1. 研究目的与意义
1、智能风扇设计的研究的现状及发展趋势生活中，我们经常会使用一些与温度有关的设备。尽管空调作为日常生活家电已经步入千万普通家庭中，但空调普遍耗能太多，而且在占中国大部分人口的农村地区依旧使用电风扇用作降温防暑设备[1]。近些来，空调价格水平不断下降，越来越多的人开始使用空调，对电风扇行业是个不小的冲击，但是空调的强大功能下是以高耗能、封闭空间为代价的。相比之下，电风扇通风较好且功耗低仍是很大的一个有事，还是具有广阔的市场空间的，电风扇需要新型的技术功能，来满足不同分人群需求。为了提高电风扇的市场竞争力，使之在技术含量上有所提高，且更加安全可靠，智能风扇随之被提出[2]。风扇，通常是指带有两片及以上数量的扇叶，由电动机驱动扇叶旋转产生气流，从而达到通风纳凉效果的一种常用家电。电扇基本分为家用电风扇和工业排风扇，他的主要组成部分就是交流电机，交流电机把能量从电能转化成机械能，推动扇叶转动，进而使空气流动，产生气流。尽管由于空调的逐渐普及，电风扇的产销量曾一度出现下滑，但由于电风扇具有使用方便、价格低廉、能耗较低等诸多优势，加之我国能源形势日趋紧张，且随着不少知名风扇厂家不断加强科技创新，完善产品质量，丰富产品功能，电风扇依然得到了广大消费者的欢迎，具有较大的市场潜力。传统风扇是220V交流电供电，电机转速分为几个档位，通过人为调整电机转速达到改变风力大小的目的，并且每次风力改变，必然有人参与操作，这样势必会带来诸多不变。目前，市场上出现了一些机械定时风扇，能够控制风扇在工作一定时间后关闭，但定时范围有限，一般只能定时最多两个小时左右，当定时时间到达了的时候，可能气温还是偏高时风扇就停止运行了，人们就会在睡梦中热醒。但当在那些昼夜温差较大的地区，夜间温度降低，人们已经熟睡时无法察觉此时需要关闭风扇，在这个时候，不仅有可能对身体造成一定的影响，而且还浪费了一些不必要的电力资源。而且传统风扇无法对温度变化灵活处理，虽然可以换挡，但只能手动调速进行换挡，功能单一。当人们睡着以后就只能固定在某一个档位，传统风扇不能根据外界温度的变化对风扇转速快慢进行调整，也不能对风扇的开关与否进行自动控制。随着人们生活水平和科技水平的不断提高，人们对于家电的功能、款式的要求越来越高。针对传统风扇存在的缺陷，本课题设计了以单片机为基础的智能风扇。随着电子制造业的不断发展，社会对生产率的要求越来越高，各行业都需要精良高效的设备来满足要求。电风扇，作为一种老式家电，曾一度被认为是空调产品冲击下的淘汰品；但风扇具有价格便宜、摆放方便、体积轻巧等特点[3]。但是老式风扇功能简单，不能满足智能化的要求。在我国对电风扇的优化研究是很积极的，不断提高电风扇的市场竞争力，现如今智能风扇已经开始陆陆续续的投入市场。传统风扇无法根据周围环境的温度变化进行风速的调整，也无法进行人体感知从而导致损失大量的电力资源并存在安全隐患。随着计算机应用技术的发展，用计算机控制的方面也涉及到各个领域，单片机控制温度是应用于实践的重要方面之一。温度是一个很重要的物理量，测量与控制有十分重要的意义。新型的智能化电器元件的发展趋势：采用微处理器及可编程器件，大量功能“以软代硬”实现，并具有“现场”设计的能力。充分增加智能化电器元件的“柔性”与适应性[4]。例如一种采用FPGA器件构成的专用功能集成电路已投入应用。随着温度控制技术的发展，未来降低风扇运转时的噪音以及节省能源等，温度控制风扇越来越受到重视并被广泛应用。在现阶段，温控风扇的设计已经有了一定的成效，可以使风扇根据环境温度的变化进行自动无极调速，当环境温度升高到一定时能自动启动风扇，并随环境温度的升高自动加快风扇的转速，当环境温度降到一定时能自动停止风扇的转动，实现智能控制[5]。2、智能风扇设计的研究的意义和价值传统风扇具有以下缺点：风扇不能随环境温度的变化自动调节风速，这对那些昼夜温差大的地区是致命的缺点，尤其是在人们熟睡时，不但浪费资源，还容易使人感冒生病；传统电风机械的定时方式常常会伴随着机械运动的声音，特别是夜间影响人们的睡眠，而且定时范围有限，不能满足人们的需求。鉴于这些缺点，我们需要设计一款智能的电风扇控制系统来解决[6]。本课题设计一款智能风扇，其内容包括：（1）使用单片机作为处理器；（2）设置手动自动两种模式；（3）显示屏界面可显示当前时间、档位、环境温湿度值；（4）可设置睡眠模式，可定时开启或者关闭，可设置节能模式；（5）当检测到风扇周围没有人超过一段时间后自动停止工作。温控风扇系统，是根据当时温度情况去自动开通和关闭电风扇，能很好的节约电能，同时也方便用户们的使用更具人性化。而且温控风扇系统在工业生产、日常生活中都有广泛的应用，如在工业生产中大型机械装备的散热系统，或者限制笔记本电脑上的智能CPU风扇等基于单片机的温控风扇都能够根据环境温度的高低自动启动或者停止转动，并能够根据温度的变化实现转速的自动调节，在现实生活中具有非常广泛的用途，因此他的设计具有一定的价值意义[7]。风扇已经成为了日常生活中常用到的电器，电风扇是通过通风换气来驱热，来达到降温消暑的目的。通风换气是电风扇的主要功能，也是消费者看中它的原因之一[8]。本课题开发基于单片机的智能风扇的设计的目的在于解决传统风扇耗电量大以及使用当中存在安全隐患，从而提高人们的生活质量，节约电力资源。本课题在传统风扇的基础上开发设计了一些创新型功能。例如：采用DS18B20数字温度传感器实现了风扇自动监测室内温度，当监测到的温度大于系统所设置的阈值时，风扇将开启；当监测到的温度小于系统设置的阈值时，风扇将保持关闭状态。采用HC-SR501人体感应模块实现了有人时当室内温度高于系统设置的阈值时风扇自动开启，无人时延迟一段时间风扇自动关闭。该系统还可以手动、自动使风扇调速，用户可任意选择一种方式进行相应的操作，从而为用户提供了方便、快捷。随着单片机在各个领域的广泛应用，许多用单片机作控制的温度控制系统、人体感应控制系统等也应运而生[10]。本课题开发了基于单片机的智能风扇的设计弥补了传统风扇的缺点，具有很好的稳定性、体积更轻巧、外形更美观，此智能风扇还在能耗方面做了很大的技术改良。我坚信，今后，智能风扇将会完全代替传统风扇，给人们带来方便、舒适的生活。3、参考文献[1]荣俊昌，新型风扇原理及维修[M]北京：高等教育出版社，1990:15—20.[2]谢志平，基于单片机控制的智能风扇[J]中国新技术新产品2011,2:148.[3]于蓉，丁兆花，李宇清.温控风扇设计[N]科技咨询导报.2007，17.[4]吴金戌，沈庆阳，郭亭吉.8051单片机实践与应用 第一版[M]北京：清华大学出版社,2002,(08).[5]马云峰，单片机与数字温度传感器DS18B20的接口设计[J].计算机测量控制，2007,10(4):278-280.[6]王伦，电风扇原理与维修技术[M].北京：新时代出版社，1999.[7]方佩敏，新编传感器原理与应用[M].北京：电子工业出版社，1994.15~4.[8]褚文轩,张玮,史丽娟.基于单片机的智能温控风扇系统的设计[J].现代职业教育,2019(05):82-83.[9]郑安豫.基于单片机的智能风扇系统设计[J].商丘师范学院学报,2018,34(03):33-35.[10]牛景乐,鲍权鑫,鲍丙豪.基于单片机和蓝牙技术的智能风扇设计[J].仪表技术,2018(03):23-26 46.DOI:10.19432/j.cnki.issn1006-2394.2018.03.006.[11]白利慧.单片机下的智能遥控风扇控制[J].电子技术与软件工程,2018(02):242.[12]李腾飞,魏刚,李坤,李明胜.基于单片机的智能风扇[J].科技创新与应用,2017(35):35-36.[13]方伟伟,韩译瑢,梁辉.基于单片机的智能风扇设计[J].南阳理工学院学报,2017,9(06):50-54.[14]郭新成.单片机下的智能遥控风扇控制探析[J].现代交际,2017(11):189.[15]张雪侠,商莹,张金博.基于单片机和蓝牙技术的智能遥控风扇的设计和研究[J].电子设计工程,2017,25(05):53-56.DOI:10.14022/j.cnki.dzsjgc.2017.05.014.[16]徐志刚,黄涛.基于单片机的智能风扇[J].电子设计工程,2016,24(11):154-156 159.DOI:10.14022/j.cnki.dzsjgc.2016.11.046.[17]陈磊,魏鑫,魏林心.基于单片机的智能风扇控制系统设计[J].电子世界,2016(05):29-30.DOI:10.19353/j.cnki.dzsj.2016.05.005.[18]屈凯飞.基于单片机的智能遥控风扇控制[J].电子制作,2015(15):99.DOI:10.16589/j.cnki.cn11-3571/tn.2015.15.035.[19]施君,艾信友,李杨,奚芳兰.基于单片机温控智能风扇的设计[J].科技创新与应用,2015(10):75.[20] Trilumina Corp.; Patent Application Titled "Single-Chip Series Connected Vcsel Array" Published Online (USPTO 20200144791)[J]. Electronics Newsweekly,2020:[21] Patent Application; "Single-Chip Multi-Processor Communication" in Patent Application Approval Process (USPTO 20180137082)[J]. Computer Weekly News,2018:
2. 研究内容和问题
1、基本内容：
（1）使用单片机作为处理器；
（2）设置手动自动两种模式；
3. 设计方案和技术路线
为了完成本课题提出的研究目标，本项目采用的研究方法是以解决关键理论和方法为基础，采用理论分析和仿真验证相结合的方法。
（1）查阅相关资料，理解智能风扇的设计要求，选择处理器以及相关模块；
（2）设计可行有效方案，并进行方案论证，撰写开题报告；
4. 研究的条件和基础
1、硬件方面：计算机；单片机开发套件；keil软件；ProtrlDXP软件等；
2、软件方面：中国知网、立创商城官网（提供元件数据手册）；
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