全方位新型风扇的研究与实现

刘自成　王志坤　孙如军

摘 要 本设计为一种全方位新型风扇系统，通过热释电红外（PIR）传感器，它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出并加以放大，便可驱动风扇电源开关控制系统，而且风扇具有灵敏的温度感测和显示功能，当它打风扇开关时，系统为STC12C5A60S2的单片机作为控制平台对风扇转速进行控制。或者直接将信号传给风扇上的红外测距传感器来测出人和风扇的距离，然后经过加工处理这些信息，生成信号驱动控制风速的电路，以实现人靠近风扇转速大，人离远风扇转速小功能，满足人们的需求。

关键词 自动控制；热释红外（PIR）传感器；单片机；红外测距传感器；电源；风扇

中图分类号：TH42 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）08-0024-01

1 概述

在现代社会中，风扇是生活中的主要帮手，但是使用传统风扇却达不到全方位的吹风效果，并且消耗了大量的电能。为了解决传统风扇存在的不足问题，结合自己的想法，设计了一款全方位新型风扇，主要采用单片机自动控制，结合热释电红外（PIR）传感器和红外测距传感器等执行器件的紧密配合来实现其具体功能。

1.1 系统总体方案设计

电路由控制器模块（系统为STC12C5A60S2的型号单片机）、热释电红传感器模块（热释电红外传感器）、红外测距传感器模块、电源模块组成。

1.2 控制模块

1）温度传感器器件的挑选：采用数字式集成温度传感器DS18B20作为感测温度的核心器件，直接输出数字温度信号供单片机处理。2）控制核心的选择：采用4节干电池电压而且电路具有简单、合理的特点。3）显示温度电路模块：采用显示器显示温度，以LED数码管显示器为显示模块，把单片机传来的数据，并以动态方式显示。4）调节风速的方法：由单片机控制，直接采用双向晶闸管构成无级调速电路，方便快捷。

1.3 热释电红外（PIR）传感器模块

1.3.1 热释电红外（PIR）传感器的工作原理

热释电红外（PIR）传感器能够以非接触形式探测出人体辐射的红外线能量的变化，并且将红外线能量的变化转换成电压信号的形式输出。将输出来的电压信号加以放大，就能够驱动各种控制电路的执行。当热释电红外（PIR）传感器没有探测到人体辐射出的红外线信号时，就在电容的两端产生电量相等、极性相反的正、负电荷，因此正负电荷之间就相互抵消，导致回路中没有电流的产生，热释电红外（PIR）传感器无输出。

1.3.2 信号处理电路

BISS0001是一款高性能、稳定的传感信号处理的集成电路。它的静态电流极小，并配以热释电红外（PIR）传感器和少量外围元器件就能够构成被动式的热释电红外（PIR）传感器，并且BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等器件构成的数模混合专用集成电路，使用时根据实际需要将信号放大。

1.4 红外测距传感器模块

1.4.1 红外测距传感器的应用方向

1）追踪和查找系统：运用于对目标的查找和追踪，目的是为了确定查找物体存在的具体位置并且还能够对它的运动进行相对应的追踪。2）红外辐射和热成像系统：通过热成像原理能够展现物体的红外辐射的分布图。3）红外测距系统：实现物体间距离的测量。4）通讯系统：红外线通信作为无线通信的一种方式。5）混合系统：是指以上各类系统中的两个活多个组合。所以我们运用以上红外测距传感器的应用，来测距与风扇的感应距离，进而实现风扇转速大小的改变。

1.4.2 红外测距传感器工作原理及其功能特点

红外传感测距传感器利用其本身的红外信号遇到不同距离障碍物反射不同强度的工作原理，来实现障碍物远近距离的检测。红外测距传感器的功能特点是其本身具有一对红外信号发射与接收二极管装置，发射管装置发射特定频率的红外信号，当障碍物阻碍红外测距传感器的检测方向时，红外信号反射回来被接收管装置接收，经过快速分析与处理后，通过数字传感器接口返回到风扇转速控制器装置上，风扇转速控制器即可利用红外测距传感器的返回信号来检测周围环境的变化。所以说红外测距传感器是人与风扇之间感应的最佳选择，因此本全方位新型风扇系统采用的即为此种传感器。

1.5 电源模块

电池模块采用四节干电池的电压供电即能满足需求，没有多大的改变，符合人们的日常生活规律，方便快捷。

2 特色举例

本作品最大的特点就是打破以往的思维模式，使风扇更好的发挥到最大效果，它运用热释电红外（PIR）传感器和红外测距传感器同时工作的原理，依赖于单片机控制系统，对风扇转速进行控制，在加上电源的供电，使风扇正常工作。

3 技术说明

风扇在热释电红外（PIR）传感器工作原理的作用下，自动的打开电源开关，系统为STC12C5A60S2的型号单片机作为控制平台对风扇转速进行控制，并且还可以利用热释电红外（PIR）传感器输出的电压信号，传给风扇上的红外测距传感器，红外测距传感器测出人和风扇的距离，然后经过加工处理这些信息，生成驱动号控制风速的电路，以实现人靠近风扇转速大，人离远风扇转速小功能。

4 系统应用及开发前景

本作品堪称为现代社会技术增加了一份色彩。用此作品不仅更好的使风扇发挥到最大的效果而且也体现了人们对智能化的一种追求。虽然现在该技术主要应用在高科技产品上，但我相信随着社会的发展和科学水平的提高，应用该技术的产品会更加得到人们的认同。

5 结束语

在全方位新型风扇的设计制作中如何让风扇才能正常运行，我们反复尝试多种机械结构，最后选择控制系统为STC12C5A60S2的型号单片机作为平台对风扇转速进行控制的机械结构方式使它正常转动，采用热释电红外（PIR）传感器和红外测距传感器工作原理终于实现了人机感应的功能，接着是使用电源的问题，我们电池模块采用四节干电池的电压供电，从而得到想要的结果。

参考文献

[1]吴金戍，沈庆阳，郭庭吉.8051单片机实践与应用[J].北京：清华大学出版社，2002.

[2]王化详，张淑英.传感器原理[M].天津：天津大学出版社，2002.

[3]戴邵池，周斌，罗德知.精准温度显示的温控自动风扇系

统[J].

作者简介

刘自成（1993-），男，山东平邑县人，在校大学生。

王志坤（1982-），男，山东临邑人，德州学院实践创新教学名师，硕士研究生，主要从事教学和学生管理工作。

孙如军，男，机电工程学院院长，教授，工学硕士。endprint