CN206845514U - 一种温控与断电保护的智能电风扇 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种温控与断电保护的智能电风扇，由异常断电情况下蓄电池自动供电与充电模块、手控按键检测模块、电机驱动模块、温度检测与显示模块，控制模块及语音遥控电风扇模块组成，通过ADUC841的IO端口连接温度检测控制及显示电路实现温度检测与显示模块，通过与ADUC841与语音芯片LD3320的连接实现语音控制功能，同时以电源和蓄电池同时作为输入的交直流转换电路实现异常断电处理模块，其输出端与ADUC841的输出端一同连接到L298N驱动模块，从而实现对电风扇的控制。本实用新型具有交直流迅速切换、过充电保护、根据室温变化改变风速及远距离语音控制的优点，解决了生活中常规电风扇的缺陷，是家居生活更加智能化。

Description

一种温控与断电保护的智能电风扇

技术领域

本实用新型属于智能家居领域，尤其涉及一种温控与断电保护的智能电风扇。

背景技术

电风扇在我国，是80年代开始兴起的一种小型家用电器价格便宜，摆放方便，体积轻巧，由于它的这些优点，所以在中小城市以及乡村在将来的一段时间内仍然会占有市场大部分份额。市场上的电风扇基本上是传统类型，功能单一，耗电量大，一旦断电便不能正常运行，并且不能根据温度变化做出相应的风速改变，即没有一款电风扇可以实现异常断电控制，温度控制等功能，给人们的使用造成了不便。而且当前市场上的产品外观以及功能单一且同质化现象非常严重，极大地影响和制约了电风扇市场的发展和提高，当前科学技术发展迅速，应使电风扇不仅功能多样，操作简便，而且更加安全可靠，以此来提升市场竞争力，因此电风扇的改进有着重大的实际意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种温控与断电保护的智能电风扇，旨在解决市电断电情况下令电风扇正常运行的问题、实现实时温度检测与自动控制的问题以及适当距离内使电风扇实现语音控制的问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种温控与断电保护的智能电风扇，包括：中央处理器、异常断电下自动供电与充电模块、驱动模块、温度控制模块、按键检测模块，语音控制模块；所述异常断电下自动供电与充电模块连接于所述驱动模块，所述驱动模块连接于电机，所述按键检测模块、温度控制模块、语音控制模块均连接于所述中央处理器，所述中央处理器连接于所述驱动模块。

进一步根据本实用新型所述的温控与断电保护的智能电风扇，所述异常断电情况下自动供电与充电模块由交直流转换电路和蓄电池组成，市电和蓄电池连接到交直流转换电路的输入端，经由交直流转换电路，电路输出端连接到驱动模块的输入端；市电作为交流电，利用桥式整流原理得到16v直流电，然后该模块判断是否断电，若无断电，对蓄电池进行充电，当电池充满电之后形成电流，实现过充保护，从而保证了蓄电池的使用寿命；若有不正常断电发生，电风扇系统会自动切换电路，由蓄电池进行供电；当因操作不当导致短路时，保险丝会熔断，切断电源，从而保护电路。

进一步根据本实用新型所述的温控与断电保护的智能电风扇，所述温度控制模块包括温度传感器和显示器组成；所述温度传感器连接于所述中央处理器，所述显示器连接于所述中央处理器。

进一步根据本实用新型所述的温控与断电保护的智能电风扇，所述中央处理器为型号为ADUC841的单片机，具有52个引脚，通过I/0口与上述其他模块进行连接，通过软件编程实现其所述功能。

进一步根据本实用新型所述的温控与断电保护的智能电风扇，所述驱动模块的电路主要由L298N芯片及二极管、电阻等器件构成，该模块有三个引脚接中央处理器ADUC841的I/O口，即IN1引脚、IN2引脚和ENA引脚；ISENA与二极管D3正极、D4正极相连且共地，OUT1与D3负极及D1正极相连，接到电机1接口上；OUT2与D2正极及D4负极相连，接到电机2接口上；VS接口与D1负极、D2负极相连接到直流12v电源上；电容器C3正极接直流12v电源，负极接地，电容C4与C3并联；VSS接口接5v电源，电容C1一端接5v电源，另一端接地；IN1接口接5v直流电源，ENA与R1相连，R1另一端接5v直流电源；ENB与GND接口接地。

进一步根据本实用新型所述的温控与断电保护的智能电风扇，所述按键检测模块，电风扇系统共有6个按键，分别为三个调节档次的手控按键，一个关风扇按键，一个摇头开按键和一个摇头关按键，S1、S2…S6一端分别与3.3v直流电连接，另一端依次连接接口PZ3的8～2端口，PZ3的1端口接地，开关通过接口后经由中央处理器ADUC841的I/O口输入按键信号。

进一步根据本实用新型所述的温控与断电保护的智能电风扇，所述语音控制模块包括语音芯片和音频输入模块，所述音频输入模块连接于所述语音芯片，所述语音芯片连接于所述中央处理器，所述语音芯片为型号为LD3320的芯片；语音控制模块是基于关键词语列表识别技术的非特定人语音识别技术(ASR)而建立的，利用语音芯片LD3320提供语音识别技术，把通过MIC输入的声音进行频谱分析从中提取语音特征，然后与关键词语列表中的关键词语进行对比匹配从中找出匹配最佳的关键词语作为识别结果输出。

进一步根据本实用新型所述的温控与断电保护的智能电风扇，所述温度传感器由DS18B20芯片和电阻组成；芯片GND端接地，VCC端接5v直流电，I/O端口分为两路，一路与中央处理器ADUC841的I/O端口相连，另一路与R3相连，R3另一端与5v电源相连；DS18B20直接将温度值转化为数字量由中央处理器ADUC841读取，用12位存储温度值，最高位为符号位，1表示负温度，0表示正温度，温度传感器DS18B20完成温度转换工作经过三个步骤，即初始化、ROM操作指令、存储操作指令；依据温度传感器DS18B20初始化时序、读时序和写时序分别编写初始化程序、写子程序、读子程序、显示子程序；电风扇运行后，若温度控制模块检测到环境温度小于18℃，则温度控制模块将通过中央处理器使电风扇自动停止运行；若环境的温度大于18℃，则环境温度每变化±0.5℃，温度控制模块将改变前述PWM的波形，升高或降低一个占空比从而改变电机电枢电压，调节风速。

进一步根据本实用新型所述的温控与断电保护的智能电风扇，所述显示器由LCD12232液晶显示模块和滑动变阻器组成，LCD12232的1接口与8接口接地，2接口与3接口及7接口接5v直流电，6接口通过滑动变阻器接地，4接口与5接口接ADUC841的I/O口。

本实用新型与现在技术相比，其有益效果在于：

1.系统能在市电断电的情况下自动启动备用蓄电池进行供电，使电风扇正常工作，当市电恢复后，自动切换到市电供电，并对蓄电池充电。

2.上电后，电风扇系统若初始化成功则自动检测环境温度，并通过液晶显示实时温度；运行时，若环境的温度大于18℃，则温度控制运行，环境温度没变化±0.5℃，则升高或降低一个占空比从而改变电机电枢电压，调节风速；若电风扇系统检测到环境温度小于18℃，则电风扇自动停止运行。

3.在手动控制的基础上，能在适当距离内脱离电风扇实体对电风扇进行语音控制，是定风扇的档次、关和摇头与否。

附图说明

图1是本实用新型的系统框架图；

图2是异常断电下自动供电与充电模块的电路结构图；

图3是驱动模块的电路结构图；

图4是温度控制模块中的温度传感器的硬件电路图；

图5是温度控制模块中的显示器的硬件电路图；

图6是按键检测模块的电路结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

基于断电与温控保护的智能电风扇系统分为六个模块：中央处理器、异常断电下自动供电与充电模块、驱动模块、温度控制模块、按键检测模块、语音控制模块。

所述异常断电下自动供电与充电模块连接于所述驱动模块，所述驱动模块连接于电机，所述按键检测模块、温度控制模块、语音控制模块均连接于所述中央处理器，所述中央处理器连接于所述驱动模块。

所述异常断电情况下自动供电与充电模块由交直流转换电路和蓄电池组成，市电和蓄电池连接到交直流转换电路的输入端，经由交直流转换电路，电路输出端连接到驱动模块的输入端。市电作为交流电，利用桥式整流原理得到16v直流电。然后该模块判断是否断电，若无断电，对蓄电池进行充电，当电池充满电之后形成电流，实现过充保护，从而保证了蓄电池的使用寿命；若有不正常断电发生，电风扇系统会自动切换电路，由蓄电池进行供电。当因操作不当导致短路时，保险丝会熔断，切断电源，从而保护电路。

所述温度控制模块包括温度传感器和显示器组成。所述温度传感器连接于所述中央处理器，所述显示器连接于所述中央处理器。

所述中央处理器为型号为ADUC841的单片机，具有52个引脚，通过I/0口与上述其他模块进行连接，通过软件编程实现其所述功能。

所述异常断电情况下的自动供电与充电模块中交直流转换电路的电路结构图如附图2所示，市电及蓄电池连接到转换电路的输入端，转换电路由八个电阻、三个二极管、一个发光二极管以及一个PNP三极管和两个NPN三级管构成。市电的交流电1接口接地，2接口连接到开关1接口上，蓄电池1接口接地；2接口一路接入开关4接口上，另一路接到二极管D8的负极，D8正极接地；开关2接口与R6、R7、R8及二极管D5正极相连，R8另一端连接到发光二极管D7的正极，D7负极接地；二极管D5负极接到直流12V上；R7另一端与D6正极相连，D6负极与R12相连，R12另一端接到开关3接口上；R6另一端与三极管U5的b极相连，同时也连接到R16上，R16另一端接地；U5的e极与三极管U4的e极相连，一同接地；U5的c极与U4的b极相连；U4的b极同时与R9相连，R9另一端与12v直流电相连；U4的c极与R10相连，R10另一端与三极管U6的b极相连；U6的c极与D5的负极相连；U6的e极接到开关3接口上；三级管D10正极与开关3接口相连，负极与D6负极相连，同时与R13相连，同时与R12相连；R13另一端与保险丝相连，保险丝另一端与直流12v相连，由此构成整个转换电路。

所述驱动模块的电路结构图如附图3所示，其主要由L298N芯片及二极管、电阻等器件构成。该模块有三个引脚接中央处理器ADUC841的I/O口，即IN1引脚、IN2引脚和ENA引脚；ISENA与二极管D3正极、D4正极相连且共地，OUT1与D3负极及D1正极相连，接到电机1接口上；OUT2与D2正极及D4负极相连，接到电机2接口上；VS接口与D1负极、D2负极相连接到直流12v电源上；电容器C3正极接直流12v电源，负极接地，电容C4与C3并联；VSS接口接5v电源，电容C1一端接5v电源，另一端接地；IN1接口接5v直流电源，ENA与R1相连，R1另一端接5v直流电源；ENB与GND接口接地。

驱动模块通过定时器翻转得到PWM波形，当L289N使能端ENA所接引脚为高电平时，通过PWM信号输入端IN1和IN2控制电机翻转(输入端IN1为PWM信号，输入端IN2为低电平，电机正转；输入端IN2为PWM信号，输入端IN1为低电平，电机反转)。中央处理器通过改变PWM波形的占空比大小调节风速，当ENA所接引脚为低电平时驱动桥路上的晶体管截止，使正在运行的电机电枢电流反向，电动机自由停止。

所述温度传感器由DS18B20芯片和电阻组成，其硬件电路图如附图4所示。芯片GND端接地，VCC端接5v直流电，I/O端口分为两路，一路与中央处理器ADUC841的I/O端口相连，另一路与R3相连；R3另一端与5v电源相连。DS18B20直接将温度值转化为数字量由中央处理器ADUC841读取，用12位存储温度值，最高位为符号位(为1表示负温度为0表示正温度)，温度传感器DS18B20完成温度转换工作经过三个步骤，即初始化、ROM操作指令、存储操作指令。依据温度传感器DS18B20初始化时序、读时序和写时序分别编写初始化程序、写子程序、读子程序、显示子程序。电风扇运行后，若温度控制模块检测到环境温度小于18℃，则温度控制模块将通过中央处理器使电风扇自动停止运行。若环境的温度大于18℃，则环境温度每变化±0.5℃，温度控制模块将改变前述PWM的波形，升高或降低一个占空比从而改变电机电枢电压，调节风速。

所述显示器由LCD12232液晶显示模块和滑动变阻器组成，其电路结构如附图5所示，LCD12232的1接口与8接口接地，2接口与3接口及7接口接5v直流电，6接口通过滑动变阻器接地，4接口与5接口接ADUC841的I/O口。

所述按键检测模块的电路结构图如图6所示，电风扇系统共有6个按键，分别为三个调节档次的手控按键，一个关风扇按键，一个摇头开按键和一个摇头关按键。S1、S2…S6一端分别与3.3v直流电连接，另一端依次连接接口PZ3的8～2端口，PZ3的1端口接地，开关通过接口后经由中央处理器ADUC841的I/O口输入按键信号。

在按键过程中实际电压的波形与理想的电压波形有一定区别，实际的波形在按下和释放之后都有抖动现象，按键被按下这个动作中稳定闭合的时间超过20ms。在中央处理器中我们通过软件编程加入延时时间20ms消除抖动，使按键灵敏。电风扇系统采用改变PWM波形占空比实现平滑调速，手控按键第一档的占空比为10，第二档的占空比为15，第三档的占空比为20，按键按下后中央处理器ADUC841收到一个高电平信号，中央处理器ADUC841判断该信号来自哪个引脚从而给出响应。

所述语音控制模块包括语音芯片和音频输入模块。所述音频输入模块连接于所述语音芯片，所述语音芯片连接于所述中央处理器。所述语音芯片为型号为LD3320的芯片。语音控制模块是基于关键词语列表识别技术的非特定人语音识别技术(ASR)而建立的，利用语音芯片LD3320提供语音识别技术，把通过MIC输入的声音进行频谱分析从中提取语音特征，然后与关键词语列表中的关键词语进行对比匹配从中找出匹配最佳的关键词语作为识别结果输出。

综上，当市电异常时，系统通过转换电路切换到蓄电池供电；市电恢复后，自动切换到市电供电，并对蓄电池充电。温度传感器采集温度，中央处理器ADUC841读取温度后将温度通过显示器显示出来，并对温度数据进行分析，将分析后的结果作用到L298N驱动模块，以控制风速。音频输入采集语音信号，并将语音信号输入到LD3320语音芯片系统，LD3320语音芯片系统对语音信号进行分析，中央处理器ADUC841读取分析结果将结果作用到L298N驱动模块，以遥控电风扇，从而实现整个系统的功能设定。

以上仅是对本实用新型的优选实施方式进行了描述，并不将本实用新型的技术方案限制于此，本领域人员在本实用新型的主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本实用新型所要保护的技术范畴，本实用新型具体的保护范围以权利要求书的记载为准。

Claims (9)

1.一种温控与断电保护的智能电风扇，其特征在于，包括：中央处理器、异常断电下自动供电与充电模块、驱动模块、温度控制模块、按键检测模块，语音控制模块；所述异常断电下自动供电与充电模块连接于所述驱动模块，所述驱动模块连接于电机，所述按键检测模块、温度控制模块、语音控制模块均连接于所述中央处理器，所述中央处理器连接于所述驱动模块。

2.根据权利要求1所述的温控与断电保护的智能电风扇，其特征在于，所述异常断电情况下自动供电与充电模块由交直流转换电路和蓄电池组成，市电和蓄电池连接到交直流转换电路的输入端，经由交直流转换电路，电路输出端连接到驱动模块的输入端；市电作为交流电，利用桥式整流原理得到16v直流电，然后该模块判断是否断电，若无断电，对蓄电池进行充电，当电池充满电之后形成电流，实现过充保护，从而保证了蓄电池的使用寿命；若有不正常断电发生，电风扇系统会自动切换电路，由蓄电池进行供电；当因操作不当导致短路时，保险丝会熔断，切断电源，从而保护电路。

3.根据权利要求1所述的温控与断电保护的智能电风扇，其特征在于，所述温度控制模块包括温度传感器和显示器组成；所述温度传感器连接于所述中央处理器，所述显示器连接于所述中央处理器。

4.根据权利要求1所述的温控与断电保护的智能电风扇，其特征在于，所述中央处理器为型号为ADUC841的单片机，具有52个引脚，通过I/0口与上述其他模块进行连接，通过软件编程实现其所述功能。

5.根据权利要求1所述的温控与断电保护的智能电风扇，其特征在于，所述驱动模块的电路主要由L298N芯片及二极管、电阻等器件构成，该模块有三个引脚接中央处理器ADUC841的I/O口，即IN1引脚、IN2引脚和ENA引脚；ISENA与二极管D3正极、D4正极相连且共地，OUT1与D3负极及D1正极相连，接到电机1接口上；OUT2与D2正极及D4负极相连，接到电机2接口上；VS接口与D1负极、D2负极相连接到直流12v电源上；电容器C3正极接直流12v电源，负极接地，电容C4与C3并联；VSS接口接5v电源，电容C1一端接5v电源，另一端接地；IN1接口接5v直流电源，ENA与R1相连，R1另一端接5v直流电源；ENB与GND接口接地。

6.根据权利要求1所述的温控与断电保护的智能电风扇，其特征在于，所述按键检测模块，电风扇系统共有6个按键，分别为三个调节档次的手控按键，一个关风扇按键，一个摇头开按键和一个摇头关按键，S1、S2…S6一端分别与3.3v直流电连接，另一端依次连接接口PZ3的8～2端口，PZ3的1端口接地，开关通过接口后经由中央处理器ADUC841的I/O口输入按键信号。

7.根据权利要求1所述的温控与断电保护的智能电风扇，其特征在于，所述语音控制模块包括语音芯片和音频输入模块，所述音频输入模块连接于所述语音芯片，所述语音芯片连接于所述中央处理器，所述语音芯片为型号为LD3320的芯片；语音控制模块是基于关键词语列表识别技术的非特定人语音识别技术而建立的，利用语音芯片LD3320提供语音识别技术，把通过MIC输入的声音进行频谱分析从中提取语音特征，然后与关键词语列表中的关键词语进行对比匹配从中找出匹配最佳的关键词语作为识别结果输出。

8.根据权利要求3或5所述的温控与断电保护的智能电风扇，其特征在于，所述温度传感器由DS18B20芯片和电阻组成；芯片GND端接地，VCC端接5v直流电，I/O端口分为两路，一路与中央处理器ADUC841的I/O端口相连，另一路与R3相连，R3另一端与5v电源相连；DS18B20直接将温度值转化为数字量由中央处理器ADUC841读取，用12位存储温度值，最高位为符号位，1表示负温度，0表示正温度，温度传感器DS18B20完成温度转换工作经过三个步骤，即初始化、ROM操作指令、存储操作指令；依据温度传感器DS18B20初始化时序、读时序和写时序分别编写初始化程序、写子程序、读子程序、显示子程序；电风扇运行后，若温度控制模块检测到环境温度小于18℃，则温度控制模块将通过中央处理器使电风扇自动停止运行；若环境的温度大于18℃，则环境温度每变化±0.5℃，温度控制模块将改变PWM的波形，升高或降低一个占空比从而改变电机电枢电压，调节风速。

9.根据权利要求3所述的温控与断电保护的智能电风扇，其特征在于，所述显示器由LCD12232液晶显示模块和滑动变阻器组成，LCD12232的1接口与8接口接地，2接口与3接口及7接口接5v直流电，6接口通过滑动变阻器接地，4接口与5接口接ADUC841的I/O口。