鮑 夢

（江西科技學院，江西 南昌 330098）

隨著計算機智能技術發(fā)展，人們不斷嘗試在傳統(tǒng)電風扇基礎上進行技術革新，實現(xiàn)了智能調(diào)溫和智能遙控，電風扇不但沒有被淘汰，反而越來越受到人們喜愛。本設計針對傳統(tǒng)電風扇存在的噪音大、費電、需手動開關機等缺點進行改進，改進后的智能電風扇較現(xiàn)在的空調(diào)，節(jié)能、安全、環(huán)保、使用方便、擺放便利、價格實惠，能通過感應環(huán)境溫度自動調(diào)節(jié)風速。

1 設計思想

1.1 智能電風扇的設計方案

先利用熱釋電傳感器判斷人是否在風扇的有效范圍之內(nèi)，再將DS18B20檢測到的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)送到控制中心中處理，在數(shù)碼管上顯示當前的狀態(tài)，主要顯示實時溫度和溫度的上下限閥值以及風扇的檔位。其中溫控模式下可以顯示出小數(shù)點后一位，而檔位模式下僅能顯示溫度整數(shù)位，自動模式下以字母b開頭，后面顯示周圍環(huán)境溫度。同時，采用三極管驅動PWM脈寬調(diào)制技術來調(diào)節(jié)風扇的速度，使用紅外遙控完成模式的切換、風扇的開關及溫度上下限值的設置[1]。實現(xiàn)功能如下：

1）風扇有3種工作模式。溫控模式下，先收集實時溫度，再經(jīng)過函數(shù)計算，判斷人是否在有效距離范圍內(nèi)，自動控制風速；按鍵模式下，電風扇有三個檔位，可選固定風速運行或進行檔位切換；自動模式下，通過感應判斷人是否在有效距離范圍內(nèi)，如果在則啟動風扇，否則關閉風扇。

2）通過數(shù)碼管顯示溫度、檔位。

3）通過按鍵調(diào)節(jié)溫度的上下限。

4）通過無線遙控控制電風扇的開關、模式和溫度上下限值。

1.2 智能電風扇工作原理

以STC89C52為中心來控制風扇，通過溫度收集模塊與人體感應模塊所檢測的信號來實現(xiàn)對風扇的控制[2]。溫度傳感器隨著環(huán)境溫度的變化而變化，而熱釋電傳感器通過感應人的位置來檢測信號。溫控模式下，兩個信號必須同時具備才能通過驅動電路開啟風扇，并在數(shù)碼顯示器上顯示當前的狀態(tài)。

2 主要電路設計

2.1 溫度采集電路

DS18B20出自于美國達拉斯公司，它的出現(xiàn)降低了電路的難度。它利用信號線傳輸數(shù)據(jù)，具有雙向調(diào)節(jié)功能，并且它具有成本低、性能高、低功耗的特點，最重要的是可以將收集到的溫度轉換成數(shù)字信號進行傳送。

DS18B20有兩種工作方式，當近距離操作時需要外部供電，此設計為VCC引腳提供外圍電源。當遠距離控制時可以省略外圍供電，由P1.0引腳來供電。P1.0引腳電源降低時，傳感器內(nèi)部電容放電；P1.0引腳電源升高時，內(nèi)部電容存電，可以給傳感器提供電能，從而實現(xiàn)寄生電源的能力[3]。通過GND與DQ可完成DS18B20操作，且VCC提供了外部5 V電源，其電路如圖1所示。

圖1 DS18B20電路圖

2.2 人體感應電路

熱釋電傳感器可靠性強、靈敏度高，被廣泛運用在各種自動感應家用電器中。本設計使用的是HC-SR501熱釋電傳感器，其特點如下。

1）自動感應：當人在感應范圍內(nèi)時，輸出高電平；當人不在感應范圍內(nèi)時，將會自動延時，由高電平變?yōu)榈碗娖捷敵觥?/p>

2）擁有感應封鎖時間：在這段時間內(nèi)感應不到任何信號，抗干擾能力強。

3）工作電壓為5 V～20 V，范圍廣泛。

4）功耗?。红o態(tài)電流為55mA，適合需電池供電的產(chǎn)品。

5）可以輸出高電平信號，方便各個電路的連接。

工作原理：人的身體有相對恒定的體溫，通常是36.5℃，所以它會以大約10μm的波長發(fā)出紅外線，人體發(fā)出的紅外線經(jīng)過濾光片加強后，再匯聚到感應的源頭。自動感應一般使用熱釋電元器件，當人體的溫度有所變化時，它就會失去電荷平衡，電荷向外釋放，在電荷釋放被發(fā)現(xiàn)后，立即發(fā)出警報信號。

本設計中所用的HC-SR501是通過紅外線來檢測人是否存在。HC-SR501傳感器的功能是自動感應，如果人在有效距離內(nèi)則變?yōu)楦唠娖?，?jīng)過一段延時，人離開后則恢復低電平。在電路中，HC-SR501輸出端口與STC89C52 P2.0引腳相連，無人情況下不會引動單片機的P2.0引腳，能有效地支配風扇的開啟與關閉，完成自動感應的功能。由于采取的是用單片機P2.0引腳來轉換電平的高低，所以在沒有引動單片機時，風扇正常運轉，并不會因為熱釋電傳感器的測試而循環(huán)觸發(fā)。只有觸發(fā)時才會引動程序，人體感應電路如圖2所示。

圖2 人體感應電路圖

2.3 紅外遙控電路

紅外一體接收頭是通過二極管發(fā)射信號，本設計使用的二極管其內(nèi)部結構與普通的二極管結構一樣。

工作原理：現(xiàn)實生活中，人眼可視光一般按照波長順序排列為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫。紅光波長在0.59μm～0.80μm，紫光波長在0.33μm～0.50μm。波長比紅光還長的光叫紅外線，紅外線波長為0.76μm～1.5μm。本設計采用紅外一體接收發(fā)送器來傳送控制信號，紅外一體接收器中引腳一與單片機P3.3引腳（中斷引腳）相連，引腳二接地，引腳三連接電源，可控制風扇操作。具體的紅外遙控電路圖如圖3所示。

圖3 紅外遙控電路圖

2.4 三極管驅動電路

1）三極管的基本原理：當b電位高于e電位時，發(fā)射極為正偏；當c電位高于b電位時，集電極為反偏，而且集電極電源Ec要高于基極電源Eb。

2）三極管特點如下：①驅動能力強；②易于集成化；③可用于功率大的電路模塊；④易于實現(xiàn)自動化，可提高工作效率；⑤可靠性高，抗振能力強。

本設計的驅動電路運用的是三極管放大原理，與單片機P3.6引腳端口相連接，隨電壓的大小來改變風速的快慢，驅動電路如圖4所示。

圖4 驅動電路圖

2.5 LED顯示電路

本設計的顯示電路由多個LED構成。每一個數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g和dp端 口 各 自 連 接， 用 來 接 收STC89C52的P0.0端口發(fā)出的顯示段碼。S1、S2、S3、S4引腳端口是位選端口，用來接收STC89C52的P2口發(fā)出的位選碼。本設計運用動態(tài)掃描方式，當CPU從字段輸出口傳送字型碼時，所有LED都收到同樣的字碼，哪個LED最亮，完全依賴于COM端口。COM端口與單片機的I/O接口互相連接，由單片機輸出位選碼到I/O口，決定哪個LED被點亮。雖然LED點亮的時間很短，但因人的視力會產(chǎn)生錯覺，感覺到的是一組不變的數(shù)碼，顯示電路如圖5所示。

圖5 顯示電路圖

3 軟件設計

3.1 自動感應程序

在main函數(shù)中首先進行初始化，打開外部連接，將邊緣觸發(fā)設置為自動感應，如果感應到有人在則打開風扇，否則關閉風扇。在自動感應函數(shù)中，首先將PWM標記為1，電扇處于關閉狀態(tài)，電平重返；再檢查PWM是否為0，是則打開風扇，反之關閉，自動感應程序如下。

3.2 溫度采集程序

溫度采集程序根據(jù)時序進行，首先，初始化DS18B20，其次，設置傳感器的DQ引腳高低，再采集環(huán)境溫度并讀取數(shù)據(jù)，接著檢測溫度是否符合正常范圍，如果符合繼續(xù)工作，不符合則復位重來[4]，程序如下：

3.3 紅外遙控程序

紅外接收函數(shù)編寫簡單，只需循環(huán)檢測三個端口。如果相應的端口位于高電平時，說明端口被按下，函數(shù)返回1、2、3對應的檔位；如果三個端口皆為低電平，則輸入0，此時無法實現(xiàn)遙控功能，程序如下：

3.4 數(shù)碼顯示程序

程序的作用是將從DS18B20收集的二進制溫度數(shù)值轉變成數(shù)字，在數(shù)碼管上呈現(xiàn)出來。運用動態(tài)掃描的顯示方式，先位選再段選，最后延時，程序如下：

4 總結

本設計實現(xiàn)了風扇功能的多樣化，通過三極管實現(xiàn)了對風扇的驅動，轉變了人們對電扇的認知。通過溫度傳感器可對實時溫度進行收集，使得電風扇有了靈敏的感應能力，電風扇的性能得到了保證。實現(xiàn)了風扇的多種運行模式。自動模式下，通過感應人體信號控制風扇開關；溫控模式下，通過實時溫度控制風速；遙控模式下，通過紅外遙控控制風扇的開關與設置。多種模式更加符合大眾的要求，使風扇功能更完善。實現(xiàn)了在4.5 m的距離內(nèi)控制風扇的開關、進行模式的切換與風速切換的功能。