基于多種傳感器智能控制的風扇

李鑫鑫 王志坤 孫如軍

（ 德州學院機電工程學院，山東 德州 253023 ）

基于多種傳感器智能控制的風扇

李鑫鑫 王志坤 孫如軍

（ 德州學院機電工程學院，山東 德州 253023 ）

針對目前市場上的風扇功能單一、耗電量大、無法根據人的位置達到全方位的吹風效果等問題，設計出一款基于多種傳感器智能控制的風扇。該風扇利用單片機智能控制多種傳感器，實現風扇隨室溫、人體位置遠近等條件變化而自動調節風扇轉速及自動追蹤人體的功能。同時也可通過無線遙控模塊控制齒輪轉動，直接鎖定人體進行吹風。

單片機；多種傳感器；智能控制；自動追蹤；無線遙控

1 系統簡介

1.1 作品結構部分

這款基于多種傳感器智能控制的風扇包括：型號為STC12C5A60S2的單片機控制系統、2272無線遙控模塊、穩壓器、L298N電機驅動模塊、扇葉電機、直流減速電機、溫濕度傳感器、超聲波測距傳感器、紅外傳感器、液晶顯示屏、扇葉、底座、主軸支架、齒輪。該風扇整體采用分層堆疊結構，共分3層，由一根主軸連接：第一層為轉向結構，第二層為控制結構，第三層為感應結構，分層堆疊結構的使用充分合理的利用空間，使風扇整體結構趨于完美，主軸為可伸縮性設計，可提高用戶對風扇不同高度的需求。

1.2 多種傳感器

本作品使用了多種傳感器，其中包括溫濕度傳感器、超聲波測距傳感器和紅外傳感器，多種傳感器相結合共同實現風扇的多種功能。利用溫濕度傳感器檢測風扇周圍的溫濕度變化，單片機經過加工處理這些信息后，可實現風扇隨周圍環境溫濕度變化而自動調節風扇轉速的功能；利用超聲波測距傳感器檢測人體與風扇位置信息，傳入單片機進行加工處理，可實現風扇隨人體與風扇位置遠近而智能調節風扇轉速；利用紅外傳感器追蹤風扇周圍人群變動，將信號傳入單片機，可實現風扇隨人群變動而智能追蹤人群進行吹風。

1.3 底部齒輪結構

本作品底座利用一個齒輪結構，起到了減速定位的功能，并且主軸為可伸縮性設計，可提高用戶對風扇不同高度的需求。單片機可根據傳感器收集的信息，智能控制齒輪轉動，使風扇始終追蹤人體進行吹風，體現了作品的智能化和高效一體化。風扇也可利用無線遙控模塊手動控制風扇轉向，實現遙控追蹤模式，更體現了產品的人性化。底部齒輪造價較低，耐磨性強，質量輕便，性價比較高。

1.4 外部中斷

采用非自鎖開關作為外部中斷觸發器，可在四種模式之間進行切換，在單片機程序中具有主函數和四種模式的外部中斷子函數。在第一次觸發開關后，單片機調用模式一的子函數，控制風扇隨周圍環境溫濕度變化而智能調節風扇轉速；再次觸發開關后，單片機調用模式二的子函數，控制風扇隨人體與風扇距離遠近而智能控制風扇轉速；第三次觸發開關后，單片機調用模式三的子函數，控制風扇自動識別人群進行吹風；第四次觸發開關后，單片機調用模式四的子函數，通過遙控模塊控制風扇轉向，實現遙控追蹤人群進行吹風的功能。

2 技術方案：

打開基于多種傳感器智能控制風扇的電源開關后，電壓經穩壓器處理后傳給整個電路，單片機程序開始運行，同時本作品結合多種傳感器來實現以下四種功能。

功能一：隨溫濕度升高（降低），風速自動增大（減小）；功能二：隨距離增大（減小），風速自動增大 （減小）；功能三：自動識別人群，實現自動追蹤模式；

功能四：利用無線遙控裝置，實現遙控追蹤模式。

3 設計原理：

風扇利用紅外傳感器感知周圍區域的熱信號，自動追蹤用戶位置，當用戶出現在風扇覆蓋范圍內時，自動開始將冷風吹向他們。如果發現房間中不止一個人，那么馬上會調整方向讓冷風輪流對著每一個人吹，如果在一分鐘內未在默認覆蓋范圍內發現人，它會自動關閉并停止吹風。

單片機作為控制平臺對風扇轉速進行控制，利用溫濕度傳感器來檢測周圍環境的溫度，單片機經過加工處理這些信息，生成信號驅動，控制風扇轉速。當風扇檢測到周圍環境的溫度升高時，風速增加，檢測到周圍環境的溫度降低時，風速減少，睡眠時風扇根據識別，自動調動到睡眠風，滿足人的生理需求，以實現處于不同溫度值時，風扇轉速自行調節的功能。

4 創新點

本作品在功能上便捷、節能、智能，在外觀上結構合理、輕巧、靚麗。而且本作品設有多種模式，外部采用液晶屏幕進行動態顯示，充分體現了產品的智能化。再加上紅外傳感器追蹤用戶的自動追蹤模式和無線遙控模塊的手動追蹤模式的相結合，使作品更加具有人性化。其次，本作品整體采用分層堆疊結構，充分合理的利用空間，是風扇整體結構趨于完美。

5 作品應用前景

本作品采用單片機智能控制充分體現了人們對人性化和智能化的追求，踐行了當代大學生不斷創新的理念。目前市場上現有的幾款風扇在吹風時往往定向轉動，此過程不僅耗電量大而且也無法根據人的位置達到全方位的吹風效果，本作品不僅彌補了這些不足，填補了市場空白，而且智能化程度高，功能齊全，制作所需幾種傳感器較為常見，制作成本較低，擁有廣闊的市場應用前景。

6 結束語

在基于多種傳感器智能控制的風扇近三個月的研制過程中，我們克服了兩大難關，其一為單片機程序的創作，通過查詢大量的c語言資料以及向老師請教等多種途徑得以解決。其次為風扇的整體設計結構，我們經過多次嘗試，最終采用分層堆疊結構，充分合理的利用空間，使風扇整體結構趨于完美。雖然本產品在市場上尚未得到普及，但我相信隨著產品的不斷完善，一定會在未來市場占有一席之地。

［1］王俊峰，孟令啟.現代傳感器應用技術［M］.北京：機械工業出版社. 2007

［2］姜仲秋等主編.C語言程序設計.南京大學出版社. 1998

［3］劉瑞新等.單片機原理及應用教程.機械工業出版社. 2003

李鑫鑫（1994.12-），男，大學本科，研究方向：機械電子工程。

備注：本文系2015年地方高校國家級大學生創新創業訓練計劃項目（項目編號201510448033）的資助。

TM925.11

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1003-5168（2015）11-018-01