定速度时再加速，通过合理调节风速变化来实现睡眠风即逐渐减慢风速，当风速减到 定值时，停止减速。 输入方式方案 本系统需要实现风速调节风型选择定时时间选择及遥控开关等功能，功能较多， 需较多按键，因此输入方式是决定该系统是否方便使用的关键。 方案采用行列式键盘，利用扩展口。但由于该系统所需键数很多，要占 用较多的口资源，且用非编码器键盘编程较麻烦，对于按键功能复用重键及连击等情 况较难处理。 方案二采用扫描式键盘编码器芯片来实现。的键盘部分提供种扫描工作方式，可与个按键的矩阵键盘相连接，能对键盘不断扫描，自动消抖，自动识别出所按 的键并给出编码，能对双键或键同时按下实行保护，编程较简单。单片机根据不同键值进 行相应处理。根据以上比较，选用扩展键盘方便可靠，故采用方案二。 显示界面方案 本系统要能够切换显示电风扇转速输出风的种类开机工作时间剩余工作时间及累 计工作时间等，要显示内容较多。 方案采用显示。只能显示非常有限的符号和数字，对于本系统如此复杂 的功能是难以实现的。 方案二采用双行字符式显示器。可以用英文显示较为清晰的提示和数字，界面良 好。采用此方案来实现。 遥控操作功能实现 采用红外发射与接收技术。发射部分将键盘代码经编码调制后得到的信号通过红外 发射管将电信号转换为光信号发射接收部分红外接收管将接收到的光信号转换为电信号， 经放大滤波解调和整型解码后交单片机处理。 二系统设计与实现 系统组成框图如图所示。 控制量 转速数据 转速测量部分 采用霍尔集成传感器，它体积很小，只有三个引脚，个接,个接， 另个为输出端。将其固定在电风扇的保护网上，在与其相对的扇叶上贴上磁片，每次扇叶 转动磁片经过霍尔传感器时，由于霍尔效应，在霍尔传感器的输出端就会产生个脉冲， 功率调节电路电风扇转速测量电路 从 单 片 机 过零检测电路 主 单 片 机 键盘显示 红外遥控 红外遥控 电源滤波将该输出脉冲送到单片机的端计数，单位时间内脉冲的个数即为电风扇的转速。但由于 电风扇的转速为转分钟，相当于每秒钟只有个脉冲，频率很低，采用直接测 频法会有较大误差。故采用测量周期法测量频率以减小误差。测量周期法即为在被测信号周 期内对单片机机器周期的内部脉冲计数。电路图如图所示。触发器实现 脉冲频率到周期的转换。其端作为的输入，控制启动开始计数。当 变为低电平时，的下降沿产生中断请求。在的中断处理程序中，关闭,对计 数结果进行处理。为保证定时与频率脉冲的上升沿同步，在用启动之前， 应先用口将清零，脉冲上升沿时变为高电平，启动定时器。 由于小系统板上的被占用，故考虑外扩片来完成测频部分的数据处 理，并通过串口不断把频率字送给主。些简单的功能也可由从片来完成，对主 来说，从片可以看成片外设。 图频率周期转换 功率控制电路 功率控制部分包括光电隔离和可控硅控制电路制电路 功率控制部分包括光电隔离和可控硅控制电路光电隔离级的作用是把强电 和弱电信号进行隔离，消除输入回路中的噪声信号共地杂波等对输出回路的信 号干扰，以保证系统安全可靠的运行。采用光电隔离器,其最大工作电压为，最大工作电流为。 由从单片机口线输出的延时脉冲经光电隔离器，送至双向可控硅 的控制级，控制可控硅的通断,从而改变电风扇的输出功率其电路如图所 示 图光电隔离及可控硅电路 过零脉冲形成电路 过零脉冲形成电路由变压器过零比较器以及脉冲整形电路组成， 其作用是在每个电网的交流零点形成宽度定的窄脉冲信号，此脉冲送至 的端产生中断信号。在电压信号的每个周期，单片机接收到中断信号后即 转入中断服务程序，根据控制量来确定相应的延时时间，从而控制可控硅的功率。 电路图如图所示。 图过零脉冲检测电路 这种过零检测电路可作为同步脉冲发生器，电路的输出为正极性单脉冲。为比 较器，设定基准电压为进行比较，由于比较器开环增益很高，可以进行准确的零点检测。 如果输入信号在零点附近有微小的干扰，则输出电压会出现相应的抖动，为使电路工作稳定， 通常施加定的滞后电压正反馈。比较器作为集电极开路输出时，其滞后电压由电阻 分压获得。滞后电压高，有利于工作稳定，但会增加误差，可在回路中增加去噪声的滤 波器。 键盘显示模块 由于该系统要求显示的内容较多，故选用双行液晶显示器，它体积小，功耗低，编程灵 活采用扩展键盘，使用灵活，人机交互界面良好。 红外遥控模块 该部分框图如图所示，电路图见附录。 图 发射部分键盘及其代码产生电路产生个控制信号，经线优先编码器 分别编成个码，再通过专用集成编码芯片将输入信号进行编码。每次 按键电阻与二极管形成的发射控制电平为低电平，可作为编码电 路的传输启动信号。当编码器的输入为低电平时，输出为两个窄脉冲为高电平时，输出为 两个宽脉冲为高阻时输出为个宽脉冲和个窄脉冲。传输启动信号为低电平时， 按上述编码规律将输入地址及数据信号进行编码并输出串行数据。为了提高传输 信号的抗干扰能力，需将编码信号调制在较高频率的载波上发射。采用门电路构成 的脉冲调制振荡器，电路简单，调节载频为。将该脉冲放大后通过红外发射管。为 增大发射功率，采用复合三极管对发射信号进行电流放大。 接收部分由专用集成芯片组成红外接收电路，将红外接收管接收到的信号 进行放大限幅滤波解调和整型。再由解码芯片将解调后的串行数据进行 键盘及其代码编码脉码调制振荡红外发射 红外接收解码译码控制 控制解码，使其成为控制码。将该码信号送到单片机，单片机根据判断码值执行相应的操 作。 电源滤波 电源滤波的目的是要使市电获得最佳传输，而使干扰远离最佳传输的谐振点。在 此系统中，干扰主要源自可控硅开关工作不在电源的零点导通时，产生的浪涌电压和其它各 种噪声。采用交流电源滤波器可以有效抑制这些干扰。交流电源滤波器的般结构如图 所示。图中为共模扼流圈，具有抑制低频共模噪声的作用电容具有抑制低频 常模噪声的作用旁路电容具有抑制高频共模和常模噪声的作用。 图电源滤波 三软件设计 软件部分要完成的功能为对风扇的转速进行测量与控制，因为风扇的转动频率较低，故 采用测周法对其频率测量。首先用触发器把由霍尔元件传出的频率脉冲转变为周期电平 信号，输入控制对机器周期的内部脉冲进行记数。为保证定时与频率脉冲的上 升延同步，应该用来启动。由于小系统板上的被占用，故考虑外扩 片来测频，并不断通过串口把频率送给主。些简单的功能也可由从片来 完成，对主来说，从片可以看成片外设。 量转速程序流程图如图所示。 系统初始化 开始 方式，计数，受控制，清零 方式，波特率定时 启动，溢出中断允许，外部中断允许，总允许 次测频完成 计算转速，完成初 始化为下次准备 通过串口发频率数据 先发低位再发高位 完成智能电风扇控制系统 作者夏厦龚定玉牛仁杰组 摘要 本设计以两片单片机作为智能电风扇控制系统的测量和控制核心。采用霍尔集 成芯片测量电风扇的转速，通过主从单片机之间的串行通信来完成电风扇转速数据处理及转 速控制，采用移相触发方式控制可控硅功率。用扩展键盘及双行显示来实现人机 交互，采用红外发射与接受装置来完成遥控功能。该系统风速调节范围宽步进小精度高， 且风的舒适度良好，功率因数。 方案设计与论证 风扇转速测量 方案采用脉冲调制的红外发射接收器。通过在电风扇边用红外管发射脉冲信 号，另边接收信号，在脉冲被挡和通过的情况下，接收端分别对应低电平和脉冲串，可检 出此信号的包络，其频率的三分之即相当于单位时间内接收到信号的次数，也即电风扇的 转速。但此方法接收到的脉冲会产生抖动，容易引起误判，从而导致处理接收信号次数出现 较大误差，使电风扇转速计算不准确，故不采用此方案。 方案二采用霍尔集成传感器。霍尔集成传感器是将霍尔元件放大器施密特触发 器以及输出电路等集成在块芯片上，为用户提供了种简化和较完善功能的磁敏传感器。将磁片贴在电风扇叶上，将霍尔集成传感器固定在扇叶前的保护网上，由于霍尔效应，每当 磁片经过传感器时，在输出端就会产生个脉冲，对该输出脉冲计数，即可测出电风扇转速。 此输出信号明快，传送过程中无抖动现象，且功耗低，对温度的变化稳定，灵敏度与磁场移 动的速度无关，用此方法测出的电风扇转速较准确，故采用此方案。 功率控制 功率控制通过可控硅电路来实现，其任务是通过调压来实现交流调功。通常，由可控硅 实现交流调压的途径有两条是改变电压波形的导通角，称之为调相另个是波形不变 而改变其电压波出现的次数，常称脉冲调功。就触发方式而言，前者为移相触发，后者为过 零触发。 方案采用过零触发。此控制方法将可控硅导通的起始点限制在电源电压的过零点， 可大大降低谐波分量。因此其最大的优点是不对电网造成严重污染和干扰其它设备，输出线 性也较好，而且在硬件上只需加光电隔离或带光电隔离的固态继电器便可。但若在本系统中 采用过零触发，其缺点是显而易见的。过零触发方式中可控硅导通的最小时间单位是半个电 源周期，也就是，若控制周期选取得较小，则电风扇的转速范围将会受到限制若控 制周期选取较大，在转速较低时，可控硅截止的时间相对较长，会导致电风扇转动不够流畅， 转速很不稳定。 方案二采用移相触发方式。移相触发的优点首先是输出相对地连续均匀而调节精细， 适合于要求高精度控制的场合其次，调相输出的波形虽不规整但却正负半周对称，无 直流成分，可直接用于电感负载。其最大缺点是大电流的切入会造成对电网的冲击，不规整 的脉冲电流引起电网波形的畸变及对其它电设备的中频干扰。但这些缺点可通过硬件来得到改善。比如，采用交流电源滤波器，它不仅能阻止来自电网的噪声干扰进入电源，而且能阻 止电源本身的噪声返回到电网。 通过上述比较，过零触发方式虽然实现起来相对容易，对外界干扰小，但电风扇转速不 流畅，必然影响风的舒适度。而对于电风扇控制系统而言，舒适度是相当重要的。相反，采 用方案二风的舒适度好，且风速调节范围很大步进小精度高，改进后，系统稳定也会较 好。故我们选用方案二来实现功率控制。 普通风自然风及睡眠风的实现 普通风即在每个风速档风速不变自然风即风速时大时小，从大风速开始减速，当减到 定速度时再加速，通过合理调节风速变化来实现睡眠风即逐渐减慢风速，当风速减到 定值时，停止减速。 输入方式方案 本系统需要实现风速调节风型选择定时时间选择及遥控开关等功能，功能较多， 需较多按键，因此输入方式是决定该系统是否方便使用的关键。 方案采用行列式键盘，利用扩展口。但由于该系统所需键数很多，要占 用较多的口资源，且用非编码器键盘编程较麻烦，对于按键功能复用重键及连击等情 况较难处理。 方案二采用扫描式键盘编码器芯片来实现。的键盘部分提供种扫描工作方式，可与个按键的矩阵键盘相连接，能对键盘不断扫描，自动消抖，自动识别出所按 的键并给出编码，能对双键或键同时按下实行保护，编程较简单。单片机根据不同键值进 行相应处理。根据以上比较，选用扩展键盘方便可靠，故采用方案二。 显示界面方案 本系统要能够切换显示电风扇转速输出风的种类开机工作时间剩余工作时间及累 计工作时间等，要显示内容较多。 方案采用显示。只能显示非常有限的符号和数字，对于本系统如此复杂