太阳能风扇控制系统设计.doc

太阳能风扇控制系统设计 摘要：电风扇并未随着空调的普及而淡出市场，相反，家用电风扇因其风力温和、价格低廉、相对省电、安装和使用简单等特点而受到中老年人、儿童和体质较弱的人欢迎。随着全球能源危机与环境污染加剧的影响，太阳能开发引起了越来越多科研人员的重视。本文针对太阳能风扇的控制系统进行了研究。本研究通过对太阳能风扇的系统拓扑结构、控制系统进行研究和设计，使太阳能风扇系统具有充电、温控、风力调节的自动控制能力。这些功能的实现是通过温度传感器检测环境温度，建立一个控制系统，使电风扇随室内温度的变化而变换运行状态，实现“温度高，风力大，温度低，风力弱”的性能。这样既节能环保，又安全可靠，具有广泛的应用前景。 关键词：太阳能风扇 控制系统 温控调节 前言 随着全球能源危机与环境污染加剧的影响，太阳能开发引起了越来越多科研人员的重视。此项目就是将太阳能能源运用在电风扇中的一个运用实例。本系统采用at89c52单片机为核心，依靠太阳能板供电，并具有自动温度闭环控制能力的电风扇系统。设计好太阳能风扇需要综合考虑各种因素，这些因素有电池板的安装方式、最低功率、规格（太阳能电池板每天的有效发电量必须大于负载的用电量）及蓄电池的容量、性能及控制方式。只有对这些因素进行恰当地控制，才能达到最佳性价比。如果对相关因素的估算失误，就会直接影响到太阳能风扇系统性能和造价。在太阳能风扇使用过程中要更为充分的体现人性化操作，体现自动控制能力。本文简要针对太阳能风扇的控制系统进行研究。 1、系统设计原理 太阳能风扇通过太阳能电池板，将太阳能转化为电能，由于太阳能电池板发出的电能为直流低压电，这就需要通过升压装置进行相关转换。再就是由于太阳能电池在弱光下无法实现发电，这就要求具备电能储存功能，以确保太阳能风扇的全天候工作能力的发挥。由于人们对环境要求不断提升，因此采用了温度控制系统，风扇的转速随温度的变化采用六档控制系统来为人们提供舒适的休息与工作环境。太阳能风扇控制系统拓扑结构图，见图1-1。 2、系统硬件设计 2.1太阳能供电设计 由于太阳能作为电源供电，存在电压电流不稳定的问题。所以需要采用蓄电池，先进行能量的存储，然后再使用。供电部分采用太阳能板加电池。电源管理采用单片机pwm开关完成电池的充放电管理。单片机的供电采用mc34063开关电源芯片完成+5v电源的供给，风扇电机采用bldc电机，将直流电通过4个场效应管组成桥式开关进行驱动。 风扇在有光条件下采用太阳能电池板发出的电力通过升压后作为驱动电源，并且同时为蓄电池提供充电电压，为了能够有效延长蓄电池的寿命，对充电电压与电流采取限压、限流措施，保证蓄电池不被过度充电。当夜间风扇运转时，电源来自于蓄电池，同时为了避免过度放电，对蓄电池增加了电压、电流保护装置。 风扇是由电动机带动风叶转动，通过单片机输出pwm信号控制场效应管桥式开关驱动电路，为bldc电动机提供合适的电压和换向频率，进而影响电动机转速，实现调速的目的。在转动过程中要检测电动机的电流，防止电动机过载损坏电动机，以及太阳能电池板和蓄电池过度放电而缩短寿命。 2.2bldc电机驱动设计 采用一种低压bldc电动机驱动集成电路。其包括电源端及状态控制输入端；电源反接保护模块，与电源端相连；状态控制模块，接收状态控制输入端的信号，进行判断后，输出信号到开关控制模块；开关控制模块驱动单相桥式场效应管给bldc电动机供电。 2.3电机控制系统设计 bldc电机调速系统电路是由单片机pwm控制信号发生电路根据风扇转速来产生pwm信号，通过开关控制模块驱动单相桥式场效应管来控制bldc电机转速实现风扇转速恒定和改变风扇速度。系统的设计原理图见图2-3。 2.4温度检测部分 ds18b20单线数字温度传感器是dallas半导体公司开发的世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。其具有3引脚小体积封装形式，温度测量范围为-55+125，可编程为9位-12位a/d转换精度，测温分辨率可达0.062 50，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出。工作电压支持3v5.5v的电压范围，既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生。 温度采集，采用dsl8b20芯片完成。该芯片的主要优点是耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。温度传感器可编程的分辨率为9位12位，温度转换为12位数字格式，最大值转换时间为750ms。温度检测电路见图2-4。 3、系统软件设计 基于at89c52单片机的智能风扇的软件设计主要包括三部分： 一是，遥控软件（发送程序），其是整个系统的指挥中心，专门用来发送操作指令，发送程序，流程图如图3-1所示。 二是，主控软件（接收程序），该部分主要用来负责识别接收信号并依据信号作出相应中断处理，协调各操作模块和操作者之间的关系，接受部分主程序，流程图如图3-2 所示。 三是，执行软件（子程序），其是用来完成各种实质性的功能，如风速调节等。每一个执行软件也就是一个小的功能执行模块。 对于温度采样闭环控制，在1c范围内保持使用者设定的温度，室内温度每降低2c就降低一档风扇速度。直到降到风扇最低档；同样，室内温度每上升2c，提高一档风扇速度，直到上升到风扇最高档。 4、结束语 基于at89c52单片机的智能风扇控制系统温度智能可调风扇，通过手动设定与温度检测反馈控制，实现电风扇任意换挡控制，满足环境温度改变相应地改变风扇速度，适应人体不同环境温度下的散热需求。其温度检测是通过温度传感器ds18b20 来检测环境温度，并建立一个闭环温度控制系统，使电风扇随温度的变化而自动变换档位以及根据温度适当调节。该控制系统经济适用，既节能低碳，又安全可靠，可以以该系统为基础对传统电风扇进行改造，适用于老人儿童、体质虚弱的人和一些身体残疾、常年卧病在床的人使用，具有广泛的应用前景。 控制系统要体现以人为本，节能减排的思想，本次设计通过加入温度检测调整转速功能，利用清洁的太阳能提供电力，为节能减排做出贡献，实现可持续发展战略。 参考文献： 1李震；洪添胜；基于avr单片机和