全方位新型風(fēng)扇的研究與實(shí)現(xiàn)

劉自成　王志坤　孫如軍

摘 要 本設(shè)計(jì)為一種全方位新型風(fēng)扇系統(tǒng)，通過(guò)熱釋電紅外（PIR）傳感器，它能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出并加以放大，便可驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇電源開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)，而且風(fēng)扇具有靈敏的溫度感測(cè)和顯示功能，當(dāng)它打風(fēng)扇開(kāi)關(guān)時(shí)，系統(tǒng)為STC12C5A60S2的單片機(jī)作為控制平臺(tái)對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。或者直接將信號(hào)傳給風(fēng)扇上的紅外測(cè)距傳感器來(lái)測(cè)出人和風(fēng)扇的距離，然后經(jīng)過(guò)加工處理這些信息，生成信號(hào)驅(qū)動(dòng)控制風(fēng)速的電路，以實(shí)現(xiàn)人靠近風(fēng)扇轉(zhuǎn)速大，人離遠(yuǎn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速小功能，滿足人們的需求。

關(guān)鍵詞 自動(dòng)控制；熱釋紅外（PIR）傳感器；單片機(jī)；紅外測(cè)距傳感器；電源；風(fēng)扇

中圖分類號(hào)：TH42 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）08-0024-01

1 概述

在現(xiàn)代社會(huì)中，風(fēng)扇是生活中的主要幫手，但是使用傳統(tǒng)風(fēng)扇卻達(dá)不到全方位的吹風(fēng)效果，并且消耗了大量的電能。為了解決傳統(tǒng)風(fēng)扇存在的不足問(wèn)題，結(jié)合自己的想法，設(shè)計(jì)了一款全方位新型風(fēng)扇，主要采用單片機(jī)自動(dòng)控制，結(jié)合熱釋電紅外（PIR）傳感器和紅外測(cè)距傳感器等執(zhí)行器件的緊密配合來(lái)實(shí)現(xiàn)其具體功能。

1.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

電路由控制器模塊（系統(tǒng)為STC12C5A60S2的型號(hào)單片機(jī)）、熱釋電紅傳感器模塊（熱釋電紅外傳感器）、紅外測(cè)距傳感器模塊、電源模塊組成。

1.2 控制模塊

1）溫度傳感器器件的挑選：采用數(shù)字式集成溫度傳感器DS18B20作為感測(cè)溫度的核心器件，直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)供單片機(jī)處理。2）控制核心的選擇：采用4節(jié)干電池電壓而且電路具有簡(jiǎn)單、合理的特點(diǎn)。3）顯示溫度電路模塊：采用顯示器顯示溫度，以LED數(shù)碼管顯示器為顯示模塊，把單片機(jī)傳來(lái)的數(shù)據(jù)，并以動(dòng)態(tài)方式顯示。4）調(diào)節(jié)風(fēng)速的方法：由單片機(jī)控制，直接采用雙向晶閘管構(gòu)成無(wú)級(jí)調(diào)速電路，方便快捷。

1.3 熱釋電紅外（PIR）傳感器模塊

1.3.1 熱釋電紅外（PIR）傳感器的工作原理

熱釋電紅外（PIR）傳感器能夠以非接觸形式探測(cè)出人體輻射的紅外線能量的變化，并且將紅外線能量的變化轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)的形式輸出。將輸出來(lái)的電壓信號(hào)加以放大，就能夠驅(qū)動(dòng)各種控制電路的執(zhí)行。當(dāng)熱釋電紅外（PIR）傳感器沒(méi)有探測(cè)到人體輻射出的紅外線信號(hào)時(shí)，就在電容的兩端產(chǎn)生電量相等、極性相反的正、負(fù)電荷，因此正負(fù)電荷之間就相互抵消，導(dǎo)致回路中沒(méi)有電流的產(chǎn)生，熱釋電紅外（PIR）傳感器無(wú)輸出。

1.3.2 信號(hào)處理電路

BISS0001是一款高性能、穩(wěn)定的傳感信號(hào)處理的集成電路。它的靜態(tài)電流極小，并配以熱釋電紅外（PIR）傳感器和少量外圍元器件就能夠構(gòu)成被動(dòng)式的熱釋電紅外（PIR）傳感器，并且BISS0001是由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器等器件構(gòu)成的數(shù)模混合專用集成電路，使用時(shí)根據(jù)實(shí)際需要將信號(hào)放大。

1.4 紅外測(cè)距傳感器模塊

1.4.1 紅外測(cè)距傳感器的應(yīng)用方向

1）追蹤和查找系統(tǒng)：運(yùn)用于對(duì)目標(biāo)的查找和追蹤，目的是為了確定查找物體存在的具體位置并且還能夠?qū)λ倪\(yùn)動(dòng)進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的追蹤。2）紅外輻射和熱成像系統(tǒng)：通過(guò)熱成像原理能夠展現(xiàn)物體的紅外輻射的分布圖。3）紅外測(cè)距系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)物體間距離的測(cè)量。4）通訊系統(tǒng)：紅外線通信作為無(wú)線通信的一種方式。5）混合系統(tǒng)：是指以上各類系統(tǒng)中的兩個(gè)活多個(gè)組合。所以我們運(yùn)用以上紅外測(cè)距傳感器的應(yīng)用，來(lái)測(cè)距與風(fēng)扇的感應(yīng)距離，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速大小的改變。

1.4.2 紅外測(cè)距傳感器工作原理及其功能特點(diǎn)

紅外傳感測(cè)距傳感器利用其本身的紅外信號(hào)遇到不同距離障礙物反射不同強(qiáng)度的工作原理，來(lái)實(shí)現(xiàn)障礙物遠(yuǎn)近距離的檢測(cè)。紅外測(cè)距傳感器的功能特點(diǎn)是其本身具有一對(duì)紅外信號(hào)發(fā)射與接收二極管裝置，發(fā)射管裝置發(fā)射特定頻率的紅外信號(hào)，當(dāng)障礙物阻礙紅外測(cè)距傳感器的檢測(cè)方向時(shí)，紅外信號(hào)反射回來(lái)被接收管裝置接收，經(jīng)過(guò)快速分析與處理后，通過(guò)數(shù)字傳感器接口返回到風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制器裝置上，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制器即可利用紅外測(cè)距傳感器的返回信號(hào)來(lái)檢測(cè)周圍環(huán)境的變化。所以說(shuō)紅外測(cè)距傳感器是人與風(fēng)扇之間感應(yīng)的最佳選擇，因此本全方位新型風(fēng)扇系統(tǒng)采用的即為此種傳感器。

1.5 電源模塊

電池模塊采用四節(jié)干電池的電壓供電即能滿足需求，沒(méi)有多大的改變，符合人們的日常生活規(guī)律，方便快捷。

2 特色舉例

本作品最大的特點(diǎn)就是打破以往的思維模式，使風(fēng)扇更好的發(fā)揮到最大效果，它運(yùn)用熱釋電紅外（PIR）傳感器和紅外測(cè)距傳感器同時(shí)工作的原理，依賴于單片機(jī)控制系統(tǒng)，對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，在加上電源的供電，使風(fēng)扇正常工作。

3 技術(shù)說(shuō)明

風(fēng)扇在熱釋電紅外（PIR）傳感器工作原理的作用下，自動(dòng)的打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)為STC12C5A60S2的型號(hào)單片機(jī)作為控制平臺(tái)對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，并且還可以利用熱釋電紅外（PIR）傳感器輸出的電壓信號(hào)，傳給風(fēng)扇上的紅外測(cè)距傳感器，紅外測(cè)距傳感器測(cè)出人和風(fēng)扇的距離，然后經(jīng)過(guò)加工處理這些信息，生成驅(qū)動(dòng)號(hào)控制風(fēng)速的電路，以實(shí)現(xiàn)人靠近風(fēng)扇轉(zhuǎn)速大，人離遠(yuǎn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速小功能。

4 系統(tǒng)應(yīng)用及開(kāi)發(fā)前景

本作品堪稱為現(xiàn)代社會(huì)技術(shù)增加了一份色彩。用此作品不僅更好的使風(fēng)扇發(fā)揮到最大的效果而且也體現(xiàn)了人們對(duì)智能化的一種追求。雖然現(xiàn)在該技術(shù)主要應(yīng)用在高科技產(chǎn)品上，但我相信隨著社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)水平的提高，應(yīng)用該技術(shù)的產(chǎn)品會(huì)更加得到人們的認(rèn)同。

5 結(jié)束語(yǔ)

在全方位新型風(fēng)扇的設(shè)計(jì)制作中如何讓風(fēng)扇才能正常運(yùn)行，我們反復(fù)嘗試多種機(jī)械結(jié)構(gòu)，最后選擇控制系統(tǒng)為STC12C5A60S2的型號(hào)單片機(jī)作為平臺(tái)對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制的機(jī)械結(jié)構(gòu)方式使它正常轉(zhuǎn)動(dòng)，采用熱釋電紅外（PIR）傳感器和紅外測(cè)距傳感器工作原理終于實(shí)現(xiàn)了人機(jī)感應(yīng)的功能，接著是使用電源的問(wèn)題，我們電池模塊采用四節(jié)干電池的電壓供電，從而得到想要的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)

[1]吳金戍，沈慶陽(yáng)，郭庭吉.8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用[J].北京：清華大學(xué)出版社，2002.

[2]王化詳，張淑英.傳感器原理[M].天津：天津大學(xué)出版社，2002.

[3]戴邵池，周斌，羅德知.精準(zhǔn)溫度顯示的溫控自動(dòng)風(fēng)扇系

統(tǒng)[J].

作者簡(jiǎn)介

劉自成（1993-），男，山東平邑縣人，在校大學(xué)生。

王志坤（1982-），男，山東臨邑人，德州學(xué)院實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)名師，碩士研究生，主要從事教學(xué)和學(xué)生管理工作。

孫如軍，男，機(jī)電工程學(xué)院院長(zhǎng)，教授，工學(xué)碩士。endprint