基于STM32的智能风扇

黄平 黄焕晴 蒋少洁 梁婵娟 梁东梅 梁火层

【摘 要】本项目是以STM32F407为主控芯片设计的一款人性化的智能风扇。具备室温调速功能、语音调速功能、APP调速功能。除此之外，还具备人体感应开关功能。最终形成了这款智能风扇。

【关键字】温度检测;语音口令;蓝牙模块;智能风扇

中图分类号： TH811;TP368.12 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）24-0036-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.24.018

【Abstract】This project is a humanized intelligent fan designed with STM32F407 as the main control chip. With room temperature speed regulation function， voice speed regulation function， APP speed regulation function. Besides， still have human body induction switch function. Finally， this smart fan was formed.

【Key words】Temperature detection; Voice password; Bluetooth module; Intelligent fan

0 引言

随着计算机技术与自动控制技术的迅速发展，各种各样的降温设备走进了人们的生活。目前，仍然以手动电风扇和空调设备应用最普遍，但是由于空调投资大、费用高，而且长时间吹空调容易引起“空调病”的缺点。与之相比，电风扇具有价格便宜、节能省电、方便安装或携带等优点[1]。然而，传统的电风扇存在一些不足，如大多数采用机械控制方式、手动操作，且只有选档吹风和定时，定速吹风两种功能;不能根据温度化而进行止停操作，夜晚天气较热电风扇定时到了就停止吹风，影响人们正常休息和睡眠质量[2];此外，不能实时显示温度，人们无法根据环境温度选择更合适的档位，可造成电能浪费。

现在大多数智能风扇智能实现一两个功能[3]，如人体红外线的功能[4]、温度自检功能，但是它们无法适应激烈的市场竞争和给用户提供更好的体验，因此本文研究如何实现具备温室调控、语音调速、手机APP调速和人体感应开关的多功能集于一身的智能风扇，可满足用户各种需求。

1 系统总体设计

本系统主要由电源模块、驱动模块、语音口令控制模块、红外对管检测模块、音乐模块、液晶显示模块、测温模块和蓝牙模块组成。首先当红外对管检测到人体时，先通过温度传感器根据室温的变化来调节风速。同时还可通过手机蓝牙app、语音模块、按键来实现智能操作的功能。液晶模块主要实现显示温度和参数的功能。系统整体设计框架图如图1所示。

2 硬件设计

2.1 电机驱动电路

L298N是一种高电压、大电流电机驱动芯片，其工作电流为2A，额定功率25W。本驱动电路用来驱动风扇的转动。

2.2 液晶显示模块

液晶显示模块采用LCD12864液晶显示屏，该模块可与单片机直接连接。液晶显示屏用来显示当前室内温度、风速级别、日期以及时间等参数。

2.3 语音识别模块电路

LD3320芯片是一款“语音识别”专用芯片，此电路用来识别语音口令并按照设定的指令来控制风扇。此芯片集成了语音识别处理器和一些外部电路，包括AD/DA转换器、麦克风接口、声音输出接口等。本模块用来实现对语音的识别以及对风扇进行口令控制。

2.4 温度检测模块电路

本项目采用DS18B20作为温度检测模块电路，它具有高性能、低功耗、抗干扰性强等特点。本模块用来对室内温度进行检测。测量范围为-55℃～+125℃，测量精度±0.5℃

2.5 独立按键连接电路

可通过按键来实现对风扇功能选择的开关。

3 系统软件设计

3.1 整体结构设计

STM32通过检测各模块数据，并根据各模块的数据变化来控制电机的转速。

3.2 程序设计

程序开始时，先对各模块进行初始化，再通过检测红外对管数据变化来判断是否有人接近。若检测到有人，则启动风扇调速功能，反之则关闭风扇。而风扇调速功能共分为四种：温度调速、蓝牙app调速、语音调速，按键调速。当系统检测到红外传感器为低电平时，先进行温度调速，同时如若接收到其他指令传来，则执行其他调速功能。程序流程图如图所示。

4 性能指标

风扇在智能模式下红外对管检测模块能检测到人体并自动打开风扇，测温模块根据室内温度进行调节风速，既能满足用户对风速的要求又能避免不必要的浪费。本项目设置低速的温度范围为24～26℃，中速的范围是27～29℃，高速的温度范围是30℃以上。

对温度检测模块进行测试，测试场所在空调室内，测试工具有打火机和温度计。首先在室内打开空调并把温度调到22℃（本项目设置风扇检测到人体，风扇开始工作的最低温度为22℃），然后开始进行测试。不同温度测试数据条形图如图3所示。

由以图3可以看出，此温度模块能根据室内的温度来按照设定值自动调节风速，测量误差比较小。

用手机蓝牙功能控制智能风扇工作。本项目植入了蓝牙模块，用户使用时只需手机安装本智能风扇专门设置的APP。蓝牙模块可以使用户远程控制智能风扇的开和关、档位、音乐的上一曲、下一曲以及音量的大小。APP的界面如图4所示。

除了上面的两种工作模式，本项目还有第三种模式：按键控制风扇工作，既普通模式。

语音控制模块检测到周围有语音信号与自身设定的口令一致时，能执行相应的指令。音乐模块可以根据个人喜好正常播放音乐。最后，各项指标都达到了预期的要求。

5 结束语

本项目以STM32F407为主控芯片，在现有家庭风扇的基础上，结合单片机和各个模块进行控制普通的风扇，从而达到高效实用環保节能的效果。这款智能风扇满足大众的需求，性能可靠，成本较低，方便实用，节能（下转第84页）（上接第37页）环保，是家居必备纳凉产品，并且朝着智能化、自动化的方向发展，因而具备比较广阔的应用前景。

【参考文献】

[1]赵水英，张翠侠，曹吉花，李文艺.基于AT89S52的智能调节温控风扇设计[J].铜仁学院学报，2018，20（06）：99-103.

[2]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.

[3]田嘉晨，周厚满，林创挺.利用人体自身红外辐射的智能风扇[J].科技与创新，2018（07）：55-56.

[4]李晓赫，郭庆强.基于STC89C52单片机的智能风扇控制系统[J].自动化仪表，2018，39（06）：99-102.

[5]周江.STM32单片机原理及硬件电路设计研究[J].数字技术与应用，2015（11）：1.

[6]韩兴国，苏庆勇，王为庆.基于STC89C52单片机的智能风扇控制系统设计[J].装备制造技术，2013（03）：52-54.

[7]贺廉云.基于单片机的智能温控风扇设计[J].智能计算机与应用，2016，6（05）：105-106+108.

[8]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.