基于单片机温控风扇的设计

基于单片机温控风扇的设计

刘拓

（汉口学院湖北武汉430212）

摘要：文章通过下文对一种基于AT899c51单片机的让温控风扇控制设计进行了分析论述，将51片单片机作为设计核心，通过温度传感器准确及时的对仪器内部温度进行采取控制。按照温度变化对风扇转速及电机进行控制，进而有效的控制了仪器内部的工作温度。

关键词：单片机；温控风扇；设计

在单片机温度控制系统基础上，不但能够实时有效的测量与检测环境温度，还可以按照预先设定的温度值控制温度和调节温度。在单片机检测仪器内在温度的基础上，按照温度变化情况对电机的转速进行控制，从而能够自动调节风扇转速，进而使设备内部的温度达到稳定。

一、分析系统的基本工作原理

下图为系统的基本控制原理：

在测量温度信息时，文章将温度传感器作为主要的测量保准和载体，利用放大电路，将能够被传感器所感知的弱电压信号放大，确保其符合相应的范围，保证通过单片机可以有效的进行处理，在将A/D转化器输入进去，转换电压信号为数字信号，然后向单片机中传入，并有效的处理。为了能够更好的监视温度变化情况。可以通过十进制的数码将具体的温度值显示出来。此外，把单片机获取的温度数据当作驱动电机的转速的方法。当在规定的温度值内控制了具体温度后，系统将会将自动调节温度的功能自动打开，这样就会在特定的温度范围内不间断的控制设备内部温度，进而发挥自行控制的目的，如果在高转速条件下，风扇还是难以适应降温的需要，会将警报自动发送出来，从而警示工作人员采取其他的解决方法。

二、设计系统硬件

在整个风控系统中，硬件系统发挥着重要的作用，并占据着非常重要的地位，所以，能否有效的设计硬件系统意义非常重大：

1、选择传感器

数字温度传感器与模拟温度传感器是常用的两种传感器装置，同数字温度传感器进行对比，应该将调理电路外接到模拟温度传感器中，进而将模拟量输送出来，但是它具有编程操作容易、价格便宜的优点。在设计时，可以对模拟温度传感器进行应用，它可以把温度转变成电流，在-55-150℃之间控制测量范围，在4-30V之间控制供应的电压，在绝对温度0℃左右控制输出电流，每提升1℃，就会多将1uA的电流输送出来，如果在25℃左右控制室内温度，它的输出电流为298uA，利用10KΩ电阻把它转变成相应的2.98V电压，确保能够根据相应设计要求进行检测。

2、设计温度采集硬件

为了确保温度传感器能够采集到可用、精确的数据，对其外接电路需要进行A/D转化和调理，如下图所示：

将电压跟随器设置到传感器端头，防止分流了后续电路造成测量有误，此外，确保能够按照输入电压的变化控制输出电压。通过第二个运放将反相加法电路构造出来，将反向比例放大电路通过第三个运放构造出来，进而在0-50V以内控制输出电压。通过调理，通过模数转化芯片ADC0832转换了处理的电路以后，进而转变成数字量传递给单片机进行处理。

3、设计电机控制硬件

本设计在对风扇直流电机进行控制时选择了单片机，并且，应该将驱动电路加装进去，从而将充足的却动电流为直流电机提供出来。在该系统驱动电路内，为了很好的驱动风扇直流电机，可以选择应用达林顿反向驱动器ULN2803来完成。

在应用ULN2803时，有着简单的结构，并且能够简单的操作，从而将较大的驱动电流为电机创造出来，它其实属于一种集成芯片，单独的芯片能够将8个电机一同驱动起来，有单片机的一个I/O口将5V的TTL信号输送到各个电机中。利用对单片机I/口的控制，能够将多样行的占空比PWM波形输送出来。进而对电机的转速就可以进行控制，如果有越大的占空比，就会有越快的速度。如果能够在高电平状态下控制整个周期，就会具有100%的占空比，进而就会有越快的速度。如果有PWM信号从单片机的I/O口中被输送出来，这时，可以通过单片机自带的PWM控制器、软件延时和定时器进行控制。文章中所提到的软件在设计时应用了软件延时法。当呈现出了高电平延时时间后，通过低压电平控制I/O口电平，之后在延时处理。如果达到了低电平延时时间，在取I/O口电平，多次这样的循环，就能够将PWM信号获取出来，进而对相应的设计需求能够给予满足。

4、设计电源模块

为了发挥出良好的制冷效果，在设计时，可以对TEC4-12705型的半导体制冷片进行应用，其工作电流与工作电压分别控制在5A和12V。将次电流5A、电压30V的变压器应用到市电降压环节，完成降压之后，通过相应的线路滤波，通过相应的线路整流，之后通过LM7805将在基准参考电压为大功率三级管2N3773基极提供出来。将稳压管ZD1安装到LM7805的公共端当作偏置电压，确保有12V5A的直流电源可以通过稳压器输送出来。

如果有故障出现在电路中，造成输出电压高于15V时，由于R1处的降压触发导通了单向可控制SCR，这时，就非常容易熔断了电路中的熔丝，从而无输出保护稳压电源。

5、控制模块和电机调速

电机调速是整个控制系统中非常重要的一个环节，对于外界环境内的温度可以通过温度传感器不间断的进行采集处理，然后向单片机中输入信号，单片机在对L298进行控制，从而对PWM的输出情况进行调节，开关导通的周期和时间比值在一个周期T中表示占空比D。并且，会在0-1之间控制D的变化范围。如果没有变换情况出现在电源电压U中，这时，就可以用占比空间D的大小来控制输出电压平均值U的大小，并且，随着D值的不断改变，输出电压的平均值也会被相应的改变，进而对电动机的转速能够有效的进行控制，从而达成调解PWM速度的目的。进而就会不断的改变和变化施加到电风扇单机上的输入电压值，在改变了电压之后，会造成有一定的变化出现在电风扇的电机中，转速的不断改变，就等同于调节了电风扇的速度。

三、设计系统软件

软件系统在整个风控环节中也发挥着一定作用，如何控制软件系统意义同样重大：

1、设计系统的基本程序

下图为系统的主要流程图：

在初始化处理了系统以后，将A/D转换打开，通过扫描法对传感器的感知温度进行不断的检测处理，如果在指定的温度范围内控制了仪器的内部温度以后，就会在停止的状态下控制电机，如果同指定温度相同，直流电机会通过单片机进行控制启动，按照规定转速控制风扇转动，然后慢慢的向控制程序中进入。

2、控制温度程序

控制温度的主要目的是确保在规定的温度范围内控制仪器内部温度。通过对风扇转速的控制进而对冷风速度进行控制，如果在指定的温度范围内控制了仪器内部的温度，就可以开始转动电机。如果温度发生变化，按照温度的变化速度，对PWM的输出进行相应的改变和调整，并对电机的转速进行调整。在上升了温度以后，将电机转动速度加快；在降低了温度以后，将电机的转动速度要不断减慢，确保一区发热与冷风速度能够保持平衡，并且，保证温度不会发生变化。

结语：

综上所述，进入21世纪以来，我国经济与技术发展速度不断加快，这在某种程度上提升了我国工业的生产与发展速度。一些先进的设备仪器被不断的应用到生产中。单片机是一种重要的风控装置，尤其是在一些设备中安装单片机能够有效的控制温度变化情况，那么，如果在单片机基础上实现对温控风扇的设计意义非常重大。对此，文章通过上文首先介绍了基于单片机控制的温控风扇设计的系统原理，然后，有分别对硬件系统和软件系统进行了论述，那么，通过文章上述内容的分析，目的是为有关单位及工作人员在实际工作中提供一定的借鉴作用，为更好的促进设备、装置的运行而提供帮助。

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