2021年 3期 農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化 智慧農(nóng)業(yè)導(dǎo)刊 JournalofSmartAgriculture 基于單片機(jī)的農(nóng)村智能溫控風(fēng)扇系統(tǒng)設(shè)計 田真 子 李 浩 李 玲 鄭州 航空 工 業(yè) 管理學(xué) 院 河南鄭州 450046 黨 的 十 九 大提出 了 實(shí)施 鄉(xiāng) 村 振興 戰(zhàn)略 其 中 指 出 加 快推進(jìn)農(nóng) 業(yè) 農(nóng)村 現(xiàn) 代 化 在信息 時代背景下 智慧 農(nóng) 業(yè) 農(nóng)村 建設(shè)對 于 實(shí)施 鄉(xiāng) 村 振興 戰(zhàn)略 具有 十 分 重要的 現(xiàn) 實(shí) 意 義 1 在農(nóng)村 大 部 分 家庭使 用的是 傳 統(tǒng)的 風(fēng)扇 這種 風(fēng)扇 僅能夠 控制 電機(jī) 進(jìn) 行 風(fēng) 速的 調(diào) 節(jié) 并 且 是 通過 用 戶 手 動 操 作 才 能改 變 檔 位 沒 有 倒 計 時 指示 燈 溫 控 系 統(tǒng) 節(jié)能 等系 列 功 能 沒 有 更 多 考 慮 用 戶 需 求 的 實(shí) 用 設(shè) 計 整體 上存 在 缺 少 智 能 模 塊 用 戶 體 驗(yàn) 感 差 的 問題 本論 文積 極 響 應(yīng) 國 家 鄉(xiāng) 村 振興 戰(zhàn)略號 召 設(shè)計 系統(tǒng) 將 傳 統(tǒng)的 風(fēng)扇 與 IAP15F2K61S2單 片 機(jī) 進(jìn) 行 配 合 更 新 IAP15F2K61S2單 片 機(jī) 作 為 微 型 控制 器 在 體 積 價錢 品 質(zhì)上 有 著 很 大 的 優(yōu)勢 因此現(xiàn) 在 被 廣 泛 應(yīng)用到各種 智 能 化的 產(chǎn) 品 上 本 系統(tǒng) 便 是 此單 片 機(jī) 為 底 層硬 件 基 礎(chǔ) 結(jié) 合 單 片 機(jī) 原 理 傳 感 器 模 塊 和 PWM調(diào) 速技術(shù) 設(shè)計出 的 智 能 溫 控 風(fēng)扇 系統(tǒng) 根 據(jù) 周 圍 溫 度 的 變 化 自 動 切 換 檔 位 真正 實(shí) 現(xiàn) 了 對 風(fēng)扇 的 智 能 控制 切 實(shí)滿足 了用 戶 的 需 求 1 系統(tǒng) 總 體設(shè)計 方案 1 1系統(tǒng) 總 體概述 基于 單 片 機(jī) 的農(nóng)村 智 能 溫 控 風(fēng)扇 系統(tǒng) 為 了 實(shí) 現(xiàn) 按 鍵 控制 和 溫 度控制 風(fēng)扇檔 位 雙 模 式 環(huán) 境 溫 度 值 的 采 集 工作 時 間 倒 計 時 數(shù) 碼 管 顯 示 LED指示 燈 多 功 能 系統(tǒng)的 總體設(shè)計分為 硬 件 和 軟件兩 部 分 硬 件 部 分 系統(tǒng) 采 用 高集 成 的 防 水 型 溫 度 傳 感 器 DS18B20 3461BS數(shù) 碼 管 LED模 塊 獨(dú) 立 鍵 盤 與單 片 機(jī) 進(jìn) 行 電 路 設(shè)計 軟件 部 分 使 用 C語 言 在 KeiluVision5軟件 下 進(jìn) 行 編寫 本 系統(tǒng) 總體控制 的 設(shè)計 框 圖 如 圖 1 所示 1 2調(diào) 速方式 的 討論與選擇 方 式 1 PWM波 調(diào) 速 利 用 軟件 控制單 片 機(jī) 某 一個 端口 輸出高 低 電 平 在 變 化的 時 候使 用 延 時 程 序 循 環(huán) 掃 描 產(chǎn) 生 脈 寬 調(diào)制 信 號 一 般 搭 配 定 時器 函 數(shù) 使 用 通過 摘 要 智慧 農(nóng)業(yè) 農(nóng)村 建 設(shè) 是信息 時 代背景下農(nóng)村 創(chuàng)新 發(fā)展的重要 戰(zhàn)略選擇 強(qiáng)調(diào) 通 過信息 時 代下 新 的 生產(chǎn) 工 具 和 科 學(xué) 技術(shù) 促進(jìn)農(nóng) 民 生 活 水平和 質(zhì)量 的 改 善 農(nóng)業(yè) 及 相 關(guān) 產(chǎn) 業(yè)的發(fā)展 在農(nóng)村 多 數(shù) 使 用的是 傳 統(tǒng) 的 手 動控制風(fēng)扇 為 了 切 實(shí) 利用 自 動控制 技術(shù) 幫 助 農(nóng) 民 使 用 上 智 能 節(jié) 能 的 風(fēng)扇 本 系統(tǒng) 使 用 IAP15F2K61S2單片 機(jī) 作 為 主控芯片 DS18B20防 水 型 溫度 傳 感 器 輔 助設(shè)計 了 一 款 PWM調(diào) 速的 實(shí) 用 智 能型 溫控風(fēng)扇 此 風(fēng)扇最 大的 亮 點(diǎn) 就 是 既 能手 動 調(diào) 節(jié)檔位 也能 根 據(jù) 室溫 的 變 化 自動更 換 風(fēng)扇檔位 并且 可 以 實(shí)時查 看 室溫 從 而實(shí) 現(xiàn)對 風(fēng)扇 的 智 能 控制 讓 農(nóng) 民 生 活 農(nóng)業(yè) 生產(chǎn) 更 加 智 能 化 關(guān)鍵詞 IAP15F2K61S2單片 機(jī) DS18B20溫度 傳 感 器 溫控風(fēng)扇 PWM 中圖分類號 TP302 1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A 文章編號 2096 9902 2021 03 0083 04 Abstract Smartagriculture and ruralconstruction areas are important strategic choices forruralinnovation and developmentinthecontextoftheinformationage emphasizingtheimprovementoffarmers livingstandardsandqualityand the developmentofagricultureand related industriesthrough new production toolsand science and technologyin the informationage Inmostruralareas traditionalmanualcontrolfansareused Inordertoadoptautomaticcontroltechnologyto helpfarmersusesmartandenergy savingfans thissystemusesIAP15F2K61S2single chipmicrocomputerasthemaincontrol chipandDS18B20waterprooftemperaturesensortoassistthedesignofapracticalsmarttemperature controlledfanwithPWM speedregulation Thebiggesthighlightofthisfanisthatitcannotonlymanuallyadjustthegear butalsoautomatically changethefangearaccordingtothechangeofroomtemperature andcanviewtheroomtemperatureinrealtime soasto realizethesmartcontrolofthefanandmakefarmers lifeandagriculturalproductionmoreintelligent Keywords IAP15F2K61S2singlechipmicrocomputer DS18B20temperaturesensor temperature controlledfan PWM 基 金項(xiàng)目 河南省 重 點(diǎn)科 技 攻 關(guān)計劃 項(xiàng)目 編號 162102210153 作者簡介 田真 子 1992 女 碩士研究生 助 教 研究方向 計 算 機(jī)科 學(xué) 與技術(shù) 通 信作者 李 玲 1979 女 博 士 研究生 講 師 研究方向 電 力牽引 與 控制 人 工 智 能 83 2021年 3期 農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化 智慧農(nóng)業(yè)導(dǎo)刊 JournalofSmartAgriculture 用定 時器 設(shè) 置 不 同 的 延 時時 間就 可以 產(chǎn) 生不 同 的 占 空 比 其優(yōu)勢 在于 調(diào) 速的 效率高 方 式 2 變 壓 調(diào) 速 通過 變 壓 器 對 風(fēng)扇 的 電機(jī)電 壓 進(jìn) 行控制 變 壓 調(diào) 速是 調(diào)整 電機(jī) 的 端 電 壓 使 電機(jī) 在 一 定的 調(diào) 速 范圍 內(nèi) 實(shí) 現(xiàn) 無 級 調(diào) 速 經(jīng) 過控制 晶閘 管的 導(dǎo) 通 模 式改 變 輸出 電 壓 其優(yōu)勢主 要在于 通過 電機(jī) 運(yùn) 行 使 得 其 在 整個調(diào) 速 范圍 內(nèi) 都平 穩(wěn) 2 在 方 式 1中 整個 智 能 控制過 程中 都 是以數(shù) 字 形 式 來 完成 信 號 傳 達(dá) 從而 實(shí) 現(xiàn) 信 號 傳 達(dá) 過 程中信 號 持 續(xù) 為 數(shù) 字 形 式且 沒 有 經(jīng) 過相 應(yīng)的 形 式 變 化 因此 實(shí) 現(xiàn) 在這 個 過 程中 僅 有極 小 的 噪聲 影 響 讓 用 戶能 有 更好的 使 用 體 驗(yàn) 綜 上 所 述 本 系統(tǒng) 最終 選 用 PWM波 調(diào) 速進(jìn) 行設(shè)計 2系統(tǒng) 硬件 設(shè)計 2 1 獨(dú)立按 鍵 模塊 本 系統(tǒng) 通過 跳 線 帽 選擇 矩陣 鍵 盤 中的 S4 S7共 四 個 獨(dú) 立 按 鍵實(shí) 現(xiàn) 按 鍵 控制 的 功 能 S4按 鍵 為 工作 模 式 的 選擇鍵 和 檔 位 選擇鍵 S5按 鍵 為 定 時 按 鍵 實(shí) 現(xiàn) 定 時 關(guān) 閉 風(fēng)扇 的 功 能 S6按 鍵 為 停止 功 能鍵 實(shí) 現(xiàn)一 鍵 關(guān) 閉 的 功 能 S7按 鍵 為 周 圍 環(huán) 境 溫 度查 看 按 鍵 2 2LED指示燈模塊 本 系統(tǒng) 共 使 用 L1 L5共 五 個 LED燈 組 作 為 指示 燈 通過 選擇 不 同 的工作 模 式 會 點(diǎn) 亮 不 同 的 LED指示 燈 為 用 戶帶 來 更好的 功 能 體 驗(yàn) 感 2 3 數(shù)碼管 顯示模塊 本 系統(tǒng)的數(shù) 碼 管 顯 示 模 塊 采 用 兩 組 共 陽 極結(jié) 構(gòu) 的 數(shù) 碼 管 共 八 位 可用于 顯 示 系統(tǒng)工作 檔 位 倒 計 時時 間 和 溫 度 電 路 設(shè)計通過 74HC138譯 碼 器 以及 74HC573 鎖 存 器 控制 實(shí) 現(xiàn) P0口 控制段 碼 P2口 控制 位 碼 2 4 溫 度 采集模塊 本 系統(tǒng) 選 用的 DS18B20溫 度 傳 感 器 采 用 單總 線 的 接 口 方 式 單總 線 有 著 經(jīng) 濟(jì) 性 好 抗 干擾 能 力 強(qiáng) 適 合 惡 劣 環(huán) 境 溫 度 測 量 的 優(yōu) 點(diǎn) 3 其電 路 圖 的 設(shè)計過 程 如 圖 2 所示 由 圖 2可以 明 顯 看 出 它 的數(shù) 字 信 號 輸出 輸 入 端 DQ 引 腳 與 IAP單 片 機(jī) 的 P14引 腳 相 連 當(dāng) 溫 度 傳 感 器 在感應(yīng)到 周 圍 溫 度 的 變 化 時 會 及 時 將 溫 度 信息 傳 輸 給 單 片 機(jī) 其 中 R11是 溫 度 傳 感 器 I O端口 的 上 拉 電 阻 目 的是 當(dāng) 單 片 機(jī) 讀 取 數(shù)據(jù) 結(jié) 束 時 可以重 新 將 I O端口 重 新 拉 到 高 電 平 4 圖 2DS18B20電 路原 理 圖 3 系統(tǒng) 軟件 設(shè)計 3 1 主 程 序 本 系統(tǒng) 上 電 后 在系統(tǒng) 完成 相 應(yīng)的 初 始 化 后 DS18B20元 件 開 始 實(shí)時 采 集 周 圍 環(huán) 境 溫 度 用 戶 通過 按 鍵選擇 手 動 或 自 動 模 式 在 自 動 模 式下 系統(tǒng) 會 將 采 集 到的 溫 度與 用 戶 設(shè) 定的 溫 度 進(jìn) 行比較 根 據(jù) 比較 的 結(jié)果 控制 風(fēng)扇 調(diào)整 到 合 適 的 檔 位 無 論 是 溫 控 還 是 人 為設(shè) 置 檔 位的 數(shù) 碼 管 模 塊 都會 顯 示 對 應(yīng)的 檔 位 LED模 塊 會 亮 起 對 應(yīng)的 指示 燈 當(dāng) 用 戶選擇 定 時 模 式時 數(shù) 碼 管 模 塊 顯 示 倒 計 時 剩余秒 數(shù) 倒 計 時 一結(jié) 束 程 序 將控制 風(fēng) 扇停止 運(yùn)轉(zhuǎn) 主 程 序 流 程 圖 如 圖 3 所示 3 2 數(shù)碼管 顯示函 數(shù) 溫 度 傳 感 器 采 集 到的 溫 度 風(fēng)扇 所 處 的 檔 位 倒 計 時 秒 數(shù) 都 可以 顯 示 在數(shù) 碼 管 上 本 系統(tǒng)數(shù) 碼 管 顯 示 采 用 循 環(huán) 動 態(tài)掃描 在 編寫 程 序 之 前 會 先 把 所 有 能 用到的 共 陽 極 字 段 碼 全 部 存 到 一個 數(shù) 組 中 每 顯 示 完成 一個 數(shù) 字 之 后 延 時 一段 時 間 再 進(jìn) 行掃描 下 一 位 這 樣 由 于 人 眼 的視 覺惰 性 就 會產(chǎn) 生 一 種 連續(xù) 顯 示 的動 態(tài)效果 圖 4為 工作 模 式 和 倒 計 時 顯 示 界 面 圖 5為 室 溫 顯 示 界 面 3 3 按 鍵 掃描函 數(shù) 通過 選 用 矩陣 鍵 盤 中 S4 S7四 個 按 鍵 編寫 程 序 實(shí) 現(xiàn) 按 鍵 控制 功 能 按 鍵 S4每 按 一 次 實(shí) 現(xiàn) 自 動 模 式 睡眠 風(fēng) 一 檔 二 檔 三 檔五 種 模 式 的 切 換 按 鍵 S5每 按 一 次 實(shí) 現(xiàn) 倒 計 時 10分 鐘 倒 計 時 20分 鐘 倒 計 時 30分 鐘 三 種 模 式 的 切 換 S6按 鍵 是系統(tǒng)的 一 鍵 停止 按 鈕 按 下 S6 按 鍵 系統(tǒng) 將 停止 工作 直 到用 戶 通過 S4按 鍵 重 置 工作 模 式 或 S5按 鍵 的 時 間 被 重 置 按 鍵 S7是 查 看 周 圍 環(huán) 境 圖 1系統(tǒng) 框 圖 84 2021年 3期 農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化 智慧農(nóng)業(yè)導(dǎo)刊 JournalofSmartAgriculture 溫 度 鍵 按 下 S7系統(tǒng) 便會 通過 數(shù) 碼 管 顯 示 當(dāng) 前 環(huán) 境 的 溫 度 直 到用 戶 再 次 按 下 S7系統(tǒng) 會 重 新 顯 示 工作 模 式 和 倒 計 時 界 面 3 4LED函 數(shù) 本 系統(tǒng) 共設(shè) 置 L1 L2 L3 L4 L5共 五 個 LED燈 組 作 為 指示 燈 自 動 模 式 L1點(diǎn) 亮 睡眠 風(fēng) 模 式 L2點(diǎn) 亮 一 檔 模 式 L3點(diǎn) 亮 二 檔 模 式 L4點(diǎn) 亮 三 檔 模 式 L5點(diǎn) 亮 如 果 用 戶 按 下 S6停止 按 鍵 或 當(dāng) 倒 計 時 結(jié) 束 時 LED則 會 全 部 熄滅 3 5DS18B20讀寫操 作 函 數(shù) 本 系統(tǒng) 選 用 DS18B20溫 度 傳 感 器 進(jìn) 行 溫 度 采 集 系統(tǒng)如要 正 常運(yùn) 行 溫 度 傳 感 器 功 能 則 要 對 DS18B20溫 度 傳 感 器 進(jìn) 行 以 下 工作 編寫 程 序 和 調(diào) 用 初 始 化 ROM 的 操 作 指 令 讀 RAM操 作 進(jìn) 行 數(shù)據(jù)校 驗(yàn) 因此 使 用 該 芯 片 要 嚴(yán) 格 按照 芯 片 的 通 信 協(xié) 議 與 工作 時 序 具體 的 初 始 化 讀 操 作和 寫操 作的 時 序 圖 分 別 如 圖 6 圖 8所 示 編寫 系統(tǒng)程 序 設(shè) 置 不 同 的 溫 度區(qū)間 自 動 調(diào)整 不 同 的 檔 位 可以 實(shí) 現(xiàn) 自 動 模 式下 的 智 能 溫 控 同 時 無 論 風(fēng)扇 是 否 處 于 停止 狀 態(tài) 只 要系統(tǒng) 上 電 用 戶 都 可以 實(shí)時 查 看 室 溫 4結(jié)束語 最終 在 KeiluVision5軟件 下 將 用 C語 言 編寫 的 代 碼編 譯 鏈 接 生 成 hex文 件 將 其 用 STC燒 錄 軟件 寫 入 到 實(shí) 際 電 路 板 中 經(jīng) 過調(diào) 試 和 運(yùn) 行 系統(tǒng)可以 穩(wěn) 定執(zhí) 行 本 系統(tǒng)在 設(shè)計 研究 過 程中 通過 基于 傳 統(tǒng)的 風(fēng)扇 設(shè) 計 以及 現(xiàn) 代 用 戶 的 切 實(shí) 需 求 最終 選 用了 IAP15F2K61S2 單 片 機(jī) 為 主 控 芯 片完成 了系統(tǒng)的 方 案 設(shè)計 以及 功 能實(shí) 現(xiàn) 為 用 戶 提 供 了更 高效 穩(wěn) 定 智 能 化的 溫 控 風(fēng)扇 本 系統(tǒng) 設(shè)計 的 優(yōu) 點(diǎn) 具 備自 動 模 式 和 手 動 模 式 雙 模 式 可 提 供 給 客 戶 更 多 的 選擇 自 動 模 式也 為 用 戶帶 來 更好的 使 用 體 驗(yàn) 切 實(shí) 解 決傳 統(tǒng) 風(fēng)扇 只 能人 為 操 作的 痛 點(diǎn) 風(fēng)扇 相比空調(diào) 價 格 更 低 給 用 戶 的 反 饋 更及 時 即 用 即 有 在 夏季 是 每 家 每 戶 必不可少的 電 子 產(chǎn) 品 本 系統(tǒng) 圖 3主 程 序流 程 圖 1 8 0 0 5 0 圖 4 工作 模式 和 倒 計時 顯 示 界 面 圖 5室溫 顯 示 界 面 圖 6 初始 化 時 序 圖 85 2021年 3期 農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化 智慧農(nóng)業(yè)導(dǎo)刊 JournalofSmartAgriculture 在 傳 統(tǒng) 模 式 上 有 所 更 新 給 用 戶帶 來 更好的 舒 適 感和 實(shí) 用 性 溫 度 實(shí)時 查 看 LED模 式指示 燈 定 時 關(guān) 閉 系統(tǒng)等 功 能 多方面 更 人性 化的 從 用 戶 的 需 求 出 發(fā)進(jìn) 行設(shè)計 讓 用 戶滿 意 當(dāng) 然 本 系統(tǒng) 也 有 不 同 的 改 進(jìn) 方 向 后 期 迭 代 更 新 的 時 候 可以 引 入 模 糊 控制 算 法 設(shè) 置 對 應(yīng) 隸 屬 度區(qū)間 使 得 溫 控 系統(tǒng) 所 調(diào) 節(jié) 的 檔 位更 符 合 人 的 體 感 而 非 僅僅 根 據(jù) 室 溫 調(diào) 節(jié) 并 且 在 后 期 迭 代 更 新 時 還 可以在系統(tǒng) 中 引 入 人 體 紅 外 感應(yīng) 模 塊 使 得 本 系統(tǒng) 實(shí) 現(xiàn) 無 人時自 動 關(guān) 閉 風(fēng)扇 及 人 來 時自 動開 始 工作的 功 能 綜 上 所 述 本 系統(tǒng) 切 實(shí)滿足 了用 戶 的 需 求 具 備 五 檔 調(diào) 速的 智 能 溫 控 風(fēng)扇 不 僅 讓 用 戶 在 炎 熱 的 天 氣 里 可 以 舒 心 地 享 受 涼爽 還 使 得用 戶能夠 在 夜晚 無 意 識 時 享 受 到 貼 心 的 智 能 調(diào) 節(jié) 風(fēng) 速的 服 務(wù) 并 且 本智 能 溫 控 風(fēng)扇 系統(tǒng) 也滿足國 家 所 提 倡 的 節(jié)能 環(huán) 保 要 求 讓 用 戶 使 用的 更 加 放 心 整個設(shè)計方 案 與 傳 統(tǒng)的 風(fēng)扇 相比 有 了 很 大 的更 新 綜 合 如 今 市 場 需 求 和 智 能 控制 的 浪潮 興 起 本 系統(tǒng)的 創(chuàng) 新 設(shè)計 仍 具有 良 好的 產(chǎn) 品 經(jīng) 濟(jì) 市 場 和 較 好的 發(fā)展 前景 參考文獻(xiàn) 1 張 建 琴 解決 好 三 農(nóng) 問題 加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化 N 上 饒日 報 2021 4 1 3 2 宋純 活 發(fā) 電 廠熱 能 動 力 工程問題 及其 主 要 性能 的應(yīng)用 J 通 信 電 源技術(shù) 2018 35 10 94 96 3 王 懷 光 任 國 全 范 紅波 基 于 DS18B20溫度 傳 感 器 的 半 導(dǎo)體 制 冷 裝置研 制 J 中國測 試 2014 40 1 73 77 4 劉 淑影 晁妍 李 佩君 等 基 于 單片 機(jī) 的 智 能 風(fēng)扇 系統(tǒng) 的 設(shè)計 J 綏 化 學(xué) 院 學(xué) 報 2020 40 9 158 160 5 楊 蜜 趙小 冬 重慶 市 智慧 農(nóng)村發(fā)展 研究 J 農(nóng)村經(jīng)濟(jì)與 科 技 2018 29 23 190 208 6 章 儒 學(xué) 王 靜 基 于 IAP15F2K61S2單片 機(jī) 的 智 能 家居 系統(tǒng)設(shè)計 J 電 腦知識 與技術(shù) 2017 13 29 176 178 圖 7讀 操 作 時 序 圖 圖 8寫 操 作 時 序 圖 86