多功能智能风扇

大学生电子暨机械创新设计大赛参赛作品说明书作品名称多功能智能风扇参赛选手周起武何超荣张杰指导老师梁坚生庞寿全参赛单位物理科学与工程技术学院目录摘要2一、设计背景2二、智能定位风扇的功能及特点31、人体定位32、温度控制33、无线遥控34、智能照明3三、设计的方案及原理31、实现的方法32、各模块的工作原理4（1）控制器模块4（2）电机模块4（3）人体红外感应模块4（4）继电器模块4（5）无线遥控模块5（6）温度模块5（7）超声波模块6四、设计总结6五、附录7作品的设计电路图7作品实物图9温度控制程序10摘要多功能智能风扇主要是从节能环保的理念出发，针对普通的摆头风扇在单人的时候还会继续摆头、人走后有时会忘记关风扇等缺点，再加上普通风扇没有的一些元素，使风扇更加具有人性化，让人们使用起来更加方便。多功能智能风扇是基于51单片机设计的智能定位风扇控制装置。由人体感应模块红外感应模块TDL718A构成的人体检测模块。当有人打开风扇时，装在风扇上的人体感应模块红外感应模块TDL718A自动扫描定位人的所在位置，扫描后，利用舵机来驱动风扇摆头使风扇只往有人的地方吹。摆动的角度合适，能够覆盖更多的扇风面积。利用温度传感器来测量室内的温度，并用液晶显示出来，并把风扇分为三个转速档，即高、中、低档，用单片机控制，在室温低于设定温度时继电器接通低档，在二十六到二十八度是风扇的转速为中档，高于二十八度时就自动调为高档，使风扇转得最快。这样能达到家具用电智能节能的目的，并能提高效率。关键词智能风扇单片机人性化一、设计背景随着人民生活水平及科技水平的不断提高，现在家用电器在款式、功能等方面日益求精，并朝着健康、安全、多功能、节能等方向发展。过去的电器不断的显露出其不足之处。电风扇作为家用电器的一种，同样存在类似的问题。现在电风扇的现状大部分只有手动调速，再加上一个定时器，功能单一。存在的隐患或不足比如说人们常常离开后忘记关闭电风扇，浪费电不说还容易引发火灾，长时间工作还容易损坏电器。再比如说前半夜温度高风扇调的风速较高，但到了后半夜气温下降，风速不会随着气温变化，容易着凉。之所以会产生这些隐患的根本原因是缺乏对环境的检测。如果能使电风扇具有对环境进行检测的功能，当房间里面没有人时能自动的关闭风扇；当温度下降时能自动减小风速甚至关闭风扇，这样一来就避免了上述的不足。我们的设计就是围绕这些问题对现有电风扇进行重新设计改进。二、智能定位风扇的功能及特点本作品是基于一般风扇的基础上，通过功能上的创新与改进，集多功能于一体，在智能化和人性化方面有了很大的突破。主要功能与创新点1、人体定位风扇的人体检测模块可以定位人的范围，并调节风扇的转角。2、温度控制风扇的温度检测模块可以采集当前的温度，并调节风扇的转速以及开关。3、无线遥控我们可以通过遥控来控制风扇的转速、角度、开关、灯的亮灭以及模式的切换。4、智能照明遥控灯和警示灯，在晚间，当用户接近风扇时，警示灯微光照明，避免碰撞；需要照亮大片区域时，遥控灯打开。三、设计的方案及原理1、实现的方法要求智能定位风扇能根据人的位置来智能的调节摇摆的角度以达到节能的目的。利用舵机精确控制风扇的左右摇摆，人体红外感应模块TDL718A提供电信号给单片机，单片机输出控制信号来控制舵机的运转以控制风扇摇摆的角度。利用18B20温度传感器来检测室内的温度，把信号输到单片机上，经处理后输出一个低电平来控制继电器，用继电器来控制风扇的档位。也可通过无线收发来控制风扇档位；以及控制电灯的开关，为用户提供照明的作用。2、各模块的工作原理（1）控制器模块采用AT89S52单片机AT89S52单片机是ATMEL公司推出的高档型AT89S系列单片机中的增强型产品。片内集成256KB的RAM和8KB的FLASHROM，拥有4个并口、一个全双工通信的串口、三个内部定时器/计数器。支持ISP（在系统可编程），为单片机开发人员进行调试提供了极大的便利。（2）电机模块电机模块选择是整个方案设计的关键，按照设计要求，多功能智能风扇必须能定位到人所在的角度范围内，这需要对风扇的精确控制，而且风扇摇摆模块制动性能要好。因此普通直流电机不能满足要求。然而用舵机来实现风扇的摆头、摆头的角度以及摆头的速度适合，程序容易实现且所需要的电流、电压小，功率小。所以我们选择使用舵机做电机模块。（3）人体红外感应模块人体红外感应模块是系统的重要组成部分，人体感应模块红外感应模块TDL718A能够以非接触的方式检测出人体发出的红外线辐射（对于其他光，如阳光、灯光等人体波长以外的光波则过滤掉），并将其转化成高电平信号输出，经过单片机处理能够实现确定人的所在的位置的功能，从而能使用单片机来控制舵机实现风扇的转向，确定及控制风扇所需要摆转的角度。（4）继电器模块用多个继电器来分别实现控制多个不同的风扇档位，用遥控模块来控制多个档位，不用人走到风扇前也能控制风扇的运转和所需要运转的转速。（5）无线遥控模块PT2262/PT2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/PT2272最多可有12位A0A11三态地址端管脚悬空,接高电平,接低电平,任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位D0D5数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。编码芯片PT2262发出的编码信号由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHZ的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHZ的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHZ的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100的调幅。（6）温度模块DS1820有三个主要数字部件1）64位激光ROM，2）温度传感器，3）非易失性温度报警触发器TH和TL。器件用如下方式从单线通讯线上汲取能量在信号线处于高电平期间把能量储存在内部电容里，在信号线处于低电平期间消耗电容上的电能工作，直到高电平到来再给寄生电源（电容）充电。DS1820也可用外部5V电源供电。DS1820依靠一个单线端口通讯。在单线端口条件下，必须先建立ROM操作协议，才能进行存储器和控制操作。因此，控制器必须首先提供下面5个ROM操作命令之一1）读ROM，2）匹配ROM，3）搜索ROM，4）跳过ROM，5）报警搜索。这些命令对每个器件的激光ROM部分进行操作，在单线总线上挂有多个器件时，可以区分出单个器件，同时可以向总线控制器指明有多少器件或是什么型号的器件。成功执行完一条ROM操作序列后，即可进行存储器和控制操作，控制器可以提供6条存储器和控制操作指令中的任一条。一条控制操作命令指示DS1820完成一次温度测量。测量结果放在DS1820的暂存器里，用一条读暂存器内容的存储器操作命令可以把暂存器中数据读出。温度报警触发器TH和TL各由一个EEPROM字节构成。如果没有对DS1820使用报警搜索命令，这些寄存器可以做为一般用途的用户存储器使用。可以用一条存储器操作命令对TH和TL进行写入，对这些寄存器的读出需要通过暂存器。所有数据都是以最低有效位在前的方式进行读写。（7）超声波模块超声波是一种频率比较高的声音,指向性强超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。由此可见，超声波测距原理与雷达原理是一样的。测距的公式表示为LCT式中L为测量的距离长度；C为超声波在空气中的传播速度；T为测量距离传播的时间差T为发射到接收时间数值的一半。已知超声波速度C344M/S20室温超声波传播速度误差超声波的传播速度受空气的密度所影响，空气的密度越高则超声波的传播速度就越快，而空气的密度又与温度有着密切的关系,近似公式为CC00607T式中C0为零度时的声波速度332M/S；T为实际温度。对于超声波测距精度要求达到1MM时，就必须把超声波传播的环境温度考虑进去。四、设计总结经过自己的动手制作，更加深刻的了解到一些加工上的工艺，同时学习到很多知识，比如钻孔机、电锯、压板机的使用，电路图的画法以及制作等。在这次准备比赛的过程中，我们从初步拟定的方案得到方案的改进、实物的制作以及改进，这期间我们遇到了很多的问题，通过老师的指导和自身努力，最终克服了困难，解决了难题，本次比赛对我们的动手能力、应用理论知识的能力都提出了很高的要求，是一次难得的锻炼机会。五、附录作品的设计电路图图一、51单片机最小系统图二、继电器原理图图三、TDL718A图四、无线发射图图四、无线接收图作品实物图温度控制程序/温度控制程序/VOIDWENDUUINTNUMEA0SHUDU0CONVERTNUMREADTEMPNUMNUM/10WRITE_STING0X984,“温度“XIANSHINUMBER0X986,NUMIFNUMTEMPNUMDANG21DANG30WRITE_STING0X885,“高速“SHUDU4VOIDMAININITINIT12864WRITE_STING0X802,“智能风扇“WRITE_STI