使用单片机实现电风扇应用设计是一个典型的嵌入式系统项目，涉及硬件选型、电路设计、软件编程和控制逻辑实现。以下是详细的实现步骤和关键点：

1. 硬件设计

核心器件选择

• 单片机 (MCU): 首选低成本、易开发的型号（如8051, PIC, STM32F0/F1系列, Arduino UNO/Nano）
• 电机类型：
  • 直流电机(有刷)： 适合基础设计，需H桥驱动（如L298N）
  • 无刷直流电机(BLDC)： 高效低噪，需专用驱动芯片（如DRV11873）
  • 交流电机(AC)： 需过零检测电路 + 双向可控硅（如BT136）
• 传感器：
  • 按键/旋钮（调速/开关）
  • 红外接收头（遥控）
  • DHT11温湿度传感器（自动调速）
• 人机交互：
  • LED指示灯/数码管（成本低）
  • LCD 1602/OLED（显示档位/温度）
• 驱动电路关键保护：
  • 光耦隔离（如PC817）防止干扰
  • 续流二极管（保护MOS管）
  • 保险丝 + 散热片（大功率场景）

2. 软件设计

核心功能函数

// PWM调速示例（STM32 HAL库）
void Set_Fan_Speed(uint8_t speed) {
  TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};
  sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
  sConfigOC.Pulse = speed * 10;  // 假设0-100档位对应0-1000脉冲值
  HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim3, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1);
}

// 温度控制逻辑
void Auto_Speed_Control(void) {
  float temp = DHT11_ReadTemp();
  if(temp > 30) TIM3->CCR1 = 900;      // 高温全速
  else if(temp > 25) TIM3->CCR1 = 600; // 中速
  else TIM3->CCR1 = 300;               // 低温低速
}

中断服务例程

// 按键中断调速（Keil C51）
void EXTI0_IRQHandler() interrupt 0 {
  static uint8_t level=0;
  level = (level+1) % 4;  // 4档循环
  P2 = fan_speed_level[level]; // 输出PWM信号到电机驱动
}

3. 关键电路设计

BLDC驱动电路示例

MCU GPIO -> PC817光耦 -> DRV11873 (PWM输入)
                         |
                         -> UVW三相输出 -> BLDC电机
                         |
12V电源 -> 100uF电容滤波

过零检测电路（AC电机）

AC 220V -> 1MΩ电阻降压 -> 4N25光耦 -> GPIO中断引脚
              ↓
          并联100nF电容

4. 安全与优化

• 硬件保护：
  • 电机输入端并联压敏电阻（防浪涌）
  • MOS管加装温度传感器（过热停机）
• 软件保护：

  // 软件看门狗
  IWDG_Init(4, 625);  // 4秒超时复位
  while(1) {
  IWDG_Refresh();
  // 主循环代码
  }

• EMC优化：
  • 电机电源线加磁环
  • PCB铺铜 + 退耦电容（每IC芯片0.1μF）

5. 高级功能拓展

调试要点

1. 电机启动问题：
   • 直流电机：初始PWM占空比需>30%（克服静摩擦）
   • BLDC：检查霍尔传感器相位顺序
2. 干扰处理：
   • 示波器检测电源纹波（>100mV需加强滤波）
   • 电机外壳接地减少EMI

开发板推荐

• 初学者： Arduino UNO + L298N模块（直流电机）
• 进阶： STM32F103C8T6 + IR2104驱动板（BLDC）
• 量产方案： 合泰HT66F004（内置PWM+ADC）

通过以上设计，可实现从基础调速到智能控制的完整风扇系统。实际开发中建议使用模块化设计，先实现核心调速功能，再逐步添加传感器和通信模块。