《基于单片机的智能风扇设计与实现问题研究10000字【论文】》.docx

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1、基于单片机的智能风扇设计与实现目录1绪论11.1 课题研究的背景及意义11.2 国内外研究现状11.3 课题的章节安排32系统整体设计方案及选型32.1 系统整体设计方案32.2 系统各模块选型4221主控模块选型4222显示模块选型5223温湿度模块选型52.2.4与云平台通信选型53系统硬件设计63.1 STM32主控模块63.1.1 STM32F103C8T6微控制器63.1.2 复位电路73.1.3 晶振电路73.2 红外感应模块83.3 温湿度检测模块83.4 电机驱动模块83.5 O1ED显示模块93.6 W1FI模块94系统软件设计104.1 系统总体流程图104.2 W1FI模

2、块程序设计114.3 温湿度检测模块程序设计124.4 红外感应模块与舵机程序设计124.5 显示模块子程序设计134.6 平台端数据处理134.6.1 平台连接13462平台连接响应格式134.6.3 数据处理145系统调试145.1 硬件调试145.2 软件调试145.3 功能验证156总结17参考文献18附录一：原理图19附录二：PCB图201绪论1.1 课题研究的背景及意义近些年智能家居逐步走进人们的生活，人们对于家居的要求已经不局限于传统的常见功能。人们可以看到越来越多的简便操作的家居，可以说智能家居是一种社会所推动的发展趋势。在智能家居中风扇越来越受人们欢迎，风扇会在炎热的夏天为用

3、户降温解暑，如果人们处在自己所认为舒服的温度下工作、娱乐与休息，人们的工作效率、学习效率、睡眠质量都可以得到保证，有助于人们的身心健康。风扇体积小，价格低,能耗低，对环境与空气无污染并且所适用的场合与地点不受限制，在小城镇与农村居多的国内大部分地区，风扇在人们的日常生活中使用的更为普遍。在智能家居已经逐渐成为一种趋势的当今时代巴用户对风扇的要求也在与日俱增,传统风扇已经无法满足用户对生活智能化、便捷化的要求。传统风扇具有的功能单一,一般只有通过手动调节机械档位来调速，不能根据环境温度的变化自动调节转速。传统风扇的转向功能有很大的局限性，不能跟随用户位置的移动而自动跟踪转向，在用户离开时风扇不会

4、自动关闭造成资源浪费。一般的风扇都不能通过手机远程控制，需要人工调速。风扇在人们的日常生活使用普遍，所以用户需要一款智能风扇为生活带来更好的体验。智能风扇操作简单，智能功能多，会让我们的生活变得轻松。综上所述，设计一款智能风扇可以为人们的日常生活带来更多的便捷，也在社会发展与生产中起到很大的作用，具有重要意义。1.2 国内外研究现状智能家居的概念由美国的Emi1MathiaS在1950年提出，利用电子器件改进家庭电气，虽然不甚理想但是推动了智能家居理念在美国的兴起。伴随着科技发展的延伸，美国越来越多的厂家都加大了对智能家居的投入，其在智能家居领域的发展水平处在世界领先地位。德国，日本，韩国等国

5、家在近些年也十分注重智能家居的发展，为推动智能家居市场发展起到了推动作用。中国在智能家居领域的起步较晚，相对落后。但是随着经济的发展，中国智能家居领域在世界上就有了很重要的地位。目前国家智能家居公司数不胜数，各地政府都推行各项政策，鼓励该领域提高研究水平，我国智能家居产品的推出此起彼伏R风扇也是智能家居的一种,风扇的发展有着很长的历史,它可以在炎热的夏天为我们降温解暑，所以电风扇几乎是每家每户都会用到的电器。近些年，空调优秀的制冷效果越来越被人们喜爱，电风扇的市场开始逐渐衰退起来。但相比于那些智能家电，风扇也同样可以在炎炎夏日为人们带来凉爽,风扇不污染环境,能耗低,适用的场合不受限制，使用起来

6、非常方便，随着社会的发展，电风扇也在不断发展。中国的第一台风扇是1916年生产的，它是老式家电，对于空调产品的一些冲击，电风扇被认为是时代尾巴的产品。电风扇的特点是价格比较低，安装容易。它是一种成熟的家庭电器成员，而智能风扇目前已经进入普通群众家中。以后的研究会更加人性化,个性化，满足不同需求。目前智能风扇系统引起许多学者对其进行研究，梁娟提出了十分小巧的智能温控风扇。该系统以AT89C51为主控模块，通过DS18B20为温度传感器检测环境温度，利用红外传感器检测使用者的位置，实现了系统自动检测位置和风扇自动调节转速。刘晶与等人设计了基于单片机的智能温控风扇叫该系统以AT89C51单片机作为主

7、控模块,通过DS18B20温度传感器感知温变，实现感温调节。这款智能温控风扇在传统风扇的基础上添加了智能功能，但是智能功能单一不够多元化。李晓赫等人设计的单片机控制的智能风扇系统。该系统以STC89C52单片机作为系统的主控模块,结合红外传感器，DS18B20温度传感器，使风扇能够检测环境温度的高低自动调节风速，并可以通过感应人体信号控制风扇的启动与停止。这款智能风扇相比于传统风扇已经有了很大的进步,但是在功能上还是无法实现风扇跟随用户位置的改变而自动改变转向。刘国权等人设计了用APP控制的智能温控风扇系统叫该系统以AT89C52为核心，通过蓝牙实现对APP的控制，实现了通过手机APP控制风扇

8、。戴南疆等人设计十分新颖的智能跟踪风扇叫该系统利用STC89C52单片机作为主控模块，通过热释红外传感器、温度传感器并结合超声波探头进行实时检测与调控。这款智能风扇用两个热释电传感器判断用户的位置信息，通过传感器实现风扇对人的自动追踪功能，当用户的位置发生变化时，风扇会在转台上自动跟随用户的位置变化而自动改变转向，并且这款智能风扇还具有驱蚊功能。戴南疆所设计的智能跟踪风扇系统已经在功能上已经实现了智能化，但是还无法实现通过手机远程控制风扇。厉俊设计了基于单片机的智能风扇”3,该系统采用AT89C52作为核心实现了温控功能。胡慧之设计了基于单片机的智能风扇口工该系统是以STM32F407为主控模

9、块，该系统由温度检测模块、感应模块、蓝牙数据传输等模块组成。这款智能风扇有两个控制模式，在智能模式下，风扇会根据周围环境的温度臼动调节风速。在人工模式下，用户可利用触摸屏与手机APP人为控制风扇转动速度。这个系统也同样具备人体感应功能，通过红外热释电传感器感应人是否在风扇的工作范围之内，如果人在范围内的话风扇正常工作，当人离开时，风扇会随即关闭。胡慧之所设计的这款智能风扇在功能上更加的智能化，虽然没有自动跟踪功能，但是已经可以实现利用无线通信控制风扇的转速。市场上的智能风扇有些通过所采集到的环境温度采用PWM的模式自动调整风扇的转动速度“为有的风扇通过W1F1模块作用于通信模块OneNet物联

10、网平台”吗实现用手机APP对风扇的远程控制“久综上所述，当前大部分智能风扇功能都相对单一，不够多元化。基于此，本课题以STM32单片机为主控模块,研究并设计一款功能全面的智能风扇。1.3 课题的章节安排第一章主要的主要内容有研究智能风扇系统的背景及意义。第二章介绍了我们对于于智能风扇系统的思路，与智能风扇系统各模块选型。第三章介绍系统的硬件设计与各模块与单片机之间的联系。第四章介绍系统的软件的设计。第五章介绍了系统的硬件的调试、软件的相关调试与智能风扇的功能验证。2系统整体设计方案及选型2.1 系统整体设计方案本智能风扇系统基于单片机为主控模块，利用温湿度传感器来收集环境温度与湿度,红外热释电

11、传感器感应用户位置,转向控制采用了数字舵机,风扇与舵机都是利用PWM进行调速与转向，利用驱动模块实现风扇和舵机的驱动。通过所采集到的环境温度采用PWM的模式自动调整风扇的转动速度。通过WIFI模块作用于通信模块OneNet物联网平台，实现用手机APP对风扇的远程控制。最终目标：(1)利用温度传感器实现环境温度的检测以及红外热释电传感器对周围人体进行检测；(2)对风扇的转速在一定条件下自动调整，检测用户位置实现风扇自动控制转向；(3)建立手机APP与单片机的之间通信，实现对风扇的远程控制以及显示本地系统的参数。本系统的系统框图如图1所示。图1系统框图红外感应模块中的两个热释电传感器来感应用户所在

12、的位置方向，本系统的热释电传感器位置处在风扇左右两侧45的位置,如果在热释电所覆盖的区域内感应到了用户的活动，风扇会立即自动启动。实现了用热释电传感器成功的完成了自动感应功能。当用户的位置左移或者右移，处在舵机上的风扇会自动地跟着用户的位置的变化而转向，这样人们在日常生活中不用频繁地挪动风扇的位置来获取凉爽的风，风扇会自动地跟随着人们移动，当人们在无意中走出了热释电传感器所覆盖的范围，风扇会立即停止转动,充分的利用了资源，不造成资源浪费，起到了节能的作用。温湿度检测模块中的温湿度传感器采集收纳用户附近的环境温度，通过所采集到的环境温度采用PWM的模式自动调整风扇的转动速度。WIFI模块是主控模

13、块与通信模块数据传输的桥梁。系统相关信息通过显示模块进行数据的显示。2.2 系统各模块选型2.2.1 主控模块选型方案一：采用51单片机作为“智能风扇”课题的主控制器。方案二：采用STM32F103微控制器对本次“智能风扇”系统的主控制器。方案一的51单片机是一款8位微控制器，51单片机拥有32个通用I/O口，以及8个功能口。但是单片机的处理速度相对较慢，且内部没有集成AD转换、EEPROM存储等功能，需要进行外部扩展，这会对系统造成一定影响，同时51单片机无法对过压过流等问题做出保护，容易烧坏芯片。方案二的STM32F103微控制器是意法半导体出品，该系列微控制器价格便宜、性能高、功耗低，它

14、的内核为ARM系列的CorteX-M3,内部集成了12个AD转换模块，而且芯片最高工作频率可以达到72MHzo例如本系统使用的STM32F103微控制器支持多路通用定时器、多路串口通信接口以及内部集成的512KB大小的F1aSh存储器，并且支持在线调试。综上，在考虑性价比和功能需求的情况下，本课题采用STM32F103微控制器作为本次“智能风扇”课题主控芯片。2.2.2 显示模块选型方案一：采用1CDI602液晶显示模块对相关数据进行显示。方案二：采用O1ED液晶显示模块明对相关数据的进行显示。方案一中1CD1602液晶显示模块是一款可调背光字符式显示模块，最多可以显示显示32个字符,通过控制

15、显示屏各像素点电压的大并利用液晶的物理特性显示数字、字母及一些符号，但是该模块无法显示汉字，此外，该模块有16个引脚，体积大。方案二中O1ED液晶显示模块中的显示单元由若干有机电激发光二极管构成，该模块显示时不需要背光源，其发光机制是电荷通过有机电激发光二极管时，材料自身利用其特性物理特性发光。O1ED模块的通信模式有SPI、HC模式，引脚数目少，能够省下多个MCU的I/O口资源，该显示模块具有体积小、功耗低、抗震动等优势。综上,本课题采用O1ED液晶显示模块作为本次课题“智能风扇”系统的显示模块。2.2.3 温湿度模块选型方案一：采用DHT11温湿度传感器来检测室内环境的温度与湿度。方案二：采用SHT30温湿度传感器检测室内环境的温度与湿度。方案一中DHTII温湿度传感器，输出来的信号通过一些内部校准，在温度为。摄氏度至50摄氏度范围内的环境下,湿度测量范围为20%至95%,湿度误差范围为5%;温度误差范围为2匕，工作电压为3.3V至5V。DHTII温湿度传感器在它的内部集成了一个NTC测量温度元的器件，此温湿度传感器具有成本低，响应速度快，抗干扰能力强等优势。方案二中，SHT20温湿度传感器是一款高精准度的传感器模块，测量范围较大，与MCU之间的通信方式为C模式，该模块的获得数据后的响应时间较长，且价格昂贵。综上所述，根据本设计