无叶风扇自动控制系统的设计(附件)
摘 要本文主要研究了一种基于单片机的无叶风扇自动控制系统的设计。该系统能够根据环境温度是否达到设定温度来控制系统工作，可随人体位置变化实时改变风扇的送风角度，并可依据人体位置距离远近智能调节无叶风扇的风速，为使用者提供舒适的降温体验；同时，该系统还具有使用安全等特点，尤其适用于有老人和儿童的家庭。系统开启后，首先采集环境温度，当环境温度未达到设定值时，系统继续采集温度；当采集温度达到设定值时，系统在设定吹风范围之内检测是否有人；当有人时，人体与无叶风扇之间的人机距离增大时风扇转速增大，人机距离减小时风扇转速减小；当无人时，系统通过调节风扇转角，直到检测到有人在范围以内为止；同时，系统把采集的环境温度、设定温度以及人机距离利用液晶显示电路实时显示出来。本文详细介绍了系统的软、硬件设计方法。系统硬件主要包括温度采集电路、位置检测电路、风扇转角控制电路、距离检测电路、风扇风速调节电路等。系统软件主要包括主程序、温度采集子程序、位置检测子程序、风扇转角控制子程序、距离检测子程序、风扇风速调节子程序等；最后，对所设计系统进行了测试。结果表明该系统能够对无叶风扇进行有效控制，在各种运行状态下，整个系统均能正常良好进行工作，达到了预期的设计要求，可为人体提供舒适的吹风降温感受。同时，该系统还具有结构简单、使用安全和节能高效等优点，尤其适用于有老人和儿童的家庭。因此，本课题在现实生活中具有较高的研究价值。
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外研究现状和发展趋势 1
1.3 本课题的研究内容 2
2 系统总体方案设计 3
2.1 系统结构设计 3
2.2 系统工作原理 4
3 系统硬件电路设计 6
3.1 单片机最小系统电路 6
3.2 系统供电电路 7
3.3 温度设定电路 8
3.4 温度采集电路 8
3.5 位置检测电路 9
3.6 风扇转角控制电路 11
3.7 距离检测电路 12
3.8 风扇风速调节电路 15
3.9 液晶显示电路 16
4 系 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
统软件设计 18
4.1 主程序 18
4.2 初始化子程序 20
4.3 温度设定子程序 20
4.4 温度采集子程序 21
4.5 位置检测子程序 22
4.6 风扇转角控制子程序 22
4.7 距离检测子程序 23
4.8 风扇风速调节子程序 24
4.9 液晶显示子程序 25
5 系统测试与分析 27
5.1 系统测试 27
5.2 测试结果分析 28
6 总结与展望 29
6.1 课题总结 29
6.2 课题展望 29
参考文献 30
致 谢 31
附 录A1 33
附 录A2 34
附 录B 35
1 绪论
1.1 研究背景
随着科技的发展，如今家用风扇更多的是被空调替代，但是还是有很多人不适宜吹空调，例如老人和儿童。可是传统风扇的吹风不适，使用繁琐以及扇叶对儿童带来的安全隐患等问题仍没有得到解决，为了解决以上问题，本课题将主要研究一种无叶风扇自动控制系统[1]。该系统能根据设定的温度值及当前范围有无人来控制无叶风扇的运行状态，并可根据人体位置智能调节送风角度和风速功能，尤其适用于有老人和儿童的家庭，能够为不适宜吹空调的人群提供一种新的降温选择，为他们带来舒适的降温体验，从而能弥补市场的空白。
1.2 国内外研究现状和发展趋势
通过对市场上已有无叶风扇控制系统的调查研究，发现它们普遍存在以下几个问题：（1）系统无法根据环境温度情况来决定是否开启送风功能；（2）无叶风扇的送风重复机械性的左右摆动，无法根据人体位置变化调整送风角度；（3）风速大小调节采用手动档位设定，无法根据人与风扇之间的距离远近控制风速。
针对以上问题，查阅了相关文献资料，总结出无叶风扇控制系统的发展趋势如下：
（1）采用微处理器为核心进行系统设计
目前，在无叶风扇控制系统的设计中，开始研究以高性能微处理器（例如：MCS51单片机、数字信号处理器等）为核心的微型计算机控制系统，来提高系统的自动控制性能，满足用户新功能的需求。
（2）根据人体位置变化，实时调节无叶风扇送风角度
针对现有无叶风扇送风只能重复机械性左右摆动，无法根据人体位置变化及时调整风扇送风角度的现状，人们开始研究如何采用传感器检测人体位置，并通过执行机构实时调节无叶风扇送风角度。
（3）智能控制无叶风扇风速大小
为了智能控制无叶风扇风速大小，实现人靠近风扇时风扇转速增大，远离时风扇转速减小的控制效果，使人在风扇吹风范围内感受到恒定风力，获得良好的吹风感受；目前正在研究使用位置距离检测传感器进行测距，并实现风扇风速的智能调节。
1.3 本课题的研究内容
本课题以MCS51单片机微控制器为核心，来进行无叶风扇自动控制系统的设计，其主要研究内容如下：
（1）根据系统设计要求，提出了以单片机为控制核心的无叶风扇自动控制系统的方案设计；
（2）完成系统硬件电路设计，主要包括：温度采集电路、位置检测电路、风扇转角控制电路、距离检测电路、风扇风速调节电路等[2]；
（3）完成系统软件设计，主要包括：主程序、温度采集子程序、位置检测子程序、风扇转角控制子程序、距离检测子程序、风扇风速调节子程序等；
（4）进行系统硬件电路制作，完成系统的软、硬件调试。
2 系统总体方案设计
2.1 系统结构设计
本系统主要包括：单片机最小系统电路、系统供电电路、温度采集电路、位置检测电路、风扇转角控制电路、距离检测电路、风扇风速调节电路、液晶显示电路等。系统整体结构框图如图2.1所示。
图2.1 系统整体结构框图
（1）单片机最小系统电路
单片机最小系统电路包含单片机，时钟电路及复位电路。
（2）系统供电电路
系统供电电路用于为整个系统的各个电路提供电源。
（3）温度设定电路
温度设定电路用于增加和减小系统设定温度。
（4）温度采集电路
温度采集电路用于采集环境温度，且该电路的温度采集范围必须大于一般的环境温度范围。
（5）位置检测电路
该电路用于检测在设定的位置检测范围之内是否有人，且该电路所用传感器的检测范围必须大于距离检测电路的范围。
（6）风扇转角控制电路
风扇转角控制电路的功能是控制无叶风扇旋转角度，使无叶风扇的吹风角度对准人体。
（7）距离检测电路
该电路用于检测人体与无叶风扇之间的距离，且该电路所用传感器的检测范围必须小于人体侧向站立时的面积。
（8）风扇风速调节电路
该电路用于调节无叶风扇的风扇转速，实现人靠近无叶风扇时风扇转速减小，人远离无叶风扇时风扇转速增大的控制效果，使人在风扇吹风范围内移动时感受到恒定风力，从而为人体提供舒适的吹风感受。
（9）液晶显示电路
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外研究现状和发展趋势 1
1.3 本课题的研究内容 2
2 系统总体方案设计 3
2.1 系统结构设计 3
2.2 系统工作原理 4
3 系统硬件电路设计 6
3.1 单片机最小系统电路 6
3.2 系统供电电路 7
3.3 温度设定电路 8
3.4 温度采集电路 8
3.5 位置检测电路 9
3.6 风扇转角控制电路 11
3.7 距离检测电路 12
3.8 风扇风速调节电路 15
3.9 液晶显示电路 16
4 系 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
统软件设计 18
4.1 主程序 18
4.2 初始化子程序 20
4.3 温度设定子程序 20
4.4 温度采集子程序 21
4.5 位置检测子程序 22
4.6 风扇转角控制子程序 22
4.7 距离检测子程序 23
4.8 风扇风速调节子程序 24
4.9 液晶显示子程序 25
5 系统测试与分析 27
5.1 系统测试 27
5.2 测试结果分析 28
6 总结与展望 29
6.1 课题总结 29
6.2 课题展望 29
参考文献 30
致 谢 31
附 录A1 33
附 录A2 34
附 录B 35
1 绪论
1.1 研究背景
随着科技的发展，如今家用风扇更多的是被空调替代，但是还是有很多人不适宜吹空调，例如老人和儿童。可是传统风扇的吹风不适，使用繁琐以及扇叶对儿童带来的安全隐患等问题仍没有得到解决，为了解决以上问题，本课题将主要研究一种无叶风扇自动控制系统[1]。该系统能根据设定的温度值及当前范围有无人来控制无叶风扇的运行状态，并可根据人体位置智能调节送风角度和风速功能，尤其适用于有老人和儿童的家庭，能够为不适宜吹空调的人群提供一种新的降温选择，为他们带来舒适的降温体验，从而能弥补市场的空白。
1.2 国内外研究现状和发展趋势
通过对市场上已有无叶风扇控制系统的调查研究，发现它们普遍存在以下几个问题：（1）系统无法根据环境温度情况来决定是否开启送风功能；（2）无叶风扇的送风重复机械性的左右摆动，无法根据人体位置变化调整送风角度；（3）风速大小调节采用手动档位设定，无法根据人与风扇之间的距离远近控制风速。
针对以上问题，查阅了相关文献资料，总结出无叶风扇控制系统的发展趋势如下：
（1）采用微处理器为核心进行系统设计
目前，在无叶风扇控制系统的设计中，开始研究以高性能微处理器（例如：MCS51单片机、数字信号处理器等）为核心的微型计算机控制系统，来提高系统的自动控制性能，满足用户新功能的需求。
（2）根据人体位置变化，实时调节无叶风扇送风角度
针对现有无叶风扇送风只能重复机械性左右摆动，无法根据人体位置变化及时调整风扇送风角度的现状，人们开始研究如何采用传感器检测人体位置，并通过执行机构实时调节无叶风扇送风角度。
（3）智能控制无叶风扇风速大小
为了智能控制无叶风扇风速大小，实现人靠近风扇时风扇转速增大，远离时风扇转速减小的控制效果，使人在风扇吹风范围内感受到恒定风力，获得良好的吹风感受；目前正在研究使用位置距离检测传感器进行测距，并实现风扇风速的智能调节。
1.3 本课题的研究内容
本课题以MCS51单片机微控制器为核心，来进行无叶风扇自动控制系统的设计，其主要研究内容如下：
（1）根据系统设计要求，提出了以单片机为控制核心的无叶风扇自动控制系统的方案设计；
（2）完成系统硬件电路设计，主要包括：温度采集电路、位置检测电路、风扇转角控制电路、距离检测电路、风扇风速调节电路等[2]；
（3）完成系统软件设计，主要包括：主程序、温度采集子程序、位置检测子程序、风扇转角控制子程序、距离检测子程序、风扇风速调节子程序等；
（4）进行系统硬件电路制作，完成系统的软、硬件调试。
2 系统总体方案设计
2.1 系统结构设计
本系统主要包括：单片机最小系统电路、系统供电电路、温度采集电路、位置检测电路、风扇转角控制电路、距离检测电路、风扇风速调节电路、液晶显示电路等。系统整体结构框图如图2.1所示。
图2.1 系统整体结构框图
（1）单片机最小系统电路
单片机最小系统电路包含单片机，时钟电路及复位电路。
（2）系统供电电路
系统供电电路用于为整个系统的各个电路提供电源。
（3）温度设定电路
温度设定电路用于增加和减小系统设定温度。
（4）温度采集电路
温度采集电路用于采集环境温度，且该电路的温度采集范围必须大于一般的环境温度范围。
（5）位置检测电路
该电路用于检测在设定的位置检测范围之内是否有人，且该电路所用传感器的检测范围必须大于距离检测电路的范围。
（6）风扇转角控制电路
风扇转角控制电路的功能是控制无叶风扇旋转角度，使无叶风扇的吹风角度对准人体。
（7）距离检测电路
该电路用于检测人体与无叶风扇之间的距离，且该电路所用传感器的检测范围必须小于人体侧向站立时的面积。
（8）风扇风速调节电路
该电路用于调节无叶风扇的风扇转速，实现人靠近无叶风扇时风扇转速减小，人远离无叶风扇时风扇转速增大的控制效果，使人在风扇吹风范围内移动时感受到恒定风力，从而为人体提供舒适的吹风感受。
（9）液晶显示电路
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