基于STC89C52的智能跟蹤調(diào)速風(fēng)扇系統(tǒng)

李獻(xiàn)宇 錢(qián)田義

摘要：市場(chǎng)上大多數(shù)風(fēng)扇只能手動(dòng)設(shè)置是否轉(zhuǎn)動(dòng)且轉(zhuǎn)動(dòng)只能機(jī)械式的轉(zhuǎn)動(dòng)一定的扇形區(qū)域，不能對(duì)人進(jìn)行跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)。傳統(tǒng)風(fēng)扇只能手動(dòng)調(diào)節(jié)檔位來(lái)設(shè)置轉(zhuǎn)速，而不能根據(jù)溫度的變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)和停止，也不能隨著周圍溫度的改變而隨之改變。本設(shè)計(jì)由單片機(jī)STC89C52為主控制芯片，由溫度傳感器采集環(huán)境溫度并實(shí)時(shí)顯示在數(shù)碼管上，根據(jù)溫度高低對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行PWM調(diào)速，由HC_SR501紅外熱釋傳感器進(jìn)行人體感知來(lái)控制風(fēng)扇啟停及舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)跟蹤。通過(guò)按鍵模塊或紅外遙控模塊切換風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)模式。

關(guān)鍵詞：溫度傳感器；智能跟蹤；調(diào)速；人體感知

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）24-0185-02

Abstract：Most commercially fan can be set manually is rotating and the rotation only in certain rotational mechanical sector region can not follow the rotation of the person. Traditional fans can only manually adjust the gear to set the speed， but can't automatically start and stop according to the temperature change， and they can't change with the change of the ambient temperature. This design is controlled by the microcontroller STC89C52 as the main control chip. The temperature sensor collects the ambient temperature and displays it on the digital tube in real time. According to the temperature， the fan is controlled by the PWM speed， and the HC_SR501 infrared pyroelectric sensor is used to sense the human body to control the start and stop of the fan and the rudder. Machine rotation tracking. The fan rotation mode is switched by the button module or infrared remote control module.

Key words： temperature sensor； intelligent tracking； speed regulation； human perception

隨著科技的發(fā)展和人們生活水平的提高，智能產(chǎn)品的普及化，使得一些功能簡(jiǎn)單的微智能電風(fēng)扇得以逐漸走進(jìn)了人們的生活中。智能追蹤調(diào)速風(fēng)扇可以根據(jù)環(huán)境溫度及人群自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)風(fēng)扇的啟停與轉(zhuǎn)速，在實(shí)際生活的使用中，智能追蹤調(diào)速風(fēng)扇不僅可以節(jié)省寶貴的電資源，也大大方便了人們的生活。它的設(shè)計(jì)為當(dāng)今仍需風(fēng)扇的人們提高了生活質(zhì)量，為仍需風(fēng)扇的生產(chǎn)提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)根據(jù)紅外熱釋傳感器可分辨出是否有人在風(fēng)扇周圍，在提倡節(jié)能減排的時(shí)代極大地節(jié)約了能量。

1 總體方案設(shè)計(jì)

為保證系統(tǒng)獨(dú)立性和軟件穩(wěn)定性，本設(shè)計(jì)總體方案中含有兩大系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分別是智能調(diào)速系統(tǒng)和跟蹤系統(tǒng)。

智能調(diào)速系統(tǒng)中有七大模塊，包括電源模塊、溫度采集模塊、人體檢測(cè)模塊、按鍵模塊、紅外遙控模塊、顯示模塊、PWM驅(qū)動(dòng)電路及風(fēng)扇模塊。智能調(diào)速系統(tǒng)如圖1所示。

智能調(diào)速系統(tǒng)采用單片機(jī)STC89C52作為整個(gè)系統(tǒng)的控制芯片；溫度采集模塊使用DS18B20采集溫度；人體檢測(cè)模塊使用HC-SR501型熱釋紅外傳感器進(jìn)行人體感知；紅外遙控模塊使用HS0038紅外一體化接收頭來(lái)接收遙控器信號(hào)；按鍵模塊可按鍵切換模式；溫度顯示模塊使用4位8段數(shù)碼管顯示溫度；PWM驅(qū)動(dòng)電路及風(fēng)扇模塊控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)。

跟蹤系統(tǒng)中包含兩個(gè)模塊，包括三個(gè)紅外熱釋傳感器為一體的人體檢測(cè)模塊和舵機(jī)模塊。跟蹤系統(tǒng)如圖2所示。

人體檢測(cè)模塊有三個(gè)紅外熱釋傳感器，可檢測(cè)范圍較廣，舵機(jī)模塊通過(guò)接收紅外熱釋傳感器的信號(hào)從而轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的角度。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

智能調(diào)速系統(tǒng)軟件完成溫度檢測(cè)、人體紅外檢測(cè)、按鍵或紅外遙控進(jìn)行模式選擇、PWM調(diào)速、顯示等功能。程序流程圖如圖3所示。

按下開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)開(kāi)始工作，程序初始化完成后，DS18B20開(kāi)始工作，讀取環(huán)境溫度，單片機(jī)調(diào)用溫度讀取函數(shù)并將環(huán)境溫度實(shí)時(shí)顯示在數(shù)碼管上；同時(shí)人體檢測(cè)模塊中的紅外熱釋傳感器開(kāi)始工作，當(dāng)有人進(jìn)入其感應(yīng)范圍則對(duì)單片機(jī)輸入高電平；初始默認(rèn)為自動(dòng)模式，可通過(guò)按鍵或紅外遙控進(jìn)行模式選擇，數(shù)碼管首位顯示模式標(biāo)志；設(shè)置上、下限后會(huì)對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行PWM調(diào)速。

跟蹤系統(tǒng)主要功能為通過(guò)判斷是否有人來(lái)決定舵機(jī)是否工作，如有人則可通過(guò)接收信號(hào)從而轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

本設(shè)計(jì)放置3個(gè)紅外熱釋傳感器，，當(dāng)有人進(jìn)入其感應(yīng)范圍則對(duì)單片機(jī)輸入高電平，每個(gè)傳感器對(duì)應(yīng)著舵機(jī)一個(gè)相應(yīng)的角度，當(dāng)其中任意一個(gè)傳感器檢測(cè)到有人時(shí)，舵機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的角度，當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上的傳感器檢測(cè)到有人時(shí)，舵機(jī)會(huì)在設(shè)置的對(duì)應(yīng)角度內(nèi)來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)。

程序上分為溫度檢測(cè)模塊、數(shù)碼管顯示模塊、調(diào)速模塊、按鍵選擇模式模塊等，其中按鍵選擇模式模塊實(shí)現(xiàn)流程如圖5所示。硬件設(shè)計(jì)上設(shè)置為3個(gè)按鍵，通過(guò)這3個(gè)按鍵進(jìn)行設(shè)置。按一下1鍵可進(jìn)入模式選擇，有自動(dòng)模式，手動(dòng)模式和自然風(fēng)模式，自動(dòng)模式中按一下1鍵可以設(shè)置溫度上限，再按下設(shè)置溫度下限，均可以按鍵加減調(diào)整。手動(dòng)模式中數(shù)碼管第一位顯示風(fēng)扇檔位，后三位顯示溫度，按2鍵/3鍵加減風(fēng)扇的檔位（1、2、3檔）。

3 結(jié)論

本系統(tǒng)由單片機(jī)STC89C52為主控制芯片，由DS18B20采集環(huán)境溫度并實(shí)時(shí)顯示在數(shù)碼管上，使用者可手動(dòng)設(shè)置自動(dòng)模式、手動(dòng)模式和自然風(fēng)模式，溫度小于下限風(fēng)扇不轉(zhuǎn)，溫度在上下限之間50%轉(zhuǎn)動(dòng)，大于上限時(shí)，風(fēng)扇全速轉(zhuǎn)動(dòng)。人離開(kāi)后，延遲幾秒風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動(dòng)，起到節(jié)能環(huán)保的作用。由HC_SR501熱釋紅外傳感器進(jìn)行人體感知，PWM驅(qū)動(dòng)電路控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)HC_SR501熱釋紅外傳感器感知人所在位置轉(zhuǎn)動(dòng)角度從而實(shí)現(xiàn)跟蹤。通過(guò)按鍵模塊或紅外遙控模塊控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)模式。它的設(shè)計(jì)為當(dāng)今仍需風(fēng)扇的人們提高了生活質(zhì)量，為仍需風(fēng)扇的生產(chǎn)提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)根據(jù)紅外熱釋傳感器可分辨出是否有人在風(fēng)扇周圍，在提倡節(jié)能減排的時(shí)代極大地節(jié)約了能量。

實(shí)現(xiàn)功能：

（1）采用DS18B20溫度傳感器測(cè)溫并在數(shù)碼管上顯示溫度，人體感應(yīng)模塊檢測(cè)是否有人。

（2）共3個(gè)按鍵：1鍵切換/設(shè)置、2鍵加、3鍵減。

（3）本設(shè)計(jì)共三種模式：自動(dòng)模式、手動(dòng)模式和自然風(fēng)模式。

（4）自動(dòng)模式，按一下1鍵可以設(shè)置溫度上限，再按下設(shè)置溫度下限，均可以按鍵加減調(diào)整。數(shù)碼管第一位不顯示，后三位顯示溫度值。人體感應(yīng)模塊檢測(cè)有人時(shí)，溫度小于下限風(fēng)扇不轉(zhuǎn)，溫度在上下限之間，風(fēng)扇50%轉(zhuǎn)動(dòng)，大于上限時(shí)，風(fēng)扇全速轉(zhuǎn)動(dòng)。人離開(kāi)后，延遲幾秒風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動(dòng)，起到節(jié)能環(huán)保的作用。

（5）手動(dòng)模式，數(shù)碼管第一位顯示風(fēng)扇檔位，后三位顯示溫度，按2鍵/3鍵加減風(fēng)扇的檔位（1、2、3檔）。

（6）自然風(fēng)模式，數(shù)碼管第一位顯示“b”，后三位顯示溫度，此模式下風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)與溫度無(wú)關(guān)，只要人體感應(yīng)模塊檢測(cè)到有人，就會(huì)模擬自然風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)扇，時(shí)快時(shí)慢，吹著更舒適；人離開(kāi)后延遲幾秒，風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

（7）本設(shè)計(jì)有跟隨功能，在一定角度內(nèi)，風(fēng)扇會(huì)跟隨人的走動(dòng)從而控制舵機(jī)跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)。

（8）本設(shè)計(jì)還有紅外遙控功能，定義了三個(gè)按鍵menu（模式切換）、+（加）、-（減），可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制風(fēng)扇，遙控距離可達(dá)7m。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張毅剛，趙光權(quán)， 劉旺. 單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].高等教育出版社，2016.

[2] 周鵬.基于STC89C52單片機(jī)的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（22）：10-13.

[3] 裴彥純，陳志超.基于單片機(jī)系統(tǒng)的紅外遙控器應(yīng)用[J].現(xiàn)代儀器與醫(yī)療，2004，10（3）：46-48.

[4] 王蕊.基于單片機(jī)的多功能自動(dòng)調(diào)溫風(fēng)扇系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].鄭州大學(xué)，2014.

[5] 王蘇.直流電機(jī)PWM調(diào)速研究及單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)電工程技術(shù)，2008，37（11）：82-84.

[6] 袁志寬，李甦梅.一種直流風(fēng)機(jī)PWM調(diào)速電路及其方法：CN103867477A[P].2014.

[7] 時(shí)瑋.利用單片機(jī)PWM信號(hào)進(jìn)行舵機(jī)控制[J].今日電子，2005（10）：80-82.

[8] 劉舒祺，施國(guó)梁.基于熱釋電紅外傳感器的報(bào)警系統(tǒng)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2005（3）：18-20.

【通聯(lián)編輯：唐一東】