基于多种传感器智能控制的风扇

李鑫鑫 王志坤 孙如军

（ 德州学院机电工程学院，山东 德州 253023 ）

基于多种传感器智能控制的风扇

李鑫鑫 王志坤 孙如军

（ 德州学院机电工程学院，山东 德州 253023 ）

针对目前市场上的风扇功能单一、耗电量大、无法根据人的位置达到全方位的吹风效果等问题，设计出一款基于多种传感器智能控制的风扇。该风扇利用单片机智能控制多种传感器，实现风扇随室温、人体位置远近等条件变化而自动调节风扇转速及自动追踪人体的功能。同时也可通过无线遥控模块控制齿轮转动，直接锁定人体进行吹风。

单片机；多种传感器；智能控制；自动追踪；无线遥控

1 系统简介

1.1 作品结构部分

这款基于多种传感器智能控制的风扇包括：型号为STC12C5A60S2的单片机控制系统、2272无线遥控模块、稳压器、L298N电机驱动模块、扇叶电机、直流减速电机、温湿度传感器、超声波测距传感器、红外传感器、液晶显示屏、扇叶、底座、主轴支架、齿轮。该风扇整体采用分层堆叠结构，共分3层，由一根主轴连接：第一层为转向结构，第二层为控制结构，第三层为感应结构，分层堆叠结构的使用充分合理的利用空间，使风扇整体结构趋于完美，主轴为可伸缩性设计，可提高用户对风扇不同高度的需求。

1.2 多种传感器

本作品使用了多种传感器，其中包括温湿度传感器、超声波测距传感器和红外传感器，多种传感器相结合共同实现风扇的多种功能。利用温湿度传感器检测风扇周围的温湿度变化，单片机经过加工处理这些信息后，可实现风扇随周围环境温湿度变化而自动调节风扇转速的功能；利用超声波测距传感器检测人体与风扇位置信息，传入单片机进行加工处理，可实现风扇随人体与风扇位置远近而智能调节风扇转速；利用红外传感器追踪风扇周围人群变动，将信号传入单片机，可实现风扇随人群变动而智能追踪人群进行吹风。

1.3 底部齿轮结构

本作品底座利用一个齿轮结构，起到了减速定位的功能，并且主轴为可伸缩性设计，可提高用户对风扇不同高度的需求。单片机可根据传感器收集的信息，智能控制齿轮转动，使风扇始终追踪人体进行吹风，体现了作品的智能化和高效一体化。风扇也可利用无线遥控模块手动控制风扇转向，实现遥控追踪模式，更体现了产品的人性化。底部齿轮造价较低，耐磨性强，质量轻便，性价比较高。

1.4 外部中断

采用非自锁开关作为外部中断触发器，可在四种模式之间进行切换，在单片机程序中具有主函数和四种模式的外部中断子函数。在第一次触发开关后，单片机调用模式一的子函数，控制风扇随周围环境温湿度变化而智能调节风扇转速；再次触发开关后，单片机调用模式二的子函数，控制风扇随人体与风扇距离远近而智能控制风扇转速；第三次触发开关后，单片机调用模式三的子函数，控制风扇自动识别人群进行吹风；第四次触发开关后，单片机调用模式四的子函数，通过遥控模块控制风扇转向，实现遥控追踪人群进行吹风的功能。

2 技术方案：

打开基于多种传感器智能控制风扇的电源开关后，电压经稳压器处理后传给整个电路，单片机程序开始运行，同时本作品结合多种传感器来实现以下四种功能。

功能一：随温湿度升高（降低），风速自动增大（减小）；功能二：随距离增大（减小），风速自动增大 （减小）；功能三：自动识别人群，实现自动追踪模式；

功能四：利用无线遥控装置，实现遥控追踪模式。

3 设计原理：

风扇利用红外传感器感知周围区域的热信号，自动追踪用户位置，当用户出现在风扇覆盖范围内时，自动开始将冷风吹向他们。如果发现房间中不止一个人，那么马上会调整方向让冷风轮流对着每一个人吹，如果在一分钟内未在默认覆盖范围内发现人，它会自动关闭并停止吹风。

单片机作为控制平台对风扇转速进行控制，利用温湿度传感器来检测周围环境的温度，单片机经过加工处理这些信息，生成信号驱动，控制风扇转速。当风扇检测到周围环境的温度升高时，风速增加，检测到周围环境的温度降低时，风速减少，睡眠时风扇根据识别，自动调动到睡眠风，满足人的生理需求，以实现处于不同温度值时，风扇转速自行调节的功能。

4 创新点

本作品在功能上便捷、节能、智能，在外观上结构合理、轻巧、靓丽。而且本作品设有多种模式，外部采用液晶屏幕进行动态显示，充分体现了产品的智能化。再加上红外传感器追踪用户的自动追踪模式和无线遥控模块的手动追踪模式的相结合，使作品更加具有人性化。其次，本作品整体采用分层堆叠结构，充分合理的利用空间，是风扇整体结构趋于完美。

5 作品应用前景

本作品采用单片机智能控制充分体现了人们对人性化和智能化的追求，践行了当代大学生不断创新的理念。目前市场上现有的几款风扇在吹风时往往定向转动，此过程不仅耗电量大而且也无法根据人的位置达到全方位的吹风效果，本作品不仅弥补了这些不足，填补了市场空白，而且智能化程度高，功能齐全，制作所需几种传感器较为常见，制作成本较低，拥有广阔的市场应用前景。

6 结束语

在基于多种传感器智能控制的风扇近三个月的研制过程中，我们克服了两大难关，其一为单片机程序的创作，通过查询大量的c语言资料以及向老师请教等多种途径得以解决。其次为风扇的整体设计结构，我们经过多次尝试，最终采用分层堆叠结构，充分合理的利用空间，使风扇整体结构趋于完美。虽然本产品在市场上尚未得到普及，但我相信随着产品的不断完善，一定会在未来市场占有一席之地。

［1］王俊峰，孟令启.现代传感器应用技术［M］.北京：机械工业出版社. 2007

［2］姜仲秋等主编.C语言程序设计.南京大学出版社. 1998

［3］刘瑞新等.单片机原理及应用教程.机械工业出版社. 2003

李鑫鑫（1994.12-），男，大学本科，研究方向：机械电子工程。

备注：本文系2015年地方高校国家级大学生创新创业训练计划项目（项目编号201510448033）的资助。

TM925.11

A

1003-5168（2015）11-018-01