基于AT89S52单片机的自动温控电风扇设计

0 引 言
    在日常生活中，单片机得到了越来越广泛的应用。它体积小、重量轻、集成度高、抗干扰能力强、性价比高，尤其适合应用于小型的自动控制系统中。电风扇起停的自动控制，能够解决夏天人们晚上熟睡时，由于夜里温度下降而导致受凉，或者从睡梦中醒来亲自开关电风扇的问题，具有重要的现实意义。本文从此目的出发利用AT89S52单片机设计了自动温控电风扇系统，当温度高于20℃时，自动打开电风扇；低于20℃时自动关闭电风扇。还可以实现当温度过高或过低时，蜂鸣器发出声音报警提醒人们注意避暑或防止受凉。

l 设计方案
    电路的总框图如图1所示。

在系统中，单片机通过检测18B20采集的温度来作出相应处理，当温度高于20℃时，P2．7输出高电平，继电器线圈得电，其对应常开触点闭合，电风扇电路导通，电风扇转动；当温度低于20℃，单片机P2．7引脚输出低电平，继电器线圈中没有电流通过，常开触点保持断开，电风扇电路不通电，电风扇不能运行，从而实现了电风扇的自动起停。同时把温度显示在数码管上，当温度高于35℃或低于0℃时，蜂鸣器发出声音报警。

2 硬件电路设计
    硬件电路中单片机起控制作用，它相当于人的大脑；18820进行温度采集，把采集到的室内温度送到单片机中，单片机进行判断，根据判断的结果控制相应引脚输出高电平或低电平，从而控制继电器线圈中能否有电流经过，达到控制电风扇转动或停止的目的；继电器用来实现对电风扇的自动控制；数码管用于显示当前的温度；蜂鸣器用来当温度过高或过低时发出响声报警；下载线接口用来实现在线编程。现将主要器件介绍如下。
2．1 AT89S52单片机特点
    AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8 KB ISP(In—System Programmable)的可反复擦写1 000次的FLASH只读程序存储器，支持在线编程。兼容标准MCS一51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFLASH存储单元。具体特点表现为：具有优异的性能价格比；集成度高、体积小、可靠性高；控制功能强；低电压、低功耗。
2．2 温度检测电路设计
    DALLAS最新单线数字温度传感器DS18820，是新的“一线器件”，体积小、适用电压宽、经济方便，DSl8820“一线总线”数字化温度传感器支持“一线总线”接口，测量温度范围为一55～+125℃，在一10～+85℃范围内，精度为±0．5℃。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。DSl8820可以程序设定9～12位的分辨率，精度为±O．5℃，温度采集具有准确性、实时性。
    DSl8820的管脚排列如下：DQ为数字信号输入／输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)。
    检测的温度高于一定值时，单片机引脚输出高电平，通过继电器实现弱电控制强电，打开电风扇，当温度低于一定值时，单片机引脚输出低电平，控制电风扇停止转动。另外，温度过高或过低时，蜂鸣器发出声音。
2．3 继电器控制电路
2．3．1 继电器简介
    继电器有线圈，常开触点，常闭触点。常开触点在线圈不通电的情况下是断开的，当线圈中有电流经过时，常开触点闭合；常闭触点在线圈不通电的情况下是闭合的，当线圈中有电流经过时断开。本文用到的是继电器的常开触点，即在继电器线圈没有电流经过时是断开的状态，当继电器线圈中有电流经过时闭合导通。
2．3．2 继电器作用
    实现弱电控制强电，单片机是弱电器件，一般情况下它的工作电压为5 V，电风扇工作所需电压为220 V，属于强电，强电不能和弱电有任何电器接触，防止强电进入到单片机内，继电器起到隔离作用。由于单片机是一个弱电器件，它的工作电压是5 V，驱动电流在mA级以下，而现在要把它用于一些大功率场合，控制电风扇，显然是不行的。所以，就要有一个环节来衔接，这个环节就是所谓的“功率驱动”，继电器驱动就是一个典型的、简单的功率驱动环节。继电器驱动就是单片机与其他大功率负载接口，起到控制作用，三极管起到放大作用。
    这里继电器由相应的三极管来驱动，当温度高于20℃时，给单片机一个命令，setb P2．7，单片机P2．7引脚输出高电平，三极管导通，继电器线圈得电有电流经过，常开触点闭合，电风扇电路接通，电风扇开始转动。温度低于20℃时，执行CLR P2．7，单片机P2．7引脚输出低电平，三极管截至，继电器线圈中没有电流经过，常开触点保持原断开状态，电风扇电路断路，电风扇不能转动。继电器线圈两端反相并联的二极管起到吸收反向电动势的功能，保护相应的驱动三极管。
    断电器自动控制电路图如图2所示。实现自动控制时先把开关S1闭合。

3 系统程序设计
    根据流程图编写程序是单片机在温度高于20℃控制电风扇转动，低于20℃控制电风扇停止，温度过高(高于35℃)或温度过低(低于0℃)，控制蜂鸣器发出响声。系统程序流程图如图3所示。

4 系统调试与测试
    先利用Proteus和Keil软件进行仿真，设计印制板，加工好后选取器件进行焊接，编写程序，调试成功后通过下载线下载到单片机芯片中，组装整个系统，进行整体调试。
    连接好电路后，用打火机在温度传感器18820附近使温度升高，或者将冰块放在旁边使温度下降，检测电风扇是否能根据温度变化而实现自动起停，经实验，该系统能够实现电风扇的自动起停，而且反应灵敏，也能够实现报警功能，达到了预期的目的。

5 结 语
    AT89S52单片机体积小，重量轻，抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好。利用单片机实现的自动温控电风扇系统，性能可靠，成本较低，适合大众消费，有利于提高人们的睡眠质量，有重要的应用价值。其中温度的准确采集、继电器控制是实现本系统的关键。电路和程序稍作修改，还可以实现其他一些功能，比如大棚温度控制、电动机温度检测、自动定时闹钟、家庭电器自动控制系统等，系统移植性强。