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，實現(xiàn)風(fēng)扇隨室溫、人體位置遠(yuǎn)近等條件變化而自動調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速及自動追蹤人體的功能。同時也可通過無線遙控模塊控制齒輪轉(zhuǎn)動，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，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，可實現(xiàn)風(fēng)扇隨周圍環(huán)境溫濕度變化而自動調(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，將信號傳入單片機(jī)，可實現(xiàn)風(fēng)扇隨人群變動而智能追蹤人群進(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，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，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控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)遙控追蹤模式，更體現(xiàn)了產(chǎn)品的人性化。底部齒輪造價較低，耐磨性強(qiáng)，質(zhì)量輕便，性價比較高。

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電路，單片機(jī)程序開始運(yùn)行，同時本作品結(jié)合多種傳感器來實現(xiàn)以下四種功能。

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

功能四：利用無線遙控裝置，實現(xiàn)遙控追蹤模式。

3 設(shè)計原理：

風(fēng)扇利用紅外傳感器感知周圍區(qū)域的熱信號，自動追蹤用戶位置，當(dāng)用戶出現(xiàn)在風(fēng)扇覆蓋范圍內(nèi)時，自動開始將冷風(fēng)吹向他們。如果發(fā)現(xiàn)房間中不止一個人，那么馬上會調(diào)整方向讓冷風(fēng)輪流對著每一個人吹，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，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，風(fēng)速增加，檢測到周圍環(huán)境的溫度降低時，風(fēng)速減少，睡眠時風(fēng)扇根據(jù)識別，自動調(diào)動到睡眠風(fēng)，滿足人的生理需求，以實現(xiàn)處于不同溫度值時，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追蹤模式和無線遙控模塊的手動追蹤模式的相結(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)時往往定向轉(zhuǎn)動，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.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)練計劃項目（項目編號201510448033）的資助。

TM925.11

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1003-5168（2015）11-018-01