CN203809330U - 一种自动追踪智能风扇 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自动追踪智能风扇，包括控制模块和风扇电机以及电源模块，控制模块的输入端连接有温度传感器、人体热释电红外传感器、光敏探测模块；控制模块的输出端连接有步进电机、风扇测速与调速模块、按键选择模块和显示模块等部分组成。本实用新型，通过人体热释红外感应和光敏探测判断周围是否有人，并快速定位人员位置开启风扇，同时能够根据感应区人员位置自动实现摆头，当人离开时即关闭风扇实现节能控制；该风扇同时能够根据环境温度的高低控制风扇的启停和转速，避免夜间温度降低后风扇仍然高速工作造成人体不适，该风扇以最大程度满足使用者的要求，实现智能控制的目的。

Description

一种自动追踪智能风扇

技术领域

本实用新型有关家用电器技术领域，更具体说是一款自动追踪智能风扇。

背景技术

电风扇的主要功能是为室内固定范围送风，通过空气的流动带走热量，具有摇头、风量控制和定时这三大基本功能。虽然不少城市家庭用上了空调，但电风扇作为降温防暑设备必不可少。春夏（夏秋）交替时节，白天温度依旧很高，电风扇应高转速、大风量，使人感到清凉；到了晚上，气温降低，当人入睡后，应该逐步减小转速，以免使人感冒。虽然电风扇都有调节不同档位的功能，但必须要人手动换档，睡着了就无能为力了，而普遍采用的定时器关闭的做法，一方面是定时时间长短有限制，一般是一两个小时；另一方面可能在一两个小时后气温依旧没有降低很多，而风扇就关闭了，使人在睡梦中热醒而不得不起床重新打开风扇，增加定时器时间，非常麻烦，而且可能多次定时后最后一次定时时间太长，在温度降低以后风扇依旧继续吹风，使人感冒；第三方面是只有简单的到了定时时间就关闭风扇电源的单一功能，不能满足气温变化对风扇风速大小的不同要求。此外白天我们工作时可能经常进出房间，一旦离开房间忘记风扇电源将造成电力浪费。

发明内容

本实用新型为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种可根据周围人员信息自动定位风扇摇头转向并能够根据周围环境温度进行电风扇自动开启或关闭及转速调节的一种智能风扇。

该风扇控制系统电路采用模块化设计，通过各个功能模块的调用来实现风扇的功能。该智能电风扇是由微控制器作为中央处理单元，由风扇电机与步进电机驱动风扇工作，能够通过温度传感器和人体热释红外传感器等传感单元感知环境和人员信息，通过功能按键和TFT液晶显示屏，能够很好的实现人机交互。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种自动追踪智能风扇，包括：控制模块1，温度传感器2，人体热释电红外传感器左3，人体热释电红外传感器右4，步进电机6，风扇测速模块7，风扇调速模块8，按键选择模块9，液晶显示模块10，电源模块11；控制模块1的输入端连接有用于检测外界温度的温度传感器2、用于感应是否有人员存在的人体热释电红外传感器左3和人体热释电红外传感器右4、测试扇叶转速的风扇测速模块7、选择运行模式的按键选择模块9以及电源模块11；控制模块1的输出端连接有步进电机6、风扇调速模块8、用于显示信息的液晶显示模块10，风扇测速模块7和风扇调速模块8的输出端分别和驱使风扇运行的风扇电机12相连。

一种自动追踪智能风扇，还可以包括：光敏探测模块5，由LM555定时器、发光管D1、光敏管Q3以及相应的电阻电容组成，当发光管D1发出的光束遇到障碍物时，就会反射回来,被光敏管Q3接收到，光敏探测模块5将测得的感应信号传送给控制模块1。

本实用新型的有益效果是：1）性价比高：控制系统的核心是AT89S52芯片，该芯片具有低功耗、低成本、高性能、集成度高、体积小、可靠性强的优点，有很高的性价比。2）智能：该风扇能够通过人体热释红外感应探头自动追踪人员的位置并自动启动、实现定位吹风或摆头吹风，当人员离开感应区域自动关闭风扇，避免了忘记关风扇而造成的能源浪费；该风扇同时能够根据环境温度的高低控制风扇的启停和转速，避免夜间温度降低后风扇仍然高速工作造成人体不适，该风扇以最大程度满足使用者的要求，实现智能控制的目的。3）特有的睡眠模式：该风扇设计的睡眠模式大大改进了传统风扇定时的缺点。为了满足不同人群的需求，该风扇可以自行设定风扇的工作时间和休眠时间，使风扇在设定好的时间内循环工作。不用再担心因长时间吹风带来的不适问题。

附图说明

图1控制系统总体框图。

图2控制模块电路图。

图3温度传感器电路图。

图4a人体热释电红外传感器左电路图。

图4b人体热释电红外传感器右电路图。

图5a光敏探测模块接收电路图。

图5b光敏探测模块发射电路图。

图6步进电机控制电路图。

图7风扇测速电路图。

图8风扇调速电路图。

图9按键选择模块电路图。

具体实施方式：

风扇工作模式有自动模式、手动模式、睡眠模式三种可选。自动模式下，把风扇正面180°空间分为2个红外感应区，当人进入任意一个红外感应区时，即当左边传感器感应到人体释放的红外光时，步进电机控制风扇向左转，当右边传感器感应到人体释放的红外光时，步进电机控制风扇向右转；当左右传感器都感应到人体释放的红外光或者定位光敏管接收到反射光时，步进电机停止不动，这样就可以定位了。定位后风扇开始工作，如果2个红外感应区只有一个区域检测到有人，风扇会始终转到检测到人的区域，以实现实时追踪的目的，该模式下可以工作在小角度摆头模式。如果检测到两个区域有人，风扇就在两个区域间摆头。当感应区无人时，风扇自动停止工作。风扇的智能启停、小角度摆头、两区域摇头都使得风扇既人性化又能够避免能源浪费。

手动模式下，风扇实现的是手动调节风扇的转速，由增速和减速两个按键，可以实现风扇的档级的调速。

睡眠模式下，根据不同的用户的需求如老年人、儿童身体较弱，不能够长时间吹风，我们可以设定风扇工作时间短一些，休眠时间长一些，风扇会在设定好的时间内间歇性工作，避免了长时间吹风带来的不适。所以用户可以根据自己的需求自行设定风扇工作时间和睡眠时间，以达到最佳舒适度。

自动模式和睡眠模式下智能温控系统工作，风扇可以根据设定的温度范围自动调节风扇转速，温度传感器测得的温度接近下限时风扇自动降低转速，当温度低于设定值时风扇停止工作。

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1 所示，给出了本实用新型的智能风扇中电路部分的原理框图，其包括控制模块1、温度传感器2、人体热释电红外传感器左3、人体热释电红外传感器右4、光敏探测模块5、步进电机6、风扇测速模块7、风扇调速模块8、按键选择模块9、液晶显示模块10、电源模块11、风扇电机12；所示的控制模块1具有信号采集、数据运算和控制输出的作用；温度传感器用于测量环境温度以便控制风扇在设定温度范围内工作；人体热释电红外传感器左3和人体热释电红外传感器右4分别置于风扇正面两边，用于检测风扇探测范围内是否有人；光敏探测模块5使用光敏对管主要用于对目标进行定位；步进电机6用于根据检测情况控制风扇的转动；风扇测速模块7用于测量风扇转速以便和风扇调速模块8进行对比来根据温控系统反馈的信息来调节风扇的转速；按键选择模块9用于自动、手动、睡眠模式的选择；液晶显示模块10用于显示当前的时间和运行模式，显示当前的环境温度值和风扇转速等信息；电源模块11 用于提供电能给控制系统；风扇电机12用于驱使风扇运行。

图2是控制模块的电路图，其核心是AT89S52芯片，该芯片是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。该芯片具有低功耗、低成本、高性能、体积小、可靠性强的优点，有很高的性价比。

图3是温度传感器电路图，温度传感器采用数字式集成温度传感器DS18B20。测量到的温度值可以在器件内部转换成数字量输出，送给控制器处理后由液晶模块显示，简化了设计，采用先进的单总线技术，具有较强的抗干扰能力，可靠性更高。DS18B20在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面均可满足电风扇温度检测的要求。DS18B20与控制模块的连接图3所示，DS18B20的DQ端接单片机的P27脚。

图4是人体热释电红外传感器电路图，采用了热释电人体红外线传感元件集成模块 HC-SR501。如图4a和图4b人体热释电红外传感器左U7和人体热释电红外传感器右U8分别接到控制模块的P32脚和P33脚。当有人进入探测区域时，其信号输出端口OUT端产生一个电平跳变，利用这个跳变来判断是否有人在可测区内。两个传感器分别安装于风扇两边，当左边传感器感应到人体释放的红外光时，输出信号通知控制系统控制步进电机向左转；当右边传感器感应到人体释放的红外光时，步进电机向右转；当左右传感器都感应到人体释放的红外光或者定位光敏管接收到反射光时，控制步进电机停止不动，这样就可以定位了。通过设置，若有人在其电风扇有效范围活动，电风扇开启，人离开监控范围电风扇关停。

图5是光敏探测模块电路图包括发射和接收两个电路图，其中：图5a光敏探测模块接收电路图和图5b光敏探测模块发射电路图，即是由发光管电路和光敏管电路两个电路构成的。电路由LM555定时器、发光管D1、光敏管Q3和相应的电阻电容组成，发光管D1和光敏管Q3装在风扇正中间用于辅助对目标进行定位。变阻器R1用来调节LM555定时器的振荡频率，使LM555定时器输出频率为38kHz 的信号，驱动发光管D1发出38kHz光波，当发光管发出38kHz的光束遇到障碍物时，就会反射回来,被光敏管Q3接收到，并将测得的感应信号传送给控制模块1从而控制步进电机起到辅助定位作用，是一种优先的方式。

图6是步进电机控制电路图，步进电机M1驱动功率较大，电路由控制模块外接达林顿管ULN2003A来驱动，达林顿管ULN2003A的输入端IN1～IN7与AT89S52芯片的P20～P26连接；步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或者线位移的开环控制元件。风扇中的步进电机M1是通过人体热释电红外传感器感知人体的方位来确定步进电机的转动方向及转动步数以实现风扇的定位或者摇头。

图7和图8是风扇测速与调速电路图，电机测速与调速是整个控制系统的核心，是电风扇的重要功能组成。测速电路采用霍尔传感器A3144，把霍尔传感器固定在电风扇后的隔离架上，与霍尔探头相对的电风扇的扇叶边沿固定一块磁钢，电风扇每转一周，受磁钢所产生的磁场的影响，霍尔传感器便发出一个脉冲信号，其频率和转速成正比。将此脉冲信号接到AT89S52芯片的P35引脚上，设定T1计数模式，每分钟所计的进入P35的脉冲个数即为电机的转速。风扇调速电路采用了过零双向可控硅型光耦MOC3041，控制模块根据人体热释电红外传感器和温度传感器的响应信号, 在P17口输出一个高电平,使光电耦合器导通, 同时触发双向可控硅, 使风扇工作电路导通工作。通过读取温度传感器或者按键的值来调整脉宽的占空比来实现风扇电机的转速改变。 

图9按键选择模块电路图，电路由三个按键开关外接上拉电阻R13、R14、R15接VCC，三个按键分别接到控制模块P10、P11、P12引脚，主要用于模式选择和温度设置增减等参数设定。

液晶显示模块：采用的带有R61505U控制芯片的3.2寸TFT液晶显示屏，液晶可以很好地显示风扇的各个功能状态。在液晶显示屏上可以显示风扇的工作状态(Manu、Auto、Sleep),睡眠模式下的定时时间,手动模式下风扇的档位,同时还显示年、月、日、星期、时间、温度等信息。

Claims (7)

1.一种自动追踪智能风扇，其特征在于，包括：控制模块（1），温度传感器（2），人体热释电红外传感器左（3），人体热释电红外传感器右（4），步进电机（6），风扇测速模块（7），风扇调速模块（8），按键选择模块（9），液晶显示模块（10），电源模块（11）；控制模块（1）的输入端连接有用于检测外界温度的温度传感器（2）、用于感应是否有人员存在的人体热释电红外传感器左（3）和人体热释电红外传感器右（4）、测试扇叶转速的风扇测速模块（7）、选择运行模式的按键选择模块（9）以及电源模块（11）；控制模块（1）的输出端连接有步进电机（6）、风扇调速模块（8）、用于显示信息的液晶显示模块（10）；风扇测速模块（7）和风扇调速模块（8）的输出端分别和驱使风扇运行的风扇电机（12）相连。

2.根据权利要求1所述的一种自动追踪智能风扇，其特征在于，还可以包括：光敏探测模块（5），由LM555定时器、发光管D1、光敏管Q3以及相应的电阻电容组成，当发光管D1发出的光束遇到障碍物时，就会反射回来，被光敏管Q3接收到，光敏探测模块（5）将测得的感应信号传送给控制模块（1）。

3. 根据权利要求1所述的一种自动追踪智能风扇，其特征在于，控制模块（1）由AT89S52芯片，及其外围电路构成。

4. 根据权利要求1所述的一种自动追踪智能风扇，其特征在于，温度传感器（2）采用数字式集成温度传感器DS18B20。

5. 根据权利要求1所述的一种自动追踪智能风扇，其特征在于，人体热释电红外传感器左（3），人体热释电红外传感器右（4）型号为HC-SR501，分别置于风扇两边。

6. 根据权利要求1所述的一种自动追踪智能风扇，其特征在于，步进电机控制电路由控制模块（1）外接达林顿管ULN2003A来驱动，达林顿管ULN2003A的输入端IN1～IN7与AT89S52芯片的P20～P26连接，步进电机将电脉冲信号转变为角位移或者线位移的开环控制元件，通过热释电红外感应传感器或光敏探测模块感知人体的方位来确定步进电机的转动方向及转动步数以实现风扇的定位或者摇头。

7. 根据权利要求1所述的一种自动追踪智能风扇，其特征在于，风扇测速模块(7)采用霍尔传感器A3144，把霍尔传感器固定在电风扇后的隔离架上，并将磁钢固定在与霍尔探头相对的扇叶边缘，用于受磁钢所产生磁场的影响，霍尔传感器发出脉冲信号。