全方位新型風扇的研究與實現(xiàn)

劉自成　王志坤　孫如軍

摘 要 本設(shè)計為一種全方位新型風扇系統(tǒng)，通過熱釋電紅外（PIR）傳感器，它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出并加以放大，便可驅(qū)動風扇電源開關(guān)控制系統(tǒng)，而且風扇具有靈敏的溫度感測和顯示功能，當它打風扇開關(guān)時，系統(tǒng)為STC12C5A60S2的單片機作為控制平臺對風扇轉(zhuǎn)速進行控制?；蛘咧苯訉⑿盘杺鹘o風扇上的紅外測距傳感器來測出人和風扇的距離，然后經(jīng)過加工處理這些信息，生成信號驅(qū)動控制風速的電路，以實現(xiàn)人靠近風扇轉(zhuǎn)速大，人離遠風扇轉(zhuǎn)速小功能，滿足人們的需求。

關(guān)鍵詞 自動控制；熱釋紅外（PIR）傳感器；單片機；紅外測距傳感器；電源；風扇

中圖分類號：TH42 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）08-0024-01

1 概述

在現(xiàn)代社會中，風扇是生活中的主要幫手，但是使用傳統(tǒng)風扇卻達不到全方位的吹風效果，并且消耗了大量的電能。為了解決傳統(tǒng)風扇存在的不足問題，結(jié)合自己的想法，設(shè)計了一款全方位新型風扇，主要采用單片機自動控制，結(jié)合熱釋電紅外（PIR）傳感器和紅外測距傳感器等執(zhí)行器件的緊密配合來實現(xiàn)其具體功能。

1.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計

電路由控制器模塊（系統(tǒng)為STC12C5A60S2的型號單片機）、熱釋電紅傳感器模塊（熱釋電紅外傳感器）、紅外測距傳感器模塊、電源模塊組成。

1.2 控制模塊

1）溫度傳感器器件的挑選：采用數(shù)字式集成溫度傳感器DS18B20作為感測溫度的核心器件，直接輸出數(shù)字溫度信號供單片機處理。2）控制核心的選擇：采用4節(jié)干電池電壓而且電路具有簡單、合理的特點。3）顯示溫度電路模塊：采用顯示器顯示溫度，以LED數(shù)碼管顯示器為顯示模塊，把單片機傳來的數(shù)據(jù)，并以動態(tài)方式顯示。4）調(diào)節(jié)風速的方法：由單片機控制，直接采用雙向晶閘管構(gòu)成無級調(diào)速電路，方便快捷。

1.3 熱釋電紅外（PIR）傳感器模塊

1.3.1 熱釋電紅外（PIR）傳感器的工作原理

熱釋電紅外（PIR）傳感器能夠以非接觸形式探測出人體輻射的紅外線能量的變化，并且將紅外線能量的變化轉(zhuǎn)換成電壓信號的形式輸出。將輸出來的電壓信號加以放大，就能夠驅(qū)動各種控制電路的執(zhí)行。當熱釋電紅外（PIR）傳感器沒有探測到人體輻射出的紅外線信號時，就在電容的兩端產(chǎn)生電量相等、極性相反的正、負電荷，因此正負電荷之間就相互抵消，導致回路中沒有電流的產(chǎn)生，熱釋電紅外（PIR）傳感器無輸出。

1.3.2 信號處理電路

BISS0001是一款高性能、穩(wěn)定的傳感信號處理的集成電路。它的靜態(tài)電流極小，并配以熱釋電紅外（PIR）傳感器和少量外圍元器件就能夠構(gòu)成被動式的熱釋電紅外（PIR）傳感器，并且BISS0001是由運算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時間定時器以及封鎖時間定時器等器件構(gòu)成的數(shù)模混合專用集成電路，使用時根據(jù)實際需要將信號放大。

1.4 紅外測距傳感器模塊

1.4.1 紅外測距傳感器的應用方向

1）追蹤和查找系統(tǒng)：運用于對目標的查找和追蹤，目的是為了確定查找物體存在的具體位置并且還能夠?qū)λ倪\動進行相對應的追蹤。2）紅外輻射和熱成像系統(tǒng)：通過熱成像原理能夠展現(xiàn)物體的紅外輻射的分布圖。3）紅外測距系統(tǒng)：實現(xiàn)物體間距離的測量。4）通訊系統(tǒng)：紅外線通信作為無線通信的一種方式。5）混合系統(tǒng)：是指以上各類系統(tǒng)中的兩個活多個組合。所以我們運用以上紅外測距傳感器的應用，來測距與風扇的感應距離，進而實現(xiàn)風扇轉(zhuǎn)速大小的改變。

1.4.2 紅外測距傳感器工作原理及其功能特點

紅外傳感測距傳感器利用其本身的紅外信號遇到不同距離障礙物反射不同強度的工作原理，來實現(xiàn)障礙物遠近距離的檢測。紅外測距傳感器的功能特點是其本身具有一對紅外信號發(fā)射與接收二極管裝置，發(fā)射管裝置發(fā)射特定頻率的紅外信號，當障礙物阻礙紅外測距傳感器的檢測方向時，紅外信號反射回來被接收管裝置接收，經(jīng)過快速分析與處理后，通過數(shù)字傳感器接口返回到風扇轉(zhuǎn)速控制器裝置上，風扇轉(zhuǎn)速控制器即可利用紅外測距傳感器的返回信號來檢測周圍環(huán)境的變化。所以說紅外測距傳感器是人與風扇之間感應的最佳選擇，因此本全方位新型風扇系統(tǒng)采用的即為此種傳感器。

1.5 電源模塊

電池模塊采用四節(jié)干電池的電壓供電即能滿足需求，沒有多大的改變，符合人們的日常生活規(guī)律，方便快捷。

2 特色舉例

本作品最大的特點就是打破以往的思維模式，使風扇更好的發(fā)揮到最大效果，它運用熱釋電紅外（PIR）傳感器和紅外測距傳感器同時工作的原理，依賴于單片機控制系統(tǒng)，對風扇轉(zhuǎn)速進行控制，在加上電源的供電，使風扇正常工作。

3 技術(shù)說明

風扇在熱釋電紅外（PIR）傳感器工作原理的作用下，自動的打開電源開關(guān)，系統(tǒng)為STC12C5A60S2的型號單片機作為控制平臺對風扇轉(zhuǎn)速進行控制，并且還可以利用熱釋電紅外（PIR）傳感器輸出的電壓信號，傳給風扇上的紅外測距傳感器，紅外測距傳感器測出人和風扇的距離，然后經(jīng)過加工處理這些信息，生成驅(qū)動號控制風速的電路，以實現(xiàn)人靠近風扇轉(zhuǎn)速大，人離遠風扇轉(zhuǎn)速小功能。

4 系統(tǒng)應用及開發(fā)前景

本作品堪稱為現(xiàn)代社會技術(shù)增加了一份色彩。用此作品不僅更好的使風扇發(fā)揮到最大的效果而且也體現(xiàn)了人們對智能化的一種追求。雖然現(xiàn)在該技術(shù)主要應用在高科技產(chǎn)品上，但我相信隨著社會的發(fā)展和科學水平的提高，應用該技術(shù)的產(chǎn)品會更加得到人們的認同。

5 結(jié)束語

在全方位新型風扇的設(shè)計制作中如何讓風扇才能正常運行，我們反復嘗試多種機械結(jié)構(gòu)，最后選擇控制系統(tǒng)為STC12C5A60S2的型號單片機作為平臺對風扇轉(zhuǎn)速進行控制的機械結(jié)構(gòu)方式使它正常轉(zhuǎn)動，采用熱釋電紅外（PIR）傳感器和紅外測距傳感器工作原理終于實現(xiàn)了人機感應的功能，接著是使用電源的問題，我們電池模塊采用四節(jié)干電池的電壓供電，從而得到想要的結(jié)果。

參考文獻

[1]吳金戍，沈慶陽，郭庭吉.8051單片機實踐與應用[J].北京：清華大學出版社，2002.

[2]王化詳，張淑英.傳感器原理[M].天津：天津大學出版社，2002.

[3]戴邵池，周斌，羅德知.精準溫度顯示的溫控自動風扇系

統(tǒng)[J].

作者簡介

劉自成（1993-），男，山東平邑縣人，在校大學生。

王志坤（1982-），男，山東臨邑人，德州學院實踐創(chuàng)新教學名師，碩士研究生，主要從事教學和學生管理工作。

孫如軍，男，機電工程學院院長，教授，工學碩士。endprint