分析教室燈光風(fēng)扇節(jié)能型控制器的設(shè)計(jì)

【摘要】本設(shè)計(jì)采用了單片機(jī)應(yīng)用于教室燈光和風(fēng)扇的控制，同時(shí)運(yùn)用了單片機(jī)控制技術(shù)、無級(jí)調(diào)速技術(shù)、溫度傳感技術(shù)等多種技術(shù)，真正實(shí)現(xiàn)了智能控制。智能電風(fēng)扇的控制核心為單片機(jī)，它既可以提高電風(fēng)扇的性能，也更容易操控。通過單片機(jī)系統(tǒng)采集溫度，實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇的自動(dòng)調(diào)速，控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單、靈活性大，能大幅提高被控溫度的技術(shù)系數(shù)，增強(qiáng)對(duì)電風(fēng)扇的智能化控制，有效減少教室照明電能的浪費(fèi)。學(xué)校教室開放式的管理模式很造成電燈常開，風(fēng)扇長(zhǎng)轉(zhuǎn)等種種浪費(fèi)現(xiàn)象。學(xué)校教室內(nèi)的電燈電扇數(shù)量巨大且使用時(shí)間長(zhǎng)，因此它們?cè)谡麄€(gè)學(xué)校的用電量中占據(jù)很大比例。教室內(nèi)的節(jié)能控制只靠人工完成，效果很不理想。白動(dòng)節(jié)能控制也有很多問題：如通過建設(shè)專用的控制網(wǎng)絡(luò)，那么管理的建設(shè)和管理成本高；如用人體感應(yīng)集成電路設(shè)計(jì)節(jié)能控制器，對(duì)運(yùn)動(dòng)少，靜止多的學(xué)生檢測(cè)準(zhǔn)確度低，它原本是應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)之中的。針對(duì)以上問題，本文結(jié)合教室電燈風(fēng)扇的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了智能電燈電風(fēng)扇控制系統(tǒng)。采用單片機(jī)對(duì)電風(fēng)扇機(jī)型定時(shí)控制，能白由控制風(fēng)扇的工作時(shí)間。用單片機(jī)系統(tǒng)采集溫度，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速，并且產(chǎn)生了新的開燈操作步驟，可延時(shí)控制信號(hào)檢測(cè)時(shí)間，控制方便、簡(jiǎn)單靈活、功能強(qiáng)大，而且不需改變?cè)械膲?nèi)線路，節(jié)約安裝成本，減少人工勞動(dòng)，對(duì)電燈和風(fēng)扇此電風(fēng)扇智能控制器由MCU,鍵盤輸入和LCD顯示，電燈驅(qū)動(dòng)，電機(jī)控制與驅(qū)動(dòng)，蜂鳴器報(bào)警，環(huán)境1.MCU,它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，使用的是ARM公司的32位內(nèi)核單片機(jī)。2.鍵盤輸入和LCD顯示的功能主要是實(shí)現(xiàn)人機(jī)信息交互的接口部分。3.通過檢測(cè)環(huán)境溫度來調(diào)節(jié)風(fēng)速大小，實(shí)現(xiàn)環(huán)境DS18820數(shù)字溫度傳感器芯片反映器件的溫度值是通過9位數(shù)字量的形式來實(shí)現(xiàn)的。它通過一個(gè)單線接口發(fā)送信息或接受信息，因此一條連接線(加上地線)即可連接中央微處理器和該數(shù)字溫度傳感器，線路連接十分方便。數(shù)據(jù)線本身可以滿足用語(yǔ)讀寫和溫度轉(zhuǎn)換所需要的電源，外部電源完全是多余的。它可以直接將模擬溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，讓電路更加簡(jiǎn)單易控，有效提高了電路的運(yùn)行質(zhì)量。(二)調(diào)速方式單片機(jī)采用PWM脈沖調(diào)制方式控制小型直流電機(jī)來控制速度。PWM是通過控制固定電壓的直流電源開矣頻率，從而改變負(fù)載兩端的電壓，進(jìn)而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。PWM的應(yīng)用范圍很廣，由它控制的調(diào)整系統(tǒng)接通和斷開電源都有固定頻率，時(shí)間的長(zhǎng)短可隨意控制。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有一定的規(guī)律，改變直流電機(jī)電樞上電壓的”占空比”可改變平均壓的大小。在脈沖作用下，當(dāng)電機(jī)通電時(shí)，速度增加；反之，速度減少。設(shè)電機(jī)始終接通電源時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為Vmax,設(shè)占空比為D=tl/T,則電機(jī)的平均速度是電機(jī)的平均速度；Vmax-電機(jī)從公式可看出，改變占空比直接影響著電機(jī)平均速度，但實(shí)際上兩者并不是嚴(yán)格的線性矣系，只是近似而己。LCD12832中文液晶顯示器以及多參數(shù)鍵盤輸入編程方法，有很多優(yōu)點(diǎn)，低價(jià)實(shí)用、簡(jiǎn)單靈活、功能強(qiáng)大、修改方便，在冬眠模式下還可以省電。(三)電燈控制電燈控制的基本流程：1.開燈：開燈操作方式發(fā)生了變化，必須在3秒內(nèi)按兩次開矣才能點(diǎn)亮燈具。假如斷電時(shí)忘記矣燈也不會(huì)浪費(fèi)電能。2.矣燈提7K:在矣燈前有一分鐘的提25音，頻率為3千赫茲，音量有足夠的強(qiáng)度。3.延時(shí)信號(hào)檢測(cè)：在提7K音的間隙中檢測(cè)延時(shí)信號(hào)，如果有人在教室學(xué)習(xí)，則自動(dòng)延時(shí)2小時(shí)；如果沒有，則執(zhí)行矣燈命令，矣燈后不再檢測(cè)音頻信號(hào)。(四)繼電器控制電路時(shí)QI和Q2截止，繼電器斷開，燈不亮；當(dāng)?shù)诙伍_矢合上時(shí)，微控制器被送入中斷信號(hào)，后動(dòng)中斷程序兩組繼電器吸合，燈亮。三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)(一)軟件子模塊設(shè)計(jì)本部分功能主要有以下幾個(gè)方而：1鍵盤操作模塊：鍵盤設(shè)計(jì)為4X4小鍵盤，按鍵功能分配。當(dāng)電風(fēng)扇工作在溫控模式下時(shí)，只能使用定時(shí)功能按鍵，其他按鍵功能均失效；當(dāng)電風(fēng)扇工作在非溫控模式時(shí)，全開被按下，則電風(fēng)扇均打開，且風(fēng)速為5級(jí)；全開未被按下，1開或2開被按下時(shí)，相應(yīng)的風(fēng)扇打開，且風(fēng)速為5級(jí)；當(dāng)電風(fēng)扇工作在初始狀態(tài)時(shí)，級(jí)風(fēng)速為5級(jí)，若想設(shè)定風(fēng)速等級(jí)，按一次“加”按鍵，預(yù)設(shè)級(jí)加1,按一次“減”按鍵，預(yù)設(shè)等級(jí)減1,按下輸入OK鍵則電風(fēng)扇按預(yù)設(shè)等級(jí)工作，若未按下輸入OK鍵，則輸入無當(dāng)定時(shí)開矣被按下時(shí)，電風(fēng)扇以定時(shí)模式開始工作，定時(shí)時(shí)間為30分鐘，此時(shí)每多按下一次鍵，定時(shí)當(dāng)響起矣燈提示音時(shí)，按下電燈延時(shí)按鈕，可延時(shí)2小時(shí)矣燈。(2)鍵盤程序的一般編寫方法過程中會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，這必須消除。鍵盤是由若干按鍵構(gòu)成的，如何判斷使用者的按鍵呢?這就要通過判鍵得到鍵值。MCU知道了是哪一個(gè)按鍵按下了之后是不是就該退出呢?如果這時(shí)退出，而按鍵還沒有松開，則MCU又知道了有按鍵按下，又去消除抖動(dòng)，再判斷是哪個(gè)按鍵按下，如果還沒有松開，則又被認(rèn)為有按鍵按下，本來按了一次按鍵，而系統(tǒng)則認(rèn)為你按了很多次按鍵。所以得到鍵值之后，還有一件事情就是等待按下按鍵的松開(注意一點(diǎn)：如果系統(tǒng)中使用了看門狗，則在這里請(qǐng)不斷地清空看門狗，因?yàn)槿绻褂谜咭恢焙荛L(zhǎng)時(shí)間按著鍵，則看門狗超時(shí)、系統(tǒng)復(fù)位)。A消除按鍵抖動(dòng)(如果使用硬件，則可略);(二)電機(jī)調(diào)速模塊電機(jī)的轉(zhuǎn)速由PWM調(diào)制方式控制。單片機(jī)的定時(shí)器能產(chǎn)生不同頻率的PWM波，操作時(shí)只需設(shè)置定1.時(shí)鐘源作為定時(shí)器A的時(shí)鐘，不分頻；3.選擇增計(jì)數(shù)工作模式；4.輸出模式選擇；PWM的占空比。本文設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為主控核心的智能化節(jié)能控制器，主要目的是應(yīng)對(duì)高校教室電燈以及風(fēng)扇造成的電資源浪費(fèi)現(xiàn)象。電風(fēng)扇可以通過檢測(cè)室溫產(chǎn)生對(duì)應(yīng)PWM波來改變轉(zhuǎn)速，也