張雪俠，商 瑩，張金博

（陜西國(guó)際商貿(mào)學(xué)院 陜西 西安 712046）

基于單片機(jī)和藍(lán)牙技術(shù)的智能遙控風(fēng)扇的設(shè)計(jì)和研究

張雪俠，商 瑩，張金博

（陜西國(guó)際商貿(mào)學(xué)院 陜西 西安 712046）

該設(shè)計(jì)系統(tǒng)以STC15F2K61S2單片機(jī)為核心，將單片機(jī)、傳感器、藍(lán)牙和安卓系統(tǒng)等應(yīng)用到智能遙控風(fēng)扇的設(shè)計(jì)中。根據(jù)溫度傳感器來實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)溫度的采集，實(shí)現(xiàn)與設(shè)定溫度的比較，從而影響風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。同時(shí)，該系統(tǒng)根據(jù)紅外敏感元件檢測(cè)外界的人的因素，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的運(yùn)行或停止，即實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的智能控制。該設(shè)計(jì)還實(shí)現(xiàn)了藍(lán)牙和手機(jī)安卓系統(tǒng)的結(jié)合，利用軟件程序完成風(fēng)扇的遠(yuǎn)程操作和風(fēng)速控制。

STC15F2K61S2；溫度傳感器；智能遙控風(fēng)扇；藍(lán)牙

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，風(fēng)扇作為一種普通的家用電器，在考慮到其具有價(jià)格便宜、體積小、質(zhì)量輕、便于挪移等優(yōu)點(diǎn)之外，也應(yīng)當(dāng)提高風(fēng)扇的技術(shù)，從而提高其市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。常見風(fēng)扇大多采用手動(dòng)操作調(diào)速或控制開關(guān)，對(duì)室內(nèi)溫度無法檢測(cè)，僅僅根據(jù)人的實(shí)際操作完成電扇的控制，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)當(dāng)室內(nèi)空無一人時(shí)，風(fēng)扇依然開啟的情況，這樣不僅浪費(fèi)資源，也降低了風(fēng)扇的使用壽命。假如風(fēng)扇可以根據(jù)人的存在與否而適時(shí)的運(yùn)行或停止，并能夠檢測(cè)室內(nèi)溫度，根據(jù)人為設(shè)定的溫度來調(diào)整風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，將會(huì)使風(fēng)扇更貼近、便利我們的生活。將這些情況應(yīng)用于風(fēng)扇的控制系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的智能化[1-3]。

1 整體設(shè)計(jì)

針對(duì)目前風(fēng)扇的控制系統(tǒng)的缺陷，提出智能風(fēng)扇的設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的運(yùn)轉(zhuǎn)速度控制的細(xì)化和人性化，當(dāng)室溫達(dá)到或超過人為設(shè)定的溫度并且檢測(cè)到有人時(shí)，風(fēng)扇會(huì)自動(dòng)開啟，并且根據(jù)室溫的變化來改變風(fēng)速的大小；而當(dāng)室溫低于人為設(shè)定的溫度時(shí)或沒有人存在時(shí)，風(fēng)扇將自動(dòng)關(guān)閉。

通過對(duì)風(fēng)扇的控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，提出了智能風(fēng)扇的整體設(shè)計(jì)方法。本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)部分的功能：

1）風(fēng)速控制功能：根據(jù)設(shè)置的溫度實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，調(diào)節(jié)風(fēng)扇的風(fēng)速大小，達(dá)到更好的降溫效果。

2）遠(yuǎn)程遙控控制功能：通過手機(jī)安卓客戶端和藍(lán)牙技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離的控制風(fēng)扇的調(diào)速以及運(yùn)行和停止等運(yùn)作狀態(tài)。

3）實(shí)時(shí)溫度顯示功能：通過傳感器實(shí)現(xiàn)當(dāng)前環(huán)境溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并通過顯示終端顯示當(dāng)前的室內(nèi)溫度及設(shè)定的溫度，方便使用者參照室內(nèi)溫度來設(shè)定風(fēng)扇開啟時(shí)的溫度[4-7]。

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示，硬件部分由STC15F2K61S2單片機(jī)、紅外溫度傳感器及藍(lán)牙裝置組成。通過紅外溫度傳感器檢測(cè)人的存在，并將人的信息傳輸?shù)絊TC15F2K61S2單片機(jī)控制風(fēng)扇的啟動(dòng)或停止，同時(shí)當(dāng)風(fēng)扇啟動(dòng)時(shí)檢測(cè)室內(nèi)當(dāng)前溫度并在顯示屏上進(jìn)行顯示；通過藍(lán)牙模塊連接安卓客戶端，傳輸相應(yīng)信息控制風(fēng)扇，實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的遠(yuǎn)程控制。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)控制模塊

智能遙控風(fēng)扇采用STC15F2K61S2單片機(jī)作為核心控制器，控制并協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。設(shè)計(jì)中采用DS1302時(shí)鐘實(shí)時(shí)模塊實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)顯示和定時(shí)功能，通過DS1302提供給STC15F2K61S2單片機(jī)準(zhǔn)確的時(shí)間信息，由單片機(jī)控制定時(shí)程序，完成遙控智能風(fēng)扇的定時(shí)系統(tǒng)。DS1302芯片外接電路連接圖如圖2所示。

圖2 DS1302芯片硬件電路圖

通過DS1302的X2和X1引腳外接一個(gè)晶振電路，用來產(chǎn)生基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)，經(jīng)過分頻得到精確地秒信號(hào)，同時(shí)提高穩(wěn)定性和效率，達(dá)到定時(shí)功能。

2.2 溫度檢測(cè)反饋和顯示模塊

選擇DS18B20溫度傳感器實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫度的檢測(cè)。通過被屏蔽或?qū)Ψ瓷涔馐臋z測(cè)，光電傳感器循環(huán)掃描采集人體紅外信息，當(dāng)光電傳感器檢測(cè)到人的存在并達(dá)到人為設(shè)定的溫度時(shí)，將外界信息傳輸給STC15F2K61S2單片機(jī)，從而由STC15F2K61S2單片機(jī)控制開啟風(fēng)扇的指令。當(dāng)檢測(cè)不到人的存在并且這個(gè)狀態(tài)持續(xù)很長(zhǎng)一段時(shí)間時(shí)，風(fēng)扇自動(dòng)關(guān)閉以節(jié)省能源。

DS18B20和 DS1302將 溫 度 信 息 送 入 到STC15F2K61S2芯片，再經(jīng)過顯示模塊呈現(xiàn)當(dāng)前溫度和設(shè)定的溫度值。

DS18B20通過一條輸入線DQ實(shí)現(xiàn)其與單片機(jī)之間的信息傳遞，串聯(lián)一個(gè)10KΩ的電阻，然后將輸入端與單片機(jī)的P13口進(jìn)行連接，完成溫度信息的傳輸，而光電開關(guān)的OUT引腳與單片機(jī)的P32引腳相連。LCD5110的復(fù)位引腳RST與單片機(jī)P14口連接，DIN引腳作為數(shù)據(jù)輸入端與單片機(jī)P17口連接[8-13]。

2.3 電機(jī)控制模塊

電機(jī)的控制是整個(gè)控制系統(tǒng)中的一個(gè)重要的方面，它實(shí)現(xiàn)了風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的控制。單片機(jī)內(nèi)部自帶PWM模塊，STC15F2K61S2芯片從DS18B20獲取溫度信息，根據(jù)不同的設(shè)定溫度，輸出不同的PWM給驅(qū)動(dòng)模塊L298N，驅(qū)動(dòng)模塊L298N會(huì)有不同的PWM與轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)，L298N根據(jù)相應(yīng)的PWM使輸出端電壓發(fā)生改變，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的輸入電壓發(fā)生改變，將其傳輸給風(fēng)扇就可以控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，達(dá)到自己設(shè)定的溫度值，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速幾乎接近于無極變速。

驅(qū)動(dòng)模塊L298N的OUT1和OUT2分別作為風(fēng)扇的數(shù)據(jù)輸入端和輸出端，IN+和IN-這兩個(gè)引腳分別于電源和地線連接，而EN端與單片機(jī)的P13口連接，通過接收單片機(jī)輸出的PWM信號(hào)，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和停轉(zhuǎn)[14]。

2.4 藍(lán)牙技術(shù)控制模塊

在設(shè)計(jì)中植入了藍(lán)牙模塊，為此設(shè)計(jì)專門的安卓客戶端，使人們可以遠(yuǎn)程對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行遙控。要實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙模塊和單片機(jī)的通訊，藍(lán)牙模塊與單片機(jī)直接連接，并且與手機(jī)客戶端相互作用。將藍(lán)牙模塊中的TXD端與單片機(jī)中的RXD端連接，而藍(lán)牙模塊中的RXD端則與單片機(jī)中的TXD端連接，通過雙向通信的藍(lán)牙模塊作用給芯片和手機(jī)，通過藍(lán)牙傳輸給單片機(jī)采集到的數(shù)據(jù)，并且接收藍(lán)牙手機(jī)的反饋[15]。

藍(lán)牙模塊由硬件和軟件同時(shí)作用，可以通過手機(jī)控制風(fēng)扇的運(yùn)行，不僅可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇工作的定時(shí)，還可以設(shè)定溫度控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。

3 軟件程序的設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)扇的智能化控制要求，系統(tǒng)主程序通過模塊初始化程序、紅外光電顯示程序、藍(lán)牙控制程序、溫度檢測(cè)程序和LCD顯示程序等功能實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)的主程序流程圖如圖3所示。

圖3 主程序流程圖

對(duì)DS18B20進(jìn)行數(shù)據(jù)的初始化后，開始測(cè)量溫度并且設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，內(nèi)部溫度處理系統(tǒng)調(diào)用相應(yīng)的控制程序進(jìn)行內(nèi)部判斷，輸出數(shù)據(jù)并通過LCD顯示。數(shù)字溫度傳感器模塊程序流程圖如圖4所示。

圖4 數(shù)字溫度傳感器模塊程序流程圖

單片機(jī)STC15F2K61S2通過調(diào)用相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序來控制DS1302，程序要完成對(duì)DS1302寄存器的地址進(jìn)行定義及寫入控制字，以及對(duì)DS1302寄存器的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。DS1302的初始化使SCLK為低電平，當(dāng)設(shè)置為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸開始。I/O線上的數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿中被送入DS1302，寫DS1302程序流程圖如圖5所示。

主機(jī)控制接口協(xié)議是主機(jī)的HCI驅(qū)動(dòng)和控制主機(jī)位于藍(lán)牙通信模塊的固件之間的接口，其包括在藍(lán)牙協(xié)議棧中，用在藍(lán)牙通訊模塊當(dāng)中的硬件部分。RTS/CTS的作用是為了防止臨時(shí)的UART緩沖區(qū)的溢出。藍(lán)牙數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)的程序流程如圖6所示。

圖5 寫DS1302程序流程圖

圖6 藍(lán)牙數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)程序流程圖

4 系統(tǒng)調(diào)試

根據(jù)系統(tǒng)電路原理圖進(jìn)行手動(dòng)焊接電路，并將程序進(jìn)行植入到系統(tǒng)。接通電源，啟動(dòng)風(fēng)扇開關(guān)，調(diào)節(jié)風(fēng)扇的運(yùn)行模式，使其工作在一般模式即普通風(fēng)扇的手動(dòng)調(diào)速的模式，通過調(diào)節(jié)風(fēng)扇的檔位，改變風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。啟動(dòng)第二種運(yùn)行模式即智能模式，通過藍(lán)牙技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，使風(fēng)扇運(yùn)行在智能模式，顯示屏顯示出當(dāng)前室溫為25℃，設(shè)置比室溫低的溫度，傳感器檢測(cè)到人在，風(fēng)扇開啟；如果室溫低于設(shè)定的溫度，風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動(dòng)，起到了很好的溫度控制作用[16]。

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)下的智能風(fēng)扇可以根據(jù)溫度的變化來調(diào)節(jié)自己的轉(zhuǎn)速，使室內(nèi)溫度符合用戶的需求同時(shí)也避免了不必要的浪費(fèi)；智能風(fēng)扇還可以根據(jù)室內(nèi)有無人存在而進(jìn)行開關(guān)鍵的轉(zhuǎn)換；智能風(fēng)扇將同時(shí)植入了藍(lán)牙模塊，只需安裝為此節(jié)能風(fēng)扇設(shè)計(jì)專門的安卓客戶端，就可以使人們遠(yuǎn)程對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行遙控，操縱開關(guān)，起到了遙控器的作用，極大地方便了人們的生活，使人機(jī)的互動(dòng)變得更加方便。經(jīng)過單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理傳遞給顯示屏進(jìn)行作用，經(jīng)過單片機(jī)中自設(shè)溫度和室內(nèi)溫度的對(duì)比，決定風(fēng)扇是否開啟，以此來決定相應(yīng)自設(shè)溫度下不同的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。對(duì)直流電機(jī)的控制方法進(jìn)一步的研究提供了基礎(chǔ)。

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Design and research of intelligent remote control fan based on single chip microcomputer and bluetooth technology

ZHANG Xue-xia，SHANG Ying，ZHANG Jin-bo
（Shaanxi International Business College，Xi'an 712046，China）

STC15F2K61S2 single-chip microcomputer as the core，the design system will microcontroller，sensors，such as bluetooth and android is used in the design of the intelligent remote control fan.According to the temperature sensor to realize the collection of indoor temperature，with the comparison of set temperature，which affect the speed of the fan.At the same time，the system based on infrared sensor to detect human factors of the outside world，so as to realize the running of the fan or stop，which achieve the intelligent control fan.The design also to realize the combination of the bluetooth and mobile phone android，using software program to complete the fan remote operations and the wind speed control.

TN99

：A

：1674－6236（2017）05-0053-04

2016-03-21稿件編號(hào)：201603273

陜西國(guó)際商貿(mào)學(xué)院科研課題資助

張雪俠（1978—），女，安徽宿州人，碩士，講師。研究方向：檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置。