智能可调节动作识别型节能风扇的设计

张畑恬

【摘要】 本作品是在实现普通风扇功能的基础上，增加用户行为监测器模块，风扇参数控制器模块等，以达到节能减排的目的。本设计在传统家用风扇的基础上添加了人体行为监控器，用以反馈用户因感觉温度过高而产生的翻身等动作；用户控制面板具有人工设定功能，有利于智能风扇的多人、多环境的适应性应用。作品避免了风扇因整晚开启而浪费大量电能，从而实现节能减排。

【关键词】 节能减排 远程控制 实时监控

一、研制背景及意义

传统风扇只具有调速、定时、转向等功能。在家庭生活中，如果开启定时功能，风扇定时结束后，若用户因温度较高而醒来则需重启风扇，非常麻烦；当关闭定时功能而只采用自动转向功能时，风扇整晚开启则会浪费大量电能。

鉴于这种情况，设计了此次的智能可调节动作识别型节能风扇，在传统家用风扇的基础上添加了人体行为监控器，用以反馈用户因感觉温度过高而产生的翻身等动作；遥控板的添加，加入了人工设定功能，有利于智能风扇的多人、多环境的适应性应用。作品避免了风扇因整晚开启而浪费大量电能；风扇按需开启以及智能风速调节功能大大降低了风扇对人体的危害。

二、设计方案

2.1 方案设计框图

系统结构框图如图1所示，该系统采用C语言对单片机编程，通过无线通讯模块实现传感器模块通过MCU对电机的控制，并且数据流是实时的传输的，可达到传感器模块的实时反馈，并对电机实时控制的目的。除此之外，本设计还外加了遥控模块，可实现对系统的远程设定与操控。

2.2 总体电路设计

本设计的电路大致可分为三个部分：其一为传感器网络，其二为电机电路部分，最后为MCU控制电路部分。总体电路图如图2所示。

传感器网路由光强度模块，雾霾检测电路和A/D转换芯片构成，其作用为为总系统提供一个外部的环境参数。电机电路由电机和电机驱动构成，其是系统终端，也是系统对外表现的最直接的部分。最后，MCU控制电路由单片机，晶振基准时钟和复位电路构成，此电路主要起到收集与分析传感器网络的数据，并把通过分析得出的结果来控制电机电路。

2.3 模块方案设计

2.3.1 超声波模块

用户行为监测器利用超声波探测功能，监测用户睡眠时的动作。如有监测到用户因高温而翻身等动作，则反馈给控制中心，控制中心判断出转向方位并给风扇送出转向指令。

2.3.2 温度监控器

本温度监控器采用18B20传感器，此传感器会将温度数据发送给控制中心及用户控制面板。控制面板中可以显示当前室内温度，控制中心中温度数据用以智能调节风扇转速，从而保护人体健康。

2.3.3 用户控制面板

用户通过控制面板可以设定智能风扇各参数。用户设定风扇起始自动转向时间，即预计入睡时间。该段时间过后风扇进入智能判断模式，可以设定智能判断模式下风扇降温时间。

2.3.4 控制中心

控制中心通过处理接收到的数据，对风扇角度、转速等进行一系列控制，是智能风扇系统的主要部分。

三、理论计算

经过调查得知，市面上的风扇平均功率为60W，以每晚工作10小时计算：

每晚功耗：60÷1000×10=0.6度

而以徐州5月平均为例，22.00点以后温度到达24°以上需开电扇的时间段仅为22：00-24：00；5：00-7：00，为4小时；

每晚功耗低至 60÷1000×4=0.15度

由此可知，若使用智能可控型节能电扇，节能率可达60%。

四、工作原理及性能分析

本作品是在实现普通风扇功能的基础上，增加用户行为监测器模块，风扇参数控制器模块等。其流程图如图3所示。

用户行为监测器利用超声波探测功能，监测用户睡眠时的动作。如有监测到用户因高温而翻身等动作，则反馈给控制中心，控制中心判断出转向方位并给风扇送出转向指令。

温度监控器会将温度数据发送给控制中心及用户控制面板。控制面板中可以显示当前室内温度，控制中心中温度数据用以智能调节风扇转速，从而保护人体健康。

用户通过控制面板可以设定智能风扇各参数。用户设定风扇起始自动转向时间，即预计入睡时间。该段时间过后风扇进入智能判断模式，可以设定智能判断模式下风扇降温时间。

五、创新点及应用

1）本作品可以通过用户行为监测器来判断用户是否需要降温，避免了风扇因整晚开启而浪费大量电能。

2）风扇按需开启以及智能风速调节功能大大降低了普通功能风扇对人体的危害。

3）单片机自动控制系统工作，可靠性高，成本低，不存在漏电等安全隐患。

在全国大中城市，家用电器普及数量很多，所有电器都有待在节能措施实施改进，因此应用前景很广。

六、小结

本设计采用了节能减排的全新设计理念，和摒弃了传统风扇设计理念的全新设计方法。仪器结构简单，使用便捷，能适应宽泛的温度湿度环境。由于仪器采用了模数转换器件，增强了它的应用广泛性。它能直接测量外部环境参数，能识别温度、雾霾浓度等。因而它能广泛的应用于实验室教学、家庭日常生活、厂房大型区域等，是一款多功能，高性能的设计。如图4所示为本设计实物图。

参 考 文 献

[1]高玉芹. 单片机原理与应用及C51编程技术[M]. 北京：机械工业出版社，2011.1：103-121.

[2]黄志伟.全国大学生电子设计竞赛 电路设计[M].北京航空航天大学，2011.1：97-100.

[3]胡汉才.单片机原理及系统设计[M].北京：清华大学出版社，2001.7：66-72.

[4]郭天祥. 51单片机C语言教程2011第三版[M]. 北京：电子工业出版社，2005.8 ：56-69.