孙文 朱若兰 林侠 孙夕雨
（宿州学院 机械与电子工程学院 安徽宿州）
【摘要】
基于51单片机的智能风扇主要由控制模块、红外传感模块、温度传感模块、按键控制模块、电机模块、显示模块六个部分组成。控制模块通过传感模块对环境信息进行实时采集集，控制模块通过STC89C52RC芯片对数据进行分析，对风扇工作状态进行控制。通过由传感模块和控制模块构成的开环控制系统对电机驱动模块进行持续调节，使智能风扇时刻保持最适风速、实现自动开关机、自动调节风向等功能。
【关键词】 STC89C52RC单片机、HC-SR501红外模块、DHT11温度模块、PWM控制、电机驱动
一、设计背景及意义
1.背景：
在夏天风扇是生活中必不可少的设备，然而目前风扇基本都是只有三个风速且不能自动改变风速的大小，不能自动关闭，造成对能源的浪费和对人体的健康造成一些影响，还有可能使使用者得病。因此，我决定研发一款智能风扇设计，实现对人体的追踪和根据室内温度自动调节风速，并且可以设置风扇停止运行最低温度，使在深夜低温条件下，最大限度保证人体健康，以及减少能源的浪费。
2.意义：
本设计可以实现根据室内温度变化自动调节风扇转速，从而时刻保正使用者即使在睡着后，也能享受最适风速，避免因风速过大而造成感冒等健康问题。另外，本设计在温度较低和风扇前长时间无人使用时，自动停止风扇运行，减少能源浪费，符合国家节能环保的要求。
二、模块介绍
1. HC-SR501红外模块
HC-SR501红外模块为人体热释电红外传感器，可通过检测热释电控制开关闭合。
热释电效应同压电效应类似，是指由于温度的变化而引起晶体表面荷电的现象。热释电传感器是对温度敏感的传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，在元件 两个表面做成电极，在传感器监测范围内温度有ΔT的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷ΔQ，即在两电极之间产生一微弱的电压ΔV。由于它的输出 阻抗极高，在传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷ΔQ会被空气中的离子所结合而消失，即当环境温度稳定不变时，ΔT=0，则传感 器无输出。当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，产生ΔT，则有ΔT输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出了。所以 这种传感器检测人体或者动物的活动传感。 由实验证明，传感器不加光学透镜(也称菲涅尔透镜)，其检测距离小于2m，而加上光学透镜后，其检测距离可大于7m。
2. DHT11温度模块
DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8?位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11?传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP?内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20?米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则
DHT11数字温湿度传感器一次完整的数据传输为40bit,高位先出。
数据格式为8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和。数据传送正确时校验和数据等于“8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的末8位。用户MCU发送一次开始信号后,DHT11从低功耗模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束后,DHT11发送响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号采集,用户可选择读取部分数据.从模式下,DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集,如果没有接收到主机发送开始信号,DHT11不会主动进行温湿度采集，采集数据后转换到低速模式。
3.主控模块
主控模块采用STC89C52RC 单片机为主控芯片，通过该芯片完成对传感器数据的接收与处理、完成电机驱动控制。
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图一 主控模块电路原理图
三、硬件设计
1.电源电路
稳压电路由TPS7350芯片和TPS7333芯片构成，输入电压为7.2V，通过TPS7350芯片将7.2V转为5V，再通过TPS7333将5V转为3.3V，由此给主控芯片、传感模块及电机驱动供电。
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图二 电源电路原理图
2.电机驱动
电机驱动电路由电源电路和升压电路以及开关控制电路构成。
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图三 电机驱动电路原理图
四、系统框图
1.系统框图
基于51单片机的智能风扇主要由控制模块、红外传感模块、温度传感模块、按键控制模块、电机模块、显示模块六个部分组成。
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图四 系统整体框图
五、元器件安装及调试
1.元器件安装
根据电路原理图，将相应元器件焊接在在电路板上，完成硬件电路制作。再根据程序引脚设置，将相应传感器模块以及电机驱动通过杜邦线链接，实现开环控制和人机交互。
2.硬件调试
通电后观察各电源指示灯是否正常，不正常则使用万能表检测电路。硬件电路正常情况下，将程序下载如STC89C52中，调试相关标志位参数。
【参考文献】
[1] 郭天祥.新概念单片机C语言教程：入门、提高、开发、拓展全攻略.北京：电子工业出版社，2009.
[2] 基于DS18B20的智能测温系统的设计.贾海云.电脑知识与技术.2021,17(09)
宿州学院省级大学生创新创业训练计划项目资助 S202010379147.