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基于STM32的智能风扇.doc
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基于STM32的智能风扇.doc
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基于 STM32 的智能风扇
摘 要
随着高新技术的高速蓬勃发展,许多智能产品应运而生。大家都在积极
地改进传统家电,希望给它们加入智能元素,注入新的能量。智能风扇,一
种除了具备传统风扇的基本功能外,还具有远程调控、智能显示温度档位等
功能的新式智能家电。本设计以 STM32 单片机为基础,另外使用 LCD1602 液
晶显示屏、温度传感器以及人体红外感应模块作为智能模块。通过软件编程,
设计出了一款能够根据外界温度调节风速档位和自动启停的智能风扇。
LCD1602 液晶显示屏能够显示出设置好的温度、温度传感器检测到的温度、
还有当前风扇是否工作以及档位,方便我们直观地了解风扇状态。温度传感
器能够把周围的温度检测到之后,把数据直接传送到单片机中进行处理。人
体红外感应模块可以检测到风扇前是否有人在活动,进而控制风扇是否工作。
我们使用的 Keil5 进行软件编程,下载到 STM32 单片机中来进行软件控制。
关键词:STM32 单片机;电风扇;智能控制;人性化设计
Design of intelligent electric fan based on STM32 MCU
Abstract
With the rapid and vigorous development of high and new technology, many
intelligent products emerge as the times require. Everyone is actively improving
traditional home appliances, hoping to add intelligent elements to them and inject
new energy. Intelligent fan, in addition to the basic functions of traditional fans,
but also with remote control, intelligent display of temperature gear and other
functions of the new intelligent home appliances. This design is based on STM32
single chip microcomputer, and also uses LCD1602 liquid crystal display screen,
temperature sensor and human infrared sensing module as intelligent module.
Through software programming, we designed an intelligent fan which can adjust
the wind speed gear and start and stop automatically according to the outside
temperature LCD1602 the LCD display can display the set temperature, the
temperature detected by the temperature sensor, and whether the current fan is
working and gear, it is convenient for us to understand the fan status intuitively.
The temperature sensor can detect the surrounding temperature and transmit the
data directly to the MCU for processing. The human infrared sensing module can
detect whether someone is active in front of the fan, and then control whether the
fan works. We use the Keil5 for software programming, download to the STM32
MCU for software control.
Keywords:STM32 MCU;electric fan;intelligent control;humanization
design
目 录
1 前言........................................................................1
1.1 本设计的目的、意义及应达到的技术要求 ..................................1
1.2 本设计在国内外的发展概况及存在的问题 ..................................1
2 方案论证 ....................................................................2
2.1 温度传感器的选择 ......................................................2
2.2 控制核心的选择 ........................................................3
2.3 控制核心的选择 ........................................................4
2.4 调速方式的选择 ........................................................4
3 硬控设计 ....................................................................5
3.1 智能风扇的总体设计 ....................................................5
3.2 各硬件模块介绍 ........................................................5
3.2.1 DS18B20 介绍 ....................................................5
3.2.2 STM32 介绍 ......................................................7
3.2.3 LCD1602 液晶显示器介绍 ..........................................8
3.2.4 DYP-ME003 人体感应模块介绍 ......................................8
3.2.5 PWM 风扇介绍 ...................................................10
3.3 各部分电路设计 .......................................................10
3.3.1 温度传感器电路 .................................................10
3.3.2 LCD1602 液晶屏显示电路 ........................................11
4 软件设计 ...................................................................11
4.1 软件系统总体设计 .....................................................11
4.2 系统初始化程序设计 ...................................................12
4.3 温度采集与显示算法...................................................12
5 系统调试 ...................................................................13
5.1 硬件调试 .............................................................13
5.1.1 硬件调试方法...................................................13
参考文献.....................................................................15
致 谢.......................................................................17
附录1 程序.................................................................18
附录 2 实物图 ...............................................................36
1
1 前言
调档控制麻烦、电机噪声大、摇头方式比较单一的传统风扇不太适合现代人
的生活需求。针对这些传统风扇的缺点,本文以 STM32F103C8T6 单片机作为管控
单元自制了一款经济性好、功耗比较低的智能电风扇。该风扇结合了 DS18B20 温
度采集模块、LCD1602 液晶显示器、人体红外监测模块,运用了智能化的控制技
术。可以进行根据环境温度的采样转变风扇的风速的修改,而且可以把温度和风
速档位的情况显示到液晶显示屏上。
1.1 本设计的目的、意义及应达到的技术要求
春夏(或者夏秋)交替时期,周围温度还比较高,我们这时候一般会使用传统
的电风扇进行降温,这时候传统电风扇的弊端就显现出来了。
第一方面:我们想要打开电风扇需要手动开启,对于现代人来说这太麻烦了,
需要一种远程控制开关的功能。
第二方面:传统风扇一般使用较大功率、转速高的风扇,然而风扇的功率与
其噪音成正比,功率越大,噪音越大,导致平时我们开启风扇造成噪音比较大,
不适合入睡。
第三方面:到了晚上,我们开风扇睡觉的时候,一般会选择较小档位,以免
入眠后,周围温度下降导致感冒,而且会加一个定时让电风扇定时关闭,可是有
时候电风扇关闭之后,人会感觉炎热,热醒后还得亲自重新打开电风扇,重新调
整定时,实在不人性化。
对此,我想到了现在市场上流行的智能家居,里面的智能模块应用到电风扇
上,可以解决以上这些问题。使用温控模块实现自动控制风扇的开关,档位,用
微控制器实时控制,用液晶显示器来显示温度以及档位,并且用户们可以设定相
应的温度,使得单片机在该值进行启停或者调档的操作,十分准确。
预计风扇应具备功能有:①传统风扇的档位功能。②环境温度检测功能。③
人体红外检测功能。④液晶显示温度功能。⑤自动模式和手动模式的切换。
1.2 本设计在国内外的发展概况及存在的问题
平时夏天炎热,为了电费和环保,人们比较趋向于使用电扇降温。电扇还是
很普遍的,电扇类型有很多,吊扇、电风扇还有新的 USB 插口的风扇和智能风扇
在生活中都能很容易找到。虽然空调作为另一种降温工具走进了我们的生活,但
是电扇的地位还是无可替代的。它的价格低廉,安装使用方便,功耗相对较低,
2
是节能环保的降温首选。
商家在选用智能控制芯片时候,大多选用单片机,单片机不仅能够实现
很多高智能化的控制,还不容易被干扰,而且它售价较低适合商家成本计算,广
受大家欢迎喜爱。
其实市面上已经有不少的智能风扇问世,种类多种多样,传统的风扇可以手
动调档还有定时关,但是就这些功能而言,对于我们现代人来说还是不够人性化、
智能化。在这个市场需求不断提高、风扇在中国市场上仍然占据一定比例的份额
的情况下,智能风扇的市场,未来可期。而为了抢占这个市场,制作的风扇必须
得在技术含量上有一定的提升,通过提高风扇的人性化、智能化,符合现代人的
使用需求。
同时为了检验自己大学三年的研习情况,我决定结合所学的相关软硬件知识
来制作出一个以 STM32 芯片作为控制单元的电风扇。该风扇应在兼具之前普通的
风扇的功能的基础上,能够实现随着周围环境温度的升降调整风速档位,检测到
无人时可以自动关闭,还能时刻显示出当前的档位和温度作为参考,给使用人一
个自我设定的可能,达到刚才所说的个性化,智能化。
2 方案论证
2.1 温度传感器的选择
我们寻找了三种能够作为温度传感器的元件:
方案一:我们尝试使用热敏电阻来检测温度,当热敏电阻检测到室内温度变
化时,其阻值会发生改变,会是电阻相连的电压改变,如果是温度升高,那么阻
值会降低,温度降低,阻值则会升高。我们再使用数模转换芯片 ADC0809 把刚才
的电压模拟信号转换成为数字信号,接着输入给我们的单片机里,让单片机处理
后,就能得到我们所需要的加档减档的操作。
方案二:我们尝试使用热电偶来检测温度,让其利用测温的特性检测出温度
后,把信号通过我们的桥式电路传到数模转换器中,数模转换器继续把模拟信号
转换成为数字信号,让单片机处理数字信号控制电扇。
方案三:我们尝试使用数字式的 DS18B20 来检测温度,这种传感器可以直接
把检测到的温度直接转换成为数字信号,方便单片机直接控制,实现各个控制功
能。
对于方案一,在网上购买热敏电阻非常简单而且成本低,利于我们作品的设
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南抖北快东卫
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