引言
目前市場上銷售的風扇主要是通過導線將轉速控制器和扇體連接起來，并且在使用的時候轉速控制器往往被固定在墻體上，不能夠實現隨時隨地的對風扇進行調控。同時由于采用導線連接方式進行調控風扇，必然會鋪設大量的線路，造成線路冗余和浪費。并且目前的絕大多數的電扇不具備根據外界環境智能調節轉速的功能，使得當前風扇的使用過于機械性。
本文設計一種可以遠程遙控風扇轉速，并且通過PIC單片機控制在外界一定溫度下扇體可以自能調控自身的轉速，達到用戶可以像遙控電視一樣遙控風扇，并且也不需要鋪設大量的尸體線路去連接轉速控制器和扇體。由于在扇體電路設計時，通過加入PIC單片機主控芯片智能的根據外界溫度（遙控器中傳送的溫度數據）自動控制轉速，大大節省了能源的利用，同時滿足用戶的需求。
1 系統硬件設計
由于PIC16F873A單片機是采用精簡指令集（RISC）和FLASH存儲技術的高性能嵌入式單片機。具有功耗小、運算速度快、外圍擴展能力強等突出優點。本系統設計分別采用兩片16F873PIC單片機對信號發射和接收控制電路的進行控制。
如圖1所示基于PIC智能遠程無線控制風扇系統設計系統框圖，主要包括遙控信號發射電路、信號接收控制電路兩個重要部分。遙控信號發生電路包括：溫度傳感器、紅外管發射電路、檔位控制鍵以及顯示部分等；信號接收控制電路主要包括：紅外接收電路、狀態指示電路、風扇電機轉速控制電路以及電壓轉換電路等。
圖1 智能遠程無線控制風扇系統設計系統框圖
1.1 遙控信號發射電路設計
如圖2所示PIC16F873A單片機控制的遙控器發射電路設計原理圖。該電路主要以PIC50單片機為主控核心，包括行列式鍵盤電路、LCD1602液晶顯示器、DS18B20溫度才傳感器、紅外發射電路等。
本電路由兩塊1.5V的干電池供電。PIC16F873A單片機內部帶有A/D轉換模塊，因此由DS18B20溫度傳感器采集來的數據可以直接由單片機進行分析，無需外加A/D轉換模塊。為了提高CPU的效率，遙控信號發射電路的鍵盤采用中斷掃描的方式。行列式鍵盤電55路是由7個按鍵和7個二極管組成“與門”實現。7個按鍵包括：開關鍵、智能調控轉速鍵和5個檔位控制鍵。當沒有按鍵按下時，單片機處于低功耗空閑等待狀態，當有鍵盤按下時，相應地二極管陰極電壓為零，二極管導通，同時觸發中斷1產生中斷，使單片機退出空閑狀態，進入紅外發射程序。由于單片機產生37.91KHz的PWM，PWM占空比設置為1/3。在紅外通信時通過P3.5口輸出37.91KHz的紅外載波信號，經過三極管放大，由紅外發射管發60射出去。電路是否處于工作狀態由D4發光二極管進行指示，同時電路工作時檔位控制以及外界溫度都可以在LCD1602中顯示。
圖2 遙控器發射電路設計原理圖
1.2 信號接收控制電路設計
如圖3所示PIC16F873A單片機控制的信號接收控制電路。該電路主要包括：風扇調速電路、交織電流轉換電路、紅外接收電路、單片機主控電路。遙控信號發射電路發射的紅外信號由信號接收電路接收傳遞給PIC16F873A單片機，單片機根據接收的不同信號進行風扇70不同工作狀態的處理。
由于風扇工作時的電壓為220V，單片機的工作需要5V的直流電源。因此在電路設計時為了減少外部電池的使用，設計了220V交流轉5V直流的電路。該電路核心器件是LM7805穩壓芯片為電路提供5V的穩定直流電壓，L1、L2、D12、D13構成全波整流電路，將工頻交流電轉換成具有直流成分的脈沖直流電，由于二極管具有單向導電性，起到開關的作用。
L3、L4、D14、D15、C5、C6、L5、R16構成濾波電路，將脈沖直流中的交流部分濾除，增加直流部分，電感電容起到濾波的作用。LM7805集成芯片、D16、C4、R15構成穩壓電路，對整流后的直流電壓采取進一步的穩壓，D16為輸出保護二極管，保護LM7805輸出級不被損壞。
本電路采用的紅外接收管型號為SFH4500。紅外接收管包括：紅外監測二極管、放大80器、限幅器、帶通濾波器、積分電路、比較器等。紅外監測二極管監測到紅外信號，然后把信號送到放大器和限幅器，限幅器把脈沖幅度控制在一定的水平，而不論紅外發射器和接收器的距離遠近。交流信號進入帶通濾波器，帶通濾波器可以通過30khz到85khz的負載波，通過解調電路和積分電路進入比較器，比較器輸出高低電平，還原出發射端的信號波形。
圖3 信號接收控制電路設計原理圖
風扇調速電路主要由橋式電路D1、光電耦合器6N137、SCR可控硅、三極管Q1等組成。PIC16F873A單片機產生可控硅控制的移相脈沖，通過改變相角實現導通角的改變，進90而改變輸出的電路的電壓，控制電扇的電機轉動。當導通角為0時電機停轉，導通角越大，風扇轉速越快。P1.6為低電平時Q1導通，6N137光耦導通進而控制風扇轉機電路。由于數字電平上下跳變時集成電路耗電發生突變，容易引起電源產生毛刺，通常對開關電源影響比線性電源大，因為開關電源在開關周期內不能響應電流突變，而僅由電容提供電流的變化部分。一般數字電路越復雜，數據速率越高，累積的電流跳變越強烈，高頻分量越豐富。采用95光耦有利于降低噪聲的干擾，提高信噪比。
2 軟件設計
2.1 遙控信號發射系統程序設計
PIC16F873A控制軟件在MPLAB環境下用C語言開發。在系統設計中首先要對系統進行初始化：A/D轉換、IO口設置等。在該系統軟件主要實現對鍵盤的中斷方式掃描、對100DS18B20溫度傳感器的數據采集、紅外發射信號脈沖的控制、PWM編碼、液晶顯示器顯示控制以及工作狀態指示燈控制等［7］。如圖4所示為遙控信號發射系統程序流程圖。
圖4 遙控信號發射系統程序流程圖
2.2 信號接收控制系統程序設計
在該系統中依然采用PIC16F873A單片機作為控制核心芯片。該系統軟件主要實現對紅外信號控制接收、處理信號控制風扇轉速（控制相角變化）、指示燈的控制等。如圖5所示信號接收系統程序流程圖。
圖5 信號接收系統程序流程圖
3 結論
利用PIC16F873A單片機作為主控核心器件，產生PWM脈沖信號控制紅外信號頻率以及PIC16F873A自身集成模數轉換模塊方便的實現數據的有效采集。還設計方案不僅有效解決了目前市場上常規風扇的眾多不足之處，可方便實現遠距離可控調節風扇，同時還可以實現風扇自身的智能調節，降低了能源的消耗。在本電路中設計的引入交直電流的轉換，實現了不同工作電壓器件，在同一電源下的順利安全工作，有效解決了不同規格電源選擇問題。該設計方案在滿足人們正常需求的同時，給人們的生活帶來了進一步的方便與經濟。