CN102536869A

CN102536869A - 红外线定位智能声控安全立式电扇

Info

Publication number: CN102536869A
Application number: CN2012100332008A
Authority: CN
Inventors: 徐志农; 赵逸栋; 林嘉颖; 刘禹廷; 朱玲玲
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2012-02-15
Filing date: 2012-02-15
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明公开了一种红外线定位智能声控安全立式电扇。舵机安装在固定架中，舵机转轴上的舵机机臂与支架连接，支架上部安装电扇，中部两个孔中分别垂直安装有热释电红外线传感器，两个热释电红外线传感器外分别安装有菲涅尔透镜，支架内装有温度、声控和重力加速度传感器，这些传感器通过各自的电路与单片机连接。本发明利用传感器的感应功能与单片机的智能处理，通过电路实时反馈外界的各种环境信息，利用舵机与风扇的不同角度与转速使电扇具有随外界环境变化而改变工作状态，为使用者提供更舒适的吹风体验。在电扇倾倒时，能够及时切断电源，对使用者和电扇本身具有保护作用。在使用者离开工作范围时，电扇能够自动关闭，达到节能环保的效果。

Description

红外线定位智能声控安全立式电扇

技术领域

本发明涉及一种安全电扇，尤其是涉及一种红外线定位智能声控安全立式电扇。

背景技术

目前，现有的立式电扇大多为无反馈的开环控制，工作时只能按一定频率与角度机械地转动，如今市场上的电扇大多采用机械式摇摆送风结构与定时关机设计，控制不够灵活，也无法感知使用者的位置以及环境温度，并不能实现智能开关。在目前已经问世的智能电扇中，如实用新型ZL200920020891的“一种智能电风扇”具有红外线定位装置，能够对室内活动的人体实时跟踪，但是不具备双人吹风模式，也无法根据室内温度变化对风扇转速进行调整；再如实用新型ZL200520057178的“温控智能电风扇”能够通过感应外界温度变化对风扇转速进行调整，但是不具备人体跟踪定位系统与声控模式，在对资源利用方面还是存在一定的浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种红外线定位智能声控安全立式电扇，通过对普通电扇添加传感器与单片机电路，实时收集外界的红外线、温度、声音等信号，将其转化为控制电扇电路的指令，从而对外界环境做出调整，是一种能够声控开关、自动跟踪定位、温控转速与倾倒保护的电扇。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括电扇，支架，两个热释电红外线传感器，温度传感器、声控传感器、重力加速度传感器，两个菲涅尔透镜，遮盖罩，舵机，单片机，电路模块，舵机固定架和舵机机臂；舵机安装在舵机固定架中，舵机转轴上的舵机机臂与支架底面连接，支架上部安装电扇，支架中部两个孔中分别垂直安装有热释电红外线传感器，两个热释电红外线传感器均朝向电扇风叶方向，两个热释电红外线传感器外分别安装有菲涅尔透镜，位于上部的菲涅尔透镜外安装遮盖罩，支架内还装有温度传感器、声控传感器和重力加速度传感器，两个热释电红外线传感器、温度传感器、声控传感器和重力加速度传感器通过各自的电路经电路模块与单片机连接。

所述的单片机型号为ATmega16L-8PI，其TOSCI/PC6引脚与温度传感器电路连接，同时温度传感器连接到温度传感器电路中；单片机的PD3/INT1引脚与重力加速度传感器电路连接，同时重力加速度传感器连接到重力加速度传感器电路中；单片机的PB3/AI1/OC0引脚与声控电路连接，声控传感器连接到声控电路中；单片机的PB2/AIO/INT2引脚与上部的热释电红外线传感器电路连接，同时上部的热释电红外线传感器连接到上部的热释电红外线传感器电路中；单片机的PD2/INT0引脚与下部的热释电红外线传感器电路连接，同时下部的热释电红外线传感器连接到下部的热释电红外线传感器电路中；单片机的PD4/OC1B引脚与舵机电路连接，PD5/OC1A引脚与电扇连接。

所述的温度传感器电路为带有DS18B20温度传感器的电路；重力加速度传感器电路为带有美新MXC6型加速度传感器的电路；声控电路为带有MSMAS42Z型硅麦克风及lm358放大器芯片的电路；热释电红外线传感器电路为带有RD-622热释电红外线传感器及BISS 0001型号芯片的电路。

本发明与现有技术对比，具有的有益效果是：

本发明利用传感器的感应功能与单片机的智能处理技术，通过电路实时反馈外界的各种环境信息，利用舵机与风扇的不同角度与转速使电扇具有随外界环境变化而改变工作状态的能力，省去了使用者必须经常手动控制电扇来达到令自己满意状态的限制，为使用者提供更舒适的吹风体验。在电扇倾倒时，能够及时切断电源，对使用者和电扇本身具有一定的保护作用。在使用者离开工作范围时，电扇能够自动关闭，进而达到节能环保的效果。

附图说明

图1是红外线定位智能声控安全立式电扇侧视图。

图2是红外线定位智能声控安全立式电扇正视图。

图3是控制电路图。

图4是声控传感器电路图。

图5是热释电红外线传感器电路图。

图6是温度传感器电路图。

图7是重力加速度传感器电路图。

图中：1.热释电红外传感器，2. 菲涅尔透镜，3. 遮盖罩，4.单片机，5.舵机，6.支架，7. 热释电红外传感器，8. 菲涅尔透镜，9.电路模块，10.舵机固定架，11.风扇，12.舵机机臂，13.温度传感器，14.声控传感器，15.重力加速度传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

如图1、图2所示，本发明包括电扇11，支架6，两个热释电红外线传感器1、7，温度传感器13、声控传感器14、重力加速度传感器15，两个菲涅尔透镜2、8，遮盖罩3，舵机5，单片机4，电路模块9，舵机固定架10和舵机机臂12。舵机5安装在舵机固定架10中，舵机5转轴上的舵机机臂12与支架6底面连接，支架6上部安装电扇11，支架6中部两个孔中分别垂直安装有热释电红外线传感器1、7，两个热释电红外线传感器1、7均朝向电扇11风叶方向，两个热释电红外线传感器1、7外分别安装有菲涅尔透镜。菲涅尔透镜能对入射的红外线进行聚焦，使探测区域内分为若干个明区和暗区，进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在热释电红外线探头上产生变化的热释红外信号，进而增加热释电红外线传感器的探测精度。位于上部的菲涅尔透镜外安装遮盖罩3，支架6内还装有温度传感器13、声控传感器14和重力加速度传感器15，两个热释电红外线传感器1、7、温度传感器13、声控传感器14和重力加速度传感器15通过各自的电路经电路模块9与单片机4连接。

如图3所示，所述的单片机4型号为ATmega16L-8PI，其TOSCI/PC6引脚与温度传感器电路连接，同时温度传感器13连接到温度传感器电路中；单片机4的PD3/INT1引脚与重力加速度传感器电路连接，同时重力加速度传感器15连接到重力加速度传感器电路中；单片机4的PB3/AI1/OC0引脚与声控电路连接，声控传感器14连接到声控电路中；单片机4的PB2/AIO/INT2引脚与上部的热释电红外线传感器电路连接，同时上部的热释电红外线传感器1连接到上部的热释电红外线传感器电路中；单片机4的PD2/INT0引脚与下部的热释电红外线传感器电路连接，同时下部的热释电红外线传感器7连接到下部的热释电红外线传感器电路中；单片机4的PD4/OC1B引脚与舵机电路连接，PD5/OC1A引脚与电扇连接。

如图4、图5、图6、图7所示，所述的温度传感器电路为带有DS18B20温度传感器的电路；重力加速度传感器电路为带有美新MXC6型加速度传感器的电路；声控电路为带有MSMAS42Z型硅麦克风及lm358放大器芯片的电路；热释电红外线传感器电路为带有RD-622热释电红外线传感器及BISS 0001型号芯片的电路。

本发明的工作过程为：

1）如图1，图3，图4所示:在使用电扇11之前，电扇11的单片机4能够录制下用户自定的识别信号（几个有规律的声音脉冲信号，如拍手）。连接上电源后，电扇11即处于待机状态。此时电扇11没有旋转，但是支架6内部的声控传感器电路已经激活并且开始工作。声控传感器及其附加电路安装于电扇支架6中，通过单片机4与电源连接，声控电路接到信号后，能对电扇11的工作或待机状态进行切换。声控传感器将接收外界声音脉冲信号，经放大后传输给单片机4，单片机4将信号与之前录制的信号（如拍手声）相比较。当两者误差在一定范围之内，单片机4即判定收到开机信号，于是接通电扇电路，进入工作模式。另外，在工作模式中声控传感器继续工作。当接收到设定的识别信号时单片机4将关闭电扇11，回到待机模式。

2）如图1，图3，图5所示：两个热释电红外线传感器1,7及其附加电路安装于电扇支架6中，通过单片机4与电源连接，热释电红外线传感器1,7竖直放置，热释电红外线传感器1外加红外线遮盖罩3，减小红外线传感器的探测张角，热释电红外线传感器7不作处理，在两个热释电红外线传感器1,7外部装有菲涅尔透镜2,8。在工作模式中，本电扇首先通过前部放置的两个热释电红外线传感器1,7探测由使用者发出的红外线信号。热释电红外线传感器1加遮盖罩3，减小了探测张角，因此传感器能够精确定位红外线发射源（人体）的位置；热释电红外线传感器7用于大范围探测红外线发射源（人体）。当探测范围内有移动人体出现时，舵机5开始从最左端极限位置开始顺时针旋转180°，紧接着逆时针旋转180°。在此期间上部的热释电红外线传感器1接收通过遮盖罩3传入的红外线信号，单片机4记录定位传感器探测到人体的横向位置，并控制舵机5转向人体位置，启动风扇11，风扇11开始转动，实现跟踪送风。如果人体有移动，在当其再次停止时，舵机5将带动其上面部分再次进行扫描（从最左端极限位置开始顺时针转180°，再逆时针旋转180°），接着顺时针转至相应位置，再次实现定位。由此实现对人体的跟踪送风。

两个横向探测角度不同的传感器，在对准单个被定位者待机后，可防止他人防干扰。具体方案为：当他人横向进入探测区域时，由于两个传感器探测角度大小不同，下部未遮盖的热释电红外线传感器7将先于上部已遮盖的热释电红外线传感器1探测到人体移动。由单片机4采集两个传感器首次探测到信号的时间差，若超过阈值，则判断信号为他人的干扰，系统等待直至本次干扰信号消失后，再继续待机。若时间差小于阈值，则判断信号为被定位者的自身移动。

若单片机4扫描到两个人体，电扇将进入双人模式。在双人模式中，单片机驱动舵机5转动，分别对两个信号源均匀送风，达到双人吹风效果。

3）如图1、图3、图6所示:电扇11运转的同时受到温控电路的控制。与声控电路类似，在使用之前可以将温控范围输入单片机4。当电扇11工作时，温度传感器实时监测电扇11周围的温度信息并将信号发送给单片机4。单片机4经过比较之后选择不同的档位控制电扇的转速。单片机设定有四种不同的转速对应于四个不同的温度区间。当温度信号低于某阀值时单片机4将电扇关闭，进入待机状态。

4）如图1，图3，图7所示：防倾倒设计主要由安装在旋转躯干中的加速度传感器15与其附加电路组成。重力加速度传感器能够感知到加速度的变化。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力，比如晃动、跌落、上升、下降等各种移动变化都能被重力加速度传感器转化为电信号。正常使用时，重力加速度传感器15检测为正确的重力方向。当电扇11倾倒时，由于重力方向的改变，加速度传感器15将记录这一变化，并将信号传输给单片机4。此时单片机4将直接切断电源，保证电扇11与使用者的安全。

舵机固定架10是保证红外线定位智能声控安全电扇平衡性与稳定性的重要部件，主要材料为金属与塑料。因其质量较大，能够起到保持电扇稳定的作用。在舵机固定架10内部安装有一只舵机5，用于电扇活动部分的转向与定位。舵机固定架10底部采用防滑条设计，加大了电扇的抗滑能力。为保证舵机5能牢固地安装在底座中，使用泡沫塑料加固在舵机与底座周围。根据使用条件与情况的不同可以适当增减泡沫塑料保证舵机5与舵机固定架10紧密安装。舵机5受单片机4的控制，与舵机固定架10固定连接，舵机机臂12与支架6固定联接，风扇11安装在支架6顶部，在工作时扇叶与热释电红外线传感器1之间有足够的距离确保互不干扰。

支架6是本电扇的主体部件，主要材料为泡沫塑料。支架6顶部安装有驱动电扇的马达和为马达供电的干电池。这个部件由一个手握式电扇改装而成。电扇扇叶为活动式设计，能够防止意外刮擦造成的扇叶损坏。支架6中部由两片柱状泡沫塑料组合而成，因而具有质量较轻，旋转灵活等优点，同时也保证了一定的结构强度。在泡沫塑料的中间开有一个空间，用于放置电线与各种传感器。其中，声控传感器14及其附加电路安装于支架6中，通过单片机4与电源连接，声控电路接到信号后，能对电扇的工作或待机状态进行切换。两个热释电红外线传感器1,7及其附加电路也安装于支架6中，通过单片机4与电源连接。两个热释电红外线传感器1，7竖直放置，一个外加遮盖罩3，使其仅能接受来自正前方的红外线，另一个不作处理，在两个热释电红外线传感器1,7外部装有菲涅尔透镜2,8，用来提高其探测灵敏度。舵机机臂12的底部通过螺钉固定在舵机5上。使用时，支架6能够在舵机5的驱动下灵活转动，精确定位。

控制设备主要由单片机4以及控制电路组成，主要负责电扇的信号处理与反馈，以及协调各传感器工作。由于体积较大，控制电路与单片机4被单独放在一个盒子中，通过电线与红外线定位智能声控安全电扇相连。

Claims

1.一种红外线定位智能声控安全立式电扇，其特征在于：包括电扇（11），支架（6），两个热释电红外线传感器（1、7），温度传感器（13）、声控传感器（14）、重力加速度传感器（15），两个菲涅尔透镜（2、8），遮盖罩（3），舵机（5），单片机（4），电路模块（9），舵机固定架（10）和舵机机臂（12）；舵机（5）安装在舵机固定架（10）中，舵机（5）转轴上的舵机机臂（12）与支架（6）底面连接，支架（6）上部安装电扇（11），支架（6）中部两个孔中分别垂直安装有热释电红外线传感器（1、7），两个热释电红外线传感器（1、7）均朝向电扇（11）风叶方向，两个热释电红外线传感器（1、7）外分别安装有菲涅尔透镜，位于上部的菲涅尔透镜外安装遮盖罩（3），支架（6）内还装有温度传感器（13）、声控传感器（14）和重力加速度传感器（15），两个热释电红外线传感器（1、7）、温度传感器（13）、声控传感器（14）和重力加速度传感器（15）通过各自的电路经电路模块（9）与单片机（4）连接。

2.根据权利要求1所述的一种红外线定位智能声控安全立式电扇，其特征在于：所述的单片机（4）型号为ATmega16L-8PI，其TOSCI/PC6引脚与温度传感器电路连接，同时温度传感器（13）连接到温度传感器电路中；单片机（4）的PD3/INT1引脚与重力加速度传感器电路连接，同时重力加速度传感器（15）连接到重力加速度传感器电路中；单片机（4）的PB3/AI1/OC0引脚与声控电路连接，声控传感器（14）连接到声控电路中；单片机（4）的PB2/AIO/INT2引脚与上部的热释电红外线传感器电路连接，同时上部的热释电红外线传感器（1）连接到上部的热释电红外线传感器电路中；单片机（4）的PD2/INT0引脚与下部的热释电红外线传感器电路连接，同时下部的热释电红外线传感器（7）连接到下部的热释电红外线传感器电路中；单片机（4）的PD4/OC1B引脚与舵机电路连接，PD5/OC1A引脚与电扇连接。

3.根据权利要求1所述的一种红外线定位智能声控安全立式电扇，其特征在于：所述的温度传感器电路为带有DS18B20温度传感器的电路；重力加速度传感器电路为带有美新MXC6型加速度传感器的电路；声控电路为带有MSMAS42Z型硅麦克风及lm358放大器芯片的电路；热释电红外线传感器电路为带有RD-622热释电红外线传感器及BISS 0001型号芯片的电路。