智能排气扇设计2

智能排气扇设计
通信工程专业
摘要：本智能排气扇以STC12C5A60S2单片机为核心控制单元，通过火焰传感器来检测热水的开关。

其控制系统的设计可以自动检测煤气是否有泄漏；通过红外遥控启动或停止排气扇工作；通过温湿度传感器自动检测室内温、湿度的高低，相应控制排气扇运转的强弱。

并通过1602液晶屏把风扇的状态、温度、湿度、水流速等实时信息显示出来并反馈给使用者。

使用者可通过红外遥控实现排气扇的本地控制。

关键词：智能排气扇远红外传感器温湿度检测PWM调速
Intelligent design of exhaust fan
Communication Engineering Specialty
Abstract: the intelligent exhaust fan to STC12C5A08S2 microcontroller as the core control unit, through the fire sensor to detect the water flow switch. The design of its control system can automatically detect the gas leaks; through the infrared remote control to start or stop the exhaust fan; automatic detection of indoor temperature, humidity and the temperature and humidity sensor, the corresponding control exhaust fan operation strength. And the fan state, temperature, humidity, flow velocity, real-time information display and feedback to the user through the 1602 LCD screen. The user can also through the infrared remote control to control the exhaust fan.
Key words:intelligent exhaust fan far infrared sensor of temperature and humidity detection PWM speed control
目录
1系统总体设计 (3)
1.1系统总体设计方案 (3)
1.2系统硬件模块 (4)
1.3系统软件 (4)
2 系统的软件设计 (5)
2.1程序设计............................................................................................................. 错误！未定义书签。

2.2主程序设计 (5)
2.3危险气体检测及声光报警程序设计 (6)
2.4温度处理子程序 (7)
2.4.1设计思路.................................................................................................... 错误！未定义书签。

2.4.2温度处理程序设计.................................................................................... 错误！未定义书签。

2.5 液晶显示子程序设计........................................................................................ 错误！未定义书签。

3.5.1 LMO16L工作原理 ................................................................................... 错误！未定义书签。

3.5.2液晶显示程序设计.................................................................................... 错误！未定义书签。

2.7红外遥控子程序设计......................................................................................... 错误！未定义书签。

3.7.1红外遥控系统原理.................................................................................... 错误！未定义书签。

3.7.2红外遥控控制子程序设计........................................................................ 错误！未定义书签。

3.8按键处理子程序................................................................................................. 错误！未定义书签。

4 仿真分析及结论....................................................................................................... 错误！未定义书签。

4.1仿真分析............................................................................................................. 错误！未定义书签。

4.2结论..................................................................................................................... 错误！未定义书签。

结束语 .......................................................................................................................... 错误！未定义书签。

参考文献....................................................................................................................... 错误！未定义书签。

附录 .............................................................................................................................. 错误！未定义书签。

1系统总体设计
1.1系统总体设计方案
智能排气扇以微控制器为核心，通过检测传感器来判断排气扇的工作状态和获取必要数据，进而控制风扇的工作。

排气扇的人机交互由键盘和LCD 来完成。

通过键盘，用户能执行基本的控制，而LCD 能把温度，湿度，水流速等基本信息反馈给用户。

该系统上还设计到红外遥控模块以及蜂鸣器报警模块，当检测到煤气泄漏时，PWM 驱动模块以最大的电压输出占空比驱动直流电风扇以最大速度转动，同时发光二极管导通，报警蜂鸣器作用，提醒使用浴室的人。

系统总体框架图如下图1所示。

图1 总体系统框图
单 片 机
液晶显示模块
声光报警
PWM 驱动 红外遥控模块
温湿度检测
气体泄露检测
风扇转速检测
热水开关检测 直流电风扇
1.2系统硬件模块
该智能排气扇系统模块主要涉及到稳压模块，电机驱动电路模块、液晶显示模块、温湿度检测模块、气体检测模块、红外遥控模块等。

现逐一介绍如下：
● 稳压模块：本设计采用变压器，lm7812，im7805模块，通过整流、滤波、稳压，把220v
市电降为12v 直流和5v 直流
● 电机驱动电路模块：本设计采用ULN2003直流电机驱动芯片，通过单片机输出pwm
信号来控制分扇的转速。

● 火焰传感器：检测热水的开关。

● LCD 显示电路与单片机的接口电路模块：1602字符型LCD ，能时显示16x02即32个字
符，实时显示当前温湿度，便于工作人员及时调节风扇转速。

●
温湿度检测电路模块：设计采用传感器DDHT11检测实时温度和湿度。

● 气体报警检测电路：设计采用的气体传感器为MQ-2气体传感器检测空气中泄露的煤
气，同时采用蜂鸣器和发光二级管，通过声光报警告知工作人员，采取相应措施，改善环境。

● 红外遥控模块：通过红外技术，可以设定键盘输入初始值以及可以在遥控上设计6
个按键，不同的按键代表不同的指令，其中4个设定不同级的风扇转速，2个设置为停止和最大转速。

● 电机测速：利用光电门，利用外部中断和定时器中断，对转速进行检测。

1.3系统软件
该系统软件按部分主要实现6个部分：第一是核心控制程序，要求电机的PWM 调速控制；第二是有害气体检测程序；第三是DHT11的室内温湿度检测程序。

第四红外遥控检测程序；第五电机测速检测程序；第六声光报警程序。

系统软件框图如下图2所示：
液晶显示子程序
电机测速检测子
程序
主程序 声光报警子系统 有害气体检测子程序
温湿度检测子
程序
红外遥控子程序
图2 系统软件框架图
其中在整个软件设计过程中，首先进行危险气体的检测，当传感器检测到有害气体时，系统已大功率驱动风扇以最大转速旋转，同时驱动声光报警模块工作，如若没有检测到危险气体时，进行热水开关检测。

在确认热水被打开时，系统则进行温湿度的检测，温度检测时通过传感器DHT11检测到实时温度，通过与设定阀值比较，对温度进行调节，从而改变风扇转速。

在湿度检测时，通过湿度传感器感应当前空气环境湿度，同温度调节一样，从而实现湿度的检测与调节，以驱动风扇转速的改变，该软件设计中阐述热水开关检测子程序、温湿度检测子程序、液晶显示子程序、红外遥控子程序、声光报警子系统、有害气体检测子程序，
2 系统的软件设计
2.1主程序设计
在主程序设计过程中优先考虑对危险气体的检测。

首先，先对系统整体初始化，检测热水是否打开。

，若有则进行温湿度检测。

若检测到有害气体，执行有害气体检测模块，使PWM 调速模块以最大占空比驱动电机旋转，最终使风扇以最大速度转动，以祛除危害气体，并声光报警。

通过温度传感器检测到实时温度，系统将根据不同的温度差值和温度值，改变PWM 的占空比，同时，电机驱动模块将根据不同的占空比，以不同的速率转动。

在该软件系统设计过程中，设计了声光报警模块，当有有害气体和高温显示是，在液晶显示模块都将实时显示当前环境质量。

同时，在检测到有害气体时，PWM 以最大占空比驱动发光二极管与蜂鸣器工作。

主程序流程图设计如下图3所示。

是
否
是 是
系统初始化 是否检测到有
害气体
启动风扇保持最高转速
启动声光报警
输出PWM 信号
启动温湿度检测程序 热水是否开启 启动遥控程序
图3 主程序流程图
2.2危险气体检测及声光报警程序设计
在系统始终都有MQ-2烟雾传感器来判断是否有煤气泄露，一旦检测到有煤气泄露就会将排气扇以最大的功率转动。

并且驱动蜂鸣器发出报警声响，同时灯光闪烁提醒使用者。

传感器初始化
是否检测到危险气体
启动危险气体检测
是
否
温度检测
驱动风扇以最大功率旋转
输出脉冲驱动信号
驱动发光二级管闪烁
驱动蜂鸣器发出报警声响
图4 危害气体检测及声光报警模块流程图
显示当前温湿度、状态、风扇转速
2.3热水开关和程序设计
火焰传感器：热水开启时，火焰传感器检测到火焰，传感器输出低电平。

常态时输出是高电平。

输出信号直接接单片机IO 口，并检测电平来判断热水的开关。

图5 火焰传感器原理图
2.4红外线遥控程序
在热水停开的情况下，利用红外线遥控来根据使用者的意愿来改变排气扇的停开和调整转速。

是
— +
1 2
3
4
系统初始化
启动遥控程序
按键
转 速 为 零
转 速 达 最 大
转 速 为 零 档
转 速 为 四 档
转 速 为 二 档 转
速 为 一 档
转 速 为 三 档
图6 红外线遥控模块流程图
2.5DHT11温湿度传感器
DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。

将温湿度检测到的数据传输给单片机，利用对温度的和湿度的阈值以及各个档位数据的划分来设置排气扇的转速。

并且在两者的档位冲突时选择档位高的那位。

图5温度子程序流程图
电源模块的选择
方案一：采用已有电源，使用方便、稳定、简捷、安全且精准。

方案二：采用自制电源，通过220V交流市电来制作12v，5v电源。

鉴于自制电源经济实惠，且可以很好的锻炼动手能力，我们选择方案二。

变压器降压→整流→滤波→稳压
电路图如下：
其中LM 7812, LM 78215均为三端稳压集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。

它的样子象是普通的三极管、、
降压环节是用变比为220:12左右的变压器把220V正弦波交流电压降到12左右；整流环节是用四支1N4000（或1N4001~1N4007均可）整流二极管搭成桥式整流电路把12V左右的正弦波交流电压转换为峰值为17V左右的单向脉动电压；
滤波环节是用耐压不低于25V的电解电容把17V左右的单向脉动电压转换为带有交流纹波的约17V的直流电压（这里留出了7812的工作电压差2V以上、-10%的电网电压波动量2V和适量的纹波电压幅度1V多）；
稳压环节是用线性稳压器7812把约17V带有交流纹波的直流电压转换为非常稳定的质量很好的12V直流电压；
其中LM 7812, LM 78215均为三端稳压集成电路，
只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。

它的样子象是普通的三极管
电机驱动模块
方案一：单片机通过对继电器的控制实现对电机的控制，端口的不同状态可以实现电机的正转、反转、调速等功能。

由于继电器是机械式开关，响应时间慢，可能会使排气扇灵敏度降低，限制了单片机的PWM波控制功能。

方案二：利用直流电机驱动H桥来控制，而电机选择直流电机。

方案三：采用直流排气扇，通过unl2003模块来和单片机相连，利用单片机输出PWM信号来控制风扇的转动。

方案一中继电器的应用使得此方案不够完好，而方案二中直流电机驱动H桥不符合实际家庭中的电力要求，方案三，符合实际，且外围电路简单，容易满足要求，因此，选择方案三。

Unl2003模块内部电路图：
本实验中用1号引脚接收pwm信号，其输出对应16号引脚，风扇正极与16好引脚相连，负极接地，9号引脚接12v的vcc。

8号角接地。

参考文献：
《单片机接口原理及接口技术》肖金球，北京，清华大学出版社，2004 《电力电子技术》黄俊，王兆安北京，机械工业出版社，2000
《c语言程序设计》谭浩强，北京，清华大学出版社，2000
附录：
附一：元器件明细表：
1.89s52单片机
●dht11温湿传感器
●火焰传感器
●烟雾传感器
5遥控传感器
6 mq-2烟雾传感器
附二：各重要元件工作介绍
mq-2烟雾传感器
烟雾传感器MQ-2 +电位器
MQ-2传感器在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度家庭用气体泄漏报警器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度较高工业用可燃气体报警器长寿命、低成本便携式气体检测器简单的驱动电路即可，MQ-2气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。

当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。

使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。

MQ-2气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。

这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。

电位器是用于调整灵敏度，使模块达到最佳的工作状态。

图1是传感器典型的灵敏度特性曲线。

电路设计：
HDT11温湿传感器
功能：对气体的湿度和温度进行检测，输出的信号需要经过单片机处理，在数码管同时显示温度湿度，用以控制风扇的转速。

－DHT系列数字温湿度传感器
－全量程标定，单线数字输出；
－湿度测量范围：20％～90%RH(0－50℃温度补偿）；
－温度测量范围：0～+50℃；
－湿度测量精度：±5.0%RH
－温度测量精度：±2.0℃
－响应时间：<5s；
电路设计：
火焰传感器
火焰传感器的原理图如下：
火焰传感器原理图
使用中在火焰传感器上串联了一个电位器，这样便可以调整传感器的灵敏度。

在不同光线环境下，直接调整电位器，即可减少外界光对传感器的影响
参考程序：。