《智能便携式风扇设计》
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摘 要：针对传统风扇调速不便、噪音大、性价比低等问题,设计了一款利用微控制器控制的智能风扇.该风扇具有手动按键和自动控制两种工作模式,可通过无线进行红外遥控和语音控制.自动控制模式下利用温湿度传感器检测周围数据,根据设定门限值自动调整转速,风扇的工作状态信息实时显示在LCD12864液晶屏上,且内含锂离子电池,可脱线长时间使用,使用12 V直流永磁无铁芯变频电机大大降低了噪音.文中详细介绍了系统结构和软件算法的设计方案.经实际测试表明,该系统实用性强,性价比高,具有很好的现实意义和市场前景.
关键词：语音控制;温控风速;智能风扇;液晶显示;无线控制;传感器
中图分类号：TP39文献标识码：A文章编号：2095-1302（2020）01-00-03
0 引 言
在这个家用电器日渐智能化的时代,电风扇并没有因为空调的出现而被淘汰,仍然有着顽强的生命力.因为它相对空调而言具有耗电少、低等优点,但其不足之处在于使用传统的按键控制,调速、携带不便,功能单一,掉电后无法正常工作等.为解决传统风扇的这些弊端,本文设计了一款集红外遥控、语音控制、温度控制于一体的多功能便携式智能充电风扇,LCD液晶显示屏可显示当前系统的工作状态、温湿度、摇头角度、定时时间等[1-2].
1 整体方案设计
该系统主要包括主机控制器STC15W60S4芯片、LCD12864液晶显示屏、LD3320语音模块、YK04无线遥控模块、DHT11温湿度检测模块、ULN2003驱动芯片.执行电机采用了最新的直流永磁無铁芯电机,使得智能风扇的效率更高,且本系统在市电突然断电的情况下还可以采用内部自带的锂电池持续供电[3].
用户在语音唤醒后说出打开风扇的指令,风扇即可工作,液晶屏实时显示当前的温湿度、档位等信息,用户可以通过说出不同的指令来改变风扇的转速.风扇外部配置有语音输出装置,可以通过语音控制风扇播放音乐或者聊天讲故事.另外还可以选择使用无线遥控对风扇进行开关控制,以及转速和摇头角度的调节.切换到AI模式时,风扇会根据周围温度自动调节风速[4-5].系统整体设计如图1所示.
2 硬件电路设计
2.1 主控电路设计
使用STC15W60S4主控芯片结合晶振电路和复位电路构成单片机最小系统,控制各模块稳定运行.该主控内存大,响应速度快,功耗低,抗干扰能力强,完全满足智能风扇系统的需要.最小系统如图2所示.
2.2 电源电路设计
供电是系统工作的基础,该系统电源电路分为两部分,一部分是主电源AC 220 V转DC 12 V为电机供电,另一部分是使用芯片AMS1117将DC 12 V降至DC 5 V为主控以及外部模块供电.在市电正常工作时采用AC 220 V转DC 12 V为系统供电,并且给自带锂电池充电,转换电路如图3所示.DC 12 V转DC 5 V的原理如图4所示.在市电无法正常供给时,系统将自动切换至自带的锂电池进行持续供电,保证风扇不间断工作.
2.3 无线控制电路设计
系统无线控制电路包括语音控制和无线遥控控制两种方式.语音控制采用LD3320模块,该芯片集成了语音识别处理器和一些外部电路,包括A/D、D/A转换器、麦克风接口、声音输出接口等.语音控制电路LD3320电路原理如图5所示.
无线遥控控制采用SC2272遥控译码电路,SC2272是与SC2262配对使用的一款通用集成电路.采用CMOS工艺制造,它最大拥有12 位三态地址管脚,可支持多达531 441（或312）个地址的编码.因此极大地减少了码的冲突和非法扫描编码使之匹配的可能性.SC2272译码电路如图6所示.
2.4 监测电路设计
温湿度检测采用DHT11传感器,它是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器.该传感器为单线制串行接口,使系统集成变得简易快捷,同时其体积小、功耗低,信号传输距离超20 m.MCU与DHT11连接示意如图7所示.
3 软件系统设计
该系统的软件设计分为两部分,即主机检测系统和从机接收信号控制电机部分.
主机程序包括系统硬件初始化、读取温湿度、LCD液晶屏信息显示、无线遥控模块、语音模块、按键模块等模块的信号检测,并与从机通信.主机程序流程如图8所示.
4 结 语
本文设计的智能风扇控制装置可实现语音和无线控制,系统拥有手动按键和自动控制两种工作模式.在自动模式下可根据传感器检测的数据自动调整风扇转速达到降温目的.经过不断实验和完善,智能风扇很好地实现了按键控制、智能温控、无线遥控以及语音控制等功能并能长期稳定运行.该系统达到了预期效果,很大程度上解决了传统风扇的种种弊端,为人们的日常生活带来了极大便利.
注：本文通讯作者为孙春志.
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