手动/自动全屋阁楼风扇控制器

描述

（写完故事后会出现额外的项目照片）

该项目将大功率 3 速落地扇重新用作全屋阁楼风扇的新角色。风扇电源是通过构建一个连接到继电器开关的主动模式 PNP 电路来提供的，该继电器开关由氩微控制器供电。风扇在整个房子里循环空气，集中到一个装有风扇的定制天花板隔间，风扇将空气吹入阁楼空间，然后通过打开的车库窗户排出。

氩气被编程为手动和自动风扇控制操作。手动模式的操作就像一个通断开关。自动模式在打开风扇之前会持续检查内部温度或湿度是否超过其设定的阈值。单独的 OLED 屏幕显示编程的菜单按钮选项，以导航和选择所需的模式。

PROJECT DEVELOPMENT & TIMELINE

开发实际上是在 7 月 6 日新兵训练营开始之前开始的。该项目的第一步是建造一个胶合板隔间，将风扇安装在现有的沼泽冷却器风管室内。5月下旬开始隔间建设，9月下旬完成，风机成功安装到完工的隔间内。完成隔间后，开始进行风扇冷却测试，以确认房屋可以在晚上、通宵和早上舒适地冷却下来。风扇测试从 9 月 24 日至 27 日延长。结果是成功的，通常在一夜之间将温度降低 9-10 度，到第二天早上大约 10-11A，当时窗户关闭并打开常规空调。

接下来，电路设计和电路编程从 9 月的最后一周开始，从实验手册电路图开始，完成初稿 Fritzing 电路图，然后是最初的实验手册 OLED 显示器布局。面包板电路布线于 9 月底完成第一稿 Fritzing 图后开始。在 10 月的第一周，进行了更多的施工和测试，以建造 15 英尺长的延长线，从附近的炉柜出口到位于走廊天花板附近的风扇隔间供电。在第二周，完成了第一个配置面包板电路，随后是初稿编程逻辑修订。C++ 程序逻辑修订、调试、测试和文档持续到第三周和第四周（见上文，“修改”部分 ) 以确保电路和按钮编程按照规格工作。在第三周，我创建了 Github 存储库 (AT-AtticFanController) 来推送驱动程序 AtticFanController 的完整独立版本。

完成工作面包板电路后，我开始相关工作以完成电路的最后部分：拼接延长线并将拼接端焊接到连接到 COM 和继电器开关上的 NO 连接（连接到面包板电路）。将面包板连接到 A/C 电路后，我确认在 11 月 6 日之前完全完成的电路可以在手动和自动模式下工作。这需要将电话线适配器电缆从炉柜电源板插座插入微控制器以供电给Argon供电，以及将风扇新建的电源线连接到电源板中​​，为风扇供电，从而完成整个电路。该项目的最后阶段，为 13 英尺外露电源线建造和安装 PVC 护套，

ATTIC FAN COMPARTMENT CONSTRUCTION

风扇隔间建造是该项目的第一步，首先设计几乎相同的两件式纸板，以构建纸板隔间模型。事实证明，这种方法非常适合有效地校正和完成最终尺寸，以尽可能紧密地安装风扇，从而最大限度地减少风扇振动，同时最大限度地减少风扇和隔间硬件部件的压力。模型设计还包括将隔间置于现有沼泽冷却器检修室中心的最终尺寸。该室被切割并安装在侧通风冷却空气出口导管金属板下方，该金属板连接到移除的沼泽冷却器主外壳隔间，该隔间又安装在阁楼空间内。在仍然完好的沼泽冷却器的另一边'

完成的隔间尺寸约为 2 英尺长 x 2 英尺宽。其高度从隔间周边的 4 英寸到隔间与检修室的矩形界面处的 8 英寸不等。四个隔间侧件和两个成角度的顶件（从隔间的东西侧件延伸到相应的检修室长尺寸侧）由 1/2"W 复合滦松板构成。每个隔间侧都附有加上2英寸的角（角）支架，并用1-1/4英寸的钢木螺钉加固。风扇内部衬有镀锌金属板，这是一种关键的结构增强材料，以减少风扇的振动，同时使风扇气密密封，以最大限度地提高通过隔间的强制空气。将风扇固定在适当位置的内部隔间支架是三个 4 英寸角撑，相邻连接在铰接隔间侧的底部，三个支架上铺设有穿孔的 3/4 英寸镀锌扁平系带（参见项目介绍照片）。另一根系带延伸到对面的单个 2 英寸角撑。该系带片构造成两段，允许拆卸风扇进行维护和清洁，并且可以通过释放连接到较小角度支架的蝶形螺母来拆卸，该支架将这种分段带系带固定到位。另一根系带延伸到对面的单个 2 英寸角撑。该系带片构造成两段，允许拆卸风扇进行维护和清洁，并且可以通过释放连接到较小角度支架的蝶形螺母来拆卸，该支架将这种分段带系带固定到位。另一根系带延伸到对面的单个 2 英寸角撑。该系带片构造成两段，允许拆卸风扇进行维护和清洁，并且可以通过释放连接到较小角度支架的蝶形螺母来拆卸，该支架将这种分段带系带固定到位。

通过首先将 8 英寸宽的 3/4 英寸底漆松木与方头螺钉连接到现有的检修室镀锌板上，天花板检修室也得到了加固，以支撑风扇隔间。然后将这些松木长度用 3 英寸角撑固定在一起。然后，风扇隔间连接到这些加固的检修室支撑松木件，方法是滑动在木制风扇隔间件上方突出 6-10 英寸的金属板部分，并使用 3/4- 将隔间暴露的金属板固定到检修室中英寸钢木螺钉。2 英尺见方的检修门由 3/4 英寸的刨花板制成，通过一对 4 英寸长的门铰链固定在风扇隔间上，可实现宽幅摆动。检修门使用安全搭扣和 U 形螺栓固定关闭。使用孔眼 L 型钩将门固定打开。有关详细信息，请参阅硬件组件部分中标有“阁楼风扇隔间硬件”的参考项目，以及下面 OLED 显示屏幕部分之后的前两张照片。

ESSENTIAL PROJECT CIRCUIT COMPONENTS

这些是编程电路的组件：

1) 粒子氩微控制器

这是控制下面列出的构成项目电路的所有连接设备的处理单元。32 位主处理器以 64 MHz 运行，提供 WI-FI、蓝牙和蜂窝网络连接。拥有自己的操作系统，在全球范围内使用，并允许简单的原型到生产源代码选项。还具有用于与其他设备通信的扩展引脚配置，包括多达 20 个数字引脚、6 个模数转换引脚和多达 13 个模拟引脚。它采用 3.3 伏供电，具有可选的 5 伏容量（对本项目至关重要的功能）。

2) 黄色和红色按钮

按下时，这些按钮与氩气完成数字输入电路，以传达用户选择的操作模式，以及当前激活和停用的时间。黄色按钮操作手动模式，而红色按钮控制自动模式。

3）SSD 1306 OLED显示屏（Adafruit）

该接口设备配有自己的可编程子程序库，可将所有重要信息传达给用户。它具有用于选择操作模式（手动或自动）的菜单驱动屏幕、温度和湿度的当前 BME 传感器读数（及其自动触发风扇操作的编程阈值）以及操作期间的错误按钮按下消息。该显示屏大约为 3/4"x1"，使用 I2C 串行通信协议（受 BME 传感器的从属）。在这个项目中，显示器以纵向模式编程，最多 16 行，每行 10 个字符，总共 160 个可显示字符。

4) BME 280 传感器（Adafruit）

这个微型设备（约 1/2" 方形）还具有完整的可编程程序库，具有温度（摄氏度）、湿度和气压的传感能力。对于这个项目，它的 I2C 串行通信数据和时钟引脚直接从动来自 Argon 相应的 SDA（数据）和 SCL（时钟）引脚。它具有快速、可靠的传感能力。

5）继电器开关（单）

此开关用于从微控制器安全地控制电气设备，例如需要更高电流或更高电压的阁楼风扇。该开关包含一个电磁控制线圈，与由氩气上的数字引脚供电的开关接触，该开关从氩气上关闭电路。

6）PNP晶体管2N3906

这种双极结型晶体管由夹在两个 P 型半导体材料（具有多余的带正电粒子）之间的单个 N 型半导体材料（具有多余的带负电荷的载流子电子）组成，引线（腿）连接到每个部分。中间引线是基极，外引线称为集电极和发射极。该晶体管有两个 PN 结：基极 - 集电极和基极 - 发射极。晶体管通常用作集成电路的开关，但该项目电路将其用作电流放大器，为继电器开关提供电流。

HOW THE PROJECT CIRCUIT WORKS

激活阁楼风扇在很大程度上取决于输入电路内通过晶体管和输出电路产生的电流并流向继电器开关。电路的基极-发射极结对于产生电流至关重要。在这个项目电路中，手动按钮按下或自动激活从数字引脚 (D7) 发送输出电流。该电流被较小量的电压（测量为略低于 3V）沿其电路推向晶体管的基极引线，此时此非常小的电流与由 Argon 的 VUSB 引脚（测量为 5V）推动的更高电流结合在一起晶体管的基极-发射极结，到发射极引线，最后到继电器开关处的 IN 连接器。

从那里，电路与为阁楼风扇提供空调电源的炉柜延长线连接起来。继电器开关从继电器开关的另一侧连接到延长线的热（黑色）线，连接到 COM（公共接地）和 NO（常开）连接器。当氩气电路打开时，电流从继电器开关通过这些连接器流向热线的两个拼接端，沿着这条线流向风扇电机，然后通过电源线的白色（返回）线返回到插座，以完全完成电路并为风扇供电。然后发生逆转：电流通过白线流入风扇，然后通过黑线（通过继电器开关连接）流出，同时返回出口。该空调循环每秒重复 60 次。

该项目的电路在 ACTIVE 模式下运行，其中晶体管用于放大基极 - 发射极结处的电流通过继电器开关。当基极-发射极结处的电压达到 0.7V（测量为 0.749V）并且只有非常小的基极电流与发射极电流相结合（在基极-发射极结处测量为 180 mV）时，可能会出现活动模式。发射极与基极电流之间的关系称为直流电流增益。典型比率可以在 50-200 之间变化，其中项目电路的计算电流为 138 mA。

BASIC BUTTON OPERATION

主要的编程重点是简单、一致的操作，其中手动和自动两种主要模式的工作方式相同。手动模式只是意味着按下黄色按钮立即打开风扇；再次按下相同的按钮会关闭风扇。自动模式意味着按下红色按钮可立即激活温度和湿度的连续阈值水平检查。在传感器检测到温度或湿度读数处于/高于阈值的任何时候，风扇都会打开。在读数低于两个阈值的任何时候，风扇都会关闭。再次按下红色按钮会立即停用阈值检查。目前在驱动程序中设置了阈值检查（高级版本将允许通过按下按钮来调整阈值，就像在恒温器上一样）。

OLED DISPLAY SCREENS

共有三个独立的 OLED 显示屏，并根据用户按钮的按下进行了编程激活。一对黄色按钮按下（用于打开和关闭风扇）显示相同的“手动”OLED 屏幕。按下一对红色按钮显示“自动”OLED 屏幕。任一模式屏幕都允许简单导航到备用模式。但是，第二次按下与第一次按下按钮相反的按钮会显示错误按下 OLED 屏幕。

各操作模式画面的布局说明如下：

一）MANUAL模式OLED屏

驱动程序启动时会出现此屏幕。从上到下，它由三个主要组件组成：

• 操作模式ID线，
• 模式导航标题行，
• 模式导航选项选择行（首先出现手动模式选择）。

以下是三个组件中每一行的详细分类：

1) 标题屏幕 ID 行，显示为：

“ * 手动的 * ”

2) 按钮颜色（左对齐）和操作模式标题标签（右对齐）：

" <按钮>

模式 ”

这种布局风格采用通常在单行上相邻放置的标题在两行上交错放置，以补偿 OLED 显示器的空间限制。按钮颜色标题由尖括号 <> 分隔，在视觉上将其与操作模式标题标签区分开来。

3) 与 MANUAL 模式关联的按钮颜色名称和操作模式开关名称：

" <黄色>

离开

手动的 ”

此布局继承了交错标题行的多个功能，包括对齐的标签和在其关联标题下对齐的标签、按钮颜色名称的尖括号，以及在单独的行上右对齐的两个开关名称以清晰关联。有效选择是“关闭”或“手动”，同时在按下按钮时突出显示活动选择“手动”。

4) AUTO 模式相关的按钮颜色名称和操作模式开关名称：

" <红色> 自动 "

此处的布局功能也继承了标题行的功能。这些也是有效的选择，其中一个可以通过按下红色按钮来激活。

II) AUTOMATIC 模式 OLED 屏幕

此模式使用整个 16 行来显示与模式相关的信息。从上到下，它由五个主要部分组成：

• 操作模式ID线，
• 模式导航标题行，
• 模式导航选项选择行（首先出现自动模式选择）
• BME 温度和湿度传感器数据：两个阈值设置的单独行，然后是两个传感器读数
• 与打开阁楼检修门和房窗以进行适当空气流通的准备相关的提醒说明

1) 标题屏幕 ID 行，显示为：

“ * 汽车 * ”

2) 按钮颜色（左对齐）和操作模式标题标签（右对齐）：

" <按钮>

模式 ”

3) AUTO 模式相关的按钮颜色名称和相对的操作模式开关：

“<红色>关”

按下按钮时激活的、突出显示的选择是 。

4) 与 MANUAL 模式关联的按钮颜色名称和操作模式开关名称：

" <黄色> "

5) 两行标题标签显示编程的温度和湿度设置，第三行显示它们的值：

“温度哼”

“设置”

“99 99”

6) 一行是摘要标题标签，用于显示温度和湿度设置的传感器读数，然后是第二行显示实际读数：

“ 传感器 ”

“99 99”

7) 用于提请注意和显示必要的准备相关职责的提醒说明的四行：

“！！！！！！”

“ 敞开 ”

《阁楼门》

" & 视窗 "

这些必要的准备步骤在自动模式下可能会被忽略，因为风扇可能不会立即启动（并作为最终提醒）。

III) ERROR 按下OLED屏幕

当两次连续按下的按钮颜色不匹配时，会出现此屏幕；实际上，用户在将初始操作模式切换为 ON 之后并没有正确地将其切换为 OFF。根据按下顺序，会出现两个单独的错误屏幕之一：

1) 如果第一次按下黄色按钮 2) 如果第一次按下红色按钮

启动手动模式，然后启动自动模式，然后启动

按下红色按钮（自动模式），按下黄色按钮（手动

屏幕出现：模式），此屏幕出现：

“按”“按”

“黄色”“红色”

" 按钮 " " 按钮 "

“到”“到”

“返回”“返回”

“到”“到”

“手动”“自动”

“模式”“模式”

在任何一种情况下，按照说明将用户返回到先前的操作模式和切换位置。

FAN COMPARTMENT:

OLED SCREEN DISPLAYS: