鄭安豫

(安徽電氣工程職業(yè)技術學院 電力系，安徽 合肥 230051))

0 引 言

隨著科技的發(fā)展，人們對家居的智能化與自動化要求也不斷提高.電風扇作為一種常用的夏季降暑家用電器，除了簡單的轉速設定與定時功能，沒有其他功能設置選項，已經無法滿足使用者的需求.智能風扇的設計進入研究者的視線.

智能風扇的設計，一般都是基于環(huán)境溫度來實現(xiàn)[1-2]的，隨著環(huán)境溫度的變化，控制風扇轉速，以實現(xiàn)風扇的智能化.然而實際環(huán)境中，影響人體舒適度的，除了溫度外，濕度扮演了另一個十分重要的角色；夏季中，溫度不是特別高的情況下，如果相對濕度很高，會感覺悶熱，十分不適.

本文提出了一種基于體感溫度的智能風扇系統(tǒng)，實現(xiàn)了風扇轉速的自動控制，環(huán)境數(shù)據、風扇轉速液晶顯示.彌補了一般智能風扇的只基于環(huán)境溫度，忽視相對濕度的缺點，提高了使用者的舒適度.

1 背 景

1.1 體感溫度

體感溫度，是指人體通過感覺器官，主要是皮膚對外界環(huán)境溫度的感受.體感溫度往往與實際測量的溫度有偏差.它除了受環(huán)境溫度的影響外，還受其他因素，如相對濕度、風速、太陽輻射的影響[3].

僅考慮氣象條件的影響下，體感溫度的計算方法如下[3]:

Tg=Ts+T(u)+T(v)+T(r)

其中，Tg為體感溫度，Ts為環(huán)境溫度，T(u)為相對濕度修正項，T(v)為風速修正項，T(r)為太陽輻射修正項[3].由于本文只考慮風扇的使用場景，風扇都在室內使用，所以太陽輻射的修正可以忽略.

關于T(u)與T(v)計算方法，有大量文獻提出了不同的計算方法[3-6].由于風扇是用來在炎熱的夏季提升人體舒適度的工具，本文采用了基于人體舒適度的體感溫度計算模型[6].

1.2 溫濕度傳感器

本系統(tǒng)采用的溫濕度傳感器是一款已校準數(shù)字信號輸出的DHT11數(shù)字溫濕度傳感器.傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件.該產品具有響應快速、抗干擾能力強、性價比高等優(yōu)點[7].

2 系統(tǒng)設計

為了實現(xiàn)溫度、濕度數(shù)據收集、轉速計算、風扇控制等一系列動作的智能化，需要中央處理器來處理，本系統(tǒng)中采用C51單片機作為中央處理器.為了實現(xiàn)內部數(shù)據(溫度、濕度、風扇轉速)的可視化，系統(tǒng)設計中添加了液晶顯示器來顯示各項數(shù)據.

系統(tǒng)設計如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)設計結構圖

單片機：由于本設計中，對單片機沒有特殊要求，基于軟件程序的大小，所以選用AT89C54.單片機引腳如圖2所示.

圖2 AT89C54

圖3 手動復位電路

復位電路：單片機的復位電路一般有分為上電復位，手動復位.上電復位指單片機在上電瞬間，給復位引腳一個復位信號(一定時間的高電平或者低電平)，以實現(xiàn)單片機的復位，待穩(wěn)定后，單片機開始執(zhí)行程序；手動復位指在單片機的復位引腳接一個按鍵，手動按下該按鍵使單片機復位.本文設計中采用手動復位，風扇通電時，給單片機復位，發(fā)生故障時，能夠手動重置單片機狀態(tài).手動復位電路圖如圖3所示

晶振電路：單片機工作時鐘需要晶體振蕩器提供工作脈沖信號，脈沖頻率決定了單片機工作速度.晶振電路如圖4所示.

液晶顯示：采集的溫度、濕度、以及現(xiàn)在的風扇轉速，通過液晶顯示屏顯示.

風扇驅動：風扇驅動采用PWM(Pulse Width Modulation)控制直流電機的轉速.由于C51單片機中沒有PWM輸出功能，本系統(tǒng)中采用定時器與軟件控制來實現(xiàn)PWM的輸出[8].

圖4 晶振電路

圖5 軟件流程圖

3 軟件流程

單片機的軟件設計流程如圖5所示.

1)獲取環(huán)境參數(shù)

單片機通過溫濕度傳感器，獲取環(huán)境溫度與濕度；

2)計算風扇轉速

根據獲取的環(huán)境參數(shù)，計算出舒適體感溫度需要的理想風速.

3)控制風扇轉速

根據理想風速，計算出風扇的轉速

4)延時

兩次計算間的延時間隔

4 小 結

針對普通電風扇的缺點，本文提出了一種基于體感溫度的智能風扇設計方案.通過傳感器實時獲取環(huán)境溫度與濕度，計算出合適的風扇轉速；通過單片機自動控制風扇轉速.該設計能夠根據環(huán)境的變化，自適應地控制風扇轉速，達到風扇智能化的目的.

[1]陳富忠，翁桂琴.智能溫控調速風扇的設計[J].上海電機學院學報，2009(04):297-300.

[2]李娣娜，王洋.一種簡易溫控智能風扇控制系統(tǒng)的設計[J].現(xiàn)代電子技術，2012(21):119-120.

[3]陳莉，張海東，王承偉，等.體感溫度客觀分析方法研究[J].成都信息工程學院學報，2009(03):279-284.

[4]劉梅，于波，姚克敏.以熱量平衡為基礎的體感溫度模型及氣候要素的效應分析[J].南京氣象學院學報，2001(04):527-535.

[5]王遠飛，沈愈.上海市夏季溫濕效應與人體舒適度[J].華東師范大學學報(自然科學版)，1998(03):60-66.

[6]馬盼，王式功，張志薇，等.基于“黃金分割率”的體感溫度計算方法及相應舒適度劃分[C].創(chuàng)新驅動發(fā)展，提高氣象災害防御能力—S15氣候環(huán)境變化與人體健康[A].2013-10-22.

[7]倪天龍.單總線傳感器DHT11在溫濕度測控中的應用[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2010(6):60-62.

[8]吳育軍.單片機PWM控制直流電機技術[J].通訊世界，2016(17)：253-254.