基于STM32的智能風(fēng)扇

黃平 黃煥晴 蔣少潔 梁嬋娟 梁東梅 梁火層

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

【關(guān)鍵字】溫度檢測;語音口令;藍牙模塊;智能風(fēng)扇

中圖分類號： TH811;TP368.12 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 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

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

現(xiàn)在大多數(shù)智能風(fēng)扇智能實現(xiàn)一兩個功能[3]，如人體紅外線的功能[4]、溫度自檢功能，但是它們無法適應(yīng)激烈的市場競爭和給用戶提供更好的體驗，因此本文研究如何實現(xiàn)具備溫室調(diào)控、語音調(diào)速、手機APP調(diào)速和人體感應(yīng)開關(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

本系統(tǒng)主要由電源模塊、驅(qū)動模塊、語音口令控制模塊、紅外對管檢測模塊、音樂模塊、液晶顯示模塊、測溫模塊和藍牙模塊組成。首先當(dāng)紅外對管檢測到人體時，先通過溫度傳感器根據(jù)室溫的變化來調(diào)節(jié)風(fēng)速。同時還可通過手機藍牙app、語音模塊、按鍵來實現(xiàn)智能操作的功能。液晶模塊主要實現(xiàn)顯示溫度和參數(shù)的功能。系統(tǒng)整體設(shè)計框架圖如圖1所示。

2 硬件設(shè)計

2.1 電機驅(qū)動電路

L298N是一種高電壓、大電流電機驅(qū)動芯片，其工作電流為2A，額定功率25W。本驅(qū)動電路用來驅(qū)動風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動。

2.2 液晶顯示模塊

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

2.3 語音識別模塊電路

LD3320芯片是一款“語音識別”專用芯片，此電路用來識別語音口令并按照設(shè)定的指令來控制風(fēng)扇。此芯片集成了語音識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。本模塊用來實現(xiàn)對語音的識別以及對風(fēng)扇進行口令控制。

2.4 溫度檢測模塊電路

本項目采用DS18B20作為溫度檢測模塊電路，它具有高性能、低功耗、抗干擾性強等特點。本模塊用來對室內(nèi)溫度進行檢測。測量范圍為-55℃～+125℃，測量精度±0.5℃

2.5 獨立按鍵連接電路

可通過按鍵來實現(xiàn)對風(fēng)扇功能選擇的開關(guān)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

STM32通過檢測各模塊數(shù)據(jù)，并根據(jù)各模塊的數(shù)據(jù)變化來控制電機的轉(zhuǎn)速。

3.2 程序設(shè)計

程序開始時，先對各模塊進行初始化，再通過檢測紅外對管數(shù)據(jù)變化來判斷是否有人接近。若檢測到有人，則啟動風(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、藍牙app調(diào)速、語音調(diào)速，按鍵調(diào)速。當(dāng)系統(tǒng)檢測到紅外傳感器為低電平時，先進行溫度調(diào)速，同時如若接收到其他指令傳來，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管檢測模塊能檢測到人體并自動打開風(fēng)扇，測溫模塊根據(jù)室內(nèi)溫度進行調(diào)節(jié)風(fēng)速，既能滿足用戶對風(fēng)速的要求又能避免不必要的浪費。本項目設(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。

對溫度檢測模塊進行測試，測試場所在空調(diào)室內(nèi)，測試工具有打火機和溫度計。首先在室內(nèi)打開空調(diào)并把溫度調(diào)到22℃（本項目設(shè)置風(fēng)扇檢測到人體，風(fēng)扇開始工作的最低溫度為22℃），然后開始進行測試。不同溫度測試數(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)的溫度來按照設(shè)定值自動調(diào)節(jié)風(fēng)速，測量誤差比較小。

用手機藍牙功能控制智能風(fēng)扇工作。本項目植入了藍牙模塊，用戶使用時只需手機安裝本智能風(fēng)扇專門設(shè)置的APP。藍牙模塊可以使用戶遠程控制智能風(fēng)扇的開和關(guān)、檔位、音樂的上一曲、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，本項目還有第三種模式：按鍵控制風(fēng)扇工作，既普通模式。

語音控制模塊檢測到周圍有語音信號與自身設(shè)定的口令一致時，能執(zhí)行相應(yīng)的指令。音樂模塊可以根據(jù)個人喜好正常播放音樂。最后，各項指標(biāo)都達到了預(yù)期的要求。

5 結(jié)束語

本項目以STM32F407為主控芯片，在現(xiàn)有家庭風(fēng)扇的基礎(chǔ)上，結(jié)合單片機和各個模塊進行控制普通的風(fēng)扇，從而達到高效實用環(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，方便實用，節(jié)能（下轉(zhuǎn)第84頁）（上接第37頁）環(huán)保，是家居必備納涼產(chǎn)品，并且朝著智能化、自動化的方向發(fā)展，因而具備比較廣闊的應(yīng)用前景。

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