傳統(tǒng)電風(fēng)扇多采用機械控制，功能單一，噪聲大，定時時間短，搖頭模式固定，變檔風(fēng)速變化較大。針對這些缺點，本文采用了一款性價比高、功耗低的基于ARM Cortex?M3內(nèi)核的STM32單片機作為控制單元制作了一臺智能電風(fēng)扇，該風(fēng)扇巧妙地運用人體紅外感應(yīng)技術(shù)、微機控制技術(shù)、無級調(diào)速技術(shù)、溫度傳感技術(shù)、液晶顯示技術(shù)。把智能控制技術(shù)應(yīng)用到家用電器的控制中，可以根據(jù)感應(yīng)人體紅外實現(xiàn)風(fēng)扇的搖頭或定位，可以根據(jù)環(huán)境溫度的采樣實現(xiàn)風(fēng)速的自動調(diào)整，可以根據(jù)不同人群的使用要求自行設(shè)定風(fēng)扇的間歇工作時間；能夠顯示時間、環(huán)境以及工作狀態(tài)的信息，具有友好交互界面；采用的芯片功能強大，方便進行功能擴展。

一、智能電風(fēng)扇總體設(shè)計

該風(fēng)扇采用模塊化設(shè)計，通過各個功能模塊的調(diào)用來實現(xiàn)風(fēng)扇的功能，對于控制調(diào)整功能尤其如此。系統(tǒng)調(diào)用程序以基于ARM Cortex?M3內(nèi)核的控制器STM32為核心，系統(tǒng)總的框圖如圖1所示。

二、智能電風(fēng)扇硬件設(shè)計

該智能電風(fēng)扇是由STM32單片機作為處理單元，由直流電機與步進電機驅(qū)動風(fēng)扇工作，能夠通過溫度傳感器和紅外傳感器等傳感單元感知環(huán)境信息，通過功能按鍵和TFT液晶顯示屏，能夠很好地實現(xiàn)人機交互。

2.1控制芯片

控制系統(tǒng)的核心是STM32芯片，該芯片具有低功耗、低成本、高性能、集成度高、體積小、可靠性強的優(yōu)點，有很高的性價比。STM32采用了新型的單線調(diào)試（Single Wire）技術(shù)，節(jié)約了大筆的調(diào)試工具費用；同時，STM32中還集成了大部分存儲器控制器，可以直接在MCU外連接Flash，降低了設(shè)計難度和應(yīng)用障礙。

2.2電機控制電路

電機調(diào)速是整個控制系統(tǒng)中的一個重要的方面，是電風(fēng)扇的重要功能組成，主要包括直流電機和步進電機兩部分。直流電機的控制是通過脈寬調(diào)制的方式實現(xiàn)的，通過讀取溫度傳感器或者按鍵的值調(diào)整脈寬的占空比來實現(xiàn)直流電機的轉(zhuǎn)速改變；步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蛘呔€位移的開環(huán)控制元件，通過紅外感應(yīng)模塊感知人體的方位來確定步進電機的轉(zhuǎn)動方向及轉(zhuǎn)動步數(shù)，實現(xiàn)風(fēng)扇的定位或者搖頭。

2.3溫度控制電路

溫度傳感器采用數(shù)字式集成溫度傳感器DS18B20，電路如圖2所示。它在使用中不需要任何外圍元件。其高度集成化大大降低了外接放大轉(zhuǎn)換等電路的誤差因素，且溫度誤差小，分辨力高；測量到的溫度值可以在器件內(nèi)部轉(zhuǎn)換成數(shù)字量直接輸出，簡化了系統(tǒng)程序設(shè)計；同時采用*的單總線技術(shù)，具有較強的抗*力。因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。DS18B20在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面均可滿足電風(fēng)扇溫度檢測的要求。

2.4紅外感應(yīng)電路

紅外線感應(yīng)模塊采用了熱釋電人體紅外線傳感元件集成模塊HC?SR501。熱釋電效應(yīng)同壓電效應(yīng)類似，是指由于溫度的變化而引起晶體表面荷電的現(xiàn)象。該模塊可以有效地探測電風(fēng)扇影響范圍內(nèi)人體的活動，監(jiān)控范圍大，隱蔽性好，能可靠地將運動的人和飄落的物體進行區(qū)別，抗*力強，誤報率低；模塊內(nèi)部還集成了光敏電阻，夜晚也能可靠工作。通過設(shè)置，若有人在其電風(fēng)扇有效范圍內(nèi)活動，模塊輸出高電平，可做到人來電風(fēng)扇開啟，直到人離開后才延時將高電平變?yōu)榈碗娖?，即人離開監(jiān)控范圍電風(fēng)扇延時關(guān)停；延時時間可調(diào)。

2.5液晶顯示電路

液晶顯示模塊采用帶有R61505U控制芯片的3.2寸TFT液晶顯示屏，320×240的液晶可以很好地顯示風(fēng)扇的各個功能狀態(tài)：工作狀態(tài)（Manu、Auto、Sleep），睡眠模式下的定時時間（Work、Sleep），手動模式下風(fēng)扇的檔位（Speed），同時還顯示年、月、日、星期、時間、溫度等信息。

三、智能電風(fēng)扇軟件設(shè)計

控制系統(tǒng)軟件使用C語言編程。模塊化設(shè)計，除主程序外，還有各功能子程序，分別執(zhí)行按鍵處理、直流電機驅(qū)動調(diào)速及步進電機的定位、溫度、時間、功能等信息顯示、睡眠模式設(shè)定等相應(yīng)功能。系統(tǒng)軟件主程序流程如圖3所示，按鍵中斷程序如圖4所示。

按鍵中斷模式有自動模式、手動模式、睡眠模式。自動模式下把風(fēng)扇正面180°空間分為三個紅外感應(yīng)區(qū)，當人進入任意一個紅外感應(yīng)區(qū)時，風(fēng)扇開始工作。如果三個紅外感應(yīng)區(qū)只有一個區(qū)域檢測到有人，風(fēng)扇會判斷現(xiàn)在處于單人模式，該模式下風(fēng)扇會始終轉(zhuǎn)到檢測到人的區(qū)域，以實現(xiàn)實時追蹤的目的。如果檢測到不止一個紅外感應(yīng)區(qū)域有人時，風(fēng)扇會判斷現(xiàn)在處于多人模式。如果檢測到兩個區(qū)域有人，風(fēng)扇就在兩個區(qū)域間擺頭，如果是相鄰區(qū)域，則就在小角度擺頭；如果是在不相鄰的區(qū)域檢測到有人，則在大角度擺頭；當三個區(qū)域都感應(yīng)到有人時同樣會大角度擺頭。風(fēng)扇的智能啟停、小角度擺頭、單區(qū)域追蹤都使得風(fēng)扇既人性化又能夠避免能源浪費。

手動模式下風(fēng)扇實現(xiàn)的是手動調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，有增速和減速兩個按鍵，可以實現(xiàn)風(fēng)扇七個檔級的調(diào)速。

睡眠模式下根據(jù)不同用戶的需求如老年人、兒童身體較弱，不能長時間吹風(fēng)，可以設(shè)定風(fēng)扇工作時間短一些，休眠時間長一些，風(fēng)扇會在設(shè)定好的時間內(nèi)間歇性工作，避免了長時間吹風(fēng)帶來的不適。所以用戶可以根據(jù)自己的需求自行設(shè)定風(fēng)扇工作時間和睡眠時間，以達到舒適度。

四、風(fēng)扇調(diào)試

以STM32為核心設(shè)計電路并印制電路板，加工制作出電風(fēng)扇。采用C語言模塊化編寫的程序下載到芯片中，接好電風(fēng)扇后進行測試。測試如下：打開電風(fēng)扇，當有人靠近電風(fēng)扇時，風(fēng)扇開始工作；當人遠離電風(fēng)扇時，風(fēng)扇就停止工作。將電烙鐵或冰塊放在溫度傳感器DS18B20附近，電風(fēng)扇能根據(jù)溫度變化調(diào)整風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。按下手動模式按鍵，選擇手動模式下的調(diào)速按鍵，可以調(diào)整風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。按下自動模式按鍵，風(fēng)扇能夠根據(jù)人的位置來實現(xiàn)風(fēng)扇的追蹤或者搖頭。按下睡眠模式按鍵，設(shè)定風(fēng)扇的工作和休眠時間，可以看到風(fēng)扇以設(shè)定的工作和休眠時間為周期，循環(huán)工作。

通過測試表明，該電風(fēng)扇能夠智能啟停，按照設(shè)定的各個模式正常工作，正常顯示溫度時間等信息且反應(yīng)靈敏，簡單實用，達到了預(yù)期的設(shè)計目的。

總結(jié)

本項目采用STM32單片機，結(jié)合溫度傳感器、紅外傳感器等，通過對傳統(tǒng)電風(fēng)扇原有功能的改進，設(shè)計了此智能電風(fēng)扇。

該智能電風(fēng)扇有如下幾個突出的特點：（1）性價比高?？刂葡到y(tǒng)的核心是STM32芯片，該芯片具有低功耗、低成本、高性能、集成度高、體積小、可靠性強的優(yōu)點，有很高的性價比。（2）智能。該風(fēng)扇能夠通過紅外感應(yīng)智能啟停，避免了忘記關(guān)風(fēng)扇而造成的能源浪費；并且可以根據(jù)人員的位置實時跟蹤或者搖頭，以滿足使用者的要求，可以讓使用者實時感受到吹風(fēng)的感覺。（3）*的睡眠模式。該風(fēng)扇設(shè)計的睡眠模式大大改進了傳統(tǒng)風(fēng)扇定時的缺點。為了滿足不同人群的需求，該風(fēng)扇可以自行設(shè)定風(fēng)扇的工作時間和休眠時間，使風(fēng)扇在設(shè)定好的時間內(nèi)循環(huán)工作，不用再擔心因長時間吹風(fēng)帶來的不適問題。

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