基于STM8单片机可移动智能风扇控制器系统设计
黄春耀+王颖+黄巧东
摘要：文章提出一种基于STM8单片机、传感器技术和蓄电池充电技术的可移動智能风扇控制器系统，探讨了可移动智能风扇控制系统的软硬件设计，并成功地应用于需要通过风扇来进行通风和降温的使用场合。该系统根据风扇周围的实时检测温度来自动调节风扇的转速，可以通过市电供电，也可以通过锂电池供电，满足节能的需求，具备电量提醒功能。该系统满足需要通过通风和降温的场合，使用效果佳。
关键词：温度检测；STM8单片机；智能风扇
1温度传感器设计概述
随着科技的快速发展，工业化进程的加快，环境日益恶化，室内和室外的温差越来越大，解决通风和降温的需求越来越大。目前，单片机技术、传感器技术、蓄电池技术的发展，使得通过直流风扇的通风来进行室内降温的方案变得更加可行，该方案比起用空调降温既节约了硬件成本，又节约了运行成本。为了能够在停电的条件下也能够工作，又不给使用的场合增加电源的负荷，要求不但使用220 V交流电通过降压整流提供直流电能，还采用锂电池作为备用电源来保证风扇在停电时刻依然可以低速持续工作。
本设计采用温度传感器（热敏电阻）检测环境温度然后将模拟温度信号转成数字温度信号传给单片机芯片STM8进行处理，通过比对预先设置的温度，而自动改变风扇电机的转动速度甚至在低于设置的温度时自动停止工作，还给系统风扇添加了蓄电池并能在风扇工作时也给蓄电池充电，并增加了蓄电池低电量时报警，实现了在没市电时风扇可以使用蓄电池里储存的电量持续工作。
2可移动智能风扇控制系统硬件构成分析
本设计的控制系统由硬件和软件两部分组成，硬件结构是整个系统的核心，也是设计的重点和难点，硬件设计的性能很大程度上决定整个系统的性能。
2.1控制系统硬件构成
从硬件上讲控制系统由STM8单片机、传感器模块、电机驱动模块、220 V降压整流模块、充电模块和键盘等模块组成。系统构成如图1所示。
STM8单片机：STM8S是8位高性价比的微处理器，自主内核，有功能更加强大，编程简单和性价比较高的优点。128kb Flash程序存储器，640 kb的RAM数据存储器，内部集成EEPROM可达30万次擦写周期，拥有16位通用定时器，强大的I/O功能，对倒灌电流有非常强的承受能力，32脚封装芯片上最多有28个I/O，包括21个高吸收电流流出。
传感器模块：本设计中采用的是热敏传感器，它是一种随温度改变其收集到的信号也发生变化的器件，其信号与温度响应是一条指数曲线。
电机驱动模块：让风扇要运转起来，就得给电动机提供需要的可控的驱动电流，在电路中采用接口简单、容易操作、可靠性高、抗干扰性强的驱动模块L9110，L9110模块可以直接驱动两个电机，也可以两路并联驱动电机以得到更大的驱动力。
降压整流模块、充电模块：在本设计，采用锂电池作为没有市电条件下工作的能源，为使电池正常工作，充放电安全，必须在电路要设计充放电模块和保护模块，此模块电路设计好坏，对电池的使用寿命起重要作用。
2.2系统硬件电路设计
控制系统由STM8单片机控制器、传感器接口电路、电机驱动接口电路、电源降压整流、充电接口电路和键盘接口电路，主要硬件电路设计如图2所示。
2.3系统各模块接口设计
2.3.1电机驱动模块L9110接口设计
电机驱动模块选用L9110集成芯片来驱动风扇的直流电机。L9110集成芯片，一个可以同时驱动2个电机，每个电机由单片机的一个I/O口控制，单片机I/O口输出的为5V的TTL信号，有两通道推挽式功率放大专用的集成电路器件分立在电路集成的单片Ic之中和两个TTL/CMOS兼容电平的输入，同时它具有较低的输出饱和压降内置的钳位二极管能释放感性负载的反向冲击电流，使它在驱动继电器、直流电机、步进电机或开关功率管的使用上安全可靠。
2.3.2 LM2577-ADJ可调电源模块接口设计
基于LM2577-ADJ升压电源是一种升压式开关电源调节器，LM2577-ADJ内置了一个可以控制升压、反激和正向功能的转换器。需要的外部元器件比较少，使用简单，如图3所示。
2.3.3锂电池保护电路模块接口设计
锂电池保护电路模块如图4所示，FS8205A保护电路过充保护控制原理是当电池正常充电时，随着充电时间的增加而电池的电压也随之增高，当升到4.4V时，DW01芯片将处理认为电池电压已经处于过充的状态，将立即断开第3脚的输出电压，8205A内的开关管因第4脚无电压而关闭。电池将停止充电。保护电路一直处于过充状态并一直保持。等到保护板的输出有接上放电负载后，此时FS8205A内的开关管处于关闭状态，这样电池的电压就会低于4.3 V，DW01输出高电平，使FS8205A的内置控制管导通，这样电池又可以进行正常的充放电了。
2.3.4充电电路模块接口电路设计
充电电路模块如图5所示，TP4056是一款完整的单节锂离子电池充电器，带电池正负极反接保护，采用恒定电流/恒定电压线性控制。由于采用了内部的PMOSFET架构，加上防倒充电路，所以不需要外部隔离二极管。热反馈可以对充电电流自动进行调节，使大功率操作或者高环境温度条件下对芯片的温度加以控制。充电电压固定在4.2V，而充电电流可以通过一个外接的电阻器进行设置。当充电电流达到浮充电压之后降至设定值的1/10时，TP4056将自动终止充电循环。当撤掉输入电压时，TP4056将自动进入一个低电流状态，将电池漏电降到2μA以下。TP4056的特点还有电池温度检测、欠压闭锁、自动再充电和两个用于指示充电、结束的两个LED灯。当红灯亮，绿灯灭时是充电中。红灯灭，绿灯亮时是充满。红灯灭，绿灯灭时是故障。红灯闪，绿灯亮时是无电池。
3系统软件设计
控制系统主要流程如图6所示。从图6中可得上电复位后，单片机进行初始化，然后开始温度检测，根据检测的结果进行判断，如果温度高于设定的上限值开启风扇，并根据温度值自动调整单片机的PWM输出改变风扇转速，如果检测的温度低于设定的下限，关闭风扇。主要接口程序如下。
3.1驱动电机模块L9110接口程序设计
驱动电机模块L9110是很好的电机驱动芯片，为控制风扇转速，通过PD3，PD4口输出PWM波来实现电机转速的控制。主要程序段为：
3.2温度采集接口程序设计
温度采集模块采用的热敏传感器只能收集到模拟信号，但单片机只能接受数字信号，STM8S单片机内部自带AD转换器，直接与单片机的PB3机联，主要程序段为：
3.3键盘、显示等接口程序设计
键盘、显示等模块是人机交互的通道，该模块通过PB与单片机的相联，主要程序段代码较多，限于篇幅，在此省略。
4结语
本文基于STM8单片机、传感器技术和蓄电池充电技术设计了可移动智能风扇控制器。该系统根据风扇周围的实时检测温度来自动调节风扇的转速，既可以通过市电供电，又可以通过锂电池供电，满足节能的需求。控制系统总体功能实现，满足需要通过风扇来进行通风和降温的使用场合，在调试完成后，还在多种条件下测试试用，即便在高温、高湿、高尘和频振环境下仍能正常工作。虽然本控制系统主要为需要通风和降温的场合设计但稍作修改，就能应用于通风和恒温、保温等场合，也可以广泛应用于大面积农作物生产环境调节，甚至还可用于有毒有害环境控制，既经济又方便，具有很大的市场推广价值。
