智能排气扇设计方案2(十五组)

智能排气扇摘要：本智能排气扇以51单片机为控制单元，通过温度传感器来测量控制热水器的开关。采用DTH11湿度传感器来检测浴室室内的湿度，采用抗干扰能力强，精度高的数字温度传感器DS18B20感知温度，结合晶闸管BT136，实现交流排气扇的无级调速。系统通过1602液晶把温度、湿度、速度等实时信息反馈给使用者。使用者也可以通过键盘实现排气扇的控制。本设计采用红外发射和接收来实现排气扇的故障检测。关键词：传感器；排气扇；交流电机；警报；一总体方案设计本智能排气扇采用8位的51单片机为主控制器，通过温度、湿度传感器采集室内的温度、湿度等数据，并将显示在1602液晶显示器。由不同型号的温度传感器来检测热水开停，从而控制排气扇的运转。同时采用烟雾传感器检测室内是否出现有害气体，在出现有害气体时报警提示并强制排气。可以通过红外遥控器控制排气扇运转，具备故障自我检测功能。系统框图如下：51单片机电源湿温检测模块煤气检测模块显示模块热水器开关控制电机驱动模块电机故障检测报警模块键盘模块二方案比较与论证2.1控制系统---单片机最小系统方案一，采用AT89C51单片机，片内含2kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机数据存储器（RAM），传统的51单片机具有价格低廉，使用简单等特点。方案二：C8051F020。C8051F020是完全集成的混合信号片上系统MCU，其控制器内核与MCS-51指令完全兼容。C8051F020采用流水线结构，最高处理速度可达25MIPS特别适合用于对实时性要求极高的控制系统。针对本次设计，51单片机足以胜任本次的控制任务，而C8051F020价格比较高，根据实际资源能力，本设计采用方案一。2.2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。2.3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：采用交流排气扇，通过搭建简便的排气扇外围电路，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。2.4烟雾检测方案一：采用施密特触发器处理，利用555接成施密特触发器，将负载端的电压信号接到施密特触发器的信号输入端。但这种处理方式的缺点是触发的阀值调整比较困难。方案二：采用电压比较器处理，电压比较器可以在大范围里设定比较的阀值，有利于调整CO传感器的灵敏度。方案二精准度高，比较器也比较简单实用，电路简单易调控，故选择方案二。2.5显示模块方案一采用数码管显示，体积比较大，外围电路复杂，而且比较单一。方案二采用1602液晶显示1602内部集成有显示芯片，可以识别英文字母、阿拉伯数字和日语，价格比较便宜，可以对温度、湿度等很好的进行显示，显示更加人性化。比较后，我们选择方案二。2.6电机故障检测方案一：红外对管检测电路，检测风扇是否转动。红外线通讯是一种廉价、近距离、无连线、低功耗和保密性较强的通讯方案，在PC机中主要应用在无线数据传输方面。方案二：在排气扇上固定小磁体，通过霍尔传感器检测磁体单位时间内通过固定位置的次数得到转速，与目标转速进行比较而检测异常。此方案外围电路比较复杂，加大了控制器的任务，因此，选择方案一。2.7键盘模块外部自动控制模块:方案一:用遥控器控制，利用无线传输，价格比较高。方案二:用独立键盘控制,由于本设计所需键盘控制较少，只要两个键就可以达到控制作用，键1来控制电源通断，键2控制风扇的开停。2.8热水器开关。方案一：利用温度传感器（DS18B20）检测水的温度，当高于设定温度时，利用单片机控制电磁阀，使断电，停止加热。方案二：火焰传感器，火焰传感器使用JNHB1004传感器，可以用来探测火源或其它一些波长在700nm～1000nm范围内的热源。当检测到火焰时，传感器模组输出高电平，经过三极管放大电路处理后，该模块电路能检测到70cm以内的火焰，灵敏度比较高。但是，现代家庭生活中，都是通过热水器加热浴室热水，很少使用明火加热，因此，考虑到实际应用，我们选择方案一三系统各模块电路设计：3.1控制器51单片机。器件采用ATMEL公司的MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。可以很好的控制温度、湿度的监测和控制显示和语音报警。同时达到控制排气扇的开关的要求。其丰富的管脚足以满足本次智能排气扇的要求。本设计中外围电路进行搭建，以稳定单片机，使他工作在稳定状态。具体简单外围电路的搭建如下图所示：图2外围电路与单片机的简单搭建图3.2电源模块本次设计中，各芯片和传感器的电源供电电压一般都为5V左右，为满足该要求，我们自制电源。220V、50Hz交流市电，经过降压、整流、滤波、稳压后产生5V直流稳压电。电路滤波后接470uf的电容进行滤波和能量存储，用三端稳压器7805进行稳压，稳定输出为5V，220uf的电容使输出更加稳定。470uFC2220uFC4100pFC3100pFc5DTSVinVoutGND780512P1-220V、50HZ12P33.3报警电路采用蜂鸣器电路蜂鸣器电路，提供报警声音。原理：由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于单片机的I/O口是无法直接驱动的，所以要利用放大电路来驱动，一般使用三极管来放大电流就可以了。该三极管我们可以选择2N3906来满足要求。扬声器正极接5v电源，负极与三极管的e级相接，当单片机输出低电平时，三极管导通，扬声器发出生音，反之。单片机输出高电平，三极管不导通，扬声器不发声。电路图如下：3.4烟雾检测模块根据实际需求，我们选择3MQ-2烟雾传感器，直流电压5v电源供给传感器工作，加热丝给烟雾传感器加热一定时间后传感器才开始检测烟雾。当烟雾浓度升高时，传感器电导率下降，传感器两端电压降低，输出电压降低，与电压比较器LM393的2管脚电压进行比较，输出低电平，传输给单片机；反之，当烟雾浓度下降时，传感器电导率升高，传感器两端电压升高，经比较器比较后输出高电平，传输给单片机，单片机通过高低电平来控制报警电路和显示。电路图如下所示：4.7KR1620KR1520KR1423148185LM393yanwu+5v烟雾传感器图3烟雾检测电路3.5温度、湿度检测模块智能温湿度传感器使用DHT11，DHT11自动将内部的传感器电压信号转化为数字信号直接输出给单片机，但是，由于DHT11的温度测量只能精确到个位，而实际浴室的温度变化范围比较小，很难通过DHT11的变化控制PWM的占空比，故本设计只用DHT11来测量湿度，温度的测量采用温度传感器DS18B20，精度为0.5度，测量范围从-10度到85度，设置为最高精度时的转化速度为0.75S图4湿度传感器电路原理：给DHT11提供5V电压，2脚为信号的输出端，接单片机，3脚空置，4脚接地。当湿度升高时，输出高电平；反之，输出低电平。图5温度传感器电路原理：1脚接地，3脚接电源，2脚和电源之间接一个下拉电阻4.7k，2脚为输出端，接单片机即可。3.6显示模块电路设计显示我们采用1602液晶显示，其供电电压为4.5-5.0v可以很精确的用字体显示本系统要显示的温度、湿度、故障要求。其电路连接图如下：3.7电机故障检测电路设计红外对管放到排气扇扇叶的两边，此时如果排气扇转动，则扇叶一会挡住了对管，一会对管又接上了，那么会出现高低脉冲，相当于计数器。所以只需要把红外线的信号输出通过比较器接到单片机的计数器即可。通过每隔一定时间读取计数器的值，如果为0，则说明排气扇不转，否则说明排气扇正常工作，以此判断排气扇是否出现堵转。如果出现堵转，则报警而且马上自动断电，不让排气扇继续工作。图6故障检测电路电路原理：红外发射管发射红外，红外接收管接收，LM393的3脚得到高电平，与2脚已设定的电压进行比较，在1脚输出高电平，输入到单片机，供单片机进行控制。3.8键盘模块图7键盘3.9热水气开关控制温度传感器测出水的温度，给单片机输出高电平，单片机输出信号控制电磁闸的开关，控制热水器的开关，以此达到自动控制加热。3.10排气扇的控制如图所示，单片机的P3.5口（PWM）输出一个低电平，电源通过限流电阻R301，点亮MOC3041的发光二极管，使光电耦合器导通，同时触发双向可控硅，使工作电路导通，电机工作。通过对单片机的I/O控制，输出不同脉宽的PWM，从而使得电机能实现自动无级调速。RC电路（C300与R302）为晶闸管BT136的保护电路，吸收反电动势，电阻R300与R303起到限流保护电路作用。MMotorMOC3041AC220V50HZBT136470R334P321KR?330R?F2A10nfC9039R453LN图8交流排气扇的驱动电路四系统总电路图五程序流程图模块初始化传感器检测键盘检测液晶显示开蜂鸣器强制排气延时开电机开蜂鸣器延时关机有故障否温度适合否有烟雾否YYY