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基于单片机的智能风扇系统设计

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基于单片机的智能风扇系统设计

郑安豫

【摘 要】The current market sales of electric fans can only manually set the

speed.If user fall in sleep when electric fan is on,with the changes in the

environment,may lead to sleep discomfort,or even make people sick.

Aiming at shortcomings of the electric fan,a Smart fan system that

automatically adjusts the speed based on somatosensory temperature is

proposed.Get the temperature through the temperature and humidity

sensor,calculate the wind speed required for the comfort of the

somatosensory temperature by means of temperature and humidity,

calculate the fan speed according to the wind speed and design the

software to control the fan motor speed,to achieve automatic,real-time

adjustment of the fan speed effect.%当前市场上销售的电风扇只能手动设置转速.如果电风扇开启状态下使用者进入睡眠状态,随着环境的变化,轻则导致睡眠不适,重则使人生病感冒.针对电风扇的这些缺点,提出了一种基于体感温度的自动调整转速的智能风扇系统.系统通过传感器获取环境数据(温度、相对湿度),根据体感温度的舒适度模型,通过环境数据计算出人体舒适所需要的风速,根据风速控制单片机输出PWM,利用PWM来实现控制风扇电机的转速,以达到自动、实时调整风扇转速的效果.

【期刊名称】《商丘师范学院学报》

【年(卷),期】2018(034)003

【总页数】3页(P33-35) 【关键词】体感温度;温湿度传感器;智能风扇

【作 者】郑安豫

【作者单位】安徽电气工程职业技术学院电力系,安徽合肥230051

【正文语种】中 文

【中图分类】TP271+.4

0 引 言

随着科技的发展，人们对家居的智能化与自动化要求也不断提高.电风扇作为一种常用的夏季降暑家用电器，除了简单的转速设定与定时功能，没有其他功能设置选项，已经无法满足使用者的需求.智能风扇的设计进入研究者的视线.

智能风扇的设计，一般都是基于环境温度来实现[1-2]的，随着环境温度的变化，控制风扇转速，以实现风扇的智能化.然而实际环境中，影响人体舒适度的，除了温度外，湿度扮演了另一个十分重要的角色；夏季中，温度不是特别高的情况下，如果相对湿度很高，会感觉闷热，十分不适.

本文提出了一种基于体感温度的智能风扇系统，实现了风扇转速的自动控制，环境数据、风扇转速液晶显示.弥补了一般智能风扇的只基于环境温度，忽视相对湿度的缺点，提高了使用者的舒适度.

1 背 景

1.1 体感温度

体感温度，是指人体通过感觉器官，主要是皮肤对外界环境温度的感受.体感温度往往与实际测量的温度有偏差.它除了受环境温度的影响外，还受其他因素，如相对湿度、风速、太阳辐射的影响[3]. 仅考虑气象条件的影响下，体感温度的计算方法如下[3]:

Tg=Ts+T(u)+T(v)+T(r)

其中，Tg为体感温度，Ts为环境温度，T(u)为相对湿度修正项，T(v)为风速修正项，T(r)为太阳辐射修正项[3].由于本文只考虑风扇的使用场景，风扇都在室内使用，所以太阳辐射的修正可以忽略.

关于T(u)与T(v)计算方法，有大量文献提出了不同的计算方法[3-6].由于风扇是用来在炎热的夏季提升人体舒适度的工具，本文采用了基于人体舒适度的体感温度计算模型[6].

1.2 温湿度传感器

本系统采用的温湿度传感器是一款已校准数字信号输出的DHT11数字温湿度传感器.传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件.该产品具有响应快速、抗干扰能力强、性价比高等优点[7].

2 系统设计

为了实现温度、湿度数据收集、转速计算、风扇控制等一系列动作的智能化，需要中央处理器来处理，本系统中采用C51单片机作为中央处理器.为了实现内部数据(温度、湿度、风扇转速)的可视化，系统设计中添加了液晶显示器来显示各项数据.

系统设计如图1所示.

图1 系统设计结构图

单片机：由于本设计中，对单片机没有特殊要求，基于软件程序的大小，所以选用AT89C54.单片机引脚如图2所示.

图2 AT89C54

图3 手动复位电路 复位电路：单片机的复位电路一般有分为上电复位，手动复位.上电复位指单片机在上电瞬间，给复位引脚一个复位信号(一定时间的高电平或者低电平)，以实现单片机的复位，待稳定后，单片机开始执行程序；手动复位指在单片机的复位引脚接一个按键，手动按下该按键使单片机复位.本文设计中采用手动复位，风扇通电时，给单片机复位，发生故障时，能够手动重置单片机状态.手动复位电路图如图3所示

晶振电路：单片机工作时钟需要晶体振荡器提供工作脉冲信号，脉冲频率决定了单片机工作速度.晶振电路如图4所示.

液晶显示：采集的温度、湿度、以及现在的风扇转速，通过液晶显示屏显示.

风扇驱动：风扇驱动采用PWM(Pulse Width Modulation)控制直流电机的转速.由于C51单片机中没有PWM输出功能，本系统中采用定时器与软件控制来实现PWM的输出[8].

图4 晶振电路

图5 软件流程图

3 软件流程

单片机的软件设计流程如图5所示.

1)获取环境参数

单片机通过温湿度传感器，获取环境温度与湿度；

2)计算风扇转速

根据获取的环境参数，计算出舒适体感温度需要的理想风速.

3)控制风扇转速

根据理想风速，计算出风扇的转速 4)延时

两次计算间的延时间隔

4 小 结

针对普通电风扇的缺点，本文提出了一种基于体感温度的智能风扇设计方案.通过传感器实时获取环境温度与湿度，计算出合适的风扇转速；通过单片机自动控制风扇转速.该设计能够根据环境的变化，自适应地控制风扇转速，达到风扇智能化的目的.

参考文献：

[1]陈富忠，翁桂琴.智能温控调速风扇的设计[J].上海电机学院学报，2009(04):297-300.

[2]李娣娜，王洋.一种简易温控智能风扇控制系统的设计[J].现代电子技术，2012(21):119-120.

[3]陈莉，张海东，王承伟，等.体感温度客观分析方法研究[J].成都信息工程学院学报，2009(03):279-284.

[4]刘梅，于波，姚克敏.以热量平衡为基础的体感温度模型及气候要素的效应分析[J].南京气象学院学报，2001(04):527-535.

[5]王远飞，沈愈.上海市夏季温湿效应与人体舒适度[J].华东师范大学学报(自然科学版)，1998(03):60-66.

[6]马盼，王式功，张志薇，等.基于“黄金分割率”的体感温度计算方法及相应舒适度划分[C].创新驱动发展，提高气象灾害防御能力—S15气候环境变化与人体健康[A].2013-10-22.

[7]倪天龙.单总线传感器DHT11在温湿度测控中的应用[J].单片机与嵌入式系统应用，2010(6):60-62. [8]吴育军.单片机PWM控制直流电机技术[J].通讯世界，2016(17)：253-254.

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基于单片机温控智能风扇的设计

基于单片机温控智能风扇的设计

龙源期刊网

基于单片机温控智能风扇的设计

作者：施君 艾信友 李杨 奚芳兰

来源：《科技创新与应用》2015年第10期

摘 要：文章设计了一种基于单片机温控智能风扇，利用DS18B20进行温度检测，采用STC89C52单片机控制风扇转速和半导体制冷片制冷，具有随外界温度变化自动调节风扇转速，降低环境温度的功能。

关键词：STC89C52；DS18B20；风扇调速；制冷片

引言

温控智能风扇可以感知环境温度，自动调节风扇的转速，半导体制冷片制冷，达到调节环境温度的功能。该风扇有两个档位，高速档：当环境温度高于设置温度时，制冷片工作，转速加快；低速档：当环境温度低于设置温度时，制冷片不工作，转速降低。该风扇性能优良，可应用于实际生活。

1 系统概述

该风扇以STC89C52单片机为核心，通过DS18B20对环境温度进行检测，利用LCD1602显示当前温度，半导体制冷片制冷进行温度调节，从而实现了风扇随外界温度智能调速以及降低环境温度功能。

该系统包括控制模块、温度检测模块、显示模块、制冷模块、风扇调速控制模块、电源模块等。系统框图如图1所示。

图1 系统框图

2 硬件设计

硬件设计主要包括控制模块、温度检测模块、显示模块、制冷模块、风扇调速控制模块、电源模块的电路设计。

2.1 控制模块

单片机作为该系统的核心部件，采用STC89C52单片机，控制LCD1602显示，接收DS18B20采集到的温度来控制风扇调速和制冷片工作。

2.2 温度检测模块 龙源期刊网

该系统采用DS18B20温度传感器，DS18B20抗干扰能力强，精度高，可以全数字温度转换及输出，检测温度范围为-55℃～+125℃，温度信息经过单线接口送入或送出，使用方便。

基于单片机温控智能风扇的设计 2

基于单片机温控智能风扇的设计 2

科技创新　２０１５年第１０期ｌ科技创新与应用　基于单片机温控智能风扇的设计　

施君　艾信友　李杨　奚芳兰　（南昌航空大学，江西南昌３３００６３）　

摘要：文章设计了一种基于单片机温控智能风扇，利用ＤＳ１８Ｂ２０进行温度检测，采用ＳＴＣ８９Ｃ５２单片机控制风扇转速和半导体　制冷片制冷，具有随外界温度变化自动调节风扇转速，降低环境温度的功能。　关键词：ＳＴＣ８９Ｃ５２；ＤＳ１８Ｂ２０；风扇调速；制冷片　

引言　温控智能风扇可以感知环境温度，自动调节风扇的转速，半导　体制冷片制冷，达到调节环境温度的功能。该风扇有两个档位，高速　档：当环境温度高于设置温度时，制冷片工作，转速加快；低速档：当　环境温度低于设置温度时，制冷片不工作，转速降低。该风扇性能优　良，可应用于实际生活。　ｌ系统概述　该风扇以ＳＴＣ８９Ｃ５２单片机为核心，通过ＤＳ１８Ｂ２０对环境温度　进行检测，利用ＬＣＤ１６０２显示当前温度，半导体制冷片制冷进行温　度调节，从而实现了风扇随外界温度智能调速以及降低环境温度功　能。　该系统包括控制模块、温度检测模块、显示模块、制冷模块、风　扇调速控制模块、电源模块等。系统框图如图１所示。　

图１系统框图　２硬件设计　硬件设计主要包括控制模块、温度检测模块、显示模块、制冷模　块、风扇调速控制模块、电源模块的电路设计。　２．１控制模块　单片机作为该系统的核心部件，采用ＳＴＣ８９Ｃ５２单片机，控制　ＬＣＤ１６０２显示，接收ＤＳ１８Ｂ２０采集到的温度来控制风扇调速和制冷　片工作。　２．２温度检测模块　该系统采用ＤＳ１８Ｂ２０温度传感器，ＤＳ１８Ｂ２０抗干扰能力强，精　度高，可以全数字温度转换及输出，检测温度范围为一５５￣Ｃ～＋１２５￣，　温度信息经过单线接口送入或送出，使用方便。　２．３显示模块　该系统采用ＬＣＤ１６０２显示模块，单片机的Ｐ０口连接ＬＣＤ１６０２　数据端，Ｐ３．５、Ｐ３．６、Ｐ３．７连ＬＣＤ１６０２的使能端和控制端。　２．４制冷模块　制冷片采用电流换能型半导体制冷片，它的主要功能是当外界　温度高于设定温度上限时制冷。电路如图２所示。　

基于单片机的智能温控风扇系统设计

基于单片机的智能温控风扇系统设计

2019.01设计与研发基于单片机的智能温控风扇系统设计张少康，尹睿，鲍琦，吴子鑫，高钊 (西京学院，陕西西安，7101：23)摘要：本文以STC89C52单片机作为主控制器，应用温度传感器、红外传感器、LCD1602显示模块等，对常用的电风扇加 以改进，设计了一种智能温控风扇系统。实现当用户在风扇前一定距离、且温度达到预设值时自动启动，在用户离开时自 动关闭；随着环境温度的变化自动调节转速；对风扇运行的当前温度和预设的上下限温度进行实时显示等功能,具有一 定的实际应用价值与可观的市场前景。关键词：STC89C52单片机；温度传感器；红外传感器；智能控制The Design of Intelligent Temperature Control Fan System Basedon the MicrocontrollerZhang Shaokang, Yin Rui, Bao Qi, Wu Zixin, Gao Zhao (Xijing University, Xi/ an Shaanxi , 710123)AbstractrThis paper uses STC89C52single-chip microcomputer as the main controller, applies temperature sensor, infrared sensor, LCD 1602 display module, etc” improves the commonly used electric fan, and designs the intelligent temperature control fan system. It is automatically started when the user is at a certain distance in front of the fan and the temperature reaches the preset value, turned off when the user leaves, adjusted the speed as the ambient temperature changes, displayed the relevant operating parameters of the fan in real time, which has a certain practical value and considerable market prospects. Keywords:STC89C52;Temperature Sensor;Infrared Sensor;Intelligent Control〇引言随着电子信息技术、自动控制技术的不断发展，以及人 们生活水平的不断提高，将各种传感器与处理器结合，嵌入 家用电器，使其能够随着环境变化自动做出响应，以提高用 户居住舒适度、便利性和智能性的“智能家居”已成为一种趋 势。由于空调的出现，电风扇曾一度被认为会在空调产品的 冲击下逐渐被淘汰。但电风扇具有价格便宜、摆放方便、体积 轻巧等特点，在中小城市以及乡村地区，未来一段时间仍然 是家家户户必备的降温电器。传统电风扇功能简单、智能性 较差，不能随着环境温度变化自动调节风速,且定时范围有 限,不能满足人们的需求。智能温控风扇随之被提出,但目前 发展还不够成熟，功能并不完善,智能性、人性化有待提高。 因此，本文对家用电风扇进行改进设计，实现当用户距离风 扇一定距离且温度达到设定值时自动启动，随环境温度的变 化自动调节转速，并在用户离开时自动关闭的功能，具有一 定的实际应用价值与可观的市场前景。1系统总体结构本系统将单片机作为主控制器，采用温度传感器测量周 围环境温度，利用闭环PID控制算法，通过定时器产生不同占 空比的PWM脉冲，同时，结合红外传感器、LCD1602液晶显示 屏，实现自动启动、关闭、调速、显示等功能，总体结构框图如图1所示。图1总体结构框图2系统硬件谢十 2.1单片机主控电路单片机主控电路如图2所示，XTAL1与XTAL2端口之间 外接一个12MHz的晶振，起辅助起振的作用。RST为单片机 的复位端口，在RST端口外接一个上拉电阻，再连接到一个按 钮上,就可以通过手动方式使单片机复位，有效的防止意外 发生，并对排除某些故障起到关键作用。电源接口只需要注 意正负极，单片机的I/O 口外接所要控制的硬件或是检测元 件即可。2.2温度传感器电路本系统选用DS18B20作为系统的温度检测元件，因其基金项目：2018年陕西省大学生创新创业训练计划项目（201839006)。田画a

基于单片机的智能风扇设计

基于单片机的智能风扇设计

32019年第 08 期0 引言由于人类对世界能源的不断开采,节能已经成为新时代的新方向。电风扇作为一件常用的家用电器,它的智能化发展必将掀起新的潮流。传统的电风扇存在着浪费电能、使用不便等诸多缺点。作为微型控制器,单片机具有体积小、质量轻、价格便宜等优点,因此被广泛应用到各种智能化的产品上。本设计将传统风扇与单片机相结合,通过各模块之间的配合,便可实现对风扇的智能控制与调速,达到智能、节能的目的。智能风扇的出现顺应时代发展的潮流,满足人们日益对美好生活的追求。1 系统总体设计方案智能风扇系统核心芯片为IAP15F2K60S2芯片,整个系统采用模块化[3]设计的思想,其中,温度模块的功能实现由DS18B20传感器来完成,超声波模块用来测量人与风扇的距离,HC-SR501人体红外感应器完成感应人体的任务。其余各个模块与芯片的协调配合如图1。2 硬件系统设计2.1 温度传感器本设计中温度采集使用的元件是DS18B20单总线数字温度传感器, DS18B20芯片的2脚是数字信号输入/输出端,将此管脚与单片机P14口相连。单片机直接读出从温度传感器中传输出的数据然后对它做出处理,便可得到周围的环境温度。2.2 超声波模块使用CX20106A芯片进行超声波的发送和接收。该设计中将超声波频率设定为40KHZ。由确定引脚发送一定数目的40KHZ脉冲,并开始计时。当另一端口收到返回的信号时,计时停止。已知声速和单片机的机器周期,便可利用数学公式计算出人与风扇的距离。2.3 人体红外感应器实现感应人体的是HC-SR501传感器。其工作电压为DC5V至20V,当感应到人体时,模块中间的引脚2便输出高电平,当人离开时自动延迟关闭高电平,输出低电平。在硬件设计中,将该引脚2与芯片的P24引脚连接起来,通过读取P24引脚的电平信息便可知道风扇周围是否有人[4]。2.4 电机控制考虑到风扇要具有较宽的调速范围,并且单片机输出的都是电平信号,所以本设计中采取直流无刷电机,既能满足良好的调速性能,又能配合风扇所具备的智能化的功能。