09325119智能电风扇

摘要

采用单片机 AT89C51 及其辅助电路对老式家用电风扇进行了改

造,加入了智能化装置的电风扇具有不同的工作模式、定时设置、遥控发射接收、液晶显示,温度传感、湿度传感、热释电红外传感、调温调湿,风扇控制 等功能,电源采用 7805 芯片提供稳定电压,并且具有过压、过热、过流和倾倒保护装置.这种智能电风扇电源稳 定性好、电路体积小、操作方便、运行可靠、功能强大、价格低廉,很适合低收入家庭使用.关键词：智能电风扇；单片机；液晶显示器；温度传感器。

随着电子制造业的不断发展,社会对生产率的要求越来越高,各行

业都需要精良高效、高可靠性的设备来满足要求.作为一种老式家电,电风扇具有价格便宜、摆放方便、体积轻巧等特点.由于大部分家庭 消费水平的限制,电风扇作为一个成熟的家电行业的一员,在中小城市以及乡村将来一段时间内仍然会占有市场的大部分份额,但电风扇功能简单,不能满足智能化的要求.为提高电风扇的市场竞争力,使之 在技术含量上有所提高,而且更加安全可靠,在现有市场上多功能电风扇的基础上,本文结合实际,采用7805 稳压电源,设计一种新型的智能电风扇,该风扇功能更多,且具有多种人性化设计,大大提高电风扇 的市场竞争力.

红外发射方原理如下图所示。

1装置模块简介

智能电风扇的设计按照所假定的条件和要求,确定主要的组成部分：主要控制芯片、液晶显示模块、无线射频遥控装置、温度传感装置、热释电红外探测装置、电风扇装置.这几个装置合并起来就组成了一台智能电风扇.按照设定条件其主要参数要求：①温度范围：28~35 ℃,②探测距离：0.5~7 m,③遥控范围：0.5~10 m,④可调温、调湿,⑤工作角度不可大于 60°.

1.1 遥控装置模块

本次设计采用 PT2262/2272 编码解码器（台湾普城公司）遥控装置,最多可有12位（A0- A11）三态地址端管脚（悬空,接高电平,接低电平）,任意组合可提供 531441 地址码,PT2262 最多可有6位（D0- D5） 数据端管脚,设定的地址码和数据码从 17 脚串行输出,可用于无线遥控发射电路.其特点是低功耗、外部元器件少,采用 RC 振荡电阻,工作电压范围宽：

2.6～15 V,数据最多可达6位,地址码最多可达 531 441 种,应用范围较广.

1.1.1 PT2262 发射模块

编码芯片 PT2262 发出的编码信号由地址码、数据码、同步码组成一个完整的 码字,解码芯片 PT2272 接收到信号后,其地址码经过两次比较核对后,VT 脚才输出高电平,与此同时相 应的数据脚也输出高电平,如果发送端一直按住按键,编码芯片也会连续发射.PT2262 各管脚功能如表1 所示

.

在具体的应用中,外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节,阻值越大振荡频率越慢,编码的宽度越大,发码一帧的时间越长.网站上大部分产品都是用 2262/1.2 M＝2272/200K组合的,少量产品用2262/4.7 M＝2272/820 K.

1.1.2 PT2272 接收模块

PT2272解码芯片有不同的后缀,表示不同的功能,有L4/M4/L6/M6 之分（本设 计采用的是M非锁存类型）,其中 L 表示锁存输出,数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态,直到下次遥控数据发生变化时改变.PT2272 各管脚功能说明如表2所示.

M型数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应,可以用于类似点动的控制.后缀的6和4表示有几路并行的控制通道,当采用4路并行数据时（PT2272-

M4）,对应的地址编码应该是8位,如果采用6路的并行数据时（PT2272-

M6）,对应的地址编码应该是 6 位.

1.2 YJD1602 液晶显示模块

本设计采用 1602 液晶显示器,以显示风扇当前状态.

MS 表示为工作模式, 包括 GJ 关机模式、ZD自动模式、SD

0～3

表示定时时 档.WD 手动模式等.DW 表示当前气温, 表示为当前风扇工作的档位. 其中包括 其数据值会根据当前环境温度不同而变化.DS 间,通过调整定时时间可显示为

NO（无定时）,10 M（10 min）,20 M（20 min）,30 M（30 min）,60 M（60 min）.1602 液晶显示器的工作参数为：（1）显示容量 16*2 个字符；（2）芯片工作电压 4.5~5.5 V；（3）工作电流2.0 mA（5.0 V）；（4）模块最佳工作电压 5.0 V；（5）字符尺寸

2.59*4.35（WXH）mm.1602 液晶有 16 个管脚,

其各管脚功能说明如表 3 所示：

表 3 液晶各管脚功能

单片机可以往1602 液晶中写入指令或数据,也可以从 1602 液晶中读取数据或指令.本设计主要 利用液晶的显示作用,所以不需要从液晶中读取数据或指令,显示模式设置,开关及光标的显示.RS 为 数据 / 指令选择端口,RS 为 1 时液晶显示接收为数据,RS 为 0 时液晶显示接收为指令, 对液晶进行操作 时需要给液晶送指令及告诉液晶该执行什么操作.

1.3 AT89C51 单片机

AT89C51是带4k字节闪烁可编程、可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and ErasableRead Only Memory）的低电压、高性能 CMOS8 位微处理器,该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制 造技术制造,与工业标准的 MCS- 51 指令集和输出管脚相兼容.由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL 的 AT89C51 是 一种高效微控制器.AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵 活性高且价廉的方案.其外形及引脚排列如图 1 所示.

图 1 单片机各引脚

这个单片机的主要特性为：①可与 MCS- 51 兼容；②是 4 K 字节可 编程闪烁存储器；③全静态工作 0～24M Hz；④三级程序存储器锁定；

⑤128×8 位内部 RAM；⑥可编程串行通道；⑦低功耗的闲置和掉电模 式等.

2 电路设计

设计采用 ALE/PROG,当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电 平用于锁存地址的地位字节.在 FLASH 编程期间,此引脚用于输入编程脉冲.平时 ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器 频率的 1/6,因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的.要注意的是：每当用作外部数据存储器时,将跳过一个 ALE 脉冲.如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0,此时,ALE 只有在执行 MOVX、MOVC 指令时 ALE 才起作用.另外,该引脚被略微拉高,如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止,置位无效.

2.1 温度控制电路

DS18b20 数字温度计提供 9 位温度读数,指示器件的温度,测量温度范围在－55～125 ℃之间,增量值为 0.5 ℃,是 DALLAS 公司生 产的 1- Wire,即单总线器件,从中央处理器到 DS18b20 仅需连接一 条线（和地）.读、写和完成温度变换所需的电源可由数据线本身提 供,而不需要外部电源,具有线路简单,体积小的特点,其引脚功能可 以实施向器件提供电源,见图 2.

图 2 温度传感器

2.2 风扇电机控制电路

风扇电机的接通与断开采用继电器实现,继电器是一种当输入量（电、磁、声、光、热）达到一定值时,输出量将发生跳跃式变化的自 动控制器件,通常在弱电控制强电中使用.本设计采用电磁继电器, 通过在继电器线圈中通入电流

,

使继电器中的衔铁动作,接通需要的 线路,如图 3 所示.

图 3 继电器接线电路

除了用继电器外,也可使用双向可控硅来实现风扇调整.在风扇 电源输入端串联一个保险丝,可保护电机在电流冲击过大或电压过 高时保险丝熔断, 达到电机停机的保护目的.在电机上安装热保护 器,可使风扇电机过热时自动停机,以达到保护电机的作用.

2.3 热释电红外传感电路

设计采用热释电红外传感器（人体红外感应模块）,这是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器,被广泛的应用 到各种自动化控制装置中.当人体进入检测区,因人体温度与环境温度有差别,产生温差 ΔT,则有 ΔT 输出；若人体进入检测区后不动,则温度没有变化,传感器则也没有输出,所以这种传感器只能作为活动传感.但当人体静止或动作很小时,传感器 很难检测到信号,为了解决这一问题,本设计将热释电红外探头电路接在由微型电机驱动的支架上,当达到一定条件时,该微型电机 可以工作,通过机械原理可带动感器电 路 做有规律移动,这样相对于人体是活动的,从而也达到了检测作用. 检测证明,传感器加光学透镜（也称菲涅尔透 镜）后 ,其检测距离最大可增至7 m 以上.热释 电红外传感器电路见图

4.

图 4 热释电红外传感器电路

2.4 倾倒检测电路

本电路采用 Motorola 的加速度传感器芯片 MMA1260D 实现了倾倒检测. 将其 Vout 引脚与 AP64 的A/D 口连接,管脚之间接一个电阻和电容,起滤波作用,以减小时钟噪声,电源与地之间接一个 0.01 uF 的电容用于去耦,同时尽可能缩短了 MMA1260D 与 AP64 的距离.将 MMA1260D 竖直的固定在风扇机身, 当风扇正常工作时,MMA1260D 测得的加速度为0,而当机身倾倒时,MMA1260D 测得的加速度将增大,由于加速度与输出电压成正比,则 AP64 通过 A/D 端口得到的电压值也会发生变化（根据倾倒方向的不同,测得的加速度值也会不同）,然后将对应的电压值转换成相应的角度值,进行判断,如图 5 所示

.

图 5 倾倒检测电路

2.5 电源电路

由于该设计是用于家庭的,所以需要在电路中加入电路板所需的电源.电路中单片机,1602 液晶显示器,2272遥控接收器,蜂鸣器,继电器 18b20 温度传感器等的驱动电压均为 5 V 直流电.所以在设计中 也设计了电路的供电电源.如图 6 所示.

图 6 稳压电源

3结论

根据实际要求,本文利用单片机设计了智能型电风扇并制作了样机,该样机体积小、操作简单但功 能更多,具有多种人性化设计,并可扩展一些用户特别要求,适合家庭使用,设计时还考虑了生产和使用 成本、使用寿命等因素,均可满足实际使用要求,大大提高电风扇的市场竞争力.