如图7所示。

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开始 系统初始化 显示子模块 Y 温度变化？ N Y 键盘输入？ 键盘处理子模块 温度控制子模块 N Y 红外信号？ 红外接收处理模块 N 图7 主程序模块流程图

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4.2 数字温度传感器模块和显示子模块

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