黃平 黃煥晴 蔣少潔 梁嬋娟 梁東梅 梁火層

【摘 要】本項(xiàng)目是以STM32F407為主控芯片設(shè)計(jì)的一款人性化的智能風(fēng)扇。具備室溫調(diào)速功能、語(yǔ)音調(diào)速功能、APP調(diào)速功能。除此之外，還具備人體感應(yīng)開(kāi)關(guān)功能。最終形成了這款智能風(fēng)扇。

【關(guān)鍵字】溫度檢測(cè);語(yǔ)音口令;藍(lán)牙模塊;智能風(fēng)扇

中圖分類(lèi)號(hào)： TH811;TP368.12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）24-0036-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.24.018

【Abstract】This project is a humanized intelligent fan designed with STM32F407 as the main control chip. With room temperature speed regulation function， voice speed regulation function， APP speed regulation function. Besides， still have human body induction switch function. Finally， this smart fan was formed.

【Key words】Temperature detection; Voice password; Bluetooth module; Intelligent fan

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，各種各樣的降溫設(shè)備走進(jìn)了人們的生活。目前，仍然以手動(dòng)電風(fēng)扇和空調(diào)設(shè)備應(yīng)用最普遍，但是由于空調(diào)投資大、費(fèi)用高，而且長(zhǎng)時(shí)間吹空調(diào)容易引起“空調(diào)病”的缺點(diǎn)。與之相比，電風(fēng)扇具有價(jià)格便宜、節(jié)能省電、方便安裝或攜帶等優(yōu)點(diǎn)[1]。然而，傳統(tǒng)的電風(fēng)扇存在一些不足，如大多數(shù)采用機(jī)械控制方式、手動(dòng)操作，且只有選檔吹風(fēng)和定時(shí)，定速吹風(fēng)兩種功能;不能根據(jù)溫度化而進(jìn)行止停操作，夜晚天氣較熱電風(fēng)扇定時(shí)到了就停止吹風(fēng)，影響人們正常休息和睡眠質(zhì)量[2];此外，不能實(shí)時(shí)顯示溫度，人們無(wú)法根據(jù)環(huán)境溫度選擇更合適的檔位，可造成電能浪費(fèi)。

現(xiàn)在大多數(shù)智能風(fēng)扇智能實(shí)現(xiàn)一兩個(gè)功能[3]，如人體紅外線的功能[4]、溫度自檢功能，但是它們無(wú)法適應(yīng)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和給用戶提供更好的體驗(yàn)，因此本文研究如何實(shí)現(xiàn)具備溫室調(diào)控、語(yǔ)音調(diào)速、手機(jī)APP調(diào)速和人體感應(yīng)開(kāi)關(guān)的多功能集于一身的智能風(fēng)扇，可滿足用戶各種需求。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要由電源模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、語(yǔ)音口令控制模塊、紅外對(duì)管檢測(cè)模塊、音樂(lè)模塊、液晶顯示模塊、測(cè)溫模塊和藍(lán)牙模塊組成。首先當(dāng)紅外對(duì)管檢測(cè)到人體時(shí)，先通過(guò)溫度傳感器根據(jù)室溫的變化來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)速。同時(shí)還可通過(guò)手機(jī)藍(lán)牙app、語(yǔ)音模塊、按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)智能操作的功能。液晶模塊主要實(shí)現(xiàn)顯示溫度和參數(shù)的功能。系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框架圖如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

L298N是一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，其工作電流為2A，額定功率25W。本驅(qū)動(dòng)電路用來(lái)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.2 液晶顯示模塊

液晶顯示模塊采用LCD12864液晶顯示屏，該模塊可與單片機(jī)直接連接。液晶顯示屏用來(lái)顯示當(dāng)前室內(nèi)溫度、風(fēng)速級(jí)別、日期以及時(shí)間等參數(shù)。

2.3 語(yǔ)音識(shí)別模塊電路

LD3320芯片是一款“語(yǔ)音識(shí)別”專(zhuān)用芯片，此電路用來(lái)識(shí)別語(yǔ)音口令并按照設(shè)定的指令來(lái)控制風(fēng)扇。此芯片集成了語(yǔ)音識(shí)別處理器和一些外部電路，包括AD/DA轉(zhuǎn)換器、麥克風(fēng)接口、聲音輸出接口等。本模塊用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)語(yǔ)音的識(shí)別以及對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行口令控制。

2.4 溫度檢測(cè)模塊電路

本項(xiàng)目采用DS18B20作為溫度檢測(cè)模塊電路，它具有高性能、低功耗、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。本模塊用來(lái)對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行檢測(cè)。測(cè)量范圍為-55℃～+125℃，測(cè)量精度±0.5℃

2.5 獨(dú)立按鍵連接電路

可通過(guò)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)扇功能選擇的開(kāi)關(guān)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

STM32通過(guò)檢測(cè)各模塊數(shù)據(jù)，并根據(jù)各模塊的數(shù)據(jù)變化來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

3.2 程序設(shè)計(jì)

程序開(kāi)始時(shí)，先對(duì)各模塊進(jìn)行初始化，再通過(guò)檢測(cè)紅外對(duì)管數(shù)據(jù)變化來(lái)判斷是否有人接近。若檢測(cè)到有人，則啟動(dòng)風(fēng)扇調(diào)速功能，反之則關(guān)閉風(fēng)扇。而風(fēng)扇調(diào)速功能共分為四種：溫度調(diào)速、藍(lán)牙app調(diào)速、語(yǔ)音調(diào)速，按鍵調(diào)速。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到紅外傳感器為低電平時(shí)，先進(jìn)行溫度調(diào)速，同時(shí)如若接收到其他指令傳來(lái)，則執(zhí)行其他調(diào)速功能。程序流程圖如圖所示。

4 性能指標(biāo)

風(fēng)扇在智能模式下紅外對(duì)管檢測(cè)模塊能檢測(cè)到人體并自動(dòng)打開(kāi)風(fēng)扇，測(cè)溫模塊根據(jù)室內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)風(fēng)速，既能滿足用戶對(duì)風(fēng)速的要求又能避免不必要的浪費(fèi)。本項(xiàng)目設(shè)置低速的溫度范圍為24～26℃，中速的范圍是27～29℃，高速的溫度范圍是30℃以上。

對(duì)溫度檢測(cè)模塊進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試場(chǎng)所在空調(diào)室內(nèi)，測(cè)試工具有打火機(jī)和溫度計(jì)。首先在室內(nèi)打開(kāi)空調(diào)并把溫度調(diào)到22℃（本項(xiàng)目設(shè)置風(fēng)扇檢測(cè)到人體，風(fēng)扇開(kāi)始工作的最低溫度為22℃），然后開(kāi)始進(jìn)行測(cè)試。不同溫度測(cè)試數(shù)據(jù)條形圖如圖3所示。

由以圖3可以看出，此溫度模塊能根據(jù)室內(nèi)的溫度來(lái)按照設(shè)定值自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)速，測(cè)量誤差比較小。

用手機(jī)藍(lán)牙功能控制智能風(fēng)扇工作。本項(xiàng)目植入了藍(lán)牙模塊，用戶使用時(shí)只需手機(jī)安裝本智能風(fēng)扇專(zhuān)門(mén)設(shè)置的APP。藍(lán)牙模塊可以使用戶遠(yuǎn)程控制智能風(fēng)扇的開(kāi)和關(guān)、檔位、音樂(lè)的上一曲、下一曲以及音量的大小。APP的界面如圖4所示。

除了上面的兩種工作模式，本項(xiàng)目還有第三種模式：按鍵控制風(fēng)扇工作，既普通模式。

語(yǔ)音控制模塊檢測(cè)到周?chē)姓Z(yǔ)音信號(hào)與自身設(shè)定的口令一致時(shí)，能執(zhí)行相應(yīng)的指令。音樂(lè)模塊可以根據(jù)個(gè)人喜好正常播放音樂(lè)。最后，各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到了預(yù)期的要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

本項(xiàng)目以STM32F407為主控芯片，在現(xiàn)有家庭風(fēng)扇的基礎(chǔ)上，結(jié)合單片機(jī)和各個(gè)模塊進(jìn)行控制普通的風(fēng)扇，從而達(dá)到高效實(shí)用環(huán)保節(jié)能的效果。這款智能風(fēng)扇滿足大眾的需求，性能可靠，成本較低，方便實(shí)用，節(jié)能（下轉(zhuǎn)第84頁(yè)）（上接第37頁(yè)）環(huán)保，是家居必備納涼產(chǎn)品，并且朝著智能化、自動(dòng)化的方向發(fā)展，因而具備比較廣闊的應(yīng)用前景。

【參考文獻(xiàn)】

[1]趙水英，張翠俠，曹吉花，李文藝.基于AT89S52的智能調(diào)節(jié)溫控風(fēng)扇設(shè)計(jì)[J].銅仁學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，20（06）：99-103.

[2]陳磊，魏鑫，魏林心.基于單片機(jī)的智能風(fēng)扇控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子世界，2016（05）：29-30.

[3]田嘉晨，周厚滿，林創(chuàng)挺.利用人體自身紅外輻射的智能風(fēng)扇[J].科技與創(chuàng)新，2018（07）：55-56.

[4]李曉赫，郭慶強(qiáng).基于STC89C52單片機(jī)的智能風(fēng)扇控制系統(tǒng)[J].自動(dòng)化儀表，2018，39（06）：99-102.

[5]周江.STM32單片機(jī)原理及硬件電路設(shè)計(jì)研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2015（11）：1.

[6]韓興國(guó)，蘇慶勇，王為慶.基于STC89C52單片機(jī)的智能風(fēng)扇控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].裝備制造技術(shù)，2013（03）：52-54.

[7]賀廉云.基于單片機(jī)的智能溫控風(fēng)扇設(shè)計(jì)[J].智能計(jì)算機(jī)與應(yīng)用，2016，6（05）：105-106+108.

[8]牛景樂(lè)，鮑權(quán)鑫，鮑丙豪.基于單片機(jī)和藍(lán)牙技術(shù)的智能風(fēng)扇設(shè)計(jì)[J].儀表技術(shù)，2018（03）：23-26+46.