李鑫鑫 王志坤 孫如軍

（ 德州學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，山東 德州 253023 ）

基于多種傳感器智能控制的風(fēng)扇

李鑫鑫 王志坤 孫如軍

（ 德州學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，山東 德州 253023 ）

針對目前市場上的風(fēng)扇功能單一、耗電量大、無法根據(jù)人的位置達(dá)到全方位的吹風(fēng)效果等問題，設(shè)計(jì)出一款基于多種傳感器智能控制的風(fēng)扇。該風(fēng)扇利用單片機(jī)智能控制多種傳感器，實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇隨室溫、人體位置遠(yuǎn)近等條件變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速及自動(dòng)追蹤人體的功能。同時(shí)也可通過無線遙控模塊控制齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，直接鎖定人體進(jìn)行吹風(fēng)。

單片機(jī)；多種傳感器；智能控制；自動(dòng)追蹤；無線遙控

1 系統(tǒng)簡介

1.1 作品結(jié)構(gòu)部分

這款基于多種傳感器智能控制的風(fēng)扇包括：型號為STC12C5A60S2的單片機(jī)控制系統(tǒng)、2272無線遙控模塊、穩(wěn)壓器、L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、扇葉電機(jī)、直流減速電機(jī)、溫濕度傳感器、超聲波測距傳感器、紅外傳感器、液晶顯示屏、扇葉、底座、主軸支架、齒輪。該風(fēng)扇整體采用分層堆疊結(jié)構(gòu)，共分3層，由一根主軸連接：第一層為轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)，第二層為控制結(jié)構(gòu)，第三層為感應(yīng)結(jié)構(gòu)，分層堆疊結(jié)構(gòu)的使用充分合理的利用空間，使風(fēng)扇整體結(jié)構(gòu)趨于完美，主軸為可伸縮性設(shè)計(jì)，可提高用戶對風(fēng)扇不同高度的需求。

1.2 多種傳感器

本作品使用了多種傳感器，其中包括溫濕度傳感器、超聲波測距傳感器和紅外傳感器，多種傳感器相結(jié)合共同實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的多種功能。利用溫濕度傳感器檢測風(fēng)扇周圍的溫濕度變化，單片機(jī)經(jīng)過加工處理這些信息后，可實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇隨周圍環(huán)境溫濕度變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的功能；利用超聲波測距傳感器檢測人體與風(fēng)扇位置信息，傳入單片機(jī)進(jìn)行加工處理，可實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇隨人體與風(fēng)扇位置遠(yuǎn)近而智能調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速；利用紅外傳感器追蹤風(fēng)扇周圍人群變動(dòng)，將信號傳入單片機(jī)，可實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇隨人群變動(dòng)而智能追蹤人群進(jìn)行吹風(fēng)。

1.3 底部齒輪結(jié)構(gòu)

本作品底座利用一個(gè)齒輪結(jié)構(gòu)，起到了減速定位的功能，并且主軸為可伸縮性設(shè)計(jì)，可提高用戶對風(fēng)扇不同高度的需求。單片機(jī)可根據(jù)傳感器收集的信息，智能控制齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使風(fēng)扇始終追蹤人體進(jìn)行吹風(fēng)，體現(xiàn)了作品的智能化和高效一體化。風(fēng)扇也可利用無線遙控模塊手動(dòng)控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)遙控追蹤模式，更體現(xiàn)了產(chǎn)品的人性化。底部齒輪造價(jià)較低，耐磨性強(qiáng)，質(zhì)量輕便，性價(jià)比較高。

1.4 外部中斷

采用非自鎖開關(guān)作為外部中斷觸發(fā)器，可在四種模式之間進(jìn)行切換，在單片機(jī)程序中具有主函數(shù)和四種模式的外部中斷子函數(shù)。在第一次觸發(fā)開關(guān)后，單片機(jī)調(diào)用模式一的子函數(shù)，控制風(fēng)扇隨周圍環(huán)境溫濕度變化而智能調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速；再次觸發(fā)開關(guān)后，單片機(jī)調(diào)用模式二的子函數(shù)，控制風(fēng)扇隨人體與風(fēng)扇距離遠(yuǎn)近而智能控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速；第三次觸發(fā)開關(guān)后，單片機(jī)調(diào)用模式三的子函數(shù)，控制風(fēng)扇自動(dòng)識別人群進(jìn)行吹風(fēng)；第四次觸發(fā)開關(guān)后，單片機(jī)調(diào)用模式四的子函數(shù)，通過遙控模塊控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)遙控追蹤人群進(jìn)行吹風(fēng)的功能。

2 技術(shù)方案：

打開基于多種傳感器智能控制風(fēng)扇的電源開關(guān)后，電壓經(jīng)穩(wěn)壓器處理后傳給整個(gè)電路，單片機(jī)程序開始運(yùn)行，同時(shí)本作品結(jié)合多種傳感器來實(shí)現(xiàn)以下四種功能。

功能一：隨溫濕度升高（降低），風(fēng)速自動(dòng)增大（減小）；功能二：隨距離增大（減?。?，風(fēng)速自動(dòng)增大 （減?。?；功能三：自動(dòng)識別人群，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)追蹤模式；

功能四：利用無線遙控裝置，實(shí)現(xiàn)遙控追蹤模式。

3 設(shè)計(jì)原理：

風(fēng)扇利用紅外傳感器感知周圍區(qū)域的熱信號，自動(dòng)追蹤用戶位置，當(dāng)用戶出現(xiàn)在風(fēng)扇覆蓋范圍內(nèi)時(shí)，自動(dòng)開始將冷風(fēng)吹向他們。如果發(fā)現(xiàn)房間中不止一個(gè)人，那么馬上會調(diào)整方向讓冷風(fēng)輪流對著每一個(gè)人吹，如果在一分鐘內(nèi)未在默認(rèn)覆蓋范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)人，它會自動(dòng)關(guān)閉并停止吹風(fēng)。

單片機(jī)作為控制平臺對風(fēng)扇轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，利用溫濕度傳感器來檢測周圍環(huán)境的溫度，單片機(jī)經(jīng)過加工處理這些信息，生成信號驅(qū)動(dòng)，控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。當(dāng)風(fēng)扇檢測到周圍環(huán)境的溫度升高時(shí)，風(fēng)速增加，檢測到周圍環(huán)境的溫度降低時(shí)，風(fēng)速減少，睡眠時(shí)風(fēng)扇根據(jù)識別，自動(dòng)調(diào)動(dòng)到睡眠風(fēng)，滿足人的生理需求，以實(shí)現(xiàn)處于不同溫度值時(shí)，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速自行調(diào)節(jié)的功能。

4 創(chuàng)新點(diǎn)

本作品在功能上便捷、節(jié)能、智能，在外觀上結(jié)構(gòu)合理、輕巧、靚麗。而且本作品設(shè)有多種模式，外部采用液晶屏幕進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，充分體現(xiàn)了產(chǎn)品的智能化。再加上紅外傳感器追蹤用戶的自動(dòng)追蹤模式和無線遙控模塊的手動(dòng)追蹤模式的相結(jié)合，使作品更加具有人性化。其次，本作品整體采用分層堆疊結(jié)構(gòu)，充分合理的利用空間，是風(fēng)扇整體結(jié)構(gòu)趨于完美。

5 作品應(yīng)用前景

本作品采用單片機(jī)智能控制充分體現(xiàn)了人們對人性化和智能化的追求，踐行了當(dāng)代大學(xué)生不斷創(chuàng)新的理念。目前市場上現(xiàn)有的幾款風(fēng)扇在吹風(fēng)時(shí)往往定向轉(zhuǎn)動(dòng)，此過程不僅耗電量大而且也無法根據(jù)人的位置達(dá)到全方位的吹風(fēng)效果，本作品不僅彌補(bǔ)了這些不足，填補(bǔ)了市場空白，而且智能化程度高，功能齊全，制作所需幾種傳感器較為常見，制作成本較低，擁有廣闊的市場應(yīng)用前景。

6 結(jié)束語

在基于多種傳感器智能控制的風(fēng)扇近三個(gè)月的研制過程中，我們克服了兩大難關(guān)，其一為單片機(jī)程序的創(chuàng)作，通過查詢大量的c語言資料以及向老師請教等多種途徑得以解決。其次為風(fēng)扇的整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，我們經(jīng)過多次嘗試，最終采用分層堆疊結(jié)構(gòu)，充分合理的利用空間，使風(fēng)扇整體結(jié)構(gòu)趨于完美。雖然本產(chǎn)品在市場上尚未得到普及，但我相信隨著產(chǎn)品的不斷完善，一定會在未來市場占有一席之地。

［1］王俊峰，孟令啟.現(xiàn)代傳感器應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社. 2007

［2］姜仲秋等主編.C語言程序設(shè)計(jì).南京大學(xué)出版社. 1998

［3］劉瑞新等.單片機(jī)原理及應(yīng)用教程.機(jī)械工業(yè)出版社. 2003

李鑫鑫（1994.12-），男，大學(xué)本科，研究方向：機(jī)械電子工程。

備注：本文系2015年地方高校國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號201510448033）的資助。

TM925.11

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1003-5168（2015）11-018-01