王鵬亮 ， 安國(guó)昊 ， 夏永祥

（甘肅機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741001）

進(jìn)入新世紀(jì)，我國(guó)倡導(dǎo)科技興國(guó)、創(chuàng)新發(fā)展，極大地帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民的生活水平逐步得到提高，尤其是家庭使用的生活物品，悄然發(fā)生著變化，智能化電子設(shè)備進(jìn)入人們的生活，使得一些傳統(tǒng)的機(jī)械化電子設(shè)備逐漸退出歷史舞臺(tái)。課題組設(shè)計(jì)了一款基于Arduino加濕智能控制的臺(tái)式電風(fēng)扇，詳細(xì)介紹了該電風(fēng)扇的電路設(shè)計(jì)過程，通過系統(tǒng)傳感器電路、網(wǎng)絡(luò)模塊電路、加濕模塊電路、擺頭模塊電路的規(guī)劃設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇的智能化：智能開機(jī)、智能待機(jī)、智能空氣加濕、智能選擇風(fēng)速和智能擺頭。本設(shè)計(jì)使電風(fēng)扇給人們帶來(lái)更多的功能體驗(yàn)，以滿足人們對(duì)電風(fēng)扇新功能的需求。

1 主要電路設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總電路規(guī)劃[1]

本課題組設(shè)計(jì)的智能加濕、擺頭電風(fēng)扇，采用Arduino為集成電路主板。在Arduino 主板上集成有溫度及濕度監(jiān)測(cè)模塊、加濕模塊、智能擺頭模塊和WiFi模塊。各模塊之間通過Arduino微處理器進(jìn)行控制協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能開機(jī)、智能待機(jī)、智能空氣加濕、智能選擇風(fēng)速和智能擺頭。本課題組設(shè)計(jì)的智能加濕、擺頭電風(fēng)扇的整個(gè)電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能加濕、擺頭電風(fēng)扇電路結(jié)構(gòu)圖

1.2 Arduino微處理器電路的設(shè)計(jì)[2]

Arduino主板采用STM32單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的微處理器，微處理器是整個(gè)系統(tǒng)的組織、控制和運(yùn)算中心，是整個(gè)系統(tǒng)的大腦。Arduino微處理器電路示意圖如圖2所示。Arduino主板上集成的各個(gè)電路模塊在微處理器系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、組織和控制下正常進(jìn)行工作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。Arduino微處理器電路設(shè)計(jì)框架如圖3所示。

圖2 Arduino微處理器電路示意圖

圖3 Arduino微處理器電路設(shè)計(jì)框架圖

1.3 傳感器電路的設(shè)計(jì)[2]

傳感器電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)主要包括溫度傳感器電路、濕度傳感器電路。傳感器電路主要用于檢測(cè)、采集外界數(shù)據(jù)信號(hào)，并將采集的模擬信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為具體對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，再將轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)傳輸?shù)紸rduino微處理器進(jìn)行處理，Arduino微處理器接收到的具體電信號(hào)的強(qiáng)弱根據(jù)預(yù)案庫(kù)中事件處理機(jī)制自動(dòng)做出不同的選擇和執(zhí)行結(jié)果，以實(shí)現(xiàn)智能電風(fēng)扇的各項(xiàng)功能[3]。溫度、濕度監(jiān)測(cè)模塊電路設(shè)計(jì)示意圖如圖4所示。

圖4 溫度、濕度監(jiān)測(cè)模塊電路設(shè)計(jì)示意圖

1.4 PIR電路模塊設(shè)計(jì)

基于本課題組的電風(fēng)扇集成有熱釋電紅外傳感器（PIR）模塊。該模塊能跟蹤和探測(cè)人體紅外線信號(hào)。該電路模塊能實(shí)現(xiàn)待機(jī)、關(guān)機(jī)和智能擺頭等功能。在電風(fēng)扇開機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下，如果PIR 模塊在4 min內(nèi)檢測(cè)不到人體紅外線，則電風(fēng)扇會(huì)智能轉(zhuǎn)換為待機(jī)狀態(tài)，這樣不僅可以節(jié)約電能而且還可以增加電風(fēng)扇的使用壽命。在待機(jī)狀態(tài)下，如果PIR 模塊感應(yīng)到人體紅外線信號(hào)，則根據(jù)紅外線信號(hào)來(lái)自的方向、強(qiáng)弱，自動(dòng)調(diào)整擺頭方向以正對(duì)紅外線信號(hào)，然后將紅外線信號(hào)經(jīng)過調(diào)制器、A/D轉(zhuǎn)換器放大轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，然后將轉(zhuǎn)換的電流信號(hào)傳輸?shù)较到y(tǒng)Arduino微處理器，Arduino微處理器依據(jù)接收到的電信號(hào)的取值來(lái)判斷人的遠(yuǎn)近和方位從而讓電風(fēng)扇由待機(jī)狀態(tài)切換為工作狀態(tài)，風(fēng)扇頭轉(zhuǎn)向人的方向，隨人體走動(dòng)自動(dòng)調(diào)整電風(fēng)扇頭的方向，風(fēng)扇頭始終正對(duì)著人[2]。PIR電路模塊框架示意圖如圖5所示。

圖5 PIR電路模塊框架示意圖

1.5 智能轉(zhuǎn)速調(diào)控電路設(shè)計(jì)

基于本課題組的電風(fēng)扇集成有溫度傳感器模塊，它可采集室內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)。電風(fēng)扇在工作狀態(tài)下，溫度傳感器模塊將采集到的溫度數(shù)據(jù)樣本轉(zhuǎn)換為具體電信號(hào)傳輸給Arduino處理系統(tǒng)，當(dāng)采集的溫度值高于設(shè)置的自啟溫度值（預(yù)先設(shè)置）時(shí)，則Arduino處理系統(tǒng)依據(jù)接收到的該電信號(hào)強(qiáng)弱與人體舒適度所需風(fēng)力來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，模擬適宜的自然風(fēng)，給人創(chuàng)造一個(gè)舒適的室內(nèi)環(huán)境[4-5]。智能轉(zhuǎn)速調(diào)控電路設(shè)計(jì)框架如圖4所示。

1.6 智能加濕模塊電路設(shè)計(jì)

基于本課題組的電風(fēng)扇集成有濕度傳感器檢測(cè)模塊。在電風(fēng)扇處于工作狀態(tài)下，濕度傳感器將采集到的濕度數(shù)據(jù)樣本轉(zhuǎn)換為具體電信號(hào)傳輸給Arduino處理系統(tǒng)，當(dāng)采集的濕度值低于或等于設(shè)置的自啟濕度值（預(yù)先設(shè)置）時(shí)，則Arduino處理系統(tǒng)依據(jù)接收到的該電信號(hào)強(qiáng)弱來(lái)自動(dòng)智能化調(diào)節(jié)加濕模塊的功率大小，利用高頻振蕩1.7 Hz頻率超聲波將水霧化并擴(kuò)散出去，不僅能使空氣濕潤(rùn)而且在夏季能讓電風(fēng)扇吹出來(lái)的風(fēng)更加涼爽。智能加濕模塊電路設(shè)計(jì)框架如圖4所示。

1.7 WiFi模塊電路設(shè)計(jì)

WiFi模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)主要包括射頻識(shí)別模塊（RFID）的集成與調(diào)試，用于檢測(cè)、跟蹤、匹配和控制網(wǎng)絡(luò)無(wú)線信號(hào)，用于遠(yuǎn)程控制智能電風(fēng)扇。

1.8 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)電路主要負(fù)責(zé)繼電器等部件的驅(qū)動(dòng)工作，為確保繼電器工作的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，需要在該電路中加入相應(yīng)模塊以增強(qiáng)電路的抗干擾能力。

2 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)一直強(qiáng)調(diào)科技強(qiáng)國(guó)、創(chuàng)新發(fā)展。習(xí)近平總書記也多次強(qiáng)調(diào)：“要著力實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，抓住了創(chuàng)新，就抓住了牽動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全局的‘牛鼻子’……通過創(chuàng)新培育發(fā)展新動(dòng)力、塑造更多發(fā)揮先發(fā)優(yōu)勢(shì)的引領(lǐng)型發(fā)展?！盵6]因此，應(yīng)謹(jǐn)記習(xí)近平總書記的教導(dǎo)，在學(xué)習(xí)、工作、研發(fā)中都要做到創(chuàng)新、突破。本課題組就是結(jié)合電子技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在傳統(tǒng)風(fēng)扇的基礎(chǔ)功能上進(jìn)行了改良、突破，實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇的智能化，為人們使用電風(fēng)扇帶來(lái)更多的功能體驗(yàn)，更加人性化。