本實(shí)用新型屬于智能家居技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種自動調(diào)溫風(fēng)扇控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

電扇是人類生活最常用的物品，在每個家庭中都配備有電扇。然而電扇在使用過程中仍會遇到個不少的問題，即：晚上使用電扇時，一般夜間溫度都會下降，到凌晨兩點(diǎn)到三點(diǎn)時降到最低，但此時也是人處于深度睡眠的時間。人往往會缺乏意識，不會去關(guān)電扇，通常電扇運(yùn)行直到第二天早上才關(guān)?，F(xiàn)有的電扇一般采用手動有極調(diào)節(jié)，在氣溫發(fā)生變化，特別是夜間氣溫降低，需要電扇轉(zhuǎn)速降低時，手動調(diào)節(jié)十分不便，并且轉(zhuǎn)速不能任意選定。這樣既浪費(fèi)了電能，又容易使人著涼，容易感冒。尤其是在春夏之交和夏秋之交的時候，晝夜溫差很大，特別容易使人感冒。

在日常生活中，我們看到智能云電視、智能變頻空調(diào)等，卻忽略了家用電風(fēng)扇的智能性改進(jìn)。雖然人們的生活水平大大提高了，但是電風(fēng)扇由于其安裝攜帶方便、價格低廉、節(jié)能省電等特點(diǎn)，在夏天仍然是家家戶戶的必備降溫電器。但是現(xiàn)如今市場上存在的電風(fēng)扇大多數(shù)仍是單純硬件電路的搭建，有著功能單一，智能性差，用戶體驗(yàn)差等缺點(diǎn)。因此對家用電風(fēng)扇進(jìn)行有效改進(jìn)，加入先進(jìn)的軟件算法，提高舒適性和智能性，使更多的用戶體驗(yàn)到高新技術(shù)發(fā)展給生活帶來的便利和舒適，有著非常重要的應(yīng)用價值和研究意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種自動調(diào)溫風(fēng)扇控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是在普通風(fēng)扇的基礎(chǔ)上，增加控制裝置，實(shí)現(xiàn)了對風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的高精度控制，提高了風(fēng)扇智能性，有著很好的應(yīng)用前景，同時也是智能家居在家用風(fēng)扇方面的有效嘗試。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是：一種自動調(diào)溫風(fēng)扇控制系統(tǒng)，其特征在于包括直流風(fēng)扇和單片機(jī)，所述的直流風(fēng)扇外接12伏電源供電，在單片機(jī)和12伏電源之間設(shè)有5伏電源降壓模塊，直流風(fēng)扇與單片機(jī)之間形成閉環(huán)控制；還包括實(shí)時時鐘模塊、溫度采集模塊、矩陣鍵盤模塊、紅外傳感器模塊、液晶顯示模塊、指示燈顯示模塊和語音接收模塊，其中實(shí)時時鐘模塊配有備份電池電源，實(shí)時時鐘模塊與單片機(jī)三個引腳連接，用于實(shí)時提供當(dāng)前時間；溫度采集模塊采用數(shù)字溫度傳感器，與單片機(jī)連接，用于為單片機(jī)實(shí)時采集周圍環(huán)境的溫度；矩陣鍵盤模塊設(shè)有8個IO引腳，控制16個按鍵，與單片機(jī)IO接口連接，為單片機(jī)提供用戶輸入的溫度控制指令；紅外傳感器模塊采用紅外熱釋電傳感器，用于為單片機(jī)通過用戶是否位于直流電扇前方的指令；液晶顯示模塊，根據(jù)單片機(jī)發(fā)出的信息，用于顯示直流電扇轉(zhuǎn)速、環(huán)境溫度和當(dāng)前時間；指示燈顯示模塊與單片機(jī)連接，用于反應(yīng)直流風(fēng)扇當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)；語 音接收模塊與單片機(jī)連接，用于語音播報直流風(fēng)扇運(yùn)行狀態(tài)。

對上述系統(tǒng)作進(jìn)一步補(bǔ)充，所述的直流風(fēng)扇與單片機(jī)之間形成閉環(huán)控制，即單片機(jī)實(shí)時采集直流風(fēng)扇中電機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時在直流風(fēng)扇與單片機(jī)設(shè)置金氧半場效晶體管，通過單片機(jī)為直流風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速提供運(yùn)轉(zhuǎn)策略。

對上述系統(tǒng)作進(jìn)一步補(bǔ)充，所述直流風(fēng)扇的電機(jī)為碼盤電機(jī)。

對上述系統(tǒng)作進(jìn)一步補(bǔ)充，還包括無線遙控模塊，所述的無線遙控模塊包括無線接收器模塊和無線發(fā)射器模塊，其中無線接收器模塊與單片機(jī)的引腳連接，無線發(fā)射模塊和無線接收模塊之間通過無線射頻進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)對直流風(fēng)扇的開關(guān)、檔位以及是否啟動自動模式進(jìn)行控制。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：本系統(tǒng)溫度傳感器對當(dāng)前的環(huán)境溫度進(jìn)行精確采集，使直流風(fēng)扇對當(dāng)前環(huán)境溫度擁有了“感知”能力，為直流風(fēng)扇智能性的實(shí)現(xiàn)提供了前提；本系統(tǒng)可以利用單片機(jī)的定時/計數(shù)器，對電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)時采集，經(jīng)過模糊PID控制算法，通過定時器產(chǎn)生不同占空比的PWM脈沖對風(fēng)扇調(diào)速，使風(fēng)扇電機(jī)快速、無靜差、高精度的達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速；本系統(tǒng)可以對直流電扇設(shè)定定檔運(yùn)行、溫度運(yùn)行和自主運(yùn)行等多種運(yùn)行模式，滿足了用戶的不同需求，大大提升了直流風(fēng)扇的智能性和使用舒適度；本系統(tǒng)中的熱釋電紅外傳感器，在一定范圍內(nèi)，檢測是否存在用戶，當(dāng)存在用戶時，風(fēng)扇自動啟動，當(dāng)用戶離開時，風(fēng)扇自動關(guān)閉，使直流風(fēng)扇對用戶有了自主感知能力；本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離遙控直流風(fēng)扇。有效控制直流風(fēng)扇的啟動/關(guān)閉、檔位切換、運(yùn)行模式切換的功能，整個系統(tǒng)的運(yùn)用提高了風(fēng)扇智能性，有著很好的應(yīng)用前景，同時也是智能家居在家用風(fēng)扇方面的有效嘗試。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明；

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)組成示意圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型具體涉及一種自動調(diào)溫風(fēng)扇控制系統(tǒng)，用于控制12V直流風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)智能控制。根據(jù)附圖1可知，本實(shí)用新型具體包括直流風(fēng)扇、單片機(jī)、實(shí)時時鐘模塊、溫度采集模塊、矩陣鍵盤模塊、紅外傳感器模塊、液晶顯示模塊、指示燈顯示模塊、語音接收模塊和無線遙控模塊。

本系統(tǒng)中，單片機(jī)為整個系統(tǒng)的核心所在，所有的信息都傳輸給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后傳輸給相應(yīng)模塊完成相應(yīng)動作。正是由于單片機(jī)這一“神經(jīng)中樞”的存在，才使得眾多硬件有機(jī)結(jié)合為一體，共同組成了自動調(diào)溫風(fēng)扇控制系統(tǒng)。

本系統(tǒng)采用12V電源供電，12V電源通過12V適配器由220V、50Hz家用交流電轉(zhuǎn)換為12V電壓為整個系統(tǒng)提供電能。其中12V電源直接對直流風(fēng)扇供電，同時通過5V電源降壓模塊為單片機(jī)以及各傳感器和控制模塊供電。

單片機(jī)主控制器為整個系統(tǒng)的核心器件，單片機(jī)型號的選取決定了整個系統(tǒng)的性能。本系統(tǒng)中單片機(jī)主控制器需要完成的主要功能如下：

(1)接收溫度傳感器模塊采集的周圍環(huán)境溫度；

(2)對風(fēng)扇電機(jī)進(jìn)行測速，并結(jié)合模糊PID控制算法，產(chǎn)生相應(yīng)PWM波形控制電機(jī)轉(zhuǎn)速；

(3)接收無線遙控接收器傳輸?shù)男盘?，對用戶遠(yuǎn)距離遙控操作做出響應(yīng)；

(4)接收紅外傳感器模塊，當(dāng)風(fēng)扇前100°范圍內(nèi)有用戶時自動啟動直流風(fēng)扇，當(dāng)用戶離去時自動關(guān)閉直流風(fēng)扇；

(5)接收矩陣鍵盤的數(shù)據(jù)，當(dāng)用戶按下鍵盤時做出響應(yīng)動作；

(6)控制液晶顯示模塊和LED指示燈實(shí)時顯示直流風(fēng)扇當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)；

(7)控制實(shí)時時鐘模塊采集當(dāng)前時間；

(8)控制語音模塊，對直流風(fēng)扇運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行語音播報，并當(dāng)系統(tǒng)對用戶操作做出響應(yīng)時進(jìn)行語音播報。同時當(dāng)用戶需要錄音時，可完成對用戶音頻留言的錄制，并可播放錄音。

由于單片機(jī)、各傳感器以及其他控制模塊均為5V供電，故需將12V電壓進(jìn)一步降為5V?？紤]到12V電壓由電源適配器通過220V交流電轉(zhuǎn)換而來，而12V電源適配器一般為開關(guān)電源，12V電壓會有很多紋波，所以5V電源降壓模塊應(yīng)避免采用開關(guān)穩(wěn)壓器件，需采用線性穩(wěn)壓器件，同時在穩(wěn)壓器件的輸入端和輸出端連接必要的濾波和去耦電容，消除電壓紋波?？紤]到上述問題，本系統(tǒng)采用LM7805線性穩(wěn)壓器件作為5V降壓模塊的主要器件。

本系統(tǒng)不需要進(jìn)行復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算，也不需要運(yùn)行操作系統(tǒng)，綜合考慮引腳數(shù)目，定時器、計數(shù)器功能，中斷機(jī)制，價格因素以及軟件開發(fā)難易程度，本系統(tǒng)選取應(yīng)用最為廣泛且價格低廉，軟件開發(fā)容易的ATMEL公司89C52單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控制器。

溫度采集模塊也是系統(tǒng)的重要元件，溫度采集模塊的采集速度和精度，決定了整個系統(tǒng)控制的速度和精度。溫度采集模塊將周圍環(huán)境的溫度采集出來并傳輸給單片機(jī)主控制器進(jìn)行處。溫度采集的方式有兩種，一種是通過熱敏電阻，將溫度轉(zhuǎn)化為熱敏電阻的阻值，阻值對應(yīng)不同的電壓值，單片機(jī)通過A/D轉(zhuǎn)換將電壓值模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，完成溫度的采集。另一種方式是采用數(shù)字溫度傳感器，該傳感器可直接將溫度值轉(zhuǎn)換數(shù)字量，單片機(jī)按照一定的通信協(xié)議，將數(shù)字溫度傳感器采集的數(shù)字量直接讀出來，從而完成溫度的采集。自帶有A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)價格相對較貴，而單獨(dú)的A/D轉(zhuǎn)換芯片也價格不菲。而且通過熱敏電阻來測量環(huán)境溫度，精度不高。鑒于此，本系統(tǒng)溫度采集模塊采用數(shù)字溫度傳感器，而DS1B20溫度傳感器應(yīng)用廣泛，精度高，范圍寬，接線簡單，軟件實(shí)現(xiàn)容易，成為本系統(tǒng)溫度采集模塊的首選。

本系統(tǒng)選用自帶有測速碼盤的12V直流電機(jī)(ASLONGRF371)，在電機(jī)安裝扇葉來構(gòu)成本系統(tǒng)的直流風(fēng)扇。該電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周可輸出334個矩形脈沖，通過對脈沖計數(shù)可實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)時檢測。

本系統(tǒng)對直流電機(jī)的調(diào)速原理是基于對PWM矩形脈沖占空比的調(diào)節(jié)。系統(tǒng)采用12V直流電機(jī)，單片機(jī) 無法直接驅(qū)動該電機(jī)，需要通過金氧半場效晶體管(MOSFET管)來驅(qū)動該電機(jī)。本系統(tǒng)選取IRF1010N溝道MOSFET管，其最小擊穿電壓為60V，25℃條件下，最大導(dǎo)通電流84A，柵極與源極的門檻電壓為2.0V～4.0V，導(dǎo)通電阻25mΩ，完全滿足系統(tǒng)要求。

實(shí)時時鐘模塊：系統(tǒng)功能要求實(shí)時顯示當(dāng)前時間，故需要選取恰當(dāng)?shù)膶?shí)時時鐘芯片。DS1302時鐘芯片可以對秒、分鐘、小時、月份、星期、年進(jìn)行計數(shù)，年計數(shù)可達(dá)到2100年。單片機(jī)通過三個引腳即可完成控制，且該芯片為雙電源配置，系統(tǒng)除了正常功能外又為該芯片設(shè)計有備份電池電源，保證系統(tǒng)斷電情況下，DS1302芯片依然可以正常工作，實(shí)時更新時間。

矩陣鍵盤模塊：系統(tǒng)功能要求用戶可對直流風(fēng)扇的調(diào)節(jié)溫度進(jìn)行設(shè)定，同時可以通過語音模塊進(jìn)行錄音留言并播放出來，而且時間顯示也要求用戶可以對當(dāng)前時間進(jìn)行調(diào)整，這些均要求系統(tǒng)提供輸入接口設(shè)備，用戶可以通過輸入接口向單片機(jī)控制器輸入控制指令。系統(tǒng)考慮到采用按鍵輸入時，需要用到的按鍵較多，若采用獨(dú)立鍵盤模式，雖然編程簡單，但每個按鍵均需為其分配單片機(jī)IO引腳，造成資源浪費(fèi)。而采用矩陣鍵盤模式，只需8個IO引腳即可控制16個按鍵，大大節(jié)省了單片機(jī)IO資源，是本系統(tǒng)輸入接口設(shè)備的首選。

紅外傳感器模塊：本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)當(dāng)用戶位于直流風(fēng)扇前方一定范圍內(nèi)時，直流風(fēng)扇可自動啟動。為實(shí)現(xiàn)該功能，系統(tǒng)考慮采用紅外傳感器模塊。而一般的紅外傳感器只能判斷風(fēng)扇前方是否有遮擋物，當(dāng)有遮擋物時即啟動風(fēng)扇。這種情況下，若位于風(fēng)扇前方的不是用戶而是某一物品時，風(fēng)扇存在錯誤判斷的風(fēng)險。基于以上考慮，系統(tǒng)采用紅外熱釋電傳感器(HC-SR501)。該傳感器基于檢測人體釋放的紅外輻射的原理，只有當(dāng)前方為人時才會觸發(fā)判斷，可以有效避免誤判的情況出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了有效判斷在直流風(fēng)扇小于5米，100°錐角范圍內(nèi)是否存在用戶的功能。

液晶顯示模塊：系統(tǒng)功能要求對直流風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速、環(huán)境溫度及當(dāng)前時間可以實(shí)時顯示。應(yīng)用最廣泛、操作最簡單的方式為8位數(shù)碼管顯示，但是數(shù)碼管在美觀方面較為欠缺，且易損壞，一旦數(shù)碼管中的任意發(fā)光二極管損壞，則影響整個顯示效果。而12864液晶顯示器或TFT彩色顯示器雖然顯示效果絢麗且可顯示數(shù)字、字母和漢字等，但其價格較貴，本系統(tǒng)也不需要顯示漢字。故結(jié)合顯示美觀性、顯示效果以及硬件和軟件的易實(shí)現(xiàn)性，系統(tǒng)采用LCD1602液晶顯示模塊，該顯示屏體積小，背光可調(diào)節(jié)，除顯示數(shù)字外也可顯示英文字母，且電路接線簡單，軟件易操作，與數(shù)碼管相比有明顯優(yōu)勢，是本系統(tǒng)液晶顯示模塊的首選。

指示燈顯示模塊：系統(tǒng)除了要求顯示溫度、轉(zhuǎn)速和當(dāng)前時間外，還要求在風(fēng)扇定速檔位運(yùn)行時能夠直觀反應(yīng)出當(dāng)前的運(yùn)行檔位狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)通過語音模塊進(jìn)行錄音留言和播放留言時也可直觀顯示運(yùn)行狀態(tài)。液晶顯示模塊在直觀方面稍顯欠缺，而LED發(fā)光二極管可以簡單直觀的顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，故系統(tǒng)采用若干LED發(fā)光二極管來作為系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的顯示器件。

語音模塊：系統(tǒng)要求可以語音播報風(fēng)扇運(yùn)行狀態(tài)，同時用戶也可以通過語音模塊給其他用戶進(jìn)行錄音 留言，而其他用戶可以將錄音留言播放出來。這些功能要求所選取的語音模塊不僅可以進(jìn)行語音播報，還可以進(jìn)行錄音。語音模塊有很多種，在電動車上廣泛應(yīng)用的WTB015就是其中之一，但是WTB015只能進(jìn)行語音播報，不能進(jìn)行錄音，這顯然不符合系統(tǒng)要求。而ISD4004語音模塊既可以進(jìn)行語音播報，還可以進(jìn)行錄音，其錄音時間可達(dá)到8～16分鐘，且可通過SPI總線與單片機(jī)通信，操作簡單，完全滿足系統(tǒng)要求。

無線遙控模塊(接收器、發(fā)射器)：系統(tǒng)要求用戶可遠(yuǎn)距離對直流風(fēng)扇的開關(guān)、檔位以及是否啟動自動模式進(jìn)行控。市面上無線通信模塊有很多，從遠(yuǎn)距離的GSM/GPRS通信、到低功耗的Zigbee通信，以及無線串口等。但上述無線通信技術(shù)都是用來傳輸有一定數(shù)據(jù)量的數(shù)字、字符等，而本系統(tǒng)由于只是無線傳輸開關(guān)量即“0”和“1”，傳輸是否有按鍵按下，不需要傳輸大量的數(shù)據(jù)，且通信距離達(dá)到50m即可，故選用傳輸開關(guān)量的無線射頻模塊PT2262/PT2272。PT2262和PT2272硬件接線簡單，直接傳輸開關(guān)量，當(dāng)PT2262發(fā)射器的某一引腳變?yōu)榈突蛘咦兓邥r，PT2272接收器與之對應(yīng)的引腳也會隨之改變，該無線通信模塊無需編程，直接將接口與單片機(jī)IO引腳相連即可，且通信距離完全可以達(dá)到50m，滿足系統(tǒng)要求。

本系統(tǒng)的創(chuàng)新之處在于大大提高了電風(fēng)扇的智能性，通過模糊PID實(shí)現(xiàn)了對風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的精確有效控制，并添加了多種功能，改變了人們對于家用風(fēng)扇的認(rèn)識，提升了風(fēng)扇的使用舒適度和用戶體驗(yàn)。同時在電路硬件設(shè)計時充分考慮了不同電壓在電路上相互干擾的情況，并通過添加濾波去耦電容、限流電阻以及單點(diǎn)接地等操作，保證了硬件電路的穩(wěn)定性、安全性和抗干擾性。經(jīng)測試，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，各功能運(yùn)行正常，取得了較好的效果。