智能红外遥控电风扇的设计

孙景伟 丁学用

（三亚学院 理工学院，海南 三亚572022）

风扇被广泛的使用，在我们的日常中发挥着重要的作用，电风扇作为一种老式的电器，便宜、摆放容易并且安装非常方便，适合大多数家庭的消费水平，在夏天深受人们的喜爱。但在当今激烈的市场竞争中，电风扇以单一的按键模式是远远不够的。而使用智能红外遥控控制后，可以对电风扇的温度进行远程控制，不仅有利于不方便移动的人操作，而且有助于人们节省时间，极大方便人们的生活。所以，对智能红外遥控电风扇进行探索很有意义。

本课题主要介绍了智能红外遥控电风扇的工作原理，并在单片机的基础上提出了智能红外遥控电风扇的设计思想，希望使智能红外遥控电风扇得到进一步改善，使其具有便利和节能的特点，更有利于人们的使用。本系统将STC89C51 单片机作为方案核心，人们通过红外遥控器可以远程调控温度阈值；当前温度的值会在LCD1602 液晶显示；通过人体感应模块检测人体信号，当人离开后倒计时30 秒会自动关闭；并运用DS18B20 来实行进行温度检测，依据温度测得的数值和提前设置好的温度阈值相比较，风扇将会自动调速；不仅如此，该设计还保留手动按键对温度阈值的调节键，使用按键也可以调控温度，使之更具人性化，满足不同类型人群的需要。

本课题将智能红外遥控电风扇作为研究目标，目的在于通过红外线控制电风扇，使人们操作更加便利，节约时间；还具有根据温度大小自动调速的功能，不仅对人们的生活带来便利，还具有环保功能。

1 基本原理

1.1 系统整体框架结构图

该系统是由STC89C51 单片机、人体感应模块、温度传感器模块、液晶显示模块和红外线模块等组成的。该系统可以通过红外遥控控制电风扇，还装有人体感应装置，当人离开后能自动关闭电风扇，不仅如此，它还可以依据温度的变化来自动调理风速，非常智能、便利。

智能红外遥控电风扇以单片机为核心，当前气温的大小可以由温度传感器测试得知，使用按键或红外遥控设置温度，转速会随之改变。下面是框图功能介绍：

（1）红外对管：红外对管包含红外发射管、红外接收，红外线的发送是通过遥控按钮来进行的，接收是由红外接收管负责，通过红外遥控可以实现对温度范围的设置。

图1 整体框架结构图

（2）LCD1602 显示屏：不仅通过显示屏可以看到检测到的当前温度，还可以知道对温度范围的设定，显示屏上可看到是否检测到有人存在。

（3）STC89C51 单片机：所有的功能模块都有此单片机进行集中控制。

（4）风扇驱动电路：自动控制下单片机通过判断人体感应、温度感应、红外感应来对电风扇进行控制；也可以通过按键来设置温度阈值来使风扇转速发生变化。

（5）电源电路：电源是用来提供电量使所有器件都能工作。

（6）独立按键操作电路：通过按键对电风扇的温度进行加减控制，设置温度的规定范围。

（7）温度传感器：通过对当前的温度检测来改变风扇的转速。

（8）人体感应：若检测是到无人存在的话，则会倒数30 秒，风扇自动停止。

1.2 核心器件选择

单片机可以把所需要的部件集合在一起，能够准确有效地执行设计人员规定的任务。单片机逻辑运算及编程功能强大、性能稳定、操作简单[1]，其内部模块和计算机的功能相近，例如内存、CPU、并线总线，只不过这些性能与电脑相比弱很多，因此又称之为单片机微型计算机。单片机易上手，学习者刚入门经常采用51 系列。经济的快速发展、电子工业的进步，单片机作为电子行业设计者使用最广泛的电子元件，在生活中随处都可以看见它的身影，从彩电、冰箱、电风扇、电梯等家用电器。单片机类型也数不胜数，它们各具特色，使人们应用有更多选择。

智能红外遥控电风扇操纵的开发芯片采用STC89C51 单片机。由于STC89C51 单片机价格低廉、集成度高等等，可以满足智能红外遥控电风扇需要的功能和特性指标并完美的运行此系统。此款单片机结构简单、容易上手，它的功能也很完备，很适合用来开发和学习。

尽管51 系列单片机有许多的特色及优点，但其缺点仍然显眼。51 单片机保护性能脆弱，芯片非常容易烧坏；虽然I/O 口脚使用起来简单，但驱动能力弱。51 单片机属于入门级别，结构简单、方便学习和上手，但对于开发高端的产品就不适用。

由于51 单片机学习起来简单易懂，硬件设计方面也很方便并且I/O 口操作简单，一般的设计运用它已足够，网上关于它的资料也很丰富，STC89C51 搭配LCD1602 显示屏使用，使我们可以明了知道此时系统的性能。价格便宜、性价比高，程序烧写起来简单，配合人体感应模块、温度传感器模块、红外线模块、液晶显示模块等就可以实现智能红外遥控电风扇的所有功能。

1.3 系统方案比较

（1）温度传感器

方案一：热敏电阻是敏感性元件，温度不同阻值也会不同。所以，可使用其来检测温度。检测到传感器阻值将其变换成模拟信号。将模拟信号换成数字信号，处理器算出相应温度。但热敏电阻和温度呈非线性关系，且温度变化偏差大，且在信号的收集、放大、变换过程中也会存在误差，所以不适合本系统。

方案二：采用数字传感器DS18B20。与传统热敏电阻相比较，不同之处是它用集成芯片与单总线技术，使外部干预降低，使准确性得到提升。此时，可以把所测温度直接转成串行数字信号，接着实行微机处理。简易接口，抗干扰性强。所以就选方案二作为测量温度元件。

（2）显示电路

方案一：选择数码管。它展现清晰、成本低。然而电力的消耗与液晶显示屏相比显得更多，而且显示的内容单一。

方案二：液晶显示屏。显示多种内容，比如字符和图形。本系统是对温度范围进行设定，显示屏显示温度的上限制与下限值，所以选择方案二。

（3）基于温度控制

每个人对温度感受的效果都是不一样的，此系统可以根据人们的意愿对温度的上限值、下限值进行设定，更具人性化。此系统温度可使用按钮或则遥控器进行控制，控制方式多，更加方便。

（4）基于风速控制

用户对温度范围大小进行设定，风扇将会自动调节作出小风、大风、停机动作，改变了传统的只能依靠手动按钮调节风速，更加智能化。

2 系统硬件电路的设计

2.1 人体感应模块

为了使智能红外遥控电风扇更智能化，加入了人体感应模块。最初，热释红外感应2 脚会进行扩充当进入到OP1, 随后OP2 会与C2 的耦合进行二级放大,双向幅度检测器把COP1 和COP2 处置后，运转延时定时器前先测有效触发信号，输出信号会进过R3 被单片机处置。输出了的延时周期被R12 进行调节，将会接着延长一周期当Vs 在延时内产生上跳跃，电容想更好控制定时器，假设Vs 一直处于高电平，那么可由P10 在单片机内进行处理。可用R13 来进行距离调控，最大调控范围至7 米左右。

2.2 DS18B20 温度传感器

操纵电风扇的速度依据此刻温度，所以本系统就采用了DS18B20 温度传感器。DS18B20 是单线传感器，当传输开漏输出时，倘若没有接电源，那么就要求数据线强上拉为它供电，让其变为高电平；相反，接通电源后，这需要接一个上拉电阻。上拉电阻通常为比较大，取值为10k。

2.3 红外线接收头

智能红外遥控电风扇的设计采用红外线对温度范围大小进行调节，因此使用红外接收头。红外光很轻易能干预接收头，因此将供应电两端（VCC 和GND）都并联上电容为电解电容还有瓷片电容；OUT 接上拉电阻，使信号更具稳定性；VCC 连的串联电阻和电容合并成RC，起到限制电流和降低电压的作用，从而使接收头更稳定。采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms 的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms 的组合表示二进制的“1”[2]，红外解码关键是识别“0”和“1”，根据码的格式，应该等待9ms 的起始码和4.5ms 的结果码完成后才能读码。

2.4 系统电路

该智能红外遥控电风扇的设计主要由风扇驱动电路、红外线接头、LCD 液晶显示电路、温度传感器、人体感应模块、STC89C51 单片机晶振复位电路组成。STC89C51 单片机通过温度传感器检测当前温度，用红外遥控来设定温度范围，用人体感应模块检测人体存在与否，这时候会在液晶屏上显示这些数据。

3 系统软件设计

3.1 Proteus 软件简介

Proteus 软件是英国Lab Center Electronics 公司开发的EDA 工具软件[3]。其动态是基于帧还有动画，所以给我们提供了非常好的视觉效果，它的运行和现实中的硬件非常像，为我们提供一个与现实相近的环境。大多数高校都使用Proteus 来训练、指导学生，在Proteus 系统里制作完成后再去实践，提高了效率且完成了伦理到实际的完整设计。

虽说Protues 仿真里面的元器件库与实物差不多也很齐全，但是它和实物还是有一定区别的，Proteus 只是运行图，比如有些仿真正常实物却不通过，所以，尽管它功能非常大并且容易理解，但是它还是有些缺点的。

3.2 Keil μVision4 简介

Keil C51 是美国Keil Software 公司出品的51 系列兼容单片机C 语言软件开发系统[4]。C 语言易于学习使用、移植性强，首先运用汇编语言进行C 语言开发，会感觉更加深刻。Keil C51不仅有强大功能除错工具而且其语句很紧密容易理解，在开发时能把其便利及优势显示出来。

智能红外遥控风扇使用2009 年发布的Keil Vision4 软件。跟之前版本进行对比，增加了更多功能：

（1）设备周边缓存器的信息得以显示；

（2）多项目工作区简洁；

（3）多重窗除错窗口的建立。

3.3 主程序的设计

上电复位后将端口、器件初始化，然后将温度数据发送给DS18B20，检测到此刻的当前温度，将其数据显示于LCD1602 液晶屏上。液晶屏的第一行对当前温度数值大小进行显示，第二行显示温度的最大限值和温度的最小限制；当检测到人时屏幕上会出现数字Y，当数字变为N 时为人离开；屏幕上还有定时30 秒，当倒计时结束时风扇呈现关闭状态。

自动下可以根据我们设定的温度范围数值大小对其转速自动调节。自动调速：若当前温度比温度阈值小，将会关闭风扇、不转动；当前温度处于设定的阈值之间，风扇会缓慢运转；当前温度大于温度阈值，风扇将加速运转。此系统中还加入人体感应，当人走后30 秒自动关闭风扇，很符合当代节能的特点。

为了使智能红外遥控电风扇的操作更方便快捷，提供了手动按键控制和红外线遥控控制。该系统一个有三个按键，切换键是移动调节地址，加、减键是对值大小进行调节，红外线遥控跟按钮按键功能一样，都是运用加键、减键、切换键对温度范围值大小进行设置。

4 系统校验

4.1 系统仿真

在Proteus 仿真中用按键来代替人体感应模块接在单片机P1.3 口。

（1）LCD 模块：运用的是LCD1602，显示温度和检测是否有人存在。

（2）温度感应：使用了DS18b20 温度传感器，该器件可以对当前温度进行检测。

（3）当接通电源以后，系统会在自动控制状态，此时系统能根据当前温度大小自动调节转速。液晶屏显示Y 则表示有人存在。

4.2 硬件调试

接通电源开机时如图2 所示。这时候液晶屏左下角显示最高温度，右下角显示最低温度；左上角为倒计时30 秒，中间显示当前检测到的温度，右上角是对感应到人的显示；位于51 单片机处的为重置按钮；底下三个连续黑色按钮从左到右分别为减、加、切换按钮。按下切换键后，光标显示在最高温处，可以通过加键、减键设置。再一次按下切换按键，光标移动到温度最小值处，使用加、减键设置最小温度值。最后，再次按切换键结束设置。

图2 开机界面

遥控器的第三排蓝色按钮从左到右分别为减、加、切换键，如图3 所示，遥控器的操作功能及效果和按键按钮一样。液晶屏右上角Y 表示感应到有人存在；当人离开时，液晶屏右上角显示N，倒计时三十秒自动关闭风扇。此外，当检测到的当前温度大于温度最大值时，风扇快速转动；当前温度处于温度阈值之间时，风扇缓慢运转；当前温度比温度阈值小时，风扇停止转动。

图3 遥控器设置最高温度

5 结论

智能红外遥控电风扇的设计，包含LCD1602 液晶屏、STC89C51 单片机、温度传感器、人体感应、红外传感器和C 语言。运用红外线遥控、温度感应、人体感应等功能完成智能红外遥控电风扇的设计，此设计不仅对人们的生活带来便利，还具有环保功能。

该设计可以扩展到各式各样电机控制系统，电动机的转速调节在生产和生活中都具有举足轻重的地位，将它运用于日常生活中，将会给生活带来便利，如果将其用到工业中，可以实现生产自动化。红外遥控也在各种家用电器中非常普遍，此次设计也来源于生活，有利于研究和推广。