張畑恬

【摘要】 本作品是在實(shí)現(xiàn)普通風(fēng)扇功能的基礎(chǔ)上，增加用戶行為監(jiān)測(cè)器模塊，風(fēng)扇參數(shù)控制器模塊等，以達(dá)到節(jié)能減排的目的。本設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)家用風(fēng)扇的基礎(chǔ)上添加了人體行為監(jiān)控器，用以反饋用戶因感覺(jué)溫度過(guò)高而產(chǎn)生的翻身等動(dòng)作；用戶控制面板具有人工設(shè)定功能，有利于智能風(fēng)扇的多人、多環(huán)境的適應(yīng)性應(yīng)用。作品避免了風(fēng)扇因整晚開(kāi)啟而浪費(fèi)大量電能，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

【關(guān)鍵詞】 節(jié)能減排 遠(yuǎn)程控制 實(shí)時(shí)監(jiān)控

一、研制背景及意義

傳統(tǒng)風(fēng)扇只具有調(diào)速、定時(shí)、轉(zhuǎn)向等功能。在家庭生活中，如果開(kāi)啟定時(shí)功能，風(fēng)扇定時(shí)結(jié)束后，若用戶因溫度較高而醒來(lái)則需重啟風(fēng)扇，非常麻煩；當(dāng)關(guān)閉定時(shí)功能而只采用自動(dòng)轉(zhuǎn)向功能時(shí)，風(fēng)扇整晚開(kāi)啟則會(huì)浪費(fèi)大量電能。

鑒于這種情況，設(shè)計(jì)了此次的智能可調(diào)節(jié)動(dòng)作識(shí)別型節(jié)能風(fēng)扇，在傳統(tǒng)家用風(fēng)扇的基礎(chǔ)上添加了人體行為監(jiān)控器，用以反饋用戶因感覺(jué)溫度過(guò)高而產(chǎn)生的翻身等動(dòng)作；遙控板的添加，加入了人工設(shè)定功能，有利于智能風(fēng)扇的多人、多環(huán)境的適應(yīng)性應(yīng)用。作品避免了風(fēng)扇因整晚開(kāi)啟而浪費(fèi)大量電能；風(fēng)扇按需開(kāi)啟以及智能風(fēng)速調(diào)節(jié)功能大大降低了風(fēng)扇對(duì)人體的危害。

二、設(shè)計(jì)方案

2.1 方案設(shè)計(jì)框圖

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，該系統(tǒng)采用C語(yǔ)言對(duì)單片機(jī)編程，通過(guò)無(wú)線通訊模塊實(shí)現(xiàn)傳感器模塊通過(guò)MCU對(duì)電機(jī)的控制，并且數(shù)據(jù)流是實(shí)時(shí)的傳輸?shù)模蛇_(dá)到傳感器模塊的實(shí)時(shí)反饋，并對(duì)電機(jī)實(shí)時(shí)控制的目的。除此之外，本設(shè)計(jì)還外加了遙控模塊，可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程設(shè)定與操控。

2.2 總體電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的電路大致可分為三個(gè)部分：其一為傳感器網(wǎng)絡(luò)，其二為電機(jī)電路部分，最后為MCU控制電路部分?？傮w電路圖如圖2所示。

傳感器網(wǎng)路由光強(qiáng)度模塊，霧霾檢測(cè)電路和A/D轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成，其作用為為總系統(tǒng)提供一個(gè)外部的環(huán)境參數(shù)。電機(jī)電路由電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)構(gòu)成，其是系統(tǒng)終端，也是系統(tǒng)對(duì)外表現(xiàn)的最直接的部分。最后，MCU控制電路由單片機(jī)，晶振基準(zhǔn)時(shí)鐘和復(fù)位電路構(gòu)成，此電路主要起到收集與分析傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，并把通過(guò)分析得出的結(jié)果來(lái)控制電機(jī)電路。

2.3 模塊方案設(shè)計(jì)

2.3.1 超聲波模塊

用戶行為監(jiān)測(cè)器利用超聲波探測(cè)功能，監(jiān)測(cè)用戶睡眠時(shí)的動(dòng)作。如有監(jiān)測(cè)到用戶因高溫而翻身等動(dòng)作，則反饋給控制中心，控制中心判斷出轉(zhuǎn)向方位并給風(fēng)扇送出轉(zhuǎn)向指令。

2.3.2 溫度監(jiān)控器

本溫度監(jiān)控器采用18B20傳感器，此傳感器會(huì)將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給控制中心及用戶控制面板?？刂泼姘逯锌梢燥@示當(dāng)前室內(nèi)溫度，控制中心中溫度數(shù)據(jù)用以智能調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，從而保護(hù)人體健康。

2.3.3 用戶控制面板

用戶通過(guò)控制面板可以設(shè)定智能風(fēng)扇各參數(shù)。用戶設(shè)定風(fēng)扇起始自動(dòng)轉(zhuǎn)向時(shí)間，即預(yù)計(jì)入睡時(shí)間。該段時(shí)間過(guò)后風(fēng)扇進(jìn)入智能判斷模式，可以設(shè)定智能判斷模式下風(fēng)扇降溫時(shí)間。

2.3.4 控制中心

控制中心通過(guò)處理接收到的數(shù)據(jù)，對(duì)風(fēng)扇角度、轉(zhuǎn)速等進(jìn)行一系列控制，是智能風(fēng)扇系統(tǒng)的主要部分。

三、理論計(jì)算

經(jīng)過(guò)調(diào)查得知，市面上的風(fēng)扇平均功率為60W，以每晚工作10小時(shí)計(jì)算：

每晚功耗：60÷1000×10=0.6度

而以徐州5月平均為例，22.00點(diǎn)以后溫度到達(dá)24°以上需開(kāi)電扇的時(shí)間段僅為22：00-24：00；5：00-7：00，為4小時(shí)；

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(jié)能電扇，節(jié)能率可達(dá)60%。

四、工作原理及性能分析

本作品是在實(shí)現(xiàn)普通風(fēng)扇功能的基礎(chǔ)上，增加用戶行為監(jiān)測(cè)器模塊，風(fēng)扇參數(shù)控制器模塊等。其流程圖如圖3所示。

用戶行為監(jiān)測(cè)器利用超聲波探測(cè)功能，監(jiān)測(cè)用戶睡眠時(shí)的動(dòng)作。如有監(jiān)測(cè)到用戶因高溫而翻身等動(dòng)作，則反饋給控制中心，控制中心判斷出轉(zhuǎn)向方位并給風(fēng)扇送出轉(zhuǎn)向指令。

溫度監(jiān)控器會(huì)將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給控制中心及用戶控制面板?？刂泼姘逯锌梢燥@示當(dāng)前室內(nèi)溫度，控制中心中溫度數(shù)據(jù)用以智能調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，從而保護(hù)人體健康。

用戶通過(guò)控制面板可以設(shè)定智能風(fēng)扇各參數(shù)。用戶設(shè)定風(fēng)扇起始自動(dòng)轉(zhuǎn)向時(shí)間，即預(yù)計(jì)入睡時(shí)間。該段時(shí)間過(guò)后風(fēng)扇進(jìn)入智能判斷模式，可以設(shè)定智能判斷模式下風(fēng)扇降溫時(shí)間。

五、創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用

1）本作品可以通過(guò)用戶行為監(jiān)測(cè)器來(lái)判斷用戶是否需要降溫，避免了風(fēng)扇因整晚開(kāi)啟而浪費(fèi)大量電能。

2）風(fēng)扇按需開(kāi)啟以及智能風(fēng)速調(diào)節(jié)功能大大降低了普通功能風(fēng)扇對(duì)人體的危害。

3）單片機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)工作，可靠性高，成本低，不存在漏電等安全隱患。

在全國(guó)大中城市，家用電器普及數(shù)量很多，所有電器都有待在節(jié)能措施實(shí)施改進(jìn)，因此應(yīng)用前景很廣。

六、小結(jié)

本設(shè)計(jì)采用了節(jié)能減排的全新設(shè)計(jì)理念，和摒棄了傳統(tǒng)風(fēng)扇設(shè)計(jì)理念的全新設(shè)計(jì)方法。儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用便捷，能適應(yīng)寬泛的溫度濕度環(huán)境。由于儀器采用了模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，增強(qiáng)了它的應(yīng)用廣泛性。它能直接測(cè)量外部環(huán)境參數(shù)，能識(shí)別溫度、霧霾濃度等。因而它能廣泛的應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室教學(xué)、家庭日常生活、廠房大型區(qū)域等，是一款多功能，高性能的設(shè)計(jì)。如圖4所示為本設(shè)計(jì)實(shí)物圖。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]高玉芹. 單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51編程技術(shù)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.1：103-121.

[2]黃志偉.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽 電路設(shè)計(jì)[M].北京航空航天大學(xué)，2011.1：97-100.

[3]胡漢才.單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001.7：66-72.

[4]郭天祥. 51單片機(jī)C語(yǔ)言教程2011第三版[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2005.8 ：56-69.