人体体温调节的智能风扇的设计
目 录
一、引言 1
（一）选题目的 1
二、器件的选用方案及论证 1
（一）核心控制器件的选用 2
1．核心控制器件方案 2
2．方案选择 2
（二）温度传感器模块的选用 2
1．温度传感器模块方案 2
2．方案选择 2
（三）人体检测模块的选用 3
1．人体检测模块 3
2．方案选择 4
（四）调速模块的选用 4
1．调速模块方案 4
2．方案选择 4
（五）显示模块的选用 4
1．显示模块方案 4
2．论证 4
三、设计简述 5
四、硬件设计 6
（一）电源模块 6
（二）温度采集模块 7
（三）人体检测模块及震动模块 7
（四）调速模块 8
（五）显示模块 9
（六）按键模块 9
五、软件设计 10
（一）功能简介 10
（二）控制说明 10
（三）各模块控制方式 10
六、系统调试与及改进 13
（一）系统调试 13
（二）改进措施 13
七、总结 14
八、参考文献
九、致谢 16
九、附录 17
一、引言
（一）选题目的
在人们日常生活中，由于温度的变化莫测会使人产生不同程度的适感，人们往往都会想到利用设备去改善人体所处的环境温度。比如：现在大部分家庭都用上了空调，但由于空调功耗高，通风差，易于造成环境干 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
燥等缺点，使用户造成空调病等，顾我们应改善这种改善温度的方法。
在中国普通家庭中，在温度不算太高，电扇依旧作为防暑降温设备的不二选择。但风扇一直处于工作状态，会造成能量，资源的浪费。
电扇虽基本都具有调节风速的功能，但须要手动换档，睡着后可能就无能为力了。虽有市面上也有采取定时器的做法，但其一方面有何时关闭的局限性。如在定时时间到达但气温依旧没有降低到需求温度时，风扇却关闭了，使人在半梦半醒中被热醒从而不得不起床重新打开风扇，增加定时时间，非常麻烦；而且可能多次设定无效后最后一次设定时间过长，在温度降低之后风扇继续工作，容易使人感冒，在身体，金钱等方面白白遭受巨大损伤；其二是简单的定时关闭风扇电源方案的单一功能，不能满足用户在环境气温变化莫测时对风扇风速大小的个性化需求。
在季节交替时分，由于昼夜温差较大，白天温度高，电扇的工作状态应是高转速、大风量的，可以感觉凉爽；到了傍晚，气温降低，风扇应减小转速，避免感冒。
为解决上述问题，我们做了此套设计。本设计采用高精度集成式测温芯片和红外检测模块，通过单片机编程分析后输出PWM脉宽控制风扇驱动电路改变风扇转速，达到本设计的要求，并且可以显示当前温度，并根据使用者设定的温度自动在相应温度做出相应动作，并拥有人体检测模块，可以检测出是否有人活动，判别风扇是否工作，有着节能的作用。
二、器件的选用方案及论证
本设计需要实现对风扇进行温度智能控制，人体检测功能，需要有优秀的核心控制器件，较高的温度变化分辨率温度传感器件、人体检测模块、稳定可靠的换档停机控制件、显示模块等。
顾我们有必要对设计基本控制、感应器件进行讨论，分析这些器件在本设计的可行性和可靠性，并对成本进行分析，综合考虑和思量，选取最适合与本设计搭配的器件。
下面是我们对本设计的器件的选用方案及论证：
（一）核心控制器件的选用
1．核心控制器件方案
方案一：采用电压比较电路作为主要的电路来实现控制作用。当温度传感器采用热敏电阻R/T或热电偶时，使温度信号转变成为电信号并由集成运算放大器放大电信号，通过比较电路来控制风扇的转速，当大于或小于某用户设定值时将风扇切换到对应的档位，达到智能控制。
方案二：采用单片机作为核心器件。以软件编程的形式实现判别温度的作用，并在相对应的端口输出需要的信号控制三极管驱动电路，利用PWM脉宽调制技术改变三极管的导通性，从而达到变速的效果，满足本设计的实际需求。
2．方案选择
对于方案一，采用比较器，拥有比较易于实现，无需编写软件程序等的优点，但控制方式不能多元化，不能自由设置温度，无法满足不同用户在不同环境下的个性化要求，不能对本设计进行后期的维护的升级，不具有发展性，可变性。不能满足不同用户，不同地区的实际情况和个性化需求。故本设计中不采用。
对于方案二，以C52作为控制器，通过编写程序可以将传感器检测到的温度用显示电路显示出来，还可通过添加外围设备完善系统的功能。是产品拥有多元化的功能。拥有长期的发展。满足用户全方位，多层次的体验的需求。
故本设计采用方案二。
（二）温度传感器模块的选用
1．温度传感器模块方案
方案一：采用热敏电阻R/T作为感测温度的传感元器件，通过热敏电阻R/T与运算放大器之间组合来放大由于温度变化使运放输出的电微弱的电压变化信号变大，再经AD转换芯片0809处理，将电信号转变成为数据输送给52芯片来处理。
方案二：采用热电偶Thermocouple作为感应元器件，与桥式检测电路相配合，再用运算放大电路和AD转换电路组合，转译为数字信号后，数字信号的传递方式与方案一同。
方案三：采用数字集成式温度传感器DS18B20模块作为温度传感元件，直接输送数字温度信号，供给单片机处理后作出判断。
2．方案选择
对于方案一，采用热敏电阻R/T具有便宜、易于采购等优点，但热敏电阻对温度变化不敏感，在信号的采集、放大、转换过程中会产生较大的温漂，从而产生误差，并且热敏电阻的R-T曲线具有非线性的特点，还有其阻抗对温度的变化有较大影响，虽可通过一些电路纠正误差，但过多电路具有复杂性和不稳定性，性能也将大大折扣，处理起来也较为复杂。故该方案不适用于本设计。
对于方案二，采用热电偶和桥式测量电路相对于热敏电阻R/T来说，它对环境温度G感应的敏感性和元器件的非线性误差都已经有了质的飞跃，其测量温度的范围也大大扩大了。但依然存在电路较为复杂，对温度敏感性不能达到本设计的需求，故仍不采用此方案。
对于方案三，由于数字式温度传感器DS18B20模块的高度模块化，降低了由于外接运放等电路导致功能不稳定的问题，温度误差也相对较小，并且原理不同，从而对温度的分辨能力也不是一个等级上的。芯片所测得的温度值在内部就已经直接转换成数字信号输出，大幅优化了程序设计的麻烦，该传感器又是采用国际上先进的技术，仅需单片机的一个I/O口，并且抗干扰能力极强。
故采用方案三。
（三）人体检测模块的选用
1．人体检测模块
方案一：采用八位数码管动态显示实时温度，实时扫描。
方案二：采用液晶显示屏LCD来显示实时温度。
2．方案选择
对于方案一，该方案价格相对低廉，显示温度较为醒目，在夜间也能清晰看见，功耗极低，显示驱动程序非常简单，因此这种显示方式得到了十分广泛的应用。
一、引言 1
（一）选题目的 1
二、器件的选用方案及论证 1
（一）核心控制器件的选用 2
1．核心控制器件方案 2
2．方案选择 2
（二）温度传感器模块的选用 2
1．温度传感器模块方案 2
2．方案选择 2
（三）人体检测模块的选用 3
1．人体检测模块 3
2．方案选择 4
（四）调速模块的选用 4
1．调速模块方案 4
2．方案选择 4
（五）显示模块的选用 4
1．显示模块方案 4
2．论证 4
三、设计简述 5
四、硬件设计 6
（一）电源模块 6
（二）温度采集模块 7
（三）人体检测模块及震动模块 7
（四）调速模块 8
（五）显示模块 9
（六）按键模块 9
五、软件设计 10
（一）功能简介 10
（二）控制说明 10
（三）各模块控制方式 10
六、系统调试与及改进 13
（一）系统调试 13
（二）改进措施 13
七、总结 14
八、参考文献
九、致谢 16
九、附录 17
一、引言
（一）选题目的
在人们日常生活中，由于温度的变化莫测会使人产生不同程度的适感，人们往往都会想到利用设备去改善人体所处的环境温度。比如：现在大部分家庭都用上了空调，但由于空调功耗高，通风差，易于造成环境干 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
燥等缺点，使用户造成空调病等，顾我们应改善这种改善温度的方法。
在中国普通家庭中，在温度不算太高，电扇依旧作为防暑降温设备的不二选择。但风扇一直处于工作状态，会造成能量，资源的浪费。
电扇虽基本都具有调节风速的功能，但须要手动换档，睡着后可能就无能为力了。虽有市面上也有采取定时器的做法，但其一方面有何时关闭的局限性。如在定时时间到达但气温依旧没有降低到需求温度时，风扇却关闭了，使人在半梦半醒中被热醒从而不得不起床重新打开风扇，增加定时时间，非常麻烦；而且可能多次设定无效后最后一次设定时间过长，在温度降低之后风扇继续工作，容易使人感冒，在身体，金钱等方面白白遭受巨大损伤；其二是简单的定时关闭风扇电源方案的单一功能，不能满足用户在环境气温变化莫测时对风扇风速大小的个性化需求。
在季节交替时分，由于昼夜温差较大，白天温度高，电扇的工作状态应是高转速、大风量的，可以感觉凉爽；到了傍晚，气温降低，风扇应减小转速，避免感冒。
为解决上述问题，我们做了此套设计。本设计采用高精度集成式测温芯片和红外检测模块，通过单片机编程分析后输出PWM脉宽控制风扇驱动电路改变风扇转速，达到本设计的要求，并且可以显示当前温度，并根据使用者设定的温度自动在相应温度做出相应动作，并拥有人体检测模块，可以检测出是否有人活动，判别风扇是否工作，有着节能的作用。
二、器件的选用方案及论证
本设计需要实现对风扇进行温度智能控制，人体检测功能，需要有优秀的核心控制器件，较高的温度变化分辨率温度传感器件、人体检测模块、稳定可靠的换档停机控制件、显示模块等。
顾我们有必要对设计基本控制、感应器件进行讨论，分析这些器件在本设计的可行性和可靠性，并对成本进行分析，综合考虑和思量，选取最适合与本设计搭配的器件。
下面是我们对本设计的器件的选用方案及论证：
（一）核心控制器件的选用
1．核心控制器件方案
方案一：采用电压比较电路作为主要的电路来实现控制作用。当温度传感器采用热敏电阻R/T或热电偶时，使温度信号转变成为电信号并由集成运算放大器放大电信号，通过比较电路来控制风扇的转速，当大于或小于某用户设定值时将风扇切换到对应的档位，达到智能控制。
方案二：采用单片机作为核心器件。以软件编程的形式实现判别温度的作用，并在相对应的端口输出需要的信号控制三极管驱动电路，利用PWM脉宽调制技术改变三极管的导通性，从而达到变速的效果，满足本设计的实际需求。
2．方案选择
对于方案一，采用比较器，拥有比较易于实现，无需编写软件程序等的优点，但控制方式不能多元化，不能自由设置温度，无法满足不同用户在不同环境下的个性化要求，不能对本设计进行后期的维护的升级，不具有发展性，可变性。不能满足不同用户，不同地区的实际情况和个性化需求。故本设计中不采用。
对于方案二，以C52作为控制器，通过编写程序可以将传感器检测到的温度用显示电路显示出来，还可通过添加外围设备完善系统的功能。是产品拥有多元化的功能。拥有长期的发展。满足用户全方位，多层次的体验的需求。
故本设计采用方案二。
（二）温度传感器模块的选用
1．温度传感器模块方案
方案一：采用热敏电阻R/T作为感测温度的传感元器件，通过热敏电阻R/T与运算放大器之间组合来放大由于温度变化使运放输出的电微弱的电压变化信号变大，再经AD转换芯片0809处理，将电信号转变成为数据输送给52芯片来处理。
方案二：采用热电偶Thermocouple作为感应元器件，与桥式检测电路相配合，再用运算放大电路和AD转换电路组合，转译为数字信号后，数字信号的传递方式与方案一同。
方案三：采用数字集成式温度传感器DS18B20模块作为温度传感元件，直接输送数字温度信号，供给单片机处理后作出判断。
2．方案选择
对于方案一，采用热敏电阻R/T具有便宜、易于采购等优点，但热敏电阻对温度变化不敏感，在信号的采集、放大、转换过程中会产生较大的温漂，从而产生误差，并且热敏电阻的R-T曲线具有非线性的特点，还有其阻抗对温度的变化有较大影响，虽可通过一些电路纠正误差，但过多电路具有复杂性和不稳定性，性能也将大大折扣，处理起来也较为复杂。故该方案不适用于本设计。
对于方案二，采用热电偶和桥式测量电路相对于热敏电阻R/T来说，它对环境温度G感应的敏感性和元器件的非线性误差都已经有了质的飞跃，其测量温度的范围也大大扩大了。但依然存在电路较为复杂，对温度敏感性不能达到本设计的需求，故仍不采用此方案。
对于方案三，由于数字式温度传感器DS18B20模块的高度模块化，降低了由于外接运放等电路导致功能不稳定的问题，温度误差也相对较小，并且原理不同，从而对温度的分辨能力也不是一个等级上的。芯片所测得的温度值在内部就已经直接转换成数字信号输出，大幅优化了程序设计的麻烦，该传感器又是采用国际上先进的技术，仅需单片机的一个I/O口，并且抗干扰能力极强。
故采用方案三。
（三）人体检测模块的选用
1．人体检测模块
方案一：采用八位数码管动态显示实时温度，实时扫描。
方案二：采用液晶显示屏LCD来显示实时温度。
2．方案选择
对于方案一，该方案价格相对低廉，显示温度较为醒目，在夜间也能清晰看见，功耗极低，显示驱动程序非常简单，因此这种显示方式得到了十分广泛的应用。
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