基于C8051F020的红外遥控电风扇设计

摘要：给出了一种采用C8051F020单片机实现红外遥控电风扇的系统方案。将红外接收模块、温度采集电路、实时时钟电路、报警电路和风速控制电路置于电风扇中，通过C8051F020单片机实现电风扇风速控制、定时功能和运行模式切换功能，采用4×4键盘或者遥控器完成数据和控制指令的输入，并通过TS1602 LCD完成基本的状态数据和控制指令实时显示等。实验结果表明：本系统能够成功实现电风扇的运行模式切换、风速控制和定时功能，自动运行模式下，风速由环境温度决定，温度控制精度为±1℃。
关键词：C8051F020单片机；红外遥控；模式切换；风速控制；定时功能

    目前市场上的风扇多为机械方式控制和定时，功能少，噪声大，且不能根据实时的环境温度改变风速。本文介绍了一种基于C8051F020单片机的红外遥控风扇系统的设计，巧妙利用红外控制技术，结合实时时钟DS1302、温度传感器DS18B20和单片机C8051F020实现电风扇的智能控制，运行模式可切换。自动运行模式下，实时调整风速有利于节能控制，符合现代电子产品自动化、智能化、人性化的设计要求，可移植性强，人机界面友好。

1 整体方案设计
    方案的主要任务是实现电风扇的智能控制，运行模式可切换。手动运行模式下，遥控器或者键盘输入数据和控制指令的输入，单片机解码成对应的控制指令来完成对风扇电路的智能控制。自动运行模式下，C8051F020单片机通过DS18B20测得实时环境温度值，将温度与风速档位设定值进行比较后驱动电风扇相应档位工作。

2 硬件电路设计
2．1 硬件总体设计
    整个系统主要由红外遥控发射接收电路、键盘电路、实时时钟电路、温度采集电路、LCD显示器、继电器控制电路和单片机控制电路组成。其中，红外发射电路和键盘电路(与遥控器命令匹配)用来输入控制信号；LCD是用来显示控制命令、状态信息、实时时间和实时温度值；实时时钟电路用于读取实时时间；温度采集电路用于实时监测环境温度，方便电风扇在自动运行模式下工作；单片机是整个控制系统的核心，控制继电器工作和电风扇运行。系统总体电路设计框图如图1所示。

2．2 红外发射接收
    红外遥控有发送和接收两个部分组成。发射电路采用专用红外发射IC SC6122和按键(与键盘输入电路完全匹配)完成。接收部分采用一体化红外遥控接收头HS0038，将接收到的红外信号送入C8051F020单片机外部中断0，由单片机完成红外数据的解码。C8051F020内置增强型数字交叉开关，通过配置交叉开关控制寄存器XBR0和XBR213，将INT0配置在C8051F020的P0．2(INT0)，完成串行数据的接收。
2．3 控制电路
    MCU控制电路包括三个部分：控制信号输入、继电器控制电路和数据显示部分。
    控制信号输入部分主要由C8051F020 I／O端口P1控制矩阵式4×4键盘完成。使用矩阵式键盘，具有占用I／O资源少，程序编制简单等特点。键盘控制电路主要完成风速、定时、运行模式等控制命令的输入。采用4×4矩阵键盘，用于非遥控工作时，按键驱动电扇工作，即机械方式驱动，按键功能如图2所示。自动／手动为功能切换按键，在自动和手动之间进行切换，定时时间和风速控制根据需要选择相应档位。

    继电器控制电路主要由MCU I／O端口P3口控制7个继电器完成。继电器分别控制系统开关、定时时间、导风和风速档位选择。
    显示部分通过C8051F020的端口P2作为与LCD1602通信的8位数据线，主要完成通信数据和状态信息的显示。
2．4 温度采集和实时时钟电路
    环境温度检测部分是控制风扇自动工作的关键。系统在自动运行模式下，根据实时采样的温度值，选择相应的控制继电器驱动相应的风速档位。采用Dallas公司的DS18B20 1-wire数字温度传感器，使用一根信号线实现信号的双向传输，接口简单，便于扩展和维护。温度设定范围为25～36℃，每3℃一个风速控制档位，温度设定值超过范围报警指示。
    实时时钟电路实时刷新电风扇的当前时间。采用Dallas的高性能、低功耗、带RAM的I2C总线的串行时钟／日历芯片DS1302。I2C总线通过使能交叉开关配置在C8051F020的P0．0(SDA)和P0．1(SCL)，完成DS1302的初始化和时间数据的传输。
2．5 系统供电
    系统正常工作需要+5 V和+3．3 V电压供电。将市电220 V／50 Hz通过9 V／10 W变压器降压变换后，经过电桥整流和滤波产生直流电9 V，通过LM7805稳压芯片输出稳定+5 V给LCD1602显示模块和继电器供电，C8051F020，DS1302和DS18B20由+5 V经过ASM1117-3．3 V供电，电风扇电机部分直接由市电220 V／50 Hz供给。遥控器发射部分供电由3 V纽扣电池提供，DS1302采用3 V纽扣电池做备用供电电源，确保时间的准确。

3 软件设计
    系统软件主要包括单片机控制部分软件设计。单片机控制部分软件设计主要完成以下功能：当有红外信号被接收或者按键输入时，触发中断或者进行键盘扫描处理，单片机内部进行解码，产生控制命令或者温度数据设定参数。单片机通过产生的控制命令和数据参数，控制各个继电器的动作、温度设定、超限报警指示和状态显示等功能。
    基于C8051F020单片机控制遥控电风扇系统控制流程图如图3所示。

    电风扇在自动运行模式下，单片机采集当前环境温度，并与温度设定值进行比较，选择相应的风速档位，驱动某一个或者几个继电器工作。例如，通过遥控器或者键盘按键SET，+，-键设定规定下限温度为25℃，以3℃为一档风速档位递增，实际温度为29℃，额定值与实际值之间温差为4℃，温差3℃内为1档，所以判定后风扇工作在2档位置。
    上述红外遥控编码解码后，通过C8051F020单片机指令控制继电器，并对电风扇和单片机接口电路调试。通过对系统进行实际验证效果如图4所示。

4 结语
    对于C8051F020单片机构建的红外遥控风扇系统进行功能验证，系统能够成功实现电风扇的运行模式切换、风速控制和定时功能。自动运行模式下，风速由环境温度决定，温度控制精度为±1℃。系统人机界面友好，操作简单、价格低廉、可移植性好，方便用于商业用途。