CN202690496U

CN202690496U - 一种基于温度和声音的电风扇控制装置

Info

Publication number: CN202690496U
Application number: CN 201220355191
Authority: CN
Inventors: 鲍军民
Original assignee: Zhejiang Business College
Current assignee: Zhejiang Business College
Priority date: 2012-07-18
Filing date: 2012-07-18
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2022-07-18

Abstract

本实用新型公开了一种基于温度和声音的电风扇控制装置，主要由电源插头、手控开关、数字温度传感器模块、声音采集模块、直流电源模块、温度显示模块、单片机模块和电机调速模块组成。本基于温度和声音的电风扇控制装置能够自动感测外界温度，通过电机调速模块输出相应的驱动信号，调节风扇电机转速，从而智能地改变电风扇出风速度。本实用新型具有省时省力，节约电能、简单实用，成本低廉等优点。

Description

一种基于温度和声音的电风扇控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种电风扇控制装置，具体涉及一种基于温度和声音的电风扇控制装置。

背景技术

目前，家用电风扇并没有随着空调的普及而淡出市场，依然拥有广大的市场份额，甚至出现跟空调相辅相成的现象。尽管电风扇有其市场优势，但传统电风扇依然有许多地方可以改良，例如普通电风扇不能根据环境温度的变化自动及时地调节风力大小，传统的机械旋钮式电风扇只能通过手动开关，操作不便。

实用新型内容

本实用新型目的在于克服普通电风扇控制装置不能根据温度的变化来自动地调节风力大小的不足，提供一种简单实用的具有温控声控功能的电风扇控制装置。该电风扇控制装置在工作时，能够感测并显示当前温度；当环境温度高于***内部设定的最低温度时，电风扇自动开启，同时根据温度的高低，单片机模块输出占空比可调的PWM信号来控制电机调速模块驱动风扇电机以不同速度运转，从而实现风速随温度变化的智能调节，既节省了电能消耗，又改善了用户的舒适度。为了方便使用，本电风扇控制装置还提供了一种声控手段供用户选择，当声控功能有效时，可以通过声音控制风扇电机的启停。

本实用新型的技术方案是：

一种基于温度和声音的电风扇控制装置，主要由电源插头6、手控开关5、数字温度传感器模块1、声音采集模块2、直流电源模块3、温度显示模块8、单片机模块4和电机调速模块7组成，其特征在于，单片机模块接收来自数字温度传感器和声音采集模块的信号后进行分析处理，再向电机调速模块输出控制信号，在该控制信号的作用下电机调速模块输出斩波式交流信号，驱动所连接的风扇电机以不同速度运转。

所述的一种基于温度和声音的电风扇控制装置，其特征在于，所述的控制信号为PWM信号，当环境温度高于温度上限值TH时PWM信号的占空比为100％，当环境温度低于温度下限值TL时PWM信号的占空比为0％，当环境温度处于上下限值之间时PWM信号的占空比通过线性插值计算获得。

所述的一种基于温度和声音的电风扇控制装置，其特征在于，所述的声音采集模块(2)采集到声音时，输出一个低电平信号触发单片机的外部中断；且单片机模块(4)有一个跳线开关可以对外部中断的允许与否进行设定。

所述的一种基于温度和声音的电风扇控制装置，其特征在于，数字温度传感器模块(1)采用数字式集成温度传感器DS18B20。

所述的一种基于温度和声音的电风扇控制装置，其特征在于，温度显示模块(8)采用三个共阴极数码管来显示当前温度，并且温度值的格式为2位整数加一位小数。

所述的一种基于温度和声音的电风扇控制装置，其特征在于，所述的直流电源模块(3)将220V的交流电进行降压、整流、稳压后变成5V的直流电，为数字温度传感器模块(1)、声音采集模块(2)和单片机模块(4)供电。

所述的一种基于温度和声音的电风扇控制装置，其特征在于，所述的电机调速模块(7)由光耦、双向可控硅等元件组成。

本实用新型的工作原理是：

本基于温度和声音的电风扇控制装置采用的电源为220V的单相交流电源，在电源线的火线上串有一个手控开关，通过此开关来控制整个装置的电源接通与断开。本控制装置的直流电源模块将220V的单相交流电进行降压、整流、稳压后变成5V的直流电，为数字温度传感器模块、声音采集模块和单片机模块供电。

本基于温度和声音的电风扇控制装置的数字温度传感器模块感测当前环境的温度，并将温度值以数字信号的形式发送给单片机模块，单片机模块接收到该信号后进行分析处理，向温度显示模块传输数据，在数码管上以2位整数和1位小数的形式显示当前的温度，同时向电机调速模块输出占空比可调的PWM信号，在PWM信号的控制下电机调速模块输出斩波式交流信号，驱动所连接的风扇电机以不同速度运转，实现风扇风速的调节。当PWM信号为高电平时，电机调速模块的双向可控硅导通，将从火线上输入的交流电加载到所连接风扇电机上，驱动风扇电机运转；当PWM信号为低电平时，电机调速模块的双向可控硅不导通，切断所连接风扇电机的电源，风扇电机停止运转。PWM信号周期设置的足够短而使用户察觉不到风扇开关状态的快速切换。改变PWM信号的占空比，在电机调速模块的驱动下，该模块所连接风扇电机的平均转速将相应地变化。

人体通过辐射、传导、对流、蒸发等方式散热，当环境温度上升到一定程度时，人体散热将变得较为困难，这时可通过吹风等方式帮助散热。在高温环境下可以通过适当的增加风力来加快散热，提高人体舒适度。本基于温度和声音的电风扇控制装置能够根据环境温度的变化智能地改变所连接风扇电机的转速。当感测到的环境温度高于设定的温度上限值TH时，单片机模块输出占空比为100％的PWM信号到电机调速模块，电机调速模块将交流电加载到风扇电机上，风扇电机全速运转；当感测到的环境温度低于设定的温度下限值TL时，单片机模块输出占空比为0％的PWM信号，从而使得风扇电机停止运转；当感测到的环境温度处于温度上下限值之间时，单片机模块输出PWM信号的占空比通过线性插值计算获得：D＝(T-TL)/(TH-TL)，其中T为环境温度，在PWM信号的控制下，电机调速模块驱动所连接风扇电机运转，使得风扇的平均转速和风力近似与该PWM信号的占空比成正比。本基于温度和声音的电风扇控制装置的PWM信号的输出在单片机模块软件的定时器中断服务程序中实现。

为方便操作，本基于温度和声音的电风扇控制装置提供一种声控功能供用户选择。单片机模块有一个跳线开关可以对外部中断的允许与否进行设定，当跳线开关未被短接时，声音控制功能有效；闭合手动开关，电源接通，当声音采集模块第一次采集到一定强度的声音信号后，将输出一个低电平信号，此信号连接到单片机模块外部中断输入端，触发外部中断服务程序的首次运行并启动定时器，从而实现PWM信号的输出，所接风扇电机正常工作；当声音采集模块第二次采集到有效信号时将关闭定时器，并控制电机调速模块切断所连接风扇电机的交流供电，风扇电机停止转动。当声音采集模块继续采集到有效信号时将触发风扇电机正常工作和停止的循环切换。声控功能仅适合在安静的环境中，当环境噪声较大时，用户可以通过短接跳线开关来禁止声控功能，此时***禁止外部中断并直接启动定时器，从而使得所接风扇电机正常工作。

本实用新型的优点是：

1、本实用新型可以根据外界温度自动对电风扇风速进行调节，无须人工调节，省时省力，且提高了用户的舒适度；

2、本实用新型能够在低温环境中自动关闭电风扇或者降低电风扇风速，节约电能；

3、本实用新型具有声控功能，可以通过声控实现远距离控制电风扇的启动与停止，同时用户可以通过跳线开关来关闭声音控制功能，保证了该装置的合理性以及实用性；

4、本实用新型能够实时地感测当前温度并在数码管上直观显示。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型基于温度和声音的电风扇控制装置的结构示意图。

图2为本实用新型基于温度和声音的电风扇控制装置的电机调速模块与声控功能选择电路结构示意图。

图3为本实用新型基于温度和声音的电风扇控制装置***初始化流程图。

图4为本实用新型基于温度和声音的电风扇控制装置的外部中断服务程序流程图。

图5为本实用新型基于温度和声音的电风扇控制装置的定时器中断服务程序流程图。

图6为本实用新型基于温度和声音的电风扇控制装置在31℃和30℃时单片机模块输出PWM信号的波形示意图。

具体实施方式

实施例：

如图1所示，本实用新型基于温度和声音的电风扇控制装置，主要由电源插头6、手控开关5、数字温度传感器模块1、声音采集模块2、直流电源模块3、温度显示模块8、单片机模块4和电机调速模块7组成。其中数字温度传感器模块由DS18B20以及上拉电阻组成，电机调速模块是由光耦MOC3041、双向可控硅以及其他元件组成，直流电源模块将220V的单相交流电进行降压、整流、稳压后变成5V的直流电，为数字温度传感器模块、声音采集模块和单片机模块供电。

如图2所示，电机调速模块接收单片机的控制信号并向所连接的风扇电机输出斩波式交流驱动信号。图2中，J1接交流电的火线，J2接风扇电机电源输入端。PWM控制信号从单片机的P1.4管脚输出后经过一个非门与电机调速模块的光耦MOC3041相连。当P1.4管脚输出高电平，光耦导通，进而触发双向可控硅T1的导通，将从火线上输入的交流电加载到所连接风扇电机上，驱动风扇电机运转；当P1.4管脚输出低电平，光耦截止，不触发双向可控硅导通，所连接电机从交流电源上断开而停止转动。

如图3所示，闭合手控开关，接通电源，单片机模块初始化，将声控标识符flag和循环周期数sp置零，并且初始化定时器0的定时周期为20ms，然后单片机模块向P1.4管脚输出一个低电平来控制电机调速模块切断所连接风扇电机的交流供电，风扇电机不运转。单片机模块读取管脚P1.2的电平状态并进行分析处理，若P1.2为高电平，则允许外部中断触发，否则禁止外部中断触发并启动定时器。

如图4所示，当外部声音触发声音采集模块输出低电平时，将触发单片机模块的外部中断。在该外部中断服务程序中，将声控标识符flag取反，然后判断flag是否为0，如果flag为0，那么停止定时器，同时向P1.4管脚输出一个低电平；如果flag为1，那么启动定时器。

一般人在环境温度25℃左右的情况下，感到最舒适，作为优选，可设定温度上下限值分别为35℃和25℃，这两个值保存在单片机的flash存储器中并可通过程序进行修改。

当定时器0启动后，将每隔20ms触发一次定时器0中断服务程序。如图5所示，在定时器0中断服务程序中，单片机模块通过数字温度传感器模块采集当前环境温度并将其与所设定的温度上下限值进行比较处理。当当前温度高于温度上限值时，单片机输出占空比为100％的PWM信号，电机调速模块的双向可控硅一直导通，所连接风扇电机全速运转，电风扇以最大风速工作；当当前温度低于温度下限值时，单片机模块输出占空比为0％的PWM信号，电机调速模块的双向可控硅不导通，风扇电机停止运转；当当前温度在温度上下限值之间时，PWM信号的占空比受当前温度控制，占空比D通过线性插值法计算获得，然后将循环周期数sp与10*D进行比较，若sp＜10*D，则输出高电平，反之输出低电平，然后对sp加1后再判断sp是否等于10，如果sp不等于10则直接跳出定时器程序，否则将sp重新置零后再跳出定时器程序。以定时器0中断服务程序循环运行10次为一个PWM周期，其周期长度为200ms。

如图6所示，如果环境温度为30℃，那么PWM信号的占空比为50％，即在200ms的周期内有100ms的时间输出高电平，这段时间内风扇电机运转，其余时间风扇电机不运转，此时风扇平均风速约为最大风速的50％；如果环境温度比30℃时上升了1℃，那么PWM信号的占空比变为60％，风扇电机在200ms的周期内有60％的时间运转，风扇平均风速上升为最大风速的约60％。

本实用新型声音控制功能的使能与否通过图6中的跳线开关S1来设置，跳线开关一端连接到地，另一端连接到单片机模块的P1.2管脚，并且P1.2管脚一侧还通过一个上拉电阻连接到电源VCC端。当跳线开关未被短接时，单片机模块的P1.2管脚被置为高电平，如果跳线开关被短接，那么单片机模块的P1.2管脚被置为低电平。这两种电平状态可以用来区分声音控制功能的使能与否。

本实用新型把所有模块集成装配在一块电路板上并用塑料盒封装后固定在风扇支架上。用户使用本实用新型来控制电风扇时，先插上电源插头，然后闭合手控开关，接通电源。

本基于温度和声音的电风扇控制装置经过初始化后，在数码管上显示当前温度值。如果跳线开关被短接，那么声音控制功能关闭，电风扇便会智能地根据当前温度以相应的风速工作。如果跳线开关未被短接，那么声音控制功能有效，可以通过声音来控制风扇电机的运转，此时用户通过拍手等方式发出声音信号，使声音采集模块输出一个低电平信号，触发单片机模块输出PWM控制信号使得电风扇根据当前温度以相应的风速工作；如果用户想关闭电风扇，可以再次拍手或其他方式发出声音信号，风扇电机将停止转动。当用户认为不需要吹风时，可以通过断开手控开关来关闭电源。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，对该基于温度和声音的电风扇控制装置的详细描述是说明性的而不是限定性的，因此在不脱离本实用新型总体构思下的变化和修改，应属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种基于温度和声音的电风扇控制装置，主要由电源插头(6)、手控开关(5)、数字温度传感器模块(1)、声音采集模块(2)、直流电源模块(3)、温度显示模块(8)、单片机模块(4)和电机调速模块(7)组成，其特征在于，单片机模块接收来自数字温度传感器和声音采集模块的信号后进行分析处理，再向电机调速模块输出控制信号，在该控制信号的作用下电机调速模块输出斩波式交流信号，驱动所连接的风扇电机以不同速度运转。

2.根据权利要求1所述的一种基于温度和声音的电风扇控制装置，其特征在于，所述的控制信号为PWM信号，当环境温度高于温度上限值TH时PWM信号的占空比为100％，当环境温度低于温度下限值TL时PWM信号的占空比为0％，当环境温度处于上下限值之间时PWM信号的占空比通过线性插值计算获得。

3.根据权利要求1所述的一种基于温度和声音的电风扇控制装置，其特征在于，所述的声音采集模块(2)采集到声音时，输出一个低电平信号触发单片机的外部中断；且单片机模块(4)有一个跳线开关可以对外部中断的允许与否进行设定。

4.根据权利要求1所述的一种基于温度和声音的电风扇控制装置，其特征在于，数字温度传感器模块(1)采用数字式集成温度传感器DS18B20。

5.根据权利要求1所述的一种基于温度和声音的电风扇控制装置，其特征在于，所述的温度显示模块(8)采用三个共阴极数码管来显示当前温度，并且温度值的格式为2位整数加一位小数。

6.根据权利要求1所述的一种基于温度和声音的电风扇控制装置，其特征在于，所述的直流电源模块(3)将220V的交流电进行降压、整流、稳压后变成5V的直流电，为数字温度传感器模块(1)、声音采集模块(2)和单片机模块(4)供电。

7.根据权利要求1所述的一种基于温度和声音的电风扇控制装置，其特征在于，所述的电机调速模块(7)由光耦、双向可控硅等元件组成。