对MCU温控智能风扇系统的设计.docx

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对MCU温控智能风扇系统的设计

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郑锦红

摘要:本文介绍一种基于单片机温控风扇的控制系统设计方案。巧妙地利用单片机技术,可控硅技术,温度传感器技术,软件技术,达成设计目标。硬件系统采用台湾松翰科技生产的SN8P2722作为微处理器,利用高精度热敏传感器对室内温度的探测并适时显示当前温度值,通过控制可控硅的导通,从而实现对电风扇进行温度调速控制。软件系统则采用模块设计即主程序,定时程序,温度显示程序,电机调速等程序。着重讨论温控相关程序的设计并给出流程图和相关程序,该系统把智能自动调节技术用于家用电器的控制中,系统利用软件技术实现了风速调级和关机控制,从而提高了系统的抗干扰性能和稳定性。

关键词:SN8P2722时序自动控制

一、课题设计意义

目前也有温控风扇,但普遍地风扇的温控优点依然没有,甚至其控制效果不明显,仍仅限于关掉风扇电机,所以没有得到足够的市场反映,这是因为其产品大多直接采用普通热敏电阻作为温控元件,电路温控范围窄、风扇启动频繁。不能由人自由设定温度上下限,不能从容地自动控制电扇电机的起停或转速的快慢。本设计则采用高精度热敏传感器对温度采样并进行A/D转换,强大的八位单片机作为数据处理装置,用相应的驱动电路控制电机的转速或起停,从而实现电扇的智能化温控。

二、系统

(一)系统功能概述

本设计以精简指令集单片机SN8P2722为核心,通过高精度NTC传感器对室内环境温度进行数据采集,用单片机处理,从而建立一个完整的控制系统。使电风扇随温度的变化而自动变换档位,实现“温度较低,风力较弱,温度较高,风力较大”的功能。另外,用户也可以通过键盘控制面板,设定电风扇在一定范围内的最低工作温度,当温度低于所设置最低温度时,电风扇将自动关闭,当高于此温度上限时电风扇又将重新启动。

(二)系统原理

硬件系统采用模块设计思想,该电路由温度传感电路、电机控制电电路、电源时钟、显示电路、看门狗电路等组成。而软件系统则先进行系统功能分析,后采用结构化设计,采取模块设计。

三、总体硬件设计

(一)总体硬件设计

根据要求,选用台湾SONIX(松翰)公司的SN8P2722作为中央处理器,具有2K*16bits程序ROM、128*8bits内存RAM、内部包含有16MHzRC振荡电路和复位电路、WDT看门狗定时器、8bits时钟定时器、5通道12bitsADC,18个双向可编程I/O,输入I/O可编程设置弱上拉电阻。其硬件能符合整个控制系统的要求,不需要外接其他存储器芯片复位电路和定时器件,整个系统结构紧凑,抗干扰能力强,性价比高。

该硬件电路由阻容降压电源电路、红外遥控接收电路、温度传感电路、数码显示和键盘扫描电路,电机控制与驱动电路等组成。

1.阻容降压电路设计

由于本系统是小电流控制系统,另外出于成本考虑,选用阻容降压式电源给系统供电(如右图所示)。由于阻容降压式电源是浮地的,全波整流虽然可以获得稍大的电流,但是稳定性和安全性要比半波整流更差。

2.红处遥控接收电路设计

红外遥控器是利用红外线发射一连串的二进制脉冲码进行传递信息,是一种无线、非接触控制技术,具有抗干扰能力强,编码及解码容易,信息传输可靠,对环境影响小,成本低优点,本系统选用NEC协议的遥控器。

3.温度传感器电路设计

风扇使用环境温度一般在16℃~45℃,温度范围窄,选用高精度的热敏传感器,并经过SN8P2722内部进行ADC转换,得到12位分辨率的二进制数值,再由MCU计算处理,得到精度达到0.1℃的温度值。

4.温度显示与控制模块设计

显示面板选用3位8段共阴极LED数码管,为节省MCU的有限资源,与键盘组成矩阵形式共享IO端口,通过动态扫描输出显示内容和动态扫描输入读取键盘的键值。

(二)系统工作原理

本系统利用高精度NTC传感器感应到室内环境温度变化转换成电压信号,滤波后直接输入到MCU单片机IO端口,经过MCU内部ADC模数转换为数字信号,单片机处理温度数字信号,显示在LED数碼管面板上,在温控模式下通过实时环境温度对风扇进行自动控制。

当扫描到有按键按下或接收遥控信号,则对按键或遥控做出响度应和处理,可以开启或关闭电风扇;开启或关闭导风轮;工作模式设置,可选择正常模式、自然风模式、睡眠模式和温控自动模式;定时关机设置,可定时0~9小时;风速档位设置,正常模式下有高、中、低三档风速调节。

温控模式下,风扇的三档物理调速通过软件设计实现0~7档调速。当设定为温控模式时进入温度自动控制,MCU集到当前实时环境温度与预设的档位温度值比较,并选择相对应档位,单片机自动控制系统开始工作。

四、主程序摸块

根据风扇系统各种功能相对独立的特点,采用结构化设计软件设计的总体思想由于整个系统要求实时性很高,因此系统必须快速响应输入,执行相应功能。

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