注：本作品为首届立创商城电子制作节15强作品之一，经作者授权发布并标注原创，转载请注明，未经允许不得用作商业用途。原文链接：http://club.szlcsc.com/article/details_491_1.html
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现带大家回顾一下首届立创商城电子制作节的15强作品之一《家用风扇温控/手动同步调速插座》：
一. 作品简介作品催生于以下几个方面：
1.家里小孩微微发烧，不敢开空调，又不能直吹风扇，开摇头1档，还是感觉风力大了。不开风扇，夏季酷热无风还真是折腾！
2.冷暖交替季节，晚上睡觉，无风，吹风扇半夜又容易受凉，风扇定时旋钮不能根据温度自动关闭风扇，折腾！
3.办公室有规定，早上不能开空调，酷热天，直吹风扇也不舒服。
4.淘宝上找不到带温控的风扇调速插座！
于是就萌生了改进风扇调速插座的想法，作品中使用可控硅进行风扇调速功能，同时增加了热敏电阻实时采样环境温度，如此就可以用于低温条件下自动关闭风扇。有了这两大块功能，软件就可以做出梦寐以求的效果：模拟自然风！！
作为家用风扇调速，就应该满足大部分使用场合，因此产品设置了如下几个功能模式：
1）手动调速模式：用于人为手动干预自动调节风力大小，解决风扇死板的三档调速问题；
2）温度恒速模式：根据温度上下限进行自动调节风力大小；
3）模拟自然风模式：采用正弦波应用到风力大小调节上，模拟自然风效果，提高舒适度；
实测效果感触：吹风扇就跟坐在树荫底下微风徐徐一样，孩子再也不怕着凉了，晚上睡觉也非常舒服，夏季开着风扇晚上自动根据环境温度自适应调整风速，低温时候自动关闭，冷暖呵护，舒服！！
现在作品开发用途仅仅是针对风扇无极调速并模拟自然风，后续采用可控硅并联扩流，将插座功能普及化，做成智能插座，可以实现更多功能，比如：
1）返璞归真，不进行斩波控制，还原普通插座功能，想带什么负载就什么负载；
2）定时功能，可以定时烧水，定时关灯，定时关电视，定时关充电器等等；
3）预约开电功能；
4）风扇风速0~180度根据用户自定义曲线进行风速控制，随心随意让风扇风速吹出满意的自然风。
二. 作品亮点市场上产品良莠不齐，好产品价格不亲民，低价产品功能阉割，除了变频，随意改变风扇风速的另一个手段就是采用可控硅控制，而且这种方案价格低廉，容易接受。可控硅导通后过零自然关断，总所周知，市电正负半波上指定角度触发即可改变输出电压有效值，进而达到调节风扇风速作用。同样是可控硅控制，同样是风扇调速，但是加入特殊软件算法后，小作品也可以实现大作用！！
本作品亮点有：
1. 技术上，作品中采用UPS市电锁频锁相方式进行移相触发可控硅导通，实现了任意角度（0~360度）实时触发可控硅作用。有个这技术，就可以随意控制风扇风速大小，进而使得风扇吹出接近自然风的风速风力，而且这技术使得可控硅触发精度非常精准！！
（题外话：没学过控制算法的，基本上都会用电压过零进行定时器控制，例如市电电压过零延迟1ms后触发可控硅，这种方法固然可以控制，但是不尽人意。市电频率是实时改变的，前一周期电压过零点与下一周期过零点会有几百us偏差，这种普通算法就不能随心所欲控制风精度）
2. 创新性：
1）作品通过软件控制算法模拟自然风去控制风扇风速，使得风扇吹风更加舒适；（加入自定义曲线，用户可以随意设置符合自己需求的自然风风扇，更加人性化！）
2）手动调速模式能够解决普通风扇不能任意调速的诟病；
3）加入温度控制，低温时自动关闭风扇，使得吹风入眠更加舒适；
4）优化软件算法，使得程序运行更加快速，控制更加得心应手；
5）低成本：作品成本低廉，适合市场推广。
三. 系统构架图参赛作品的PCB构成图（当做鼻祖吧）：
系统构成图：
它是插座，因此你可以把它当做普通插座使用。加入了软件算法后，它就如同如虎添翼，可以实现更多的意想不到的功能，但是现在它仅仅作为风扇调速插座进行参赛，后期扩展软件功能后，它将不再不仅仅是风扇调速插座，而是智能插座了！！
四. 原理图
（备注：R26、R27为手工焊接进去）
实现原理：
1.LNK623PG电源部分用于产生5Vdc/500mA工作电源，该电压经过CJA1117-3.3V降到系统工作电压3.3V;
2.EL817用于市电过零采样，采样脉冲经过LPC822进行市电同步；
3.FJ3361BH用于人机界面显示；
4.BT136S双向可控硅采用MOC3023光耦驱动，驱动信号为200us同步脉冲；
5.采用电位器进行手动风速调节，同时增加按钮，用于系统参数设置以及模式切换；
6.T1为热敏电阻，这里必须将热敏电阻受温部分引出到外部，避免受到插座内部温度的影响；
系统工作过程：
LPC822实时采样环境温度、市电过零信号，同时同步输出Trac可控硅驱动信号，控制外部电压的斩波状态。
五. 材料清单关键元器件：
1.高频变压器拆卸于通用手机充电器，如果有条件也可以自己绕制。
2.LPC822M101JDH20单片机【改PCB板可直接用立创商城的LPC824M201JHI33E（￥5.06）替代】
（以下器件均在立创商城采购）
3.3段式LED数码管显示： FJ3361BH（￥2.18）
4. EL817光耦（￥0.309）
5. CJA1117-3.3V稳压管（￥0.644）
6. NPN三极管S9013W（￥0.136）
7. 光耦驱动MOC3023（￥1.69）
8. 双向可控硅BT136S（￥1.00）
9. 电位器R09-C103-3P(5K)（￥0.694）
10.热敏电阻NTC 热敏电阻/MF52 100K ±1%（￥0.215）
11. 抑制管P6KE200A（￥0.298）
12. 电源管理芯片LNK623DG-TL（￥2.84）
关键元器件共计：￥15.0660
除此之外，PCB板打样，外壳，一些常用电阻电容，￥35可以侧地拿下硬件（除了变压器，立创商城制版焊接可以一条龙服务）。
六. PCB实物图
1. 市电同步锁相锁频原理：
想希望可控硅按照我们预期的导通角进行导通，就需要对市电采样波形进行同步，同步方式有很多种，早期UPS里面常常采用VCO的方法，现代数字技术的发展已经很少采用这种方法了，取而代之的是直接采样过零点脉冲，然后使用定时器做同步，学过自动控制原理的应该知道，这个过程其实就是设计一个随动系统。
1）首先，你得有基本电压过零脉冲波形：
2）接着你的MCU必须有1路定时器，如果有2路定时器，那么同步效果就更好；
参考点均是电压波形的过零点，实时同步的结果是定时器虚拟的中断应该与参考点波形一致，达到稳态结果。但问题是这么多脉冲波形，直接取电压过零点作为参考点？答案是否定的！！我们只以单个周波进行比较匹配，但是记住比较误差值不是定时器虚拟波形的上升沿-参考波形的上升沿 或者这两者的下降沿，这样计算得到的误差值也是可以用，但是MCU的定时器计数值都是无符号整型的，这么相减就有可能得到负数值，对处理结果只会加大难度！！
正确的做法是使两者波形误差达到180°，例如：取定时器虚拟波形上升沿 - 参考波形的下降沿 = 半波周期值
这样你也可以随意设定所需要的相位误差值（该值即为自动控制原理的基准值），然后经过PID控制定时器周期进行同步参考波形了。
测试实际同步波形如下：
设定参考相位点为45°后：
2. 可控硅调试过程：
独钓千古愁提示用MOC3021替代TLP525G！这个结果是错误的，调试半天还是不出波形，采用反并联可控硅也还是不行，折腾了一天，更换光耦驱动为MOC3023完美输出斩波波形：
（注：为了配合按键高度，把LED数码管使用废旧PCB抬高！)
手动模式下，显示屏显示手动调节角度，可调角度为0~180度，实测结果如下：
接入55W落地扇，调试风扇到1档，接着调节相位角0~150任意调节，风扇风速明显可以改变！等装到外壳里面后，估计就漂亮了！！
3. 3种工作模式算法：
该产品结合赵工的意见以及实际应用情况，设置为3种模式：
1）手动调速模式：
该模式直接手动控制可控硅导通角，从0°~150°全可控触发，触发脉冲时长为100uS，触发完成后立即关闭触发信号，正负半波分别触发，如此得到半周期10ms全可控斩波，风扇速度也就全控了。
说明：由于触发时间为100us，从150度后会影响正负半波交叉点，因此这里只做到0~150度触发，实际测试结果150度已经接近关闭，满足要求！！
2）温度恒速模式：
该模式分为3个控制区间：
温度低于TL时，关闭风扇；
温度高于TH时，全速运行风扇；
温度∈[TH ,TL]时，计算公式： (TH - TL)/100 = (t - TL)/Radio ，解出Radio即可得到控制风扇速度！！
3）模拟自然风模式：
规律性的风速我归结为正弦波算法，所不同的是周期不一致。上面所绘制的控制算法正半波与负半波时间是可以随便设定的，单位为秒。算法如下：
①温度低于TL时，停止风扇；
②温度高于TH时，风速峰值 = 100%；
③温度∈[TH ,TL]时，计算公式： (TH - TL)/100 = (t - TL)/Radio ，解得到该环境温度下的风速峰值；
程序初始化时，根据正半波设置周期时间生成正弦表，接着按照正弦表-时间轴进行间歇性往复运行：缓慢加速到风速峰值---->缓慢减速到风速峰值------>停止运行负半波设定时间周期---------
4. 热敏电阻采样程序：
热敏电阻采样都是通过B值计算得到测试的温度，关键点是如何快速？
这里用到了fast_log函数：
static float fast_log(float val)
{
int x = *(int *)&val;
register float log_2 = ((float)(((x >> 23) & 255) - 128)) * 0.693147181f;
x &= 0x807FFFFF;
x = 0x3F800000;
val = *(float *)&x;
log_2 = ((-0.232778773f) * val 1.38629436f) * val - 0.456588242f;
return (log_2);
}
实际测测试比C语言的log速度快5~7倍。
5) 模拟自然风程序中需要计算三角函数，如果采用C语言的库，那么势必也会减缓系统运行速度，这里使用CORDIC迭代求正余弦，实际测试非常理想，详细的介绍见：
http://www.cnblogs.com/huangqiwei/p/4177067.html
八. 操作说明系统支持3种模式：
“E 0”为手动调速；“E 1”为温度恒速；“E 2”为模拟自然风；
手动模式下LED数码显示纯数字，模式菜单下显示“E 0”字样，剩下的4个菜单页显示的是：温度上限设置、温度下限设置、模拟自然风运行时间、模拟自然风停止时间。
有兴趣的同仁可以借鉴：http://v.youku.com/v_show/id_XMTc3OTM1NDk4MA==.html
￥14买了一个定时器控制器插座，把里面的垃圾器件去掉，只要外壳，然后把我的板子整进去：
大功告成！
九. 总结DIY体会：
“要么忙着活，要么忙着死”，总是把工作忙挂在嘴边，有新想法后跟别人分享，但是自己却没有亲自去动手，隔几天后想法变成死法，沉寂在天天加班的轮回旋律中。生活中缺少了DIY能力，工作上习惯于公司布置项目，然后整日整夜加班忙于老板的项目，如此的我们容易迷失生活中的自我。如果你有想法，你有创造力，那么挤出一点时间去DIY吧！拖到明天你永远别想拥有自己的作品。
作品未来规划：
1.将LED显示数码管替换为OLED屏，并联可控硅扩流，扩展插座功能，未来智能插座会具备如下功能：
a）定时功能：适用于定时烧水壶、定时煮饭、定时吹风等用户；
b）预约功能：预约功能用于早晨自动煮粥，自动开启电视，或者自动开灯等；
c）开关功能：模拟插座上的开关按键，恢复插座普通的任意带负载功能；
d）风扇功能：增加用户自定义风速-时间曲线，让用户随心所欲自定义自己心目中的自然风，比如梯形变化风速、三角波变化风速、双曲线变化风速等等；最高理想是随意在屏幕上绘制曲线，风扇按照曲线吹出曲线变化的风速；
2.后续继续完善作品，并做成产品，适用一个月后就发布到淘宝网上，惠民价格，科技改变生活!!
给主办方立创商城的建议：
生活中很多产品还有有待于我们去改进，如果一味以技术热点来评判，势必会忽略许多优秀的作品。好的产品就应该是用来改善生活质量，造福百姓！
注：作者原帖有更详细的制作细节和资料下载以及讨论，作者后来还推出了改进方案，有兴趣的朋友可到原帖查看：http://club.szlcsc.com/article/details_491_1.html
「关于」立创商城（WWW.SZLCSC.COM）成立于2011年，致力于为客户提供一站式电子元器件线上采购服务，成交量全国领先。自建6000多平米现代化元器件仓库，现货库存超40000种。本文由立创商城原创，转载请注明出处。
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