太陽能風(fēng)扇控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　太陽能風(fēng)扇控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：電風(fēng)扇并未隨著空調(diào)的普及而淡出市場(chǎng)，相反，家用電風(fēng)扇因其風(fēng)力溫和、價(jià)格低廉、相對(duì)省電、安裝和使用簡(jiǎn)單等特點(diǎn)而受到中老年人、兒童和體質(zhì)較弱的人歡迎。隨著全球能源危機(jī)與環(huán)境污染加劇的影響，太陽能開發(fā)引起了越來越多科研人員的重視。本文針對(duì)太陽能風(fēng)扇的控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。本研究通過對(duì)太陽能風(fēng)扇的系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)，使太陽能風(fēng)扇系統(tǒng)具

2、有充電、溫控、風(fēng)力調(diào)節(jié)的自動(dòng)控制能力。這些功能的實(shí)現(xiàn)是通過溫度傳感器檢測(cè)環(huán)境溫度，建立一個(gè)控制系統(tǒng)，使電風(fēng)扇隨室內(nèi)溫度的變化而變換運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)“溫度高，風(fēng)力大，溫度低，風(fēng)力弱”的性能。這樣既節(jié)能環(huán)保，又安全可靠，具有廣泛的應(yīng)用前景。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：太陽能風(fēng)扇 控制系統(tǒng) 溫控調(diào)節(jié) </p><p><b>　　前言 </b></p>&l

3、t;p>　　隨著全球能源危機(jī)與環(huán)境污染加劇的影響，太陽能開發(fā)引起了越來越多科研人員的重視。此項(xiàng)目就是將太陽能能源運(yùn)用在電風(fēng)扇中的一個(gè)運(yùn)用實(shí)例。本系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)為核心，依靠太陽能板供電，并具有自動(dòng)溫度閉環(huán)控制能力的電風(fēng)扇系統(tǒng)。設(shè)計(jì)好太陽能風(fēng)扇需要綜合考慮各種因素，這些因素有電池板的安裝方式、最低功率、規(guī)格（太陽能電池板每天的有效發(fā)電量必須大于負(fù)載的用電量）及蓄電池的容量、性能及控制方式。只有對(duì)這些因素進(jìn)行恰當(dāng)?shù)乜刂?，?/p>

4、能達(dá)到最佳性價(jià)比。如果對(duì)相關(guān)因素的估算失誤，就會(huì)直接影響到太陽能風(fēng)扇系統(tǒng)性能和造價(jià)。在太陽能風(fēng)扇使用過程中要更為充分的體現(xiàn)人性化操作，體現(xiàn)自動(dòng)控制能力。本文簡(jiǎn)要針對(duì)太陽能風(fēng)扇的控制系統(tǒng)進(jìn)行研究。 </p><p><b>　　1、系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理 </b></p><p>　　太陽能風(fēng)扇通過太陽能電池板，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，由于太陽能電池板發(fā)出的電能為直流低壓電，這就需要

5、通過升壓裝置進(jìn)行相關(guān)轉(zhuǎn)換。再就是由于太陽能電池在弱光下無法實(shí)現(xiàn)發(fā)電，這就要求具備電能儲(chǔ)存功能，以確保太陽能風(fēng)扇的全天候工作能力的發(fā)揮。由于人們對(duì)環(huán)境要求不斷提升，因此采用了溫度控制系統(tǒng)，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速隨溫度的變化采用六檔控制系統(tǒng)來為人們提供舒適的休息與工作環(huán)境。太陽能風(fēng)扇控制系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，見圖1-1。 </p><p><b>　　2、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) </b></p><p&

6、gt;　　2.1太陽能供電設(shè)計(jì) </p><p>　　由于太陽能作為電源供電，存在電壓電流不穩(wěn)定的問題。所以需要采用蓄電池，先進(jìn)行能量的存儲(chǔ)，然后再使用。供電部分采用太陽能板加電池。電源管理采用單片機(jī)PWM開關(guān)完成電池的充放電管理。單片機(jī)的供電采用MC34063開關(guān)電源芯片完成+5V電源的供給，風(fēng)扇電機(jī)采用BLDC電機(jī)，將直流電通過4個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管組成橋式開關(guān)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 </p><p>　　

7、風(fēng)扇在有光條件下采用太陽能電池板發(fā)出的電力通過升壓后作為驅(qū)動(dòng)電源，并且同時(shí)為蓄電池提供充電電壓，為了能夠有效延長(zhǎng)蓄電池的壽命，對(duì)充電電壓與電流采取限壓、限流措施，保證蓄電池不被過度充電。當(dāng)夜間風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電源來自于蓄電池，同時(shí)為了避免過度放電，對(duì)蓄電池增加了電壓、電流保護(hù)裝置。 </p><p>　　風(fēng)扇是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)風(fēng)葉轉(zhuǎn)動(dòng)，通過單片機(jī)輸出PWM信號(hào)控制場(chǎng)效應(yīng)管橋式開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，為BLDC電動(dòng)機(jī)提供合適的電壓和

8、換向頻率，進(jìn)而影響電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的。在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中要檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的電流，防止電動(dòng)機(jī)過載損壞電動(dòng)機(jī)，以及太陽能電池板和蓄電池過度放電而縮短壽命。 </p><p>　　2.2BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) </p><p>　　采用一種低壓BLDC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)集成電路。其包括電源端及狀態(tài)控制輸入端；電源反接保護(hù)模塊，與電源端相連；狀態(tài)控制模塊，接收狀態(tài)控制輸入端的信號(hào)，進(jìn)行判斷后，輸出信號(hào)到開關(guān)控

9、制模塊；開關(guān)控制模塊驅(qū)動(dòng)單相橋式場(chǎng)效應(yīng)管給BLDC電動(dòng)機(jī)供電。 </p><p>　　2.3電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　BLDC電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)電路是由單片機(jī)PWM控制信號(hào)發(fā)生電路根據(jù)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速來產(chǎn)生PWM信號(hào)，通過開關(guān)控制模塊驅(qū)動(dòng)單相橋式場(chǎng)效應(yīng)管來控制BLDC電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速恒定和改變風(fēng)扇速度。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理圖見圖2-3。 </p><p>　　2.4溫

10、度檢測(cè)部分 </p><p>　　DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器是Dallas半導(dǎo)體公司開發(fā)的世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。其具有3引腳小體積封裝形式，溫度測(cè)量范圍為-55℃～+125℃，可編程為9位-12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.062 50℃，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出。工作電壓支持3V～5.5V的電壓范圍，既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生。 </p

11、><p>　　溫度采集，采用DSl8B20芯片完成。該芯片的主要優(yōu)點(diǎn)是耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。溫度傳感器可編程的分辨率為9位～12位，溫度轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字格式，最大值轉(zhuǎn)換時(shí)間為750ms。溫度檢測(cè)電路見圖2-4。 </p><p><b>　　3、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) </b></p><p>　

12、　基于AT89C52單片機(jī)的智能風(fēng)扇的軟件設(shè)計(jì)主要包括三部分： </p><p>　　一是，遙控軟件（發(fā)送程序），其是整個(gè)系統(tǒng)的指揮中心，專門用來發(fā)送操作指令，發(fā)送程序，流程圖如圖3-1所示。 </p><p>　　二是，主控軟件（接收程序），該部分主要用來負(fù)責(zé)識(shí)別接收信號(hào)并依據(jù)信號(hào)作出相應(yīng)中斷處理，協(xié)調(diào)各操作模塊和操作者之間的關(guān)系，接受部分主程序，流程圖如圖3-2 所示。 </p&

13、gt;<p>　　三是，執(zhí)行軟件（子程序），其是用來完成各種實(shí)質(zhì)性的功能，如風(fēng)速調(diào)節(jié)等。每一個(gè)執(zhí)行軟件也就是一個(gè)小的功能執(zhí)行模塊。 </p><p>　　對(duì)于溫度采樣閉環(huán)控制，在±1°C范圍內(nèi)保持使用者設(shè)定的溫度，室內(nèi)溫度每降低2°C就降低一檔風(fēng)扇速度。直到降到風(fēng)扇最低檔；同樣，室內(nèi)溫度每上升2°C，提高一檔風(fēng)扇速度，直到上升到風(fēng)扇最高檔。 </p>

14、;<p><b>　　4、結(jié)束語 </b></p><p>　　基于AT89C52單片機(jī)的智能風(fēng)扇控制系統(tǒng)溫度智能可調(diào)風(fēng)扇，通過手動(dòng)設(shè)定與溫度檢測(cè)反饋控制，實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇任意換擋控制，滿足環(huán)境溫度改變相應(yīng)地改變風(fēng)扇速度，適應(yīng)人體不同環(huán)境溫度下的散熱需求。其溫度檢測(cè)是通過溫度傳感器DS18B20 來檢測(cè)環(huán)境溫度，并建立一個(gè)閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)，使電風(fēng)扇隨溫度的變化而自動(dòng)變換檔位以及根據(jù)溫

15、度適當(dāng)調(diào)節(jié)。該控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)適用，既節(jié)能低碳，又安全可靠，可以以該系統(tǒng)為基礎(chǔ)對(duì)傳統(tǒng)電風(fēng)扇進(jìn)行改造，適用于老人兒童、體質(zhì)虛弱的人和一些身體殘疾、常年臥病在床的人使用，具有廣泛的應(yīng)用前景。 </p><p>　　控制系統(tǒng)要體現(xiàn)以人為本，節(jié)能減排的思想，本次設(shè)計(jì)通過加入溫度檢測(cè)調(diào)整轉(zhuǎn)速功能，利用清潔的太陽能提供電力，為節(jié)能減排做出貢獻(xiàn)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。 </p><p><b>　　

16、參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]李震；洪添勝；；基于AVR單片機(jī)和PID算法的水溫控制器[J]；國(guó)外電子測(cè)量技術(shù)；2006年06期 </p><p>　　[2] 熊前柱；王斌；；改善直驅(qū)式風(fēng)電系統(tǒng)電磁兼容的隨機(jī)調(diào)制技術(shù)[J]；湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)；2010年01期 </p><p>　　[3] 蔣曉剛；徐守品；蔡華春；；全自動(dòng)多片式液基薄層細(xì)