爱华网随着科技的日新月异，智能家居逐渐走入普通家庭，风扇作为基本的家用电器也将成为智能家居的一部分。这是小编为大家整理的电风扇科技论文，仅供参考!
电风扇科技论文篇一
基于STM32的智能电风扇设计
摘 要： 随着科技的日新月异，智能家居逐渐走入普通家庭，风扇作为基本的家用电器也将成为智能家居的一部分。这里介绍的是以STM32单片机为控制单元并结合嵌入式技术设计的一款具有温控调速、自动追踪人体位置、智能启停、液晶显示时间、温度等信息的智能电风扇。经过前期设计、制作和最终的测试得出，该风扇电源稳定性好，操作方便，运行可靠，功能强大，价格低廉，节约能耗，能够满足用户多元化的需求。该风扇具有的人性化设计和低廉的价格很适合普通用户家庭使用。
关键词： STM32单片机; 电风扇; 智能控制; 人性化设计
中图分类号： TN830.1?34; TP23 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X(2014)21?0108?03
Design of intelligent electric fan based on STM32 MCU
LIU Hui?yong， YANG Hong
(Faculty of Science， Beijing Information Science and Technology University， Beijing 100101， China)
Abstract：The intelligent home goes into ordinary family gradually with the rapid change of science and technology. The fan as the basic household appliance will also become a part of the intelligent home. The intelligent fan taking STM32 MCU as a control chip and combining the embedded technology is introduced， which has functions of speed regulation with temperature， automatic tracking of human body position， smart start?stop， liquid crystal display of time， temperature and other information. The final test results show that the fan has a stable power， convenient operation， reliable operation， strong function， low price and energy cost. It can meet the needs of users. The fan with humanized design and low price is very suitable for ordinary family.
Keywords： STM32 MCU; electric fan; intelligent control; humanization design
0 引 言
传统电风扇多采用机械控制，功能单一，噪声大，定时时间短，摇头模式固定，变档风速变化较大。针对这些缺点，本文采用了一款性价比高、功耗低的基于ARM Cortex?M3内核的STM32单片机[1]作为控制单元制作了一台智能电风扇，该风扇巧妙地运用人体红外感应技术、微机控制技术、无级调速技术[2]、温度传感技术、液晶显示技术。把智能控制技术应用到家用电器的控制中，可以根据感应人体红外实现风扇的摇头或定位，可以根据环境温度的采样实现风速的自动调整，可以根据不同人群的使用要求自行设定风扇的间歇工作时间;能够显示时间、环境以及工作状态的信息，具有友好交互界面;采用的芯片功能强大，方便进行功能扩展。
1 总体设计
该风扇采用模块化设计[3]，通过各个功能模块的调用来实现风扇的功能，对于控制调整功能尤其如此。系统调用程序以基于ARM Cortex?M3内核的控制器STM32为核心，系统总的框图如图1所示。
图1 控制系统总体框图
2 硬件设计
该智能电风扇是由STM32单片机作为中央处理单元，由直流电机与步进电机驱动风扇工作，能够通过温度传感器和红外传感器等传感单元感知环境信息，通过功能按键和TFT液晶显示屏，能够很好地实现人机交互。
2.1 控制芯片
控制系统的核心是STM32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。STM32采用了新型的单线调试(Single Wire)技术，节约了大笔的调试工具费用;同时，STM32中还集成了大部分存储器控制器，可以直接在MCU外连接Flash，降低了设计难度和应用障碍。
2.2 电机控制电路
电机调速是整个控制系统中的一个重要的方面，是电风扇的重要功能组成，主要包括直流电机和步进电机[4]两部分。直流电机的控制是通过脉宽调制的方式实现的，通过读取温度传感器或者按键的值调整脉宽的占空比来实现直流电机的转速改变;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[5]，通过红外感应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，实现风扇的定位或者摇头。
2.3 温度控制电路
温度传感器采用数字式集成温度传感器[6]DS18B20，电路如图2所示。它在使用中不需要任何外围元件。其高度集成化大大降低了外接放大转换等电路的误差因素，且温度误差小，分辨力高;测量到的温度值可以在器件内部转换成数字量直接输出，简化了系统程序设计;同时采用先进的单总线技术，具有较强的抗干扰能力。因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，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。
图2 DS18b20温度测量电路
2.4 红外感应电路
红外线感应模块采用了热释电人体红外线传感元件集成模块 HC?SR501。热释电效应同压电效应类似，是指由于温度的变化而引起晶体表面荷电的现象。该模块可以有效地探测电风扇影响范围内人体的活动，监控范围大，隐蔽性好，能可靠地将运动的人和飘落的物体进行区别，抗干扰能力强，误报率低;模块内部还集成了光敏电阻，夜晚也能可靠工作[7]。通过设置，若有人在其电风扇有效范围内活动，模块输出高电平，可做到人来电风扇开启，直到人离开后才延时将高电平变为低电平，即人离开监控范围电风扇延时关停;延时时间可调。
2.5 液晶显示电路
液晶显示模块采用带有R61505U控制芯片的3.2寸TFT液晶显示屏，320×240的液晶可以很好地显示风扇的各个功能状态[8]：工作状态(Manu、Auto、Sleep)，睡眠模式下的定时时间(Work、Sleep)，手动模式下风扇的档位(Speed)，同时还显示年、月、日、星期、时间、温度等信息。
3 软件设计
控制系统软件使用C语言编程。模块化设计，除主程序外，还有各功能子程序，分别执行按键处理、直流电机驱动调速及步进电机的定位、温度、时间、功能等信息显示、睡眠模式设定等相应功能。系统软件主程序流程如图3所示，按键中断程序如图4所示。
图3 系统软件主程序流程图
按键中断模式有自动模式、手动模式、睡眠模式。
自动模式下把风扇正面180°空间分为三个红外感应区，当人进入任意一个红外感应区时，风扇开始工作。如果三个红外感应区只有一个区域检测到有人，风扇会判断现在处于单人模式，该模式下风扇会始终转到检测到人的区域，以实现实时追踪的目的。如果检测到不止一个红外感应区域有人时，风扇会判断现在处于多人模式。如果检测到两个区域有人，风扇就在两个区域间摆头，如果是相邻区域，则就在小角度摆头;如果是在不相邻的区域检测到有人，则在大角度摆头;当三个区域都感应到有人时同样会大角度摆头。风扇的智能启停、小角度摆头、单区域追踪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，有增速和减速两个按键，可以实现风扇七个档级的调速。
睡眠模式下根据不同用户的需求如老年人、儿童身体较弱，不能长时间吹风，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。
4 实物调试
以STM32为核心设计电路[9]并印制电路板，加工制作出电风扇[10]，如图5所示。采用C语言模块化编写的程序下载到芯片中，接好电风扇后进行测试。测试如下：打开电风扇，当有人靠近电风扇时，风扇开始工作;当人远离电风扇时，风扇就停止工作。将电烙铁或冰块放在温度传感器DS18B20附近，电风扇能根据温度变化调整风扇转速。按下手动模式按键，选择手动模式下的调速按键，可以调整风扇转速。按下自动模式按键，风扇能够根据人的位置来实现风扇的追踪或者摇头。按下睡眠模式按键，设定风扇的工作和休眠时间，可以看到风扇以设定的工作和休眠时间为周期，循环工作。
图5 实物展示
通过测试表明，该电风扇能够智能启停，按照设定的各个模式正常工作，正常显示温度时间等信息且反应灵敏，简单实用，达到了预期的设计目的。
5 结 论
本项目采用STM32单片机，结合温度传感器、红外传感器等，通过对传统电风扇原有功能的改进，设计了此智能电风扇。
该智能电风扇有如下几个突出的特点：
(1) 性价比高。控制系统的核心是STM32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。该风扇能够通过红外感应智能启停，避免了忘记关风扇而造成的能源浪费;并且可以根据人员的位置实时跟踪或者摇头，以最大程度满足使用者的要求，可以让使用者实时感受到吹风的感觉。
(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。
参考文献
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电风扇科技论文篇二
无叶片电风扇的创新设计
摘 要：无叶片电风扇没有传统电风扇的叶片，气流柔和，无冲击感觉，使用安全可靠，拆卸清洗方便。本设计针对目前市场上的立式无叶片电风扇的缺点进行了创新改造，将立式改成卧式结构，可以放置在软基面上，不容易被碰倒;采用相切进风方式，减少了空气及自身的反向阻力，提高了工作效率，节约能源。
关键词：无叶片电风扇 卧式 创新设计
中图分类号：O657.31 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2012)12(b)-00-02
Innovative Design Of The No Blade Fanner
Duan Shao-li
Mechanical and Electronic Engineering Department of Wuhan Technical College of Communications wuhan 430065
Abstract：The no blade fanner has the blades as the traditional fanner. The airflow is soft， no shock feeling， using safely and reliable， convenient to dismounting and cleaning. Aiming to the shortcoming of the vertical no blade fanner in the current market， the design has some innovation as following： (1) translating the vertical blade fanner into a horizontal structure， which can be placed on a soft surface， not easy to be knocked down; (2) using air inlet mode tangentally， which reduces the air and its reverse resistance， improving the work efficiency and saving energy.
Keywords：no blade fanner horizontal innovative design
怎样既能清爽度过炎热的夏天，又易于清洗、环保节能、安全可靠，是目前大家共同关注的问题。目前市面上的无叶片电风扇多采用立式结构，主体的圆筒直径要远小于风扇头的直径，这样风扇只能放在桌子上等硬基面上，稍微不小心的触碰就容易倾倒;且电机带动的风是以垂直的方式吹入出风环的进风口，很大一部分风碰到出风环的内壁后又反向，增加了空气流动的阻力，从而使风速大大降低，只有开大档位才能获得更大的风速，这样就需要更多的电能。
本次设计的无叶片电风扇(卧式)可放置在床上等软基面上，且采用相切方式进风，减少了反向风的阻力，从而更加节能环保。卧式无叶片电风扇适用于家庭、学校等场合，既安全可靠、又环保节能。
1 研究思路和设计方案
无叶片电风扇多采用空气增压机的原理，使风力加大，从而拥有更好的风力效果。但是在市面上的无叶片电风扇中还是存在有一些缺陷，例如风扇底座的接触面积较小造成其底座不是十分稳定易造成倒地的危险;加上在电风扇的高度造成的重心偏高，使电机转动时震动过大更加不稳定。针对市面上的无叶片电风扇的缺点，项目组进行了改造。
(1)经过与传统风扇的比较，项目组决定采用卧式箱体底座取代原来的立式底座，这样就改变了原来头与座的比例，且增大接触面积，使其放在桌面上更平稳，甚至在床铺等软基面上也可以平稳放置，不容易倒翻。
(2)对于电动机在工作时的震动引起噪音问题，我们则用钩套使电动机固定，钩套采用软橡胶材料更有利于吸震，减小了噪音。
(3)由于采用卧式的底座，电机放置在底座中，这样从电机吸进来的空气与进风环(圆环)进风口之间成90°的夹角关系，由于内环的阻挡，不利于进风，对此我们联想到鼓风机的结构原理，使空气以相切的方式进入进风环，这样既减少了风力损失，又增大了进风量。且将风扇的双向进风口改为单口增压进风。
(4)电机安装空间的布置。内部安装时，尽量利用空间使其结构更加紧凑，以便于最大化利用空间，有利于风扇向小型化合的方向发展。
(5)外形设计。在设计外形时，本着美观实用，尽量减少体积的原则，主体采用箱体结构，连接处采用弧面连接，适用于家庭用。
2 结构设计
无叶片电风扇(如图1所示)由底座(进风口)、支座、电机、百叶扇、导风管、出风环(出风口)、转头立柱、控制板、遥控器等组成，具有风速调节、转头、定时等功能，也可通过遥控器进行遥控。
底座8采用卧式结构，改变了原来无叶片电风扇头大座细，容易倾翻的缺点。另外，在底座的侧面开有进风孔7，当电机旋转时，空气便从进风孔被吸入。电机4用支座11和钩套5固定，并以30°的倾斜角度安放在底座8里，外界空气通过电机4带动从进风孔7被吸入，通过百叶扇3沿着弧状导风管2相切进入出风环1，出风环的边缘上有1毫米宽的细缝，进入出风环的空气在压力的作用下就从该细缝中高速吹出，并带动周围的空气一起流动，从而使吹出的实际风量增倍。
为了保证电机成30°的倾斜角度安放在底座中，从而使从电机出来的空气成一定角度沿着导风管以相切的方式进入出风环的进风口，设计了如图1所示的支座11和导风管2。两个支座的下表面都设计成30°斜面，支座1的中间铣有一个半圆和卡槽，用来安放电机下端;两端铣有两个钩套，利用钩套将电机固定。支座中间铣有一个半圆，用来安放电机的上端。这样通过两个支座以及胶皮圈就可将电机固定。导风管大头连接电机出风口，小端连接出风环的进风口，起导向风的作用。
3 创新点
卧式无叶片电风扇具有如下创新点：
(1)将原来的立式改为卧式，改良了之前头大身小的缺点，这样即使放置在床上等软基面上也不容易倾翻，更稳固;
(2)设计30°支座来支撑并固定电机，使电机倾斜30°放置在底座中;
(3)如图2所示，采用弧状导风管，进入出风环中的风与出风环相切，使进入出风环中的风速基本无减速，从而保证出风环中压力能迅速增加，增加了风速，与立式无叶片电风扇相比，消耗同样的电能吹出的风大，可节能能源。
4 结语
本产品具有立式无叶片电风扇的特点，且在它的基础上进行了改良，采用相切进风方式，减少了风损失，提高了电风扇的工作效率，降低了能耗;同时本产品改善了原有产品的头大座细易碰倒的缺点，采用卧式底座，改变了原有的头与座的比例，可以放置在床铺等软基面上，即使放在桌面上不小心的触碰也不容易倾翻。因此，本产品具有清洁方便、使用安全可靠，风力更大、节能环保等优点，适用场合更广泛，更实用。
参考文献
[1] 王保国.空气动力学基础[M].国防工业出版社，2009.
[2] 魏润柏.通风工程空气流动理论[M].中国建筑工业，2011.
[3] 王红梅，赵静.机械创新设计[M].科学出版社，2011-07.
