王鵬亮 ， 安國昊 ， 夏永祥

（甘肅機電職業(yè)技術(shù)學院，甘肅 天水 741001）

進入新世紀，我國倡導(dǎo)科技興國、創(chuàng)新發(fā)展，極大地帶動了國內(nèi)經(jīng)濟的發(fā)展，人民的生活水平逐步得到提高，尤其是家庭使用的生活物品，悄然發(fā)生著變化，智能化電子設(shè)備進入人們的生活，使得一些傳統(tǒng)的機械化電子設(shè)備逐漸退出歷史舞臺。課題組設(shè)計了一款基于Arduino加濕智能控制的臺式電風扇，詳細介紹了該電風扇的電路設(shè)計過程，通過系統(tǒng)傳感器電路、網(wǎng)絡(luò)模塊電路、加濕模塊電路、擺頭模塊電路的規(guī)劃設(shè)計，實現(xiàn)電風扇的智能化：智能開機、智能待機、智能空氣加濕、智能選擇風速和智能擺頭。本設(shè)計使電風扇給人們帶來更多的功能體驗，以滿足人們對電風扇新功能的需求。

1 主要電路設(shè)計

1.1 系統(tǒng)總電路規(guī)劃[1]

本課題組設(shè)計的智能加濕、擺頭電風扇，采用Arduino為集成電路主板。在Arduino 主板上集成有溫度及濕度監(jiān)測模塊、加濕模塊、智能擺頭模塊和WiFi模塊。各模塊之間通過Arduino微處理器進行控制協(xié)調(diào)，實現(xiàn)系統(tǒng)的智能開機、智能待機、智能空氣加濕、智能選擇風速和智能擺頭。本課題組設(shè)計的智能加濕、擺頭電風扇的整個電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能加濕、擺頭電風扇電路結(jié)構(gòu)圖

1.2 Arduino微處理器電路的設(shè)計[2]

Arduino主板采用STM32單片機作為整個系統(tǒng)的微處理器，微處理器是整個系統(tǒng)的組織、控制和運算中心，是整個系統(tǒng)的大腦。Arduino微處理器電路示意圖如圖2所示。Arduino主板上集成的各個電路模塊在微處理器系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、組織和控制下正常進行工作，實現(xiàn)系統(tǒng)的各項功能。Arduino微處理器電路設(shè)計框架如圖3所示。

圖2 Arduino微處理器電路示意圖

圖3 Arduino微處理器電路設(shè)計框架圖

1.3 傳感器電路的設(shè)計[2]

傳感器電路設(shè)計與實現(xiàn)主要包括溫度傳感器電路、濕度傳感器電路。傳感器電路主要用于檢測、采集外界數(shù)據(jù)信號，并將采集的模擬信號通過A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為具體對應(yīng)的電信號，再將轉(zhuǎn)換后的電信號傳輸?shù)紸rduino微處理器進行處理，Arduino微處理器接收到的具體電信號的強弱根據(jù)預(yù)案庫中事件處理機制自動做出不同的選擇和執(zhí)行結(jié)果，以實現(xiàn)智能電風扇的各項功能[3]。溫度、濕度監(jiān)測模塊電路設(shè)計示意圖如圖4所示。

圖4 溫度、濕度監(jiān)測模塊電路設(shè)計示意圖

1.4 PIR電路模塊設(shè)計

基于本課題組的電風扇集成有熱釋電紅外傳感器（PIR）模塊。該模塊能跟蹤和探測人體紅外線信號。該電路模塊能實現(xiàn)待機、關(guān)機和智能擺頭等功能。在電風扇開機正常轉(zhuǎn)動狀態(tài)下，如果PIR 模塊在4 min內(nèi)檢測不到人體紅外線，則電風扇會智能轉(zhuǎn)換為待機狀態(tài)，這樣不僅可以節(jié)約電能而且還可以增加電風扇的使用壽命。在待機狀態(tài)下，如果PIR 模塊感應(yīng)到人體紅外線信號，則根據(jù)紅外線信號來自的方向、強弱，自動調(diào)整擺頭方向以正對紅外線信號，然后將紅外線信號經(jīng)過調(diào)制器、A/D轉(zhuǎn)換器放大轉(zhuǎn)換為電流信號，然后將轉(zhuǎn)換的電流信號傳輸?shù)较到y(tǒng)Arduino微處理器，Arduino微處理器依據(jù)接收到的電信號的取值來判斷人的遠近和方位從而讓電風扇由待機狀態(tài)切換為工作狀態(tài)，風扇頭轉(zhuǎn)向人的方向，隨人體走動自動調(diào)整電風扇頭的方向，風扇頭始終正對著人[2]。PIR電路模塊框架示意圖如圖5所示。

圖5 PIR電路模塊框架示意圖

1.5 智能轉(zhuǎn)速調(diào)控電路設(shè)計

基于本課題組的電風扇集成有溫度傳感器模塊，它可采集室內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)。電風扇在工作狀態(tài)下，溫度傳感器模塊將采集到的溫度數(shù)據(jù)樣本轉(zhuǎn)換為具體電信號傳輸給Arduino處理系統(tǒng)，當采集的溫度值高于設(shè)置的自啟溫度值（預(yù)先設(shè)置）時，則Arduino處理系統(tǒng)依據(jù)接收到的該電信號強弱與人體舒適度所需風力來自動調(diào)節(jié)變頻發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，模擬適宜的自然風，給人創(chuàng)造一個舒適的室內(nèi)環(huán)境[4-5]。智能轉(zhuǎn)速調(diào)控電路設(shè)計框架如圖4所示。

1.6 智能加濕模塊電路設(shè)計

基于本課題組的電風扇集成有濕度傳感器檢測模塊。在電風扇處于工作狀態(tài)下，濕度傳感器將采集到的濕度數(shù)據(jù)樣本轉(zhuǎn)換為具體電信號傳輸給Arduino處理系統(tǒng)，當采集的濕度值低于或等于設(shè)置的自啟濕度值（預(yù)先設(shè)置）時，則Arduino處理系統(tǒng)依據(jù)接收到的該電信號強弱來自動智能化調(diào)節(jié)加濕模塊的功率大小，利用高頻振蕩1.7 Hz頻率超聲波將水霧化并擴散出去，不僅能使空氣濕潤而且在夏季能讓電風扇吹出來的風更加涼爽。智能加濕模塊電路設(shè)計框架如圖4所示。

1.7 WiFi模塊電路設(shè)計

WiFi模塊設(shè)計與實現(xiàn)主要包括射頻識別模塊（RFID）的集成與調(diào)試，用于檢測、跟蹤、匹配和控制網(wǎng)絡(luò)無線信號，用于遠程控制智能電風扇。

1.8 驅(qū)動電路的設(shè)計

驅(qū)動電路主要負責繼電器等部件的驅(qū)動工作，為確保繼電器工作的穩(wěn)定性和準確性，需要在該電路中加入相應(yīng)模塊以增強電路的抗干擾能力。

2 結(jié)語

我國一直強調(diào)科技強國、創(chuàng)新發(fā)展。習近平總書記也多次強調(diào)：“要著力實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，抓住了創(chuàng)新，就抓住了牽動經(jīng)濟社會發(fā)展全局的‘牛鼻子’……通過創(chuàng)新培育發(fā)展新動力、塑造更多發(fā)揮先發(fā)優(yōu)勢的引領(lǐng)型發(fā)展?！盵6]因此，應(yīng)謹記習近平總書記的教導(dǎo)，在學習、工作、研發(fā)中都要做到創(chuàng)新、突破。本課題組就是結(jié)合電子技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在傳統(tǒng)風扇的基礎(chǔ)功能上進行了改良、突破，實現(xiàn)電風扇的智能化，為人們使用電風扇帶來更多的功能體驗，更加人性化。