智能可調節動作識別型節能風扇的設計

張畑恬

【摘要】 本作品是在實現普通風扇功能的基礎上，增加用戶行為監測器模塊，風扇參數控制器模塊等，以達到節能減排的目的。本設計在傳統家用風扇的基礎上添加了人體行為監控器，用以反饋用戶因感覺溫度過高而產生的翻身等動作；用戶控制面板具有人工設定功能，有利于智能風扇的多人、多環境的適應性應用。作品避免了風扇因整晚開啟而浪費大量電能，從而實現節能減排。

【關鍵詞】 節能減排 遠程控制 實時監控

一、研制背景及意義

傳統風扇只具有調速、定時、轉向等功能。在家庭生活中，如果開啟定時功能，風扇定時結束后，若用戶因溫度較高而醒來則需重啟風扇，非常麻煩；當關閉定時功能而只采用自動轉向功能時，風扇整晚開啟則會浪費大量電能。

鑒于這種情況，設計了此次的智能可調節動作識別型節能風扇，在傳統家用風扇的基礎上添加了人體行為監控器，用以反饋用戶因感覺溫度過高而產生的翻身等動作；遙控板的添加，加入了人工設定功能，有利于智能風扇的多人、多環境的適應性應用。作品避免了風扇因整晚開啟而浪費大量電能；風扇按需開啟以及智能風速調節功能大大降低了風扇對人體的危害。

二、設計方案

2.1 方案設計框圖

系統結構框圖如圖1所示，該系統采用C語言對單片機編程，通過無線通訊模塊實現傳感器模塊通過MCU對電機的控制，并且數據流是實時的傳輸的，可達到傳感器模塊的實時反饋，并對電機實時控制的目的。除此之外，本設計還外加了遙控模塊，可實現對系統的遠程設定與操控。

2.2 總體電路設計

本設計的電路大致可分為三個部分：其一為傳感器網絡，其二為電機電路部分，最后為MCU控制電路部分。總體電路圖如圖2所示。

傳感器網路由光強度模塊，霧霾檢測電路和A/D轉換芯片構成，其作用為為總系統提供一個外部的環境參數。電機電路由電機和電機驅動構成，其是系統終端，也是系統對外表現的最直接的部分。最后，MCU控制電路由單片機，晶振基準時鐘和復位電路構成，此電路主要起到收集與分析傳感器網絡的數據，并把通過分析得出的結果來控制電機電路。

2.3 模塊方案設計

2.3.1 超聲波模塊

用戶行為監測器利用超聲波探測功能，監測用戶睡眠時的動作。如有監測到用戶因高溫而翻身等動作，則反饋給控制中心，控制中心判斷出轉向方位并給風扇送出轉向指令。

2.3.2 溫度監控器

本溫度監控器采用18B20傳感器，此傳感器會將溫度數據發送給控制中心及用戶控制面板。控制面板中可以顯示當前室內溫度，控制中心中溫度數據用以智能調節風扇轉速，從而保護人體健康。

2.3.3 用戶控制面板

用戶通過控制面板可以設定智能風扇各參數。用戶設定風扇起始自動轉向時間，即預計入睡時間。該段時間過后風扇進入智能判斷模式，可以設定智能判斷模式下風扇降溫時間。

2.3.4 控制中心

控制中心通過處理接收到的數據，對風扇角度、轉速等進行一系列控制，是智能風扇系統的主要部分。

三、理論計算

經過調查得知，市面上的風扇平均功率為60W，以每晚工作10小時計算：

每晚功耗：60÷1000×10=0.6度

而以徐州5月平均為例，22.00點以后溫度到達24°以上需開電扇的時間段僅為22：00-24：00；5：00-7：00，為4小時；

每晚功耗低至 60÷1000×4=0.15度

由此可知，若使用智能可控型節能電扇，節能率可達60%。

四、工作原理及性能分析

本作品是在實現普通風扇功能的基礎上，增加用戶行為監測器模塊，風扇參數控制器模塊等。其流程圖如圖3所示。

用戶行為監測器利用超聲波探測功能，監測用戶睡眠時的動作。如有監測到用戶因高溫而翻身等動作，則反饋給控制中心，控制中心判斷出轉向方位并給風扇送出轉向指令。

溫度監控器會將溫度數據發送給控制中心及用戶控制面板。控制面板中可以顯示當前室內溫度，控制中心中溫度數據用以智能調節風扇轉速，從而保護人體健康。

用戶通過控制面板可以設定智能風扇各參數。用戶設定風扇起始自動轉向時間，即預計入睡時間。該段時間過后風扇進入智能判斷模式，可以設定智能判斷模式下風扇降溫時間。

五、創新點及應用

1）本作品可以通過用戶行為監測器來判斷用戶是否需要降溫，避免了風扇因整晚開啟而浪費大量電能。

2）風扇按需開啟以及智能風速調節功能大大降低了普通功能風扇對人體的危害。

3）單片機自動控制系統工作，可靠性高，成本低，不存在漏電等安全隱患。

在全國大中城市，家用電器普及數量很多，所有電器都有待在節能措施實施改進，因此應用前景很廣。

六、小結

本設計采用了節能減排的全新設計理念，和摒棄了傳統風扇設計理念的全新設計方法。儀器結構簡單，使用便捷，能適應寬泛的溫度濕度環境。由于儀器采用了模數轉換器件，增強了它的應用廣泛性。它能直接測量外部環境參數，能識別溫度、霧霾濃度等。因而它能廣泛的應用于實驗室教學、家庭日常生活、廠房大型區域等，是一款多功能，高性能的設計。如圖4所示為本設計實物圖。

參 考 文 獻

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[3]胡漢才.單片機原理及系統設計[M].北京：清華大學出版社，2001.7：66-72.

[4]郭天祥. 51單片機C語言教程2011第三版[M]. 北京：電子工業出版社，2005.8 ：56-69.