暖風(fēng)干衣機(jī)方案開發(fā)設(shè)計(jì)
深圳市組創(chuàng)微電子有限公司
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訪問(wèn)次數(shù):275更新時(shí)間:2021-08-18 13:28:46
傳統(tǒng)電風(fēng)扇多采用機(jī)械控制,功能單一,噪聲大,定時(shí)時(shí)間短,搖頭模式固定,變檔風(fēng)速變化較大。針對(duì)這些缺點(diǎn),本文采用了一款性價(jià)比高、功耗低的基于ARM Cortex?M3內(nèi)核的STM32單片機(jī)作為控制單元制作了一臺(tái)智能電風(fēng)扇,該風(fēng)扇巧妙地運(yùn)用人體紅外感應(yīng)技術(shù)、微機(jī)控制技術(shù)、無(wú)級(jí)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(shí)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(shí)現(xiàn)風(fēng)速的自動(dòng)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(shí)間;能夠顯示時(shí)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(qiáng)大,方便進(jìn)行功能擴(kuò)展。
一、智能電風(fēng)扇總體設(shè)計(jì)
該風(fēng)扇采用模塊化設(shè)計(jì),通過(guò)各個(gè)功能模塊的調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的功能,對(duì)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(jì)
該智能電風(fēng)扇是由STM32單片機(jī)作為處理單元,由直流電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇工作,能夠通過(guò)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(guò)功能按鍵和TFT液晶顯示屏,能夠很好地實(shí)現(xiàn)人機(jī)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(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),有很高的性價(jià)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(fèi)用;同時(shí),STM32中還集成了大部分存儲(chǔ)器控制器,可以直接在MCU外連接Flash,降低了設(shè)計(jì)難度和應(yīng)用障礙。
2.2電機(jī)控制電路
電機(jī)調(diào)速是整個(gè)控制系統(tǒng)中的一個(gè)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(jī)和步進(jìn)電機(jī)兩部分。直流電機(jī)的控制是通過(guò)脈寬調(diào)制的方式實(shí)現(xiàn)的,通過(guò)讀取溫度傳感器或者按鍵的值調(diào)整脈寬的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變;步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蛘呔€位移的開環(huán)控制元件,通過(guò)紅外感應(yīng)模塊感知人體的方位來(lái)確定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向及轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù),實(shí)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(cè)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(jiǎn)化了系統(tǒng)程序設(shè)計(jì);同時(shí)采用*的單總線技術(shù),具有較強(qiáng)的抗*力。因而使用DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單,可靠性更高。DS18B20在測(cè)溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面均可滿足電風(fēng)扇溫度檢測(cè)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(cè)電風(fēng)扇影響范圍內(nèi)人體的活動(dòng),監(jiān)控范圍大,隱蔽性好,能可靠地將運(yùn)動(dòng)的人和飄落的物體進(jìn)行區(qū)別,抗*力強(qiáng),誤報(bào)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(guò)設(shè)置,若有人在其電風(fēng)扇有效范圍內(nèi)活動(dòng),模塊輸出高電平,可做到人來(lái)電風(fēng)扇開啟,直到人離開后才延時(shí)將高電平變?yōu)榈碗娖?,即人離開監(jiān)控范圍電風(fēng)扇延時(shí)關(guān)停;延時(shí)時(shí)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(gè)功能狀態(tài):工作狀態(tài)(Manu、Auto、Sleep),睡眠模式下的定時(shí)時(shí)間(Work、Sleep),手動(dòng)模式下風(fēng)扇的檔位(Speed),同時(shí)還顯示年、月、日、星期、時(shí)間、溫度等信息。
三、智能電風(fēng)扇軟件設(shè)計(jì)
控制系統(tǒng)軟件使用C語(yǔ)言編程。模塊化設(shè)計(jì),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(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)速及步進(jìn)電機(jī)的定位、溫度、時(shí)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(dòng)模式、手動(dòng)模式、睡眠模式。自動(dòng)模式下把風(fēng)扇正面180°空間分為三個(gè)紅外感應(yīng)區(qū),當(dāng)人進(jìn)入任意一個(gè)紅外感應(yīng)區(qū)時(shí),風(fēng)扇開始工作。如果三個(gè)紅外感應(yīng)區(qū)只有一個(gè)區(qū)域檢測(cè)到有人,風(fēng)扇會(huì)判斷現(xiàn)在處于單人模式,該模式下風(fēng)扇會(huì)始終轉(zhuǎn)到檢測(cè)到人的區(qū)域,以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)追蹤的目的。如果檢測(cè)到不止一個(gè)紅外感應(yīng)區(qū)域有人時(shí),風(fēng)扇會(huì)判斷現(xiàn)在處于多人模式。如果檢測(cè)到兩個(gè)區(qū)域有人,風(fēng)扇就在兩個(gè)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(cè)到有人,則在大角度擺頭;當(dāng)三個(gè)區(qū)域都感應(yīng)到有人時(shí)同樣會(huì)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(fèi)。
手動(dòng)模式下風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)的是手動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速,有增速和減速兩個(gè)按鍵,可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇七個(gè)檔級(jí)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(zhǎng)時(shí)間吹風(fēng),可以設(shè)定風(fēng)扇工作時(shí)間短一些,休眠時(shí)間長(zhǎng)一些,風(fēng)扇會(huì)在設(shè)定好的時(shí)間內(nèi)間歇性工作,避免了長(zhǎng)時(shí)間吹風(fēng)帶來(lái)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(shí)間和睡眠時(shí)間,以達(dá)到舒適度。
四、風(fēng)扇調(diào)試
以STM32為核心設(shè)計(jì)電路并印制電路板,加工制作出電風(fēng)扇。采用C語(yǔ)言模塊化編寫的程序下載到芯片中,接好電風(fēng)扇后進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試如下:打開電風(fēng)扇,當(dāng)有人靠近電風(fēng)扇時(shí),風(fēng)扇開始工作;當(dāng)人遠(yuǎn)離電風(fēng)扇時(shí),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(dòng)模式按鍵,選擇手動(dòng)模式下的調(diào)速按鍵,可以調(diào)整風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。按下自動(dòng)模式按鍵,風(fēng)扇能夠根據(jù)人的位置來(lái)實(shí)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(shí)間,可以看到風(fēng)扇以設(shè)定的工作和休眠時(shí)間為周期,循環(huán)工作。
通過(guò)測(cè)試表明,該電風(fēng)扇能夠智能啟停,按照設(shè)定的各個(gè)模式正常工作,正常顯示溫度時(shí)間等信息且反應(yīng)靈敏,簡(jiǎn)單實(shí)用,達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。
總結(jié)
本項(xiàng)目采用STM32單片機(jī),結(jié)合溫度傳感器、紅外傳感器等,通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)電風(fēng)扇原有功能的改進(jìn),設(shè)計(jì)了此智能電風(fēng)扇。
該智能電風(fēng)扇有如下幾個(gè)突出的特點(diǎn):(1)性價(jià)比高。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(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),有很高的性價(jià)比。(2)智能。該風(fēng)扇能夠通過(guò)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(fèi);并且可以根據(jù)人員的位置實(shí)時(shí)跟蹤或者搖頭,以滿足使用者的要求,可以讓使用者實(shí)時(shí)感受到吹風(fēng)的感覺(jué)。(3)*的睡眠模式。該風(fēng)扇設(shè)計(jì)的睡眠模式大大改進(jìn)了傳統(tǒng)風(fēng)扇定時(shí)的缺點(diǎn)。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(shí)間和休眠時(shí)間,使風(fēng)扇在設(shè)定好的時(shí)間內(nèi)循環(huán)工作,不用再擔(dān)心因長(zhǎng)時(shí)間吹風(fēng)帶來(lái)的不適問(wèn)題。
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