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基于51单片机的智能红外温控风扇设计

news 2025/10/6 8:08:52

1 基于51单片机的智能红外温控风扇设计

本设计是一种基于51单片机的智能温控风扇控制系统，结合了温度检测、红外遥控、人感检测、自动与手动双模式控制等多种功能。系统主要由STC89C52单片机、红外人体检测模块、温度传感器、LCD1602液晶显示模块、按键模块、红外遥控接收模块、电机驱动模块及电源电路组成。系统能够根据温度变化自动调节风扇转速，同时可通过红外遥控或按键进行人工干预，从而兼顾智能化与人性化的控制需求。

2 系统功能介绍

本设计实现的主要功能包括以下几个方面：

LCD1602液晶实时显示：显示当前温度值、风扇档位以及当前模式（自动/手动），用户可以直观看到系统的工作状态。
模式切换功能：通过按键可切换系统工作模式，分别为自动模式（AUTO）和手动模式（MANUAL）。
手动模式功能：用户可通过按键直接设置风扇速度档位（共10档），实现对电机转速的直接控制。
自动模式功能：系统自动检测环境温度及人体是否存在，当检测到有人且温度高于设定上限时，自动开启风扇。
温度控制逻辑：温度每超过设定上限1℃，风扇速度自动提升1档，最高为10档。
温度上限设置：可通过按键设定温度报警/风扇启动的上限值。
红外遥控控制：系统可通过红外遥控实现风扇的开关、速度调整、模式切换等远程操作。

3 系统电路设计

系统硬件部分以STC89C52单片机为核心，主要包括单片机最小系统电路、温度检测电路、人体红外检测电路、LCD显示电路、红外遥控接收电路、按键电路、电机驱动电路及电源电路。

3.1 单片机最小系统电路

STC89C52单片机是系统的核心控制单元。它负责采集温度数据、处理红外检测信号、解析遥控指令、控制LCD显示、驱动电机输出。

核心芯片：STC89C52，基于MCS-51内核，具有稳定性高、价格低廉的特点。
时钟电路：使用12MHz晶振及两只30pF电容提供稳定时钟信号。
复位电路：采用上电自动复位与按键手动复位相结合，提高系统可靠性。
接口分配：
- P0口用于LCD数据传输。
- P1口用于按键及红外遥控输入。
- P2口部分用于温度与人体检测信号采集。
- P3口用于串口调试与电机控制信号输出。

3.2 温度检测电路

温度检测模块采用DHT11温湿度传感器，通过单总线通信方式与单片机连接。

功能：实时检测环境温度。
输出信号：DHT11以数字形式输出温度数据，无需外部ADC。
特点：响应速度快、精度高、抗干扰能力强。
数据用途：系统自动模式下的控制依据，用于决定风扇档位调整与启停逻辑。

3.3 人体红外检测电路

红外人体检测模块采用HC-SR501被动红外传感器（PIR）。

功能：检测人体红外辐射变化，从而判断是否有人存在。
输出信号：高电平表示有人，低电平表示无人。
工作原理：当检测到人体移动时，红外信号变化触发内部比较器输出高电平信号。
应用逻辑：在自动模式下，只有检测到有人时风扇才会自动开启，节能且延长电机寿命。

3.4 LCD1602液晶显示电路

LCD1602液晶模块用于显示温度、档位及模式信息。

显示内容：
- 第一行显示“Temp: XX.X°C Mode: AUTO/MANUAL”。
- 第二行显示“Speed: X/10”。
通信方式：4位并行方式连接，节省IO资源。
对比度调节：通过电位器调节V0端，保证字符清晰可见。

3.5 按键输入电路

按键模块设计了多功能按键，分别用于模式切换、温度上限设置和风扇档位调整。

按键1：模式切换（AUTO/MANUAL）。
按键2：温度上限设置。
按键3/4：风扇速度增加/减少。
防抖设计：在程序中加入软件延时消抖。

3.6 红外遥控接收电路

红外遥控模块采用VS1838B红外接收头，配合红外遥控器实现远程控制。

通信协议：采用NEC红外编码协议。
控制内容：包括风扇开启、关闭、速度加减、模式切换等功能。
连接方式：红外接收头输出信号连接至单片机外部中断引脚INT0，实现边沿触发接收。

3.7 电机驱动电路

风扇的转速调节采用PWM脉宽调制控制方式，通过L298N双路直流电机驱动模块实现。

输入信号：由单片机输出PWM波控制占空比。
输出功率：驱动直流电机实现不同档位转速。
保护电路：带有续流二极管防止反电动势损坏驱动芯片。

3.8 电源电路

系统采用5V直流稳压电源供电。

电源模块：使用AMS1117-5.0稳压芯片或DC-DC转换模块。
滤波设计：在单片机电源端口处并联电解电容和去耦电容，提高抗干扰能力。

4 系统程序设计

程序部分采用C语言在Keil环境下编写，并通过STC-ISP工具烧录到单片机中。整个程序包括主控制逻辑、温度采集、红外检测、LCD显示、按键扫描、红外遥控解码及PWM控制模块。

4.1 主程序设计

主程序是整个系统的核心控制逻辑，负责各模块协调与状态切换。

#include <reg52.h>
#include "lcd1602.h"
#include "dht11.h"
#include "pwm.h"
#include "ir_remote.h"
#include "key.h"float temp_now = 0;
int fan_speed = 0;
int mode = 0; // 0: AUTO, 1: MANUAL
float temp_limit = 28.0;void main() {LCD_Init();DHT11_Init();PWM_Init();IR_Init();Key_Init();LCD_ShowString(0,0,"Temp:");while(1) {temp_now = DHT11_ReadTemp();Key_Scan();IR_Check();if(mode == 0) Auto_Control();Display_Update();}
}

4.2 自动控制程序

在自动模式下，系统根据温度和人体检测信号控制风扇启停与速度。

void Auto_Control(void) {if(PIR_Detect() == 1) {if(temp_now > temp_limit) {int delta = (int)(temp_now - temp_limit);fan_speed = delta;if(fan_speed > 10) fan_speed = 10;PWM_SetSpeed(fan_speed);} else {PWM_SetSpeed(0);}} else {PWM_SetSpeed(0);}
}

4.3 按键扫描程序

按键用于模式切换、温度设置及速度调节。

void Key_Scan(void) {if(KEY1_Pressed()) mode = !mode;if(KEY2_Pressed()) temp_limit += 1;if(KEY3_Pressed() && mode==1) fan_speed++;if(KEY4_Pressed() && mode==1) fan_speed--;if(fan_speed > 10) fan_speed = 10;if(fan_speed < 0) fan_speed = 0;
}

4.4 红外遥控解码程序

红外模块接收信号后解析遥控指令，实现远程控制。

void IR_Check(void) {unsigned char cmd = IR_GetCommand();switch(cmd) {case IR_POWER: PWM_SetSpeed(0); break;case IR_MODE: mode = !mode; break;case IR_UP: fan_speed++; break;case IR_DOWN: fan_speed--; break;}
}

4.5 LCD显示程序

LCD实时显示温度、模式与风扇档位。

void Display_Update(void) {LCD_SetCursor(0,0);LCD_Printf("Temp:%.1fC", temp_now);LCD_SetCursor(1,0);if(mode == 0) LCD_ShowString(1,0,"Mode:AUTO ");else LCD_ShowString(1,0,"Mode:MANUAL");LCD_SetCursor(1,12);LCD_Printf("S:%d", fan_speed);
}

4.6 PWM调速程序

通过调整PWM占空比控制风扇速度。

void PWM_SetSpeed(int level) {int duty = level * 10; // 每档10%Set_PWM_Duty(duty);
}

5 总结

本设计实现了基于51单片机的智能红外温控风扇系统，融合了温度检测、红外人体检测、按键设置及红外遥控多种控制方式。系统在自动模式下可根据环境温度和人体存在状态自动调节风扇转速，实现节能与舒适兼顾；在手动模式下，用户可直接控制风扇速度，操作直观灵活。LCD1602实时显示温度与状态信息，使得系统具备良好的人机交互性能。

整体而言，该系统在硬件结构上简洁可靠，在软件设计上逻辑清晰，具有良好的可扩展性与应用价值，适用于智能家居与节能控制等领域的研究与教学应用。

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