基于单片机和蓝牙技术的智能遥控风扇的设计和研究

张雪侠，商 莹，张金博

（陕西国际商贸学院 陕西 西安 712046）

基于单片机和蓝牙技术的智能遥控风扇的设计和研究

张雪侠，商 莹，张金博

（陕西国际商贸学院 陕西 西安 712046）

该设计系统以STC15F2K61S2单片机为核心，将单片机、传感器、蓝牙和安卓系统等应用到智能遥控风扇的设计中。根据温度传感器来实现对室内温度的采集，实现与设定温度的比较，从而影响风扇的转速。同时，该系统根据红外敏感元件检测外界的人的因素，从而实现风扇的运行或停止，即实现风扇的智能控制。该设计还实现了蓝牙和手机安卓系统的结合，利用软件程序完成风扇的远程操作和风速控制。

STC15F2K61S2；温度传感器；智能遥控风扇；蓝牙

随着社会的快速发展，风扇作为一种普通的家用电器，在考虑到其具有价格便宜、体积小、质量轻、便于挪移等优点之外，也应当提高风扇的技术，从而提高其市场的竞争力。常见风扇大多采用手动操作调速或控制开关，对室内温度无法检测，仅仅根据人的实际操作完成电扇的控制，经常会出现当室内空无一人时，风扇依然开启的情况，这样不仅浪费资源，也降低了风扇的使用寿命。假如风扇可以根据人的存在与否而适时的运行或停止，并能够检测室内温度，根据人为设定的温度来调整风扇的转速，将会使风扇更贴近、便利我们的生活。将这些情况应用于风扇的控制系统中，从而实现风扇的智能化[1-3]。

1 整体设计

针对目前风扇的控制系统的缺陷，提出智能风扇的设计思路，实现风扇的运转速度控制的细化和人性化，当室温达到或超过人为设定的温度并且检测到有人时，风扇会自动开启，并且根据室温的变化来改变风速的大小；而当室温低于人为设定的温度时或没有人存在时，风扇将自动关闭。

通过对风扇的控制系统进行分析，提出了智能风扇的整体设计方法。本设计主要实现以下几个部分的功能：

1）风速控制功能：根据设置的温度实现电机转速的控制，调节风扇的风速大小，达到更好的降温效果。

2）远程遥控控制功能：通过手机安卓客户端和蓝牙技术进行远距离的控制风扇的调速以及运行和停止等运作状态。

3）实时温度显示功能：通过传感器实现当前环境温度的实时监测，并通过显示终端显示当前的室内温度及设定的温度，方便使用者参照室内温度来设定风扇开启时的温度[4-7]。

系统总体设计框图如图1所示，硬件部分由STC15F2K61S2单片机、红外温度传感器及蓝牙装置组成。通过红外温度传感器检测人的存在，并将人的信息传输到STC15F2K61S2单片机控制风扇的启动或停止，同时当风扇启动时检测室内当前温度并在显示屏上进行显示；通过蓝牙模块连接安卓客户端，传输相应信息控制风扇，实现风扇的远程控制。

图1 系统总体设计框图

2 硬件电路设计

2.1 单片机控制模块

智能遥控风扇采用STC15F2K61S2单片机作为核心控制器，控制并协调整个系统的正常运行。设计中采用DS1302时钟实时模块实现温度的实时显示和定时功能，通过DS1302提供给STC15F2K61S2单片机准确的时间信息，由单片机控制定时程序，完成遥控智能风扇的定时系统。DS1302芯片外接电路连接图如图2所示。

图2 DS1302芯片硬件电路图

通过DS1302的X2和X1引脚外接一个晶振电路，用来产生基准时钟信号，经过分频得到精确地秒信号，同时提高稳定性和效率，达到定时功能。

2.2 温度检测反馈和显示模块

选择DS18B20温度传感器实现实时温度的检测。通过被屏蔽或对反射光束的检测，光电传感器循环扫描采集人体红外信息，当光电传感器检测到人的存在并达到人为设定的温度时，将外界信息传输给STC15F2K61S2单片机，从而由STC15F2K61S2单片机控制开启风扇的指令。当检测不到人的存在并且这个状态持续很长一段时间时，风扇自动关闭以节省能源。

DS18B20和 DS1302将 温 度 信 息 送 入 到STC15F2K61S2芯片，再经过显示模块呈现当前温度和设定的温度值。

DS18B20通过一条输入线DQ实现其与单片机之间的信息传递，串联一个10KΩ的电阻，然后将输入端与单片机的P13口进行连接，完成温度信息的传输，而光电开关的OUT引脚与单片机的P32引脚相连。LCD5110的复位引脚RST与单片机P14口连接，DIN引脚作为数据输入端与单片机P17口连接[8-13]。

2.3 电机控制模块

电机的控制是整个控制系统中的一个重要的方面，它实现了风扇转速的控制。单片机内部自带PWM模块，STC15F2K61S2芯片从DS18B20获取温度信息，根据不同的设定温度，输出不同的PWM给驱动模块L298N，驱动模块L298N会有不同的PWM与转速对应，L298N根据相应的PWM使输出端电压发生改变，驱动风扇的输入电压发生改变，将其传输给风扇就可以控制风扇的转速，达到自己设定的温度值，风扇的转速几乎接近于无极变速。

驱动模块L298N的OUT1和OUT2分别作为风扇的数据输入端和输出端，IN+和IN-这两个引脚分别于电源和地线连接，而EN端与单片机的P13口连接，通过接收单片机输出的PWM信号，控制电机的转速和停转[14]。

2.4 蓝牙技术控制模块

在设计中植入了蓝牙模块，为此设计专门的安卓客户端，使人们可以远程对风扇进行遥控。要实现蓝牙模块和单片机的通讯，蓝牙模块与单片机直接连接，并且与手机客户端相互作用。将蓝牙模块中的TXD端与单片机中的RXD端连接，而蓝牙模块中的RXD端则与单片机中的TXD端连接，通过双向通信的蓝牙模块作用给芯片和手机，通过蓝牙传输给单片机采集到的数据，并且接收蓝牙手机的反馈[15]。

蓝牙模块由硬件和软件同时作用，可以通过手机控制风扇的运行，不仅可以实现风扇工作的定时，还可以设定温度控制风扇的转速。

3 软件程序的设计

为了实现对风扇的智能化控制要求，系统主程序通过模块初始化程序、红外光电显示程序、蓝牙控制程序、温度检测程序和LCD显示程序等功能实现。系统的主程序流程图如图3所示。

图3 主程序流程图

对DS18B20进行数据的初始化后，开始测量温度并且设置相应参数，内部温度处理系统调用相应的控制程序进行内部判断，输出数据并通过LCD显示。数字温度传感器模块程序流程图如图4所示。

图4 数字温度传感器模块程序流程图

单片机STC15F2K61S2通过调用相应的驱动程序来控制DS1302，程序要完成对DS1302寄存器的地址进行定义及写入控制字，以及对DS1302寄存器的数据进行读取。DS1302的初始化使SCLK为低电平，当设置为高电平时，数据传输开始。I/O线上的数据在SCLK的上升沿中被送入DS1302，写DS1302程序流程图如图5所示。

主机控制接口协议是主机的HCI驱动和控制主机位于蓝牙通信模块的固件之间的接口，其包括在蓝牙协议栈中，用在蓝牙通讯模块当中的硬件部分。RTS/CTS的作用是为了防止临时的UART缓冲区的溢出。蓝牙数据收发系统的程序流程如图6所示。

图5 写DS1302程序流程图

图6 蓝牙数据收发系统程序流程图

4 系统调试

根据系统电路原理图进行手动焊接电路，并将程序进行植入到系统。接通电源，启动风扇开关，调节风扇的运行模式，使其工作在一般模式即普通风扇的手动调速的模式，通过调节风扇的档位，改变风扇的转动速度。启动第二种运行模式即智能模式，通过蓝牙技术进行远程控制，使风扇运行在智能模式，显示屏显示出当前室温为25℃，设置比室温低的温度，传感器检测到人在，风扇开启；如果室温低于设定的温度，风扇停止转动，起到了很好的温度控制作用[16]。

5 结束语

本系统下的智能风扇可以根据温度的变化来调节自己的转速，使室内温度符合用户的需求同时也避免了不必要的浪费；智能风扇还可以根据室内有无人存在而进行开关键的转换；智能风扇将同时植入了蓝牙模块，只需安装为此节能风扇设计专门的安卓客户端，就可以使人们远程对风扇进行遥控，操纵开关，起到了遥控器的作用，极大地方便了人们的生活，使人机的互动变得更加方便。经过单片机的数据处理传递给显示屏进行作用，经过单片机中自设温度和室内温度的对比，决定风扇是否开启，以此来决定相应自设温度下不同的风扇转速。对直流电机的控制方法进一步的研究提供了基础。

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Design and research of intelligent remote control fan based on single chip microcomputer and bluetooth technology

ZHANG Xue-xia，SHANG Ying，ZHANG Jin-bo
（Shaanxi International Business College，Xi'an 712046，China）

STC15F2K61S2 single-chip microcomputer as the core，the design system will microcontroller，sensors，such as bluetooth and android is used in the design of the intelligent remote control fan.According to the temperature sensor to realize the collection of indoor temperature，with the comparison of set temperature，which affect the speed of the fan.At the same time，the system based on infrared sensor to detect human factors of the outside world，so as to realize the running of the fan or stop，which achieve the intelligent control fan.The design also to realize the combination of the bluetooth and mobile phone android，using software program to complete the fan remote operations and the wind speed control.

TN99

：A

：1674－6236（2017）05-0053-04

2016-03-21稿件编号：201603273

陕西国际商贸学院科研课题资助

张雪侠（1978—），女，安徽宿州人，硕士，讲师。研究方向：检测技术与自动化装置。