基于红外探测的智能风扇.doc

基于红外探测技术的智能风扇2012年重庆地区第四届“盛群杯”大学生单片机应用设计竞赛作品创意书基于红外探测的智能风扇重庆交通大学信息学院 指导老师：李星星 参赛学生：梁洪艮参赛学生：陈世刚参赛学生：李俊辛参赛学生：彭弟 公元 2011 年 12 月28日作 品 创 意 书一、摘要：风扇是人们避暑所必需的家用电器，这不仅是因为它能起到舒爽、透风的作用，同时也是因为它相比空调等较奢华的电器商品，有着相当显著的性价比。而且，风扇的电功率也比较低，响应着国家和整个社会的节能号召。但现在市场所出售的风扇，大多是功能单一，如出一辙，并没有能达到人们解暑的意愿。鉴于此，我们设计了一款基于红外探测技术的智能风扇。它不仅能代替传统的一般风扇，给人们带来消暑降温的作用，同时它还能让用户随着自己的意愿，实现远程控制风扇的开关、转向、换挡等操作。此外，它还可以智能感应人的位置、方向，做到“人在哪里，风就吹向哪里”。关键词：红外探测；红外遥控；温度传感。二、作品简介：在炎热的季节里，生活中的人们往往想能够在忙碌之余，能够享受到一丝丝清爽的凉意。然而，让大多数家庭去购买奢侈的空调等高档电器，其本身就会造成一种无形的经济压力。再加之，空调的电功率也是相当之高，市场上一般的价格较为低廉的功率都在上千瓦。所以，使用电风扇就成为了大多数人用来消暑的最佳选择。传统风扇一般具有以下几个功能：1.以倒计时限时的方式，来控制风扇的工作区间。2.通过近距离触控的方式来切换风扇的工作档位及启动开关。3.通过用户的个人选择来调节风扇周期性转动或固定风向的工作模式。面临庞大的市场需求的同时，使之在操作上更为简便、技术含量有所提高，也是提高风扇的市场竞争力的必要举措。为此，我们在市场现有的传统风扇所具备的功能基础上，提出、设计了一款新型的基于红外探测技术的智能风扇。我们所设计的这款风扇包括五个基本模块，其主要有单片机控制中心、红外遥控器模块、温度传感与控制模块、LCD定时显示模块、自动定位模块。其具体介绍，如下述：不同的用户对温度以及风速的需求是不同的，本风扇的设计就显得相当人性化，它可以不同程度上的满足用户的意愿，远程使用红外按键进行非触控操作来控制风扇的转速，“风速快慢，随心所欲”，以达到令用户更加舒适的效果。其次，该风扇还具有自动导航定位的功能，让人不再去适应风扇的转向，而是让风扇跟随人的步伐而动。当人在室内走动时，风扇的风向就会与人的基调同步，给使用风扇的个人带来VIP级别的享受。同时，该风扇还自备智能温控开关和时间定时开关，在超出限定的温度工作区间，或超出了个人规定的时间工作区间时，就会自动的关闭制动开关。在用户长时间无任何操作时，该风扇还可以智能监控温度，以调节到令人更舒适的工作档位。与传统风扇相比，该智能风扇具备的新颖功能简析如下：1.远程调控功能：用户可以通过红外遥控来远程控制风扇的风速、开关。2.定时导航功能：用户可以通过此功能自由限定风扇的工作时间（如北京时间8:00开启或关闭）。3.自动探测定位功能：风扇可以智能感知人的方位，从而改变风扇的转向。当用户切换模式时，此功能不启动。4.风速智能调控功能：风扇可以感知环境的温度，以调节风扇的转速，或关闭开关。三、工作原理系统方框图 1、本系统是以HT46F49E单片机为核心，设计制作的一款智能风扇；单片机的工作原理：单片机控制中心控制着红外探测，红外遥控，LCD时钟显示以及功能显示，温度传感等功能，它将各模块有机地联系起来，它是系统的核心部分。本控制中心采用HT46F49E单片机控制。由于系统需要存储容量较大，所以还需要HT46F49E的外扩ROM。2、通过红外遥控器控制风扇的工作状态，并在风扇上的LCD上实时的显示出风扇的工作状态；红外遥控原理：红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作，如图1所示。发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。 编码原理 ：这里介绍常用的超薄型红外线遥控器使用的就是6121编码。当发射器按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同。这种遥控码具有以下特征： 采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”，其波形如图2所示。注意，此处为发射器发出的编码，并非接收器接收（输出）的信号，接收器输出的信号与发射器的信号正好反向。上述“0”和“1”组成的32位二进制码经38kHz的载频进行二次调制以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的。然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射。3、通过温度传感器探测室内温度，并呈现在LCD上，自动控制风扇的工作模式；测温原理：感应温度的变化，使敏感元件(如：热敏电阻、热电偶等)的阻值发生变化，从而在电路中，使输出的电压发生变化。 4、自动定位系统通过红外探测仪感应人的准确位置，给用户提供VIP级的服务；定位原理：当家里只有一个人时，可以打开开关通过单片机控制红外传感器探测人的位置，通过探测到的人的位置改变风扇所对的放向，无论主人怎么改变位置，它将始终转向主人，给主人提供VIP服务。5、另外，LCD上显示准确的北京时间，并可在其上设置风扇工作时间，这样可以有效的节约能源。四、作品软硬件结构本系统主要由硬件部分和软件部分结合构成，下面分别对其进行说明。（一）硬件部分整个系统分为五个模块：单片机控制中心、红外遥控器模块、温度传感与控制模块、LCD定时显示模块、自动定位模块。如下图3所示： 图3 系统方框图 （1）单片机控制中心：采用HT46F49E单片机系统，它是本系统的核心部分，主要功能是：处理红外采集的信息，使得电扇能够通过红外遥控器进行人工控制；接受温度传感器的数据，使风扇能够自启动和自动关闭；通过遥控器设定相应的定时时间，并在LED显示器上显示出来，控制LCD的显示；电扇VIP服务，接受并处理人所在位置的参数和信息，实现电扇自动的进行转动方向，人停电扇则停止转动方向。（2）红外遥控器模块：在电扇安装一个红外接收装置，在遥控器上装上红外发射装置，通过遥控器上的键盘输入，实现电扇的无线换挡和开关。红外检测模块由红外发射电路和红外接收电路组成。（3）温度传感与控制模块：此功能主要聚集在风扇上，主要通过温度传感器，根据周围温度变化，并与相应的开关配合实现风扇的智能开关。（4）LCD定时显示模块：本模块结合红外遥控器通过键盘输入风扇定时的时间，然后在LCD上显示出来。本模块采用LCD显示屏。（5）自动定位：本模块主要由一个自动检测人的位置的传感器构成。通过传感器传入的参数，通过单片机主程序的处理，风扇自动的进行转动方向。该模块即为一个电扇VIP服务。（二）软件部分1、主循环程序：用于内部RAM和各种中断的设置，通过各种传感器以及接受装置，然后通过单片机控制中心主程序的翻译作用，把各个模块的功能发送过去，从而实现4大功能。根据系统要求，主循环程序的流程如图4所示。（1）红外遥控键盘子程序：在键盘上主要进行电扇的档位、电扇的开关、电扇的定时时间。（2）温度控制子程序：通过温度传感器感受周围环境的温度，自动的进行风扇的开关。（3）显示风扇定时子程序：当通过红外遥控器设置定时时间后，LCD显示定时的时间。（4）自动定位子程序：本程序通过传感器感受人所在的位置，从而调整电扇的位置，使得风扇的位置随人的位置的变化而变化。（5）红外解码子程序：当通过遥控器发送信息时，传到单片机时，通过解码程序进行翻译。 图4 主循环程序流程图2、中断服务程序：系统采用盛群单片机外部接口的中断，该程序将定时的时间设为n，n可以有红外遥控器上的键盘输入，并且随时可以修正时间数,图中用hour表示小时。流程图如下所示： 图5 计时中断程序流程图五、创新之处 1.本作品较以往的传统模式风扇而言,增加了红外智能监测部分,实时监测环境温度，并自动调整至合适风速，使人感觉更加舒适。 2.当人移动的时候，红外探测功能还能自