专利名称：电风扇的调速控制系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种自动调节和手动无级调节电风扇转速的控制系统。
技术背景现有单片机控制的电风扇，能无级调节转速和定时开启、关闭，其调速模 块是利用模拟电路来控制数个可控硅的导通来实现调速的，电路结构复杂， 不能实现自动调速的功能。市场上其他的电风扇普遍使用档位式开关调速， 定时功能利用机械式发条或电位计来实现，这两种方式都会导致元器件受损， 使用寿命短，不能实现手动无级调速，不能满足用户的风速要求。由于夜晚 气温变化大，无人控制电风扇的转速，电风扇不能根据变化的环境温度值自 动调节转速。发明内容为了解决现有电风扇不能根据根据环境的温度变化自动调节转速和不能 实现无级调速的不足，本发明提供一种能自动调节电风扇转速的数字控制技 术，该自动调速技术不仅能根据温度传感器传回的环境温度值来自动调节电 风扇的转速，使环境温度值维持在用户设定的保持温度值，还可以根据用户 的按键输入实现无级调速、定时开启、关闭的功能。单片机的引脚分别与温度传感器电路，过零检测电路，可控硅负载电路， 按键输入电路，显示输出电路连接。过零检测电路中，与交流电压相连的变 压器的输出端连接至整流桥的输入，整流桥输出端一端直接接地，另一端通 过两个分压电阻后再接地，两个电阻的连接点接三级管的基极，三极管的射极接地，集电极通过电阻接至5V电源，三极管的集电极输出接至单片机的外 部中断引脚。可控硅负载电路中，交流电通过串接一个电凤扇插座后接至整 流桥的两输入端，整流桥两输出端分别接至单向可控硅的阴阳极，可控硅的 阴极接地。可控硅的控制极连接到一个反相器的输出端，反相器的输入信号 来自单片机的控制引脚。过零检测电路检测输入电压波形的过零时刻，用于同步输入电压波形。 当输入电压波形过零时，三极管集电极输出一个过零信号给单片机外部中断引脚，使单片机进入外部中断程序，延时一定控制角a后，单片机控制引脚输出一个控制电压，触发单向可控硅导通，通过改变可控硅的导通角e ，改变交流电源的输出功率。单片机将温度传感器电路传回的环境温度值与用户 设定的保持温度值进行比较，如果环境温度值小于用户设定的温度值，根据 过零检测电路的伺步信号，单片机将减小输出控制脉冲的延迟时间，减小控 制角，增大可控硅的导通角，增大电源输出功率从而增大电风扇转速，反之 则减小电源输出功率，减小电风扇转速。本发明控制过程的工作步骤工作模式选定，自动调速或者手动无级调速模式，两种模式下都可以定 时开启和关闭，当定时时间到时，单片机控制电风扇开启或关闭；手动无级调速模式下，用户通过按键增大或减小可控硅的导通角来改变 电风扇转速；自动调速模式下，用户利用输入按键和显示输出设定想要的保持温度值， 单片机将此温度值与温度传感器电路传回的环境温度值相比较，有三种情况 1>保持温度值与环境温度值相等，单片机不改变在直流电源每个周期内的导通角，电风扇转速不变； 2〉保持温度值大于环境温度值，单片机减小可控硅在直流电源每个周期内的导通角，电风扇转速减慢； 3〉保持温度值小于环境温度值，单片机增大可控硅在直流电源每个周 期内的导通角，电风扇转速增快； 本发明的有益效果是连接上电风扇，在自动调速模式下，可以根据环境 温度的变化自动调节电风扇的转速，用单片机精确控制输出控制脉冲的延时 时间，电路稳定，结构简单。在手动无级控制模式下可以方便地实现转速的 无级调控。且用户可以简单方便地设定电风扇开启、关闭的时间。
图l是本发明的电路原理框架图。图2是本发明电路中的过零检测部分的电路。图3是本发明电路中的可控硅负载部分的电路。图4是本发明电路中过零检测部分、可控硅负载部分的波形变化以及过 零脉冲和单片机控制脉冲的产生示意图。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
具体实施方式
在图1中，过零检测电路完成与交流电压同步的功能。当检测到过零信号后，输出一个过零信号给单片机1的外部中断引脚2，单片机1进入外部中 断程序。温度传感器电路将环境温度值经引脚3传给单片机1后，单片机1 根据用户设定的保持温度值与传回的环境温度值比较，当环境温度大于用户 设定的保持温度值时，单片机1将增加可控硅的导通角9 ，如图4中，增加 每个周期电风扇获得的平均功率，从而加快电风扇的转速，反之则反。在一个周期内，调节可控硅导通角e大小的方法是，通过改变从单片机i接收到过 零检测信号的时刻起到单片机的控制引脚4输出一个触发电平的延迟时间来实现的，延迟时间对应可控硅的控制角a ，如图4中。此处延迟时间的精确 控制在单片机的外部中断程序中实现。控制引脚4输出触发电平使可控硅导 通后，其触发电平就消失了，当输入电压经整流后得到的脉动直流电压过零 点时，通过可控硅阴阳极的电流小于可控硅的维持电流而自动关闭，从而使 电风扇在一个周期内得到不同的功率而以不同的速率转动，实现电风扇的自 动调速。在图2所示实施例的过零检测电路中，220: 9的变压器7将220V输入电 压转变为9V交流电压，如图4中波形1，此9V交流电经过整流桥8后变成频 率为100HZ的脉动直流电压，如图4中波形2，将整流桥8的输出电压经电阻 9和电阻10分压后送至三极管11基级。当三极管基极电压大于三极管的导通 压降时，三极管ll导通，其集电极输出一个低电平给单片机l外部中断引脚 2，当三极管基极电压小于三极管的导通压降时，三极管11截止，其集电极 输出高电平给单片机外部中断引脚2。所以每当脉动直流电压，如图4中波形 2，过零时，三极管集电极将会输出一个高电平的过零脉冲信号给单片机的外 部中断引脚2.在图3所示实施例的可控硅负载电路中，整流桥14将220V输入电压整成 频率为100HZ的脉动直流电压，当单片机的控制引脚4经一定时间延迟后输 出一个低电平时，反相器16输出端输出一个高电平使单向可控硅15立即导 通，使得电风扇(接在插座13上)在每个周期内均匀得到一定功率而以一定 的速率转动，实现调速功能。在图4所示的是实施例的过零检测部分(图2)、可控硅负载部分，如图3 的波形变化以及过零脉冲和单片机控制脉冲的产生示意图。波形1是图2中 输入电压220V、 50HZ经220: 9变压器变压后得到的9V、 50HZ交流电，波形 2是图2中波形1经整流桥8后而得到100HZ的脉动直流电压，波形3是图2 中波形2过零时在三极管11集电极输出的100HZ的与输入电压同步的过零脉 冲，波形4是图3中220V的输入电压经整流桥14后在可控硅15阳极的输出 波形，波形5是图3中单片机1控制引脚4输出的电压经反相器16后输出的 IOOHZ的触发脉冲。图中a是可控硅延时的控制角，e是可控硅的导通角，电 风扇在可控硅的控制角区域不能获得功率，当可控硅经触发脉冲触发导通后， 电风扇在可控硅的导通角区域里能得到功率。
权利要求
1. 一种电风扇的调速控制系统，包括单片机，可控硅负载电路，按键输入电路，其特征是还包括采集环境温度值的温度传感器电路和检测过零信号的过零检测电路，单片机分别与温度传感器电路、过零检测电路、可控硅负载电路、按键输入电路，显示输出电路连接，单片机利用外部中断程序在控制引脚上输出精确的延时控制信号，实时地控制可控硅的导通角大小来控制电源的输出功率。
2、根据权利要求1所述的电风扇的调速控制系统，其特征是过零检 测电路中，与交流电压相连的变压器的输出端连接至整流桥的输入，整流桥 输出端一端直接接地，另一端通过两个分压电阻后再接地，两个电阻的连接 点接三级管的基极，三极管的射极接地，集电极通过电阻接至5V电源，三极 管的集电极输出接至单片机的外部中断引脚，当交流电压过零时，三极管集 电极输出一个过零脉冲信号给单片机的外部中断引脚。
3、 根据权利要求l所述的电风扇的调速控制系统，其特征是所述可控 硅负载电路中，交流电通过串接一个电风扇插座后接至整流桥的两输入端， 整流桥两输出端分别接至单向可控硅的阴阳极，可控硅的阴极接地，可控硅 的控制极连接到一个反相器的输出端，反相器的输入信号来自单片机的控制引脚，整流桥将50HZ交流电压变成100HZ的脉动直流电压，单片机在其控制引脚上输出精确的延时控制信号触发单向可控硅，使单向可控硅在脉动直流 电压的每个周期内以对应的导通角导通，使电风扇获得对应的电源功率。
4、 根据权利要求1所述的电风扇的调速控制系统的控制方法，其特征是所述单片机接受温度传感器电路传回的环境温度值，在外部中断程序中，当 环境温度值高于用户设定的保持温度值时，单片机实时增加可控硅的导通角， 增大电源的输出功率，从而增大电风扇的转速，反之则减小电源输出功率， 减小电风扇转速。
5、 根据权利要求1所述的电风扇的调速控制系统的控制方法，其特征是-用户通过按增大键和减小键来无级地改变可控硅的导通角大小，无级改变电 风扇的转速。
全文摘要
本发明涉及一种根据周围的环境温度值和用户设定的保持温度值来自动和手动无级调节电风扇转速的控制系统。本发明在自动调速模式中，过零检测电路输出输入电压的过零信号给单片机，单片机以此信号为时间参考点，利用单向可控硅的快速开关特性，延时一定时间后，输出一个控制电平使可控硅导通。根据温度传感器电路采集的环境温度值与用户设定的保持温度值的比较结果，单片机通过改变单向可控硅的导通角来自动调节交流电源的输出功率，自动调节电风扇的转速，使环境温度维持在用户设定的保持温度上。在手动模式下，用户可以利用输入按键与输出显示电路进行电风扇的手动无级调速。本发明电路稳定，结构简单，控制精度高。
文档编号G05D13/66GK101265916SQ200810031269
公开日2008年9月17日 申请日期2008年5月12日 优先权日2008年5月12日
发明者岸 李, 岳 胡, 邓宏贵, 魏晨曦 申请人:中南大学