智能温控风扇的硬件实现
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2019年第17期信息与电脑China Computer & Communication人工智能与识别技术
智能温控风扇的硬件实现
曹灿云
（广东石油化工学院 电信学院电工电子实验教学中心，广东 茂名 525000）
摘 要：笔者通过研究单片机以及温度传感器，设计出一款智能温度控制风扇，该风扇具有手动模式和自动模式两种模式，在手动模式下，可以进行风扇的开关机及调速操作，在自动模式下可实现随环境温度控制风扇的转速，以及启停、定时、延时操作。关键词：单片机；智能风扇；温度控制中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1003-9767（2019）17-123-03Hardware Implementation of Intelligent Temperature Control Fan
Cao Canyun
(Electrical and Electronic Experiment Teaching Center of Telecom College of Guangdong University of Petrochemical Technology , Maoming Guangdong 525000, China)Abstract: This paper designs an intelligent temperature control fan by studying the single chip computer and temperature sensor. The fan has two modes: manual mode and automatic mode. Under the manual mode, it can switch on and adjust the speed of the fan. Under the automatic mode, it can control the speed of the fan with the ambient temperature, and start it. Stop, timing/delay operation.Key words: microcontrollers; intelligent fan; temperature control
０ 引言随着时代的发展，全球各个国家尤其是发达国家都在发展智能产品，以满足各种人群的生活及工作所需。在智能大时代，各类智能小家电的开发就变得可行。智能温控风扇是用单片机系统完成的一个小型的控制系统[1]。如今，空调已经进入各家各户，但传统的电风扇依旧占有很大的市场份额。这是因为：一是空调价格高昂，耗电量也高，会产生较高的电费；二是空调使用过程中要求关闭门窗形成密闭空间，造成空气不流通，导致病微生物容易滋生。以上几点限制了部分群体尤其是较为节省的老年人群体使用意愿。普通的电风扇只能通过调节不同档位控制风扇的转速，而且必须人亲自操作换档，如果要关闭风扇，除了直接关闭电源的做法以外，现在也只有利用定时器这一种做法，时间到了就会让风扇停止转动，因此使用时非常麻烦，既不智能化，也不能满足因为环境温度变化改变风扇转速的要求[2]。尤其是到了春夏或夏秋季节交替时，温差较大。温度高的时候风扇转速自然越快越好，能够有效降低温度，但是在温度低时，风速快却容易引起身体健康问题。这些情况发生在白天，只需要切换速度即可，但若是在晚上，当温度降低时，人们正处于睡眠状态，无法准确感知温度变化，导致无法从睡眠状态苏醒，更改风速。所以手动风扇不能满足人们的需要。所以现在需要智能风扇能够及时根据环境温度的变化而改变转速，保证睡眠环境正常，从而降低生病的概率。１ 智能温控风扇系统概述智能温度控制风扇整体设计思路框图如图1所示。这一款价格便宜又实用的智能温控风扇，能完实现手动模式和自动模式两种模式：一是手动模式即传统风扇模式，能实现人工手动进行调速、定时等基本功能；二是自动模式，能根据环境温度实现控制风扇的转速及启停功能。温度高，转速快；温度低，转速慢；检测到环境低于设定温度阈值，关机；环境温度高于设定温度阈值，开机。
单片机最小系统显示模块输入模式
时间模块电机模块温度模块
图１ 系统整体框图
作者简介：曹灿云(1981—)，女，湖南衡阳人，硕士研究生，讲师。研究方向：数字信号处理。
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２ 时间模块电路、显示模块电路和按键模块电路2.1 时间模块电路智能温控风扇要求能够实现定时、延时操作，需要用到时钟模块电路，采用时钟芯片DS1302。它能够依靠被动电源与自身晶振进行计时，除了记录时间信息以外，还能判断出月末、大小月、大小年，然后自行进行调整。时间模块电路如图2所示。时钟芯片DS1302与STC89C51单片机的接口是由3条线完成的，STC89C51单片机的P1.4与时钟芯片的数据传输端I/O相连，P1.3用来作为DS1302输入时钟SCLK控制端，P1.5控制DS1302的复位输入端RST。X1和X2管脚用来外接外部晶振，VCC2用来接3.3V左右的钮扣电池，用作备用电池的供电接口。
VCC1VCC2RSTSCLKI/OU32
3X1
X2X2＜TEXT＞＜TEXT＞
CRYSTALDS1302＜TEXT＞C4220μF＜TEXT＞578145678P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7CESCLKRWIOVCC
GND
6
图２ 时间模块电路2.2 显示模块电路LCD1602是一种工业字符型液晶，分上下两行，每行能够同时显示16个字符，显示的总内容数为16×2个字符。其价格便宜，在操作上，无需复杂的时序通信方式，同时在本系统设计中只需要显示时间以及温度，因此足以满足人们的日常需求。通过LCD1602液晶显示模块，风扇启停状态、温度阈值、定时/延时信息等都直接显示在液晶屏上，使用者对系统按键模块的每一步操作都可以在显示屏上看到，极大地增加了系统设计的实用性。2.3 按键模块电路本系统按键模块由4个独立按键构成，分别是选择/切换键、减键、加键和设置键。选择/切换键连接单片机P3^5口，当选择/切换键被按下，就可以随意选择该系统的手动模式、自动模式两种功能模式；当进入某一模式后，负责本模式下其他功能的项目选择。减键连接单片机P3^3口，加键连接单片机P3^4口，这两个键分别对应不同的模式下有不同的功能：（1）在手动模式下，负责风扇的档位加减；在自动模式下，未进入设置界面时，负责风扇的开启与关闭；（2）进入设置界面后，负责温度阈值上下限数值以及定时/延时时间数值的加减。设置键连接单片机P3^6口，具有已下功能：（1）在自动模式下通过时间设置可以人为地改变显示屏上的时间信息，实现温控风扇统的定时/延时功能；（2）在自动模式下，通过温度阈值上下限设置，当环境温度超过设定温度下限时，风扇开机，当外界温度超过上限，风扇转速最快，随着温度降低转速变慢，当低于设定温度下限则风扇停止。按键模块电路如图3所示。
减键加键选择键设置键27281011121314151617P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD切换键
图３ 按键模块３ 电机模块和温度模块3.1 电机模块单片机输出的信号无法直接控制电机，因此需要设计一个放大电路，将单片机输出的信号放大后控制电机。利用单片机产生的PWM波控制9012三极管的导通时间，达到对电机的转速进行调整、控制。电机控制模块电路如图4所示。从单片机管脚P3^7引出一条线到9012三极管基极，集电极接12 V的电压，发射极接电机，电机另一极则接地。当基极处于低电平时，9012三极管处于导通的状态，电机转动，反之，则9012三极管处于关闭状态，电机停止转动。
＜TEXT＞电机
切换键R4Q2
1k＜TEXT＞
图４ 电机模块3.2 温度采集模块温度采集模块采用数字式集成温度传感器DS18B20。相比传统的热敏电阻以及其他温度测量元器件，更为直观，数据可直接读出，能通过编程实现9～12位的数字值读数方式[3]。温度传感器DS18B20功能模块较完整，能够在器件内部将温度值转换成数字量，单片机只需要根据相应的工作时序和命令去操作即可获得温度数据，并且其对温度的敏感性极强，采集到的温度数据比较准确。将DS18B20温度传感器DQ管脚连接单片机P3^1口。温度模块电路如图5所示。将其接入电路时一定要注意正负极，一旦接反，DS18B20传感器就会立刻发热，导致传感器无法正常工作，并且有可能会被烧毁。在使用51系列单片机时，DS18B20传感器的DQ管脚须接上4.7K—10K的上拉
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电阻，否则，通电后不能正常显示温度。
U2R310k＜TEXT＞VCCDQGND321DS18B20＜TEXT＞图５ 温度采集模块４ 电路整体功能测试程序下载到芯片后，就可以开始逐步验证各种功能是否达到预期的结果。对系统硬件电路的测试包括以下几项：初始化测试、按键功能测试（如图6所示）、温度显示测试（如图7所示）、电机功能测试等。
图６ 按键功能测 图７ 温度显示测试对系统电路设计的测试结果可以得出：电路接通电源后，电路板各个元器件的工作电压、电流正常，无元器件发热现象，智能温控风扇能够正常工作。在手动模式下，可以实现人工关机开机以及调速操作；在智能模式下，设定温度值之后，环境温度高于设定温度，开机，并实现温度越高转速越快，当环境温度低于设定温度下限时，风扇停止转动，并实现了风扇的定时/延时操作。５ 结 语智能家居的流行，使得小家电行业大洗牌，各种智能小家电进入千家万户，但大多数价格高昂，使得大部分人群望而却步。本款智能温度控制风扇，价格低廉，但能满足大部分功能所需，尤其适合婴幼儿及老年人群体。
参考文献[1]徐志刚,黄涛.基于单片机的智能风扇[J].电子设计工程,2016(6):154-159.[2]袁辉龙.浅谈智能温控风扇设计[J].福建电脑,2016(5): 148-159.[3]陈振,梅顺齐,刘超,等.基于51单片机的智能温控风扇系统设计[J].机电信息2017(21):124-125.
的相似度，从而确定是该学生本人在跑步签到还是别人代签。人脸匹配流程如图3所示。为防止学生只刷脸而不跑步，还需要结合其他防作弊检测技术，例如跑步轨迹判断、里程判断等。
图３ 人脸匹配流程人脸检测关键代码：String faceToken = json.optJSONArray("faces").optJSONObject(0).optString("face_token"); faceToken = getFaceToken(response);FaceSetOperate faceSetOperate=new FaceSetOperate(key, secret, false);Response response1=faceSetOperate.addFaceByFaceToken(faceToken,tokenSet);４ 结 语本文讨论了Face++人脸识别技术在校园晨跑签到中的应用，解决了晨跑签到中的代签和假跑等问题，避免了校方专门安排教师负责签到的问题。经实践检验，在网络良好的状态下，在不同的光线、拍摄角度和背景下，系统都能快速和有效地识别出学生的人脸，并与目标进行比对，从而快速完成签到过程。参考文献[1]张婷,朱秋煜,朱军林.人脸识别考勤系统中有效人脸特征提取[J].上海大学学报:自然科学版,2006(6):244-248,255.[2]金忠,胡钟山,杨静宇.基于BP神经网络的人脸识别方法[J].计算机研究与发展,1999(3):274-277.[3]詹金浩,李奕蓉,张嘉明,等.基于Face++的人脸识别签到系统[J].信息与电脑,2019(7):67-68.（上接第122页）
