基于单片机电风扇智能控制系统设计(2)

2.3 电机调速与控制模块设计

电机调速是整个控制系统中的一个重要的方面。通过控制双向可控硅的导通角，使输出端电压发生改变，从而使施加在电风扇的输入电压发生改变，以调节风扇的转速，实现各档位风速的无级调速。 2.3.1 电机调速原理

可控硅的导通条件如下： 1）阳-阴极间加正向电压；

2）控制极-阴极间加正向触发电压；

3）阳极电流IA 大于可控硅的最小维持电流IH。

电风扇的风速设为从高到低5、4、3、2、1档，各档风速都有一个限定值。在额定电压、额定功率下，以最高转速运转时，要求风叶最大圆周上的线速度不大于2150m/min。且线速度可由下列公式求得

V??Dn?103

式中，V为扇叶最大圆周上的线速度(m/min),D为扇中的最大顶端扫出圆的直径(mm)；n为电风扇的最高转速(r/min)。

代入数据求得n5 ? 1555r/min,取n5 =1250 r/min.又因为：

调速比＝最低转速 ?100％?70％最高转速取n1=875 r/min.则可得出五个档位的转速值： n5 =1250r/min n4 =1150r/min n3 =1063r/min n2 =980r/min n1 =875r/min 又由于负载上电压的有效值

u0?u1(???sin2??)?2? 其中，u1为输入交流电压的有效值，α为控制角。解得：

?5 =0° t=0ms ?4 =23.5° t=1.70ms ?3 =46.5° t=2.58ms

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?2 =61.5° t=3.43ms ?1 =76.5° t=4.30ms

以上计算出的是控制角和触发时间，当检测到过零点时，按照所求得的触发时间延时发脉冲，便可实现预期转速。 2.3.2 电机控制模块硬件设计

电路中采用了过零双向可控硅型光耦MOC3041 ,集光电隔离、过零检测、过零触发等功能于一身,避免了输入输出通道同时控制双向可控硅触发的缺陷, 简化了输出通道隔离2驱动电路的结构。所设计的可控硅触发电路原理图见图2-3 。其中RL即为电机负载，其工作原理是:单片机响应用户的参数设置, 在I/ O 口输出一个高电平, 经反向器反向后, 送出一个低电平,使光电耦合器导通, 同时触发双向可控硅, 使工作电路导通工作。给定时间内,负载得到的功率为:

P?nUI N式中: P 为负载得到的功率, kW; n 为给定时间内可控硅导通的正弦波个数; N 为给定时间内交流正弦波的总个数; U 为可控硅在一个电源周期全导通时所对应的电压有效值,V; I 为可控硅在一个电源周期全导通时所对应的电流有效值,A。由式(1) 可 知,当U , I , N 为定值时, 只要改变n 值的大小即可控制功率的输出,从而达到调节电机转速的目的。

U219XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD39383736353433322122232425262728101112131415161718XTAL29RSTR14k7U116293031PSENALEEAU4L2008L6C127pU3:A3400922ZeroCrossingR44k7412345678P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7AT89C51R24k7RL110kMOC3031M图2-3 电机控制原理图

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2.4 温度显示与控制模块设计

通过HD7279A控制芯片组建一个单片机键盘输入与显示模块，其中包括一个2*8

的键盘矩阵。和8段动态扫描数码管显示。与单片机通过接插件连接，可以用于系统的控制和输出，其原理图如图2-4所示。

241813121CLKCSDINDOUTISETU1MAX7221R9R10R11R12R13R14R15R16100k100k100k100k100k100k100k100kDIG7DIG6DIG5DIG4DIG3DIG2DIG1DIG085103761122217152123201614DPGFEDCBAR1R2200RR3200RR4200RR5200RR6200RR7200RR8200R200RCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMABCDEFGHABCDEFGHABCDEFGHABCDEFGHABCDEFGHABCDEFGHABCDEFGHABCDEFGHCOM 图2-4 HD7279A键盘和显示器控制模块电路原理图

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第三节 系统软件设计

3.1 数字温度传感器模块程序设计

本系统的运行程序采用汇编语言编写，采用模块化设计，整体程序由主程序和子程序构成。

图3-1 数字温度传感器模块程序流程图

如图3-1所示，主机控制DS18B20完成温度转换工作必须经过三个步骤：初始化、ROM操作指令、存储器操作指令。单片机所用的系统频率为12MHz。根据DS18B20初始化时序、读时序和写时序分别可编写4个子程序：初始化子程序、写子程序、读子程序、显示子程序。

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DS18B20芯片功能命令表如下：

表2 DS18B20功能命令表

命令 功能描述 命令代码 CONVERT 开始温度转换 44H READ SCRATCHPAD 读温度寄存器（共9字节） BEH READ ROM 读DS18B20序列号 33H WRITE SCRATCHPAD 将警报温度值写如暂存器第2、3字节 4EH MATCH ROM 匹配ROM 55H SEARCH ROM 搜索ROM F0H ALARM SEARCH 警报搜索 ECH SKIP ROM 跳过读序列号的操作 CCH READ POWER SUPPLY 读电源供电方式：0为寄生电源，1为外电源 B4H

主要程序如下： ? MAIN:

；初始化

LCALL RST_DS18B20 LCALL GET_TEMPER MOV A,20H MOV C,08H RRC A MOV C,09H RRC A MOV C,10H

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