CN105179291A - 一种具有停转保护的交互式手势控制风扇及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有停转保护的交互式手势控制风扇通过红外对管开关模块、超声波测距模块和红外测距模块相结合，通过红外对管开关模块打开电子锁，通过测距模块测量人手与测距模块之间的距离、人手的速度、加速度，当人手处在测距传感器触发的距离范围之内时，单片机进行处理，通过简单的手势触发两组或多组测距模块，即可实现空中手势对定时时间、风扇速度、工作模式的调整；通过设置多个电子锁以此避免误操作。在近距离感应报警电路单元中设置多个红外对管，各个红外对管的感应方向不同，各个红外对管共用一个比较器输出口，当其中有一个或多个红外对管触发时，比较器即输出一高电平到单片机进行停转保护，当人手离开后，单片机处理并恢复报警触发前的状态。
Description
技术领域
本发明涉及一种电风扇，特别是一种具有停转保护的交互式手势控制风扇及其控制方法。
背景技术
在业界，对电风扇的转速的调节大部分是用人手通过触摸开关或者按键开关实现的。用户如果想对风扇风速进行调节，必须走到风扇旁边，非常不方便。
针对上述情况，市场上出现了一些通过遥控器进行控制的风扇，这些风扇虽然能够实现远距离控制风扇，但是该设计增加了家庭中的遥控器的数量，使用遥控器时必须将遥控器放在身边，以便能够随时使用，使用不方便。
随着技术的发展，市场上出现了通过摄像头对人体交互式手势进行捕捉，对风扇进行控制的技术，但是由于手势识别技术精确度比较低，交互式风扇价格昂贵，普及度不够，使其技术并未得到广泛推广。
发明内容
针对以上技术的不足与缺陷，本发明的目的旨在提供一种操作简单，便于推广，能够用远距离交互式手势控制的风扇。
本发明的目的是通过采用以下技术方案实现的：按此目的设计的一种具有停转保护的交互式手势控制风扇，其电路特征，包括近距离手势感应电路单元，近距离感应报警电路单元，触摸感应电路单元，时间指示灯电路单元，电机驱动电路单元，OLED显示电路单元，WiFi电路单元，报警提示电路单元，电源电路和电风扇。
其结构特征：用户近距离手势感应电路单元位于折叠支架的横向PCB板的两端，近距离感应报警电路单元位于横向PCB板的中间位置，时间指示灯电路单元分别位于横向PCB板上和竖向PCB板上，触摸感应电路单元位于折叠支架支撑底座的右脚上，OLED显示屏位于支撑底座的左脚位置，闭环控制的电机驱动电路单元，WiFi电路单元和报警提示电路单元位于主控板上，主控板和锂电池位于折叠支架的底座内部，外接电源接口位于支撑底座右脚上，电风扇位于折叠支架的顶端。
所述近距离手势感应电路单元，包括红外对管、比较器芯片、动作指示灯、工作指示灯、电位器、电阻；当人手处在红外对管感应的预设距离范围内时，比较器将一高电平送至单片机，同时动作指示灯动作发光提示，当人手处在预设的距离范围之外时，比较器将一低电平送至单片机，同时动作指示灯熄灭；由此可以实现近距离手势感应对定时时间、风扇速度、工作模式的调整；工作指示灯位于红外对管旁，用于在夜间提示红外对管的位置；可以通过调节电位器阻值的大小来调整红外对管的感应距离。
所述近距离感应报警电路单元的工作原理与近距离手势感应电路单元相同，这里不再复述。当人手进入到近距离感应报警电路单元的报警距离范围内时，比较器将一高电平送至单片机，电机驱动电路停止工作，电机停止转动，同时蜂鸣器工作发出声音，时间指示灯电路单元的LED灯闪烁进行提醒；当人手离开后，单片机进行处理并恢复报警触发前的状态。
所述近距离手势感应电路单元，可以通过超声波测距模块和红外测距模块替代红外对管模块，通过测距模块测量人手与测距模块之间的距离，当人手处在测距传感器触发的距离范围之内时，单片机进行处理，通过简单的手势触发两组或多组测距模块，即可实现空中手势对定时时间、风扇速度、工作模式的调整；通过设置多个电子锁以此避免误操作。
所述近距离手势感应电路单元，可以使用红外对管模块和测距模块相结合，通过红外对管模块打开电子锁，通过测距模块对定时时间、风扇速度、工作模式进行快速调整。当用手触发红外对管模块打开电子锁后进入对定时时间和电机速度的调整，通过数学建模建立距离与电机速度、定时时间之间的模型关系，即可通过测距模块对电机速度和定时时间进行快速调整，当通过测距模块设置好电机速度、定时时间后，通过红外对管模块关闭电子锁，以此避免误操作。
所述近距离手势感应电路单元，可以使用红外对管模块和测距模块相结合，通过红外对管模块打开电子锁，通过测距模块对定时时间、风扇速度、工作模式进行快速调整。通过测距模块在不同时间段里测量人手与测距模块之间的距离差值，即可测量人手相对于测距模块的移动速度，通过测距模块在不同时刻里测量人手相对于测距模块之间的速度差值，即可测量人手的移动加速度。通过对速度和加速度进行处理，即可实现对定时时间和电机速度的快速调整。
所述近距离感应报警电路单元，可以设置多个红外对管，各个红外对管的感应方向不同，红外对管共用一个比较器输出口，当其中有一个红外对管触发时，比较器输出一高电平到单片机进行停转保护。
所述触摸感应电路单元，包括贴片封装的红外对管、触发指示灯、电阻；当人手触摸到红外对管时，红外发射管发射的红外线部分被人手反射到红外对管的接收管中，通过单片机对红外对管集电极的AD值进行采集，当采集到的AD值小于预设的AD值时，则触摸有效，单片机进行处理，若大于预设的值时，则触摸无效，单片机不进行处理；由此可通过用手触摸对定时时间、风扇速度、工作模式进行调整。
所述时间指示灯电路单元，包括贴片封装的74H595芯片、电阻、电位器、光敏电阻和两组LED指示灯，每组LED指示灯包括8个LED灯，光敏电阻和电位器共同作用来调整时间指示灯的光线强弱。
其中，第一组指示灯中，第一个LED灯代表0.5h，第二个LED灯代表了1h,第三个LED灯代表了2h，第四个LED灯代表了4h,第五个LED灯代表了8h，第六个LED灯代表了16h,第七个LED灯代表了32h，第八个LED灯代表了64h；第二组指示灯中，第一个LED灯代表7分钟，第二个LED灯代表了15分钟,第三个LED灯代表了22分钟，第四个LED灯代表了30分钟,第五个LED灯代表了37分钟，第六个LED灯代表了45分钟,第七个LED灯代表了52分钟，第八个LED灯代表了59分钟。
用户可以通过手机和电脑客户端软件对定时时间、电机速度、工作模式进行快速设置。
所述OLED显示电路单元用来对风扇内部参数信息进行显示。
所述报警提示电路单元通过蜂鸣器和LED灯进行声光提示。
所述电源部分包括内部供电和外部供电，内部供电部分通过锂电池进行供电，外部供电部分通过常用的mini-USB数据线插座或其它插座与外部电源连接。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的逻辑框图1。
图3为本发明的逻辑框图2。
图4为触摸感应电路单元原理图。
图5为近距离手势感应电路单元原理图。
图6为近距离感应报警电路单元原理图。
图7、图8为时间指示灯电路单元原理图。
图9为通过触摸电路单元调整电机速度、定时时间和工作模式的程序框图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进一步描述。
第一实施例
参见图1—图9，本电风扇，其电路特征：包括，近距离手势感应电路单元2.1，近距离感应报警电路单元2.2，触摸感应电路单元1.6，时间指示灯电路单元2.3和2.4，WiFi电路单元，OLED显示电路单元，报警提示电路单元，闭环控制的电机驱动电路单元，电源电路和电风扇。
参见图1，其结构特征：用户近距离手势感应电路单元2.1位于折叠支架的横向PCB板4.2的两端，近距离感应报警电路单元2.2位于横向PCB板4.2的中间位置，时间指示灯电路单元2.4和2.3分别位于横向PCB板4.2上和竖向PCB板4.1上，触摸感应电路单元1.6位于折叠支架支撑底座4.4的右脚上，OLED显示屏1.3位于支撑底座4.4的左脚位置，闭环控制的电机驱动单元、WiFi电路单元和报警提示电路单元位于主控板上，主控板和锂电池位于折叠支架的支撑底座4.4内部，外接电源接口3.3位于支撑底座4.4右脚上，电风扇位于折叠支架的顶端。横向PCB板4.2通过一个旋转轴与竖向PCB板4.1连接，竖向PCB板4.1通过一个旋转轴与支撑臂4.3连接，支撑臂4.3通过一个旋转轴与支撑底座4.4连接，当旋转竖向PCB板4.1时，横向PCB板4.2将随竖向PCB板4.1的运动而运动，由此可以保持风扇的风向与近距离手势感应方向和近距离感应报警方向一致，可以单独旋转横向PCB板4.2，使其与竖向PCB板4.1产生一定的夹角，从而改变近距离手势感应方向和近距离感应报警方向。可以通过旋转竖向PCB板4.1、支撑臂4.3和支撑底座4.4的左右脚来调整风向和重心的位置，以保持其稳定；可以通过旋转折叠减小空间。
用户可以通过手机和电脑客户端软件对定时时间、电机速度和工作模式进行快速设置。
所述OLED显示电路单元用来对各个参数信息进行显示。
所述报警提示电路单元通过蜂鸣器和LED灯进行声光提示。
所述电源部分包括内部供电和外部供电，内部供电部分通过锂电池进行供电，外部供电部分通过常用的mini-USB数据线插座或其它插座与外部电源连接。
第二实施例
参见图4：上述触摸感应电路单元1.6分为三组相互独立的触摸感应模块，第一组触摸感应模块包括红外对管Opto1、动作指示灯LED2、电阻R2、R3、R5；红外对管Opto1的集电极与单片机IO口相连。
第二组触摸感应模块包括红外对管Opto2、LED指示灯LED3、电阻R7、R8、R9，第三组触摸感应模块包括红外对管Opto3、动作指示灯LED4、电阻R10、R11、R12；第二组触摸感应模块和第三组触摸感应模块的红外对管的集电极分别与单片机的IO口相连。
当用手触摸红外对管时，红外发射管发射的红外线部分被人手反射到红外对管的接收管中，通过单片机对红外对管集电极的AD值进行采集，当采集到的AD值小于预设的AD值时，则触摸有效，单片机进行处理，若大于预设的值时，则触摸无效，单片机不进行处理。由此可实现通过用手触摸对定时时间、风扇速度、工作模式进行调整。
由于动作指示灯和一个电阻与红外对管的接收管串联在一起，当人手触摸到红外对管时，红外接收管接收到的红外线越多，红外对管集电极和发射极之间的阻值越小，分得的压降越小，在动作指示灯上分得的压降越大，达到动作指示灯的导通压降后，动作指示灯发光指示。
如图9为通过触摸感应电路单元调整电机速度、定时时间和工作模式的程序框图。
三组触摸模块，当用手同时触摸第1、2组的红外对管时，单片机采集两组AD值，当触摸有效并且有效时间超过2秒后，打开电子锁并进入对定时时间和电机速度的调整，此时，当第一次触摸第3组红外对管并且触摸有效时，进入对电机速度的调整，此时，当人手单独触摸第1组的红外对管并且触摸有效时，电机速度持续增加，当人手单独触摸第2组的红外对管并且触摸有效时，电机速度持续减小。由此可通过触摸实现对电机的无极调速。
在打开电子锁并进入对定时时间和电机速度的调整后，此时，当第二次触摸第3组红外对管并且触摸有效时，进入对定时时间的调整，此时，当人手单独触摸第1组的红外对管并且触摸有效时，定时时间持续增加，当人手单独触摸第2组的红外对管并且触摸有效时，定时时间持续减小，由此可实现对定时时间的调整。
当对定时时间和电机速度的调整完成后，再次用手同时触摸第1、2组的红外对管，单片机采集两组AD值，当触摸有效并且有效时间超过2秒后，关闭电子锁并退出对时间和电机速度的调整，由此可以避免因为误触摸操作而改变定时时间和电机速度。在未打开电子锁时，当用手触摸第3组红外对管并且触摸有效时，即可实现对风扇工作模式的选择。
第三实施例
参见图5：近距离手势感应电路单元2.1包括比较器LM393U3，工作指示灯LED12、LED11，动作指示灯LED7、LED8，红外发射管LED10、LED9，红外接收管ACC3、ACC2，电位器SLIDER3、SLIDER2，电阻R25、R26、R27、R28、R29、R30、R31、R22、R23、R24；比较器U3的第1、7引脚分别与单片机的IO口相连。
参见图6：近距离感应报警电路单元2.2包括比较器LM393U2，动作指示灯LED5，红外发射管LED6，红外接收管ACC1，电位器SLIDER1，电阻R16、R17、R18、R19；比较器U2的第1引脚与单片机的IO口相连。
参见图5：近距离手势感应电路单元2.1，当人手处在红外对管感应的预设距离范围之内时，比较器U3动作将一高电平送至单片机，同时动作指示灯LED7/LED8发光提示；当人手处在预设的距离范围之外时，比较器U3将一低电平送至单片机，同时动作指示灯LED7/LED8熄灭，由此可实现近距离手势感应对定时时间、风扇速度、工作模式的调整；工作指示灯LED12和LED11位于红外对管旁，用于在夜间提示红外对管的位置；可以通过调节电位器阻值的大小来调整红外对管的感应距离。
参见图6：近距离感应报警电路单元2.2的工作原理与近距离手势感应电路单元2.1相同，但是预设的感应距离比近距离手势感应电路单元2.1小。当人手进入到近距离感应报警电路单元2.2的报警距离范围内时，比较器U2的第1引脚输出高电平到单片机，单片机处理并进行停转保护，电机驱动电路停止工作，电机停止转动，同时蜂鸣器工作发出声音，时间指示电路单元2.3和2.4的LED灯闪烁进行提醒。当人手离开后，比较器将一低电平送至单片机，单片机进行处理，恢复报警触发前的状态。
在近距离感应报警电路单元中，设置多个红外对管，各个红外对管的感应方向不同，红外对管共用一个比较器输出口，即当其中有一个或多个红外对管被触发时，比较器就输出一高电平到单片机进行停转保护。
当人手进入到近距离手势感应电路单元2.1预设的感应距离而未达到近距离感应报警电路单元2.2的感应距离，即可实现对定时时间、风扇速度、模式选择的调整。
同理，近距离感应电路单元2.1对定时时间和电机速度调整的程序框图与图9通过触摸电路单元调整速度、定时时间和模式选择的程序框图类似，这里不再复述。
所述近距离手势感应电路单元，可以通过超声波测距模块和红外测距模块替代红外对管模块，通过测距模块测量人手与测距模块之间的距离，当人手处在测距传感器触发的距离范围之内时，单片机进行处理，通过简单的手势触发两组或多组测距模块，即可实现空中手势对定时时间、风扇速度、工作模式的调整；通过设置多个电子锁以此避免误操作。
第四实施例
所述近距离手势感应电路单元，可以使用红外对管模块和测距模块相结合，通过红外对管模块打开电子锁，通过测距模块对定时时间、风扇速度、工作模式进行快速调整。当用手触发红外对管模块打开电子锁后进入对定时时间和电机速度的调整，当对电机速度进行调整时，通过建立距离与电机速度之间的模型关系，例如，当测距模块在两秒内测得人手与测距传感器之间的有效距离为30cm，误差范围为+—3cm时，则此时对应的电机速度为45，当测距模块在两秒内测得的人手与测距传感器之间的有效距离为40cm，误差范围为+—3cm时，则此时对应的速度为60，通过数学建模建立距离与电机速度之间的模型关系，即可通过测距模块对电机速度进行快速调整，当通过测距模块设置好电机速度后，通过红外对管模块关闭电子锁，以此避免误操作。
同理，当用手触发红外对管模块打开电子锁后进入对定时时间和电机速度的调整，当对定时时间进行调整时，通过建立距离与定时时间之间的模型关系，例如，当测距模块在两秒内测得人手与测距传感器之间的有效距离为40cm，误差范围为+—3cm时，则此时对应的定时时间为4h，当测距模块在两秒内测得人手与测距传感器之间的有效距离为50cm，误差范围为+—3cm时，则此时对应的定时时间为8h，通过数学建模建立距离与定时时间之间的模型关系，即可通过测距模块对定时时间进行快速调整，当通过测距模块设置好定时时间后，通过红外对管模块关闭电子锁，以此避免误操作。
第五实施例
所述近距离手势感应电路单元，可以使用红外对管模块和测距模块相结合，通过红外对管模块打开电子锁，通过测距模块对定时时间、风扇速度、工作模式进行快速调整。通过测距模块在不同时间段里测量人手与测距模块之间的距离差值，即可测量人手相对于测距模块的移动速度，通过测距模块在不同时刻里测得人手相对于测距模块之间的速度差值，即可测量人手的移动加速度。通过对速度和加速度进行处理，即可实现对定时时间和电机速度的快速调整。例如：当对定时时间进行调整时，通过人手由远及近，实现定时时间持续减少，人手由近及远，实现定时时间持续增加，人手移动速度变化越快，定时时间变化越大。通过数学建模建立速度、加速度与定时时间之间的模型关系，即可通过测距模块实现对定时时间进行快速调整，当通过测距模块设置好定时时间后，通过红外对管模块关闭电子锁，以此避免误操作。同理，对风扇速度的调整方式与对定时时间的调整方式类似。
第六实施例
参见图7：时间指示灯电路单元2.3包括74HC595芯片U4、LED指示灯LED13、LED15、LED17、LED19、LED21、LED23、LED25、LED27，电阻R32、R34、R36、R38、R40、R42、R44、R46，电位器SLIDER4，光敏电阻RS2；芯片U4第12、11、14引脚分别与单片机的IO口相连。
参见图8：时间指示灯电路单元2.4包括74HC595芯片U5、LED指示灯LED14、LED16、LED18、LED20、LED22、LED24、LED26、LED28，电阻R33、R35、R37、R39、R41、R43、R45、R47，电位器SLIDER5，光敏电阻RS3；芯片U5第12、11、14引脚分别与单片机的IO口相连。
在时间指示灯电路单元2.3中，第一个LED灯代表0.5h，第二个LED灯代表了1h,第三个LED灯代表了2h，第四个LED灯代表了4h,第五个LED灯代表了8h，第六个LED灯代表了16h,第七个LED灯代表了32h，第八个LED灯代表了64h。在时间指示灯电路单元2.4中，第一个LED灯代表7分钟，第二个LED灯代表了15分钟,第三个LED灯代表了22分钟，第四个LED灯代表了30分钟,第五个LED灯代表了37分钟，第六个LED灯代表了45分钟,第七个LED灯代表了52分钟，第八个LED灯代表了59分钟。在时间指示灯电路单元2.3和2.4中，光敏电阻和电位器通过并联共同作用来调整时间指示灯的光线强弱。当在晚上时，光敏电阻阻值增大，光敏电阻和电位器并联阻值增大，LED时间指示灯亮度减小，在白天，亮度增加，由此可以实现光照补偿。
例如：当定时时间为10小时53分钟，则时间指示灯电路单元2.3的前五个LED灯被点亮，时间指示灯电路单元2.4的前七个LED灯被点亮；当时间逐渐减少，被点亮的指示灯逐渐熄灭，当定时时间为6小时32分钟时，时间指示灯电路单元2.3的前四个LED灯点亮，时间指示灯电路单元2.4的前四个指示灯被点亮。
当通过近距离手势感应或者触摸感应进行速度调整时，时间指示灯电路单元2.4通过模拟流水灯流动进行风速反馈，当调整后的风速越大，流水灯流动速度越快；当退出对风速的调整时，时间指示灯电路单元2.4对剩余时间进行提示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；凡是依本发明所作的等效变化与修改，都被本发明权利要求书的范围所覆盖。
Claims (10)
1.一种具有停转保护的交互式手势控制风扇及其控制方法，包括用户控制电路单元和电机驱动电路单元，其特征是通过测距传感器检测人手与测距传感器之间的距离，当人手处在测距传感器触发的距离范围之内时，单片机进行处理，通过简单的手势触发三组或多组测距传感器，即可实现空中手势对定时时间、风扇速度、工作模式的调整。
2.根据权利要求1所述的一种具有停转保护的交互式手势控制风扇，其特征在于：所述用户控制电路单元包括近距离手势感应电路单元，近距离感应警报电路单元，触摸感应电路单元，时间指示灯电路单元，报警提示电路单元，OLED显示电路单元，WiFi电路单元，电源电路和电风扇。
3.根据权利要求1所述的一种具有停转保护的交互式手势控制风扇，其特征在于：用户近距离手势感应电路单元位于折叠支架的横向PCB板的两端，近距离感应报警电路单元位于横向PCB板的中间位置，时间指示灯电路单元分别位于横向PCB板上和竖向PCB板上，触摸感应电路单元位于折叠支架支撑底座的右脚上，OLED显示屏位于支撑底座的左脚位置，闭环控制的电机驱动电路单元，WiFi电路单元，报警提示电路单元位于主控板上，主控板和锂电池位于折叠支架的底座内部，外接电源接口位于支撑底座右脚上，电风扇位于折叠支架的顶端，横向PCB板通过一个旋转轴与竖向PCB板连接，竖向PCB板通过一个旋转轴与支撑臂连接，支撑臂通过一个旋转轴与支撑底座连接，当旋转竖向PCB板时，横向PCB板将随竖向PCB板的运动而运动，由此可以保持风扇的风向与近距离手势感应方向和近距离感应报警方向一致，可以单独旋转横向PCB板，使其与竖向PCB板产生一定的夹角，从而改变近距离手势感应方向和近距离感应报警方向，可以通过旋转竖向PCB板、支撑臂和支撑底座的左右脚来调整风向和重心的位置，以保持其稳定；可以通过旋转折叠减小空间。
4.根据权利要求2所述的一种具有停转保护的交互式手势控制风扇，其特征在于：所述近距离手势感应电路单元中设有比较器，红外对管，指示灯，电位器，电位器用来调节其感应距离，比较器的输出端与单片机的一个引脚连接。
5.根据权利要求2所述的一种具有停转保护的交互式手势控制风扇，其特征在于：所述近距离手势感应电路单元中红外对管模块可用超声波测距模块和红外测距模块代替。
6.根据权利要求2所述的一种具有停转保护的交互式手势控制风扇，其特征在于：所述近距离感应警报电路单元中设置多个红外对管，各个红外对管的感应方向不同，各个红外对管共用一个比较器输出口，比较器的输出端与单片机的一个引脚连接。
7.根据权利要求2所述的一种具有停转保护的交互式手势控制风扇，其特征在于：所述触摸感应电路单元包括贴片封装的红外对管、触发指示灯、电阻，通过单片机对红外对管集电极的AD值进行采集。
8.根据权利要求2所述的一种具有停转保护的交互式手势控制风扇，其特征在于：所述时间指示灯电路单元，包括贴片封装的74H595芯片、电阻、电位器、光敏电阻和两组LED指示灯，每组LED指示灯包括8个LED灯，光敏电阻和电位器共同作用来调整时间指示灯的光线强弱。
9.根据权利要求1所述的一种具有停转保护的交互式手势控制风扇的控制方法，其特征在于：所述近距离手势感应电路单元，通过红外对管开关模块、超声波测距模块和红外测距模块相结合，通过红外对管开关模块打开电子锁，通过测距模块测量人手与测距模块之间的距离，人手的速度、加速度，当人手处在测距传感器触发的距离范围之内时，单片机进行处理，通过简单的手势触发两组或多组测距模块，即可实现空中手势对定时时间、风扇速度、工作模式的调整；通过设置多个电子锁以此避免误操作。
10.根据权利要求1所述的一种具有停转保护的交互式手势控制风扇的控制方法，其特征在于：所述触摸感应电路单元，通过单片机对红外对管集电极的AD值进行采集，当人手触摸到红外对管时，红外发射管发射的红外线部分被人手反射到红外对管的接收管中，通过单片机对红外对管集电极的AD值进行采集，当采集到的AD值小于预设的AD值时，则触摸有效，单片机进行处理，若大于预设的值时，则触摸无效，单片机不进行处理。
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