CN109737575A - 一种智能风扇干湿调节方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能风扇干湿调节方法及装置，通过湿度传感器检测环境的干湿度再去控制风扇上的干湿器装置，结合除湿器、加湿器或雾化器，根据风速、湿度、温度数据、雷诺系数、加湿量的散度智能的调整风扇转速或湿度；从而让智能风扇的功能更加多样化，让风扇突破了传统只能加大风速或减小风速的功能，还具有加湿或干燥的功能，可以让风扇更加智能，更加贴近生活，更加快速的高效的让使用者进入舒适状态，也节省了风扇高速转动所带来的电损耗量，有着节能的效果，更能解决人们闷热或燥热的麻烦。

Description

一种智能风扇干湿调节方法及装置

技术领域

本公开涉及智能控制技术领域，具体涉及一种智能风扇干湿调节方法及装置。

背景技术

随着科技的日益进步和人们对生活质量要求的提高，智能家电逐渐走入千家万户，家电的智能化逐渐受到关注。传统的风扇存在很多缺陷，已经无法满足人们的需求，无法做到让使用者时刻处于舒适状态。然而在炎热的夏天，相对于价格昂贵的空调，便宜的风扇的使用量更多，需求度更大，目前市场上销售的风扇几乎都是传统样式的手动调档、定时、摇头的风扇。而在市面上所谓的智能风扇主要是有可根据体感温度智能调节风速，根据不同体型智能调节风扇，自动检测是否有人在智能开关风扇，自动跟踪人来自动转动风扇吹向，但仅有的这几项功能仍难满足人们对高质量生活的追求。设计一种能加湿、干燥的智能风扇，可以让风扇具有加湿器和干燥器的功能，让智能风扇的功能更加多样化，在自动调节风扇转速的同时调节干湿装置，能更加快速的让使用者摆脱燥热或者闷热的困扰处境，能更快的进入舒适状态，高效快速，能节省风扇高档位的使用时间，减少了电损耗，在这个快节奏的时代，智能风扇的作用也需跟上快节奏，更高效。现在智能风扇不能进行湿度调节，设计一种可进行湿度调节的智能风扇。如何在炎热的夏天感到很舒适，这取决于人的体感温度，人的体感温度的影响因素有环境温度，环境湿度和风速。有的时候环境温度可能不一定很高，但环境的湿度很低，干燥，这也会让人感到不舒适，很燥热，于是会去提高风扇的风速。但这并不能真正解决很燥热的问题，在风扇外框设计了干湿装置，设计的更体贴，同理，针对湿度很高闷热情况，也解决了。在调节风速的同时调节干湿装置，能让人更快速的舒适下来。让使用者更加喜欢使用，让风扇更加智能化，功能多样化，在炎热的夏天，能感受到热是因为体感温度高，而体感温度是有环境温度，环境湿度，和所处环境的风速所决定的。想要在炎热的情况下感到舒适，这便取决于人的体感温度。目前现有的方法一般是是根据体感温度来智能控制风扇的转速，然而却没有在调节风速的同时，增加环境湿度或者降低湿度这一功能。毕竟热分为很多种，有环境温度不高但湿度很高的闷热，也有湿度很低很干燥的燥热，现有的智能风扇只是在传统的手动调档、定时、摇头的风扇改进成能根据体感温度来自动调节风扇转速，仅仅根据体感温度来自动调节风速还不够智能。

发明内容

本公开提供一种智能风扇干湿调节方法及装置，通过湿度传感器检测环境的干湿度再去控制风扇上的干湿器装置，在调节风扇转速的同时调节干湿器装置，在最新智能风扇上的改进，结合除湿器、加湿器或雾化器，做到除湿或加湿，根据温度数据计算体感温度并调整风扇转速；根据湿度数据计算加湿量的散度并根据散度控制加湿器与除湿器；根据风速数据计算风扇的雷诺系数并根据雷诺系数调整风扇转速。

为了实现上述目的，根据本公开的一方面，提供一种智能风扇干湿调节方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，风扇中的传感器采集风速数据、温度数据、湿度数据；

步骤2，根据温度数据计算体感温度并调整风扇转速；

步骤3，根据湿度数据计算加湿量的散度并根据散度控制加湿器与除湿器；

步骤4，根据风速数据计算风扇的雷诺系数并根据雷诺系数调整风扇转速。

进一步地，在步骤1中，所述风扇中的传感器包括风量传感器，温度传感器、湿度传感器，风量传感器用于采集风速数据，温度传感器用于采集温度数据，湿度传感器用于采集湿度数据。

进一步地，在步骤1中，所述风扇包括风量传感器，温度传感器、湿度传感器、主控芯片、加湿器、除湿器、电机驱动模块、定时器、电机、扇叶、电源电路，主控芯片用于通过电机驱动模块调整风扇转速、加湿器、除湿器的启动与关闭；

优选地，所述风量传感器为GFD6型风筒风量传感器、KGF6型收缩管风速传感器、风速传感器WM-FG02任意一种，温度传感器为DS18B20温度传感器，所述湿度传感器为SHT11湿度传感器，所述主控芯片为STC89C52单片机，所述电机驱动模块为L298N电机驱动芯片；

进一步地，在步骤1中，所述风扇预先设定的转速包括有：20r/s(转/每秒)、10r/s、5r/s；

进一步地，在步骤2中，根据温度数据计算体感温度并调整风扇转速的方法为：

根据温度数据计算体感温度Δt为：其中，T_o为风扇启动时风扇吸入空气的温度，T_i为当前时刻风扇吸入空气的温度，t_i为风扇启动时风扇吹出空气的温度，t_o为当前时刻风扇吹出空气的温度，当Δt>30℃时，调整风扇转速为20r/s，当20℃≤Δt≤30℃时，调整风扇转速为10r/s，当Δt<20℃时，调整风扇转速为5r/s。

进一步地，在步骤3中，根据湿度数据计算加湿量的散度并根据散度控制加湿器与除湿器的方法为：

计算加湿量的散度为：当且湿度低于40％则开启加湿器并关闭除湿器；当且湿度高于70％则开启除湿器并关闭加湿器，当且湿度低于70％且高于40％则将除湿器与加湿器关闭；

其中，表示加湿量，ρ、θ、分别为加湿效率、湿度、加湿量的梯度，div(·)为散度计算函数，加湿效率为加湿器单位功耗所产生的加湿量，以毫升每小时瓦mL/h·W为单位，加湿器的加湿量为200～500mL/h；除湿器的除湿量为1.1～3L/h，加湿量为加湿器的额定加湿量，除湿量为除湿器的额定除湿量，湿度为在步骤1中风扇中的传感器采集的湿度数据。

进一步地，在步骤4中，根据风速数据计算风扇的雷诺系数并根据雷诺系数调整风扇转速的方法为：

根据风速数据计算风扇的雷诺系数Re为：其中，ω是风扇的风速、γ为空气密度与μ空气黏性系数，d为特征长度；

当Re<2300时，调整风扇转速为20r/s；

当2300≤Re≤10000时，调整风扇转速为10r/s；

当Re>10000时，调整风扇转速为5r/s。

优选地，在温度为-5～35℃度的环境中，d＝0.02；μ＝17.9×10^-6pa.s，γ＝5.558263kg/m³，以此参数作为计算风扇的雷诺系数的默认输入参数。

本发明还提供了一种智能风扇干湿调节装置，所述装置包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下装置的单元中：

传感器采集单元，用于风扇中的传感器采集风速数据、温度数据、湿度数据；

温度调整单元，用于根据温度数据计算体感温度并调整风扇转速；

湿量调整单元，用于根据湿度数据计算加湿量的散度并根据散度控制加湿器与除湿器；

风扇转速调整单元，用于根据风速数据计算风扇的雷诺系数并根据雷诺系数调整风扇转速。

本公开的有益效果为：本发明提供一种智能风扇干湿调节方法及装置，增加了根据环境的湿度智能的启动干燥或加湿的功能，从而让智能风扇的功能更加多样化，让风扇突破了传统只能加大风速或减小风速的功能，还具有加湿或干燥的功能，可以让风扇更加智能，更加贴近生活，在根据体感温度自动调节风扇转速的同时根据检测到的环境湿度来自动调节干湿装置，更加快速的高效的让使用者进入舒适状态，也节省了风扇高速转动所带来的电损耗量，有着节能的效果，更能解决人们闷热或燥热的麻烦。

附图说明

通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本公开的上述以及其他特征将更加明显，本公开附图中相同的参考标号表示相同或相似的元素，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，在附图中：

图1所示为一种智能风扇干湿调节方法的流程图；

图2所示为一种智能风扇干湿调节装置图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本公开的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本公开的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示为根据本公开的一种智能风扇干湿调节方法的流程图，下面结合图1来阐述根据本公开的实施方式的一种智能风扇干湿调节方法。

本公开提出一种智能风扇干湿调节方法，具体包括以下步骤：

步骤1，风扇中的传感器采集风速数据、温度数据、湿度数据；

步骤2，根据温度数据计算体感温度并调整风扇转速；

步骤3，根据湿度数据计算加湿量的散度并根据散度控制加湿器与除湿器；

步骤4，根据风速数据计算风扇的雷诺系数并根据雷诺系数调整风扇转速。

进一步地，在步骤1中，所述风扇中的传感器包括风量传感器，温度传感器、湿度传感器，风量传感器用于采集风速数据，温度传感器用于采集温度数据，湿度传感器用于采集湿度数据。

进一步地，在步骤1中，所述风扇包括风量传感器或风速传感器，温度传感器、湿度传感器、主控芯片、加湿器、除湿器、电机驱动模块、定时器、电机、扇叶、电源电路，主控芯片用于通过电机驱动模块调整风扇转速、加湿器、除湿器的启动与关闭；

优选地，所述风量传感器为GFD6型风筒风量传感器、KGF6型收缩管风速传感器、风速传感器WM-FG02任意一种，温度传感器为DS18B20温度传感器，所述湿度传感器为SHT11湿度传感器，所述主控芯片为STC89C52单片机，所述电机驱动模块为L298N电机驱动芯片；

进一步地，在步骤1中，所述风扇预先设定的转速包括有：20r/s(转/每秒)、10r/s、5r/s；

进一步地，在步骤2中，根据温度数据计算体感温度并调整风扇转速的方法为：

根据温度数据计算体感温度Δt为：其中，T_o为风扇启动时风扇吸入空气的温度，T_i为当前时刻风扇吸入空气的温度，t_i为风扇启动时风扇吹出空气的温度，t_o为当前时刻风扇吹出空气的温度，当Δt>30℃时，调整风扇转速为20r/s，当20℃≤Δt≤30℃时，调整风扇转速为10r/s，当Δt<20℃时，调整风扇转速为5r/s。

进一步地，在步骤3中，根据湿度数据计算加湿量的散度并根据散度控制加湿器与除湿器的方法为：

计算加湿量的散度为：当且湿度低于40％则开启加湿器并关闭除湿器；当且湿度高于70％则开启除湿器并关闭加湿器，当且湿度低于70％且高于40％则将除湿器与加湿器关闭；

其中，表示加湿量，ρ、θ、分别为加湿效率、湿度、加湿量的梯度，div(·)为散度计算函数，加湿效率为加湿器单位功耗所产生的加湿量，以毫升每小时瓦mL/h·W为单位，加湿器的加湿量为200～500mL/h；除湿器的除湿量为1.1～3L/h。

进一步地，在步骤4中，根据风速数据计算风扇的雷诺系数并根据雷诺系数调整风扇转速的方法为：

根据风速数据计算风扇的雷诺系数Re为：其中，ω是风扇的风速、γ为空气密度与μ空气黏性系数，d为特征长度，风扇的风速为在步骤1中风扇中的传感器采集的风速数据；

当Re<2300时，调整风扇转速为20r/s；

当2300≤Re≤10000时，调整风扇转速为10r/s；

当Re>10000时，调整风扇转速为5r/s。

优选地，在温度为-5～35℃度的环境中，d＝0.02；μ＝17.9×10^-6pa.s，γ＝5.558263kg/m³，以此参数作为计算风扇的雷诺系数的默认输入参数。

空气流动流动状态以雷诺系数的大小来区分Re>10000为湍流，Re＝2300～10000为过渡流。

本发明的风扇为以下硬件装置构成：风扇以微控制器STC89C52RC单片机为控制中心，所述风扇包括风量传感器，温度传感器、湿度传感器、主控芯片、加湿器、除湿器、电机驱动模块、定时器、电机、扇叶、电源电路，主控芯片用于通过电机驱动模块调整风扇转速、加湿器、除湿器的启动与关闭,将本发明提供的一种智能风扇干湿调节方法写入STC89C52RC单片机，连接有GFD6型风筒风量传感器、KGF6型收缩管风速传感器、风速传感器WM-FG02 任意一种，DS18B20温度传感器，湿度传感器为SHT11湿度传感器，其中，所述主控芯片为STC89C52单片机，所述电机驱动模块为L298N电机驱动芯片，通过电机驱动模块L298N 对电机进行风速控制驱动，由于STC89C52RC单片机不能直接产生PWM波，故需要用定时器模拟PWM波，利用PWM波控制电机转速。若要输出的PWM信号的频率是1KHz，则定时器定时时间长度为0.5ms，在定时器中断服务程序中对PWM信号的输出IO口做0/1的翻转动作即可。在中断服务程序中对高、低电平持续时间做累加，判断占空比，再做出对应的翻转动作，便能实现对电机的变速控制。

控制中心连接有加湿器或雾化器和除湿器与风扇相结合，加湿器为超声波雾化器、雾化喷嘴、超声波雾化片任意一种现有的产品，除湿器为GC-8060TW智能微型除湿器、CEMS微型电子除湿器、CSL-8060除湿器任意一种现有的产品，其复位电路为：单片机的复位电路一般有分为上电复位,手动复位.上电复位指单片机在上电瞬间,给复位引脚一个复位信号(一定时间的高电平或者低电平),以实现单片机的复位,待稳定后,单片机开始执行程序；手动复位指在单片机的复位引脚接一个按键,手动按下该按键使单片机复位.本实施例中采用手动复位,风扇通电时,给单片机复位,发生故障时,能够手动重置单片机状态。

电源电路:STC89C52RC单片机采用5V供电,由外部提供电源。

电机驱动模块电路：本次设计中采用STC89C52RC单片机的定时器模拟PWM波输出数字信号,并利用电机驱动模块L298N来驱动12V的直流电机,通过改变PWM波的高电平所占的比例来实现风扇风速的调节。选择L298N电机驱动模块，利用电机驱动模块L298N来驱动12V 的直流电机，并根据风速数据计算风扇的雷诺系数并根据雷诺系数调整风扇转速，从而实现环境温度的实时监测，实际生活中由于风扇只往一个方向转。

温度传感器系统设计：本设计选用DS18B20温度传感器,相比传统的热敏电阻以及其他温度测量元器件,更为直观,数据可直接读出,能通过编程实现9～12位的数字值读数方式。当DS18B20模块接收到温度转换指令时,立马启动转换。转换完成后,温度值就可以按显示器系统显示数值位数以二进制补码形式储存在高速暂存存储器的第一和第二个字节。单片机可以通过单线接口按照由低位到高位的顺序读出该数据,数据格式以0.012 5℃/LSB形式表示。符号位S取值分为0和1,S＝0表示正值,可以直接测得的温度数据由二进制转换为十进制；S＝1表示负值,要先将补码变成原码,再计算十进制数值。实际使用过程中在I/O引脚接一个10kΩ的上拉电阻。湿度传感器系统设计：系统通过SHT11湿度传感器检测室内环境湿度，SHT11是具有I2C总线接口的单片全校准数字式相对湿度和温度传感器，具有数字式输出、免调试、免标定、免外围电路及全互换的特点，无需进行额外AD转换，直接将检测到的湿度数据传送给单片机。

湿度调节模块：除湿运用了除湿器，加湿运用了加湿器或雾化器。开始单片机通电时初始化，然后风量传感器或风速传感器、温度传感器还有湿度传感器将各项指数传送给STC89C52主控芯片，然后计算得出体感温度，根据体感温度调节风速大小，因为单片机也接收了环境中湿度的情况，综合加湿量的散度和湿度在40％-70％，则是一个安全的湿度范围，综合加湿量的散度与湿度低于40％判断是否属于干燥情况，要给加湿器发出命令，开启加湿功能；若综合加湿量的散度与湿度高于70％则属于潮湿情况，要给除湿器发出命令，开启除湿功能。同时根据体感温度调节的风扇转速，进行降温，两者结合共同降温，让使用者快速进入舒适状态。

本公开的实施例提供的一种智能风扇干湿调节装置，如图2所示为本公开的一种智能风扇干湿调节装置图，该实施例的一种智能风扇干湿调节装置包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述一种智能风扇干湿调节装置实施例中的步骤。

所述装置包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下装置的单元中：

传感器采集单元，用于风扇中的传感器采集风速数据、温度数据、湿度数据；

温度调整单元，用于根据温度数据计算体感温度并调整风扇转速；

湿量调整单元，用于根据湿度数据计算加湿量的散度并根据散度控制加湿器与除湿器；

风扇转速调整单元，用于根据风速数据计算风扇的雷诺系数并根据雷诺系数调整风扇转速。

所述一种智能风扇干湿调节装置可以运行于桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备中。所述一种智能风扇干湿调节装置，可运行的装置可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述例子仅仅是一种智能风扇干湿调节装置的示例，并不构成对一种智能风扇干湿调节装置的限定，可以包括比例子更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述一种智能风扇干湿调节装置还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array， FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述一种智能风扇干湿调节装置运行装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个一种智能风扇干湿调节装置可运行装置的各个部分。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述一种智能风扇干湿调节装置的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

尽管本公开的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，而是应当将其视作是通过参考所附权利要求考虑到现有技术为这些权利要求提供广义的可能性解释，从而有效地涵盖本公开的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本公开进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本公开的非实质性改动仍可代表本公开的等效改动。

Claims (7)

1.一种智能风扇干湿调节方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，风扇中的传感器采集风速数据、温度数据、湿度数据；

步骤2，根据温度数据计算体感温度并调整风扇转速；

步骤3，根据湿度数据计算加湿量的散度并根据散度控制加湿器与除湿器；

步骤4，根据风速数据计算风扇的雷诺系数并根据雷诺系数调整风扇转速。

2.根据权利要求1所述的一种智能风扇干湿调节方法，其特征在于，在步骤1中，所述风扇中的传感器包括风量传感器，温度传感器、湿度传感器。

3.根据权利要求2所述的一种智能风扇干湿调节方法，其特征在于，所述风量传感器为GFD6型风筒风量传感器，所述温度传感器为DS18B20温度传感器，所述湿度传感器为SHT11湿度传感器。

4.根据权利要求1所述的一种智能风扇干湿调节方法，其特征在于，在步骤2中，根据温度数据计算体感温度并调整风扇转速的方法为：

根据温度数据计算体感温度Δt为：其中，T_o为风扇启动时风扇吸入空气的温度，T_i为当前时刻风扇吸入空气的温度，t_i为风扇启动时风扇吹出空气的温度，t_o为当前时刻风扇吹出空气的温度，当Δt>30℃时，调整风扇转速为20r/s，当20℃≤Δt≤30℃时，调整风扇转速为10r/s，当Δt<20℃时，调整风扇转速为5r/s。

5.根据权利要求1所述的一种智能风扇干湿调节方法，其特征在于，在步骤3中，根据湿度数据计算加湿量的散度并根据散度控制加湿器与除湿器的方法为：

计算加湿量的散度为：当且湿度低于40％则开启加湿器并关闭除湿器；当且湿度高于70％则开启除湿器并关闭加湿器，当且湿度低于70％且高于40％则将除湿器与加湿器关闭；

其中，表示加湿量，ρ、θ、分别为加湿效率、湿度、加湿量的梯度，div(·)为散度计算函数。

6.根据权利要求1所述的一种智能风扇干湿调节方法，其特征在于，在步骤4中，根据风速数据计算风扇的雷诺系数并根据雷诺系数调整风扇转速的方法为：

根据风速数据计算风扇的雷诺系数Re为：其中，ω是风扇的风速、γ为空气密度与μ空气黏性系数，d为特征长度；

当Re<2300时，调整风扇转速为20r/s；

当2300≤Re≤10000时，调整风扇转速为10r/s；

当Re>10000时，调整风扇转速为5r/s。

7.一种智能风扇干湿调节装置，其特征在于，所述装置包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下装置的单元中：

传感器采集单元，用于风扇中的传感器采集风速数据、温度数据、湿度数据；

温度调整单元，用于根据温度数据计算体感温度并调整风扇转速；

湿量调整单元，用于根据湿度数据计算加湿量的散度并根据散度控制加湿器与除湿器；

风扇转速调整单元，用于根据风速数据计算风扇的雷诺系数并根据雷诺系数调整风扇转速。