智能加湿、摆头的台式电风扇电路设计*

王鹏亮 ， 安国昊 ， 夏永祥

（甘肃机电职业技术学院，甘肃 天水 741001）

进入新世纪，我国倡导科技兴国、创新发展，极大地带动了国内经济的发展，人民的生活水平逐步得到提高，尤其是家庭使用的生活物品，悄然发生着变化，智能化电子设备进入人们的生活，使得一些传统的机械化电子设备逐渐退出历史舞台。课题组设计了一款基于Arduino加湿智能控制的台式电风扇，详细介绍了该电风扇的电路设计过程，通过系统传感器电路、网络模块电路、加湿模块电路、摆头模块电路的规划设计，实现电风扇的智能化：智能开机、智能待机、智能空气加湿、智能选择风速和智能摆头。本设计使电风扇给人们带来更多的功能体验，以满足人们对电风扇新功能的需求。

1 主要电路设计

1.1 系统总电路规划[1]

本课题组设计的智能加湿、摆头电风扇，采用Arduino为集成电路主板。在Arduino 主板上集成有温度及湿度监测模块、加湿模块、智能摆头模块和WiFi模块。各模块之间通过Arduino微处理器进行控制协调，实现系统的智能开机、智能待机、智能空气加湿、智能选择风速和智能摆头。本课题组设计的智能加湿、摆头电风扇的整个电路系统结构如图1所示。

图1 智能加湿、摆头电风扇电路结构图

1.2 Arduino微处理器电路的设计[2]

Arduino主板采用STM32单片机作为整个系统的微处理器，微处理器是整个系统的组织、控制和运算中心，是整个系统的大脑。Arduino微处理器电路示意图如图2所示。Arduino主板上集成的各个电路模块在微处理器系统的协调、组织和控制下正常进行工作，实现系统的各项功能。Arduino微处理器电路设计框架如图3所示。

图2 Arduino微处理器电路示意图

图3 Arduino微处理器电路设计框架图

1.3 传感器电路的设计[2]

传感器电路设计与实现主要包括温度传感器电路、湿度传感器电路。传感器电路主要用于检测、采集外界数据信号，并将采集的模拟信号通过A/D转换电路转换为具体对应的电信号，再将转换后的电信号传输到Arduino微处理器进行处理，Arduino微处理器接收到的具体电信号的强弱根据预案库中事件处理机制自动做出不同的选择和执行结果，以实现智能电风扇的各项功能[3]。温度、湿度监测模块电路设计示意图如图4所示。

图4 温度、湿度监测模块电路设计示意图

1.4 PIR电路模块设计

基于本课题组的电风扇集成有热释电红外传感器（PIR）模块。该模块能跟踪和探测人体红外线信号。该电路模块能实现待机、关机和智能摆头等功能。在电风扇开机正常转动状态下，如果PIR 模块在4 min内检测不到人体红外线，则电风扇会智能转换为待机状态，这样不仅可以节约电能而且还可以增加电风扇的使用寿命。在待机状态下，如果PIR 模块感应到人体红外线信号，则根据红外线信号来自的方向、强弱，自动调整摆头方向以正对红外线信号，然后将红外线信号经过调制器、A/D转换器放大转换为电流信号，然后将转换的电流信号传输到系统Arduino微处理器，Arduino微处理器依据接收到的电信号的取值来判断人的远近和方位从而让电风扇由待机状态切换为工作状态，风扇头转向人的方向，随人体走动自动调整电风扇头的方向，风扇头始终正对着人[2]。PIR电路模块框架示意图如图5所示。

图5 PIR电路模块框架示意图

1.5 智能转速调控电路设计

基于本课题组的电风扇集成有温度传感器模块，它可采集室内的温度数据。电风扇在工作状态下，温度传感器模块将采集到的温度数据样本转换为具体电信号传输给Arduino处理系统，当采集的温度值高于设置的自启温度值（预先设置）时，则Arduino处理系统依据接收到的该电信号强弱与人体舒适度所需风力来自动调节变频发动机的转速，模拟适宜的自然风，给人创造一个舒适的室内环境[4-5]。智能转速调控电路设计框架如图4所示。

1.6 智能加湿模块电路设计

基于本课题组的电风扇集成有湿度传感器检测模块。在电风扇处于工作状态下，湿度传感器将采集到的湿度数据样本转换为具体电信号传输给Arduino处理系统，当采集的湿度值低于或等于设置的自启湿度值（预先设置）时，则Arduino处理系统依据接收到的该电信号强弱来自动智能化调节加湿模块的功率大小，利用高频振荡1.7 Hz频率超声波将水雾化并扩散出去，不仅能使空气湿润而且在夏季能让电风扇吹出来的风更加凉爽。智能加湿模块电路设计框架如图4所示。

1.7 WiFi模块电路设计

WiFi模块设计与实现主要包括射频识别模块（RFID）的集成与调试，用于检测、跟踪、匹配和控制网络无线信号，用于远程控制智能电风扇。

1.8 驱动电路的设计

驱动电路主要负责继电器等部件的驱动工作，为确保继电器工作的稳定性和准确性，需要在该电路中加入相应模块以增强电路的抗干扰能力。

2 结语

我国一直强调科技强国、创新发展。习近平总书记也多次强调：“要着力实施创新驱动发展战略，抓住了创新，就抓住了牵动经济社会发展全局的‘牛鼻子’……通过创新培育发展新动力、塑造更多发挥先发优势的引领型发展。”[6]因此，应谨记习近平总书记的教导，在学习、工作、研发中都要做到创新、突破。本课题组就是结合电子技术、物联网技术在传统风扇的基础功能上进行了改良、突破，实现电风扇的智能化，为人们使用电风扇带来更多的功能体验，更加人性化。