基于Arduino的测距测温智能风扇

史浩良1,李德清2郑宇航3

摘要：由于目前风扇智能化偏低、难以满足人们日益多样化的需求，本文基于传感器技术和单片机控制技术，综合利用PWM调速技术、Arduino单片机、数码管、超声波传感器和温度传感器，设计一款基于Arduino的智能测距测温风扇。风扇控制系统原理简单，工作稳定，既节能环保又提高了智能化。

关键词：单片机；超声波传感器；温度传感器模；智能风扇

0 引言

随着智能家居产业的发展，人们对家用电器的人性化设计要求越来越高。电风扇作为人们日常生活中常用的降温工具，由于其通风较好、功耗低且便于携带，在家庭、工厂乃至户外等多个场所得到广泛应用。如今国内的电风扇在外观和功能上相比传统风扇更加追求个性化，不仅外观不拘一格，而且增加了照明、紫外线杀菌、驱蚊、负离子等多种功能。但是这些风扇最突出的问题，是不能根据人所处的位置和环境温度的变化来自动调整风力的大小，节能功能欠缺。

现今温控智能电风扇的设计虽然已经有了一定基础，但是尚未完全成熟, 仍然有着很大的发展空间，因此，设计一款基于Arduino的测距测温智能风扇，既节能环保又提高了家居的智能化。该系统不止可以通过室内温度对风扇进行开关及转速控制，同时通过超声波传感器实现有人时风扇才会工作；如果没有人则不工作，达到节约资源的目的。

1 系统总体设计

1.1整体设计方案

系统主要采用Arduino作为主控制器，通过超声波传感器模块、温度传感器模块进行智能风扇控制，控制模块主要利用PWM调速技术通过可控硅对风扇直流电机进行开关和转速控制，同时通过数码管直观的显示风扇的工作状态等信息。

1.2 系统主要功能

实现一个既可以通过人体与风扇的距离控制开关，也可以通过环境温度控制开关的风扇，并且其还可以根据人体与风扇的距离远近和环境温度的高低控制风扇的转速，同时通过数码管进行显示，可以更加方便和直观的了解风扇的工作状态以及周围环境的温度。

2系统硬件介绍

2.1核心处理单元

本系统的核心处理单元主要由Arduino单片机及其外部电路组成。Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源硬件产品。具有丰富的接口、数字IO口、模拟IO口，同时支持SPI、IIC、UART串口通信，能通过各种各样的传感器来感知环境，和其他装置反馈来影响环境。

2.2超声波测距模块

本系统采用HC-SR04超声波传感器，将电压信号通过A/D转换成数字信号，与Arduino主控板连接实现人体与风扇距离的采集，可以实现当人出现在距离风扇设定的距离时，风扇自动开启关闭的功能，而且可以通过距离远近控制风扇的风速大小。

2.3温度检测模块

本系统采用DS18B20温度传感器，将温度信号转换成数字信号，与Arduino主控板连接实现环境温度的采集，可以实现当通环境温度达到设置的阈值时，风扇自动开启关闭的功能，而且可以通过室内温度的高低控制风扇的风速大小。

2.4电机驱动模块

本系统采用l9110S电机驱动板带130直流电动机，采用PWM调速方式实现风扇转速的调节。

2.5 数码管显示模块

通过数码管的接入可以更好有效的观察风扇的状态，例如温度、距离等状态，使得风扇可以被更好的控制和使用。

3 系统软件设计

本系统采用超声波传感器检测风扇与人体的距离、温度传感器检测环境温度，使传统的风扇变得智能，最终实现风扇的测距测温功能。该智能风扇设置有检测人的运动方向的HC-SR04超声波传感器，将电压信号通过A/D转换成1024位数字距离信号，与Arduino主控板连接。主控板Arduino的两个数字I/O口分别接HC-SR04超声波传感器的触发控制信号输入端和回响信号输出端，由主控板分析由超声波测距传感器采集到的数字距离信号，利用PWM技术通过可控硅对风扇电机进行开关和调速控制。人与风扇的距离改变，风力大小自动跟随改变，从而达到无须人为控制便可自动调整风力大小的效果。该智能风扇同时还设置有检测环境温度的DS18B20温度传感器，由主控板Arduino分析由温度传感器采集到的数字温度信号，通过可控硅对风扇电机进行开关和调速，环境温度升高，风力自动增大。

4 结论

本文主要采用Arduino单片机、超声波传感器、温度传感器等实现了一个新型智能风扇，可以根据人体与风扇的距离远近及环境温度自动控制的风扇运行，使其更加的智能便捷，给人们带来更好的体验。

参考文献:

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[2]张亦勋.基于红外测距仪的实现与设计[J].广州城市理工学院，2021

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[4] 赵苗慧,杨兵,张仪.基于单片机的感应式温控风扇设计[J].无线互联科技,2021,18(08): 40-41+59.

[5] 张文奎,孙小羊,易照龙,张小龙.智能控温无叶风扇的设计与实现[J].科技创新与应用,2021 (08):114-117

作者简介：

史浩良（2000.9.19-），男，汉族，江苏南京人，大连科技学院学士在读（电气工程及其自动化专业）。

李德清（1973.04.05-），女，汉族，辽宁朝阳人，学士（工业电气自动化专业），大连科技学院副教授，研究方向：智能控制、单片机控制等。

郑宇航（2002.01.27-），男，汉族，河南许昌人，大连科技学院学士在读（电气工程及其自动化专业）。

课题：2022年大学生创新创业训练计划项目  基于Arduino的测距测温智能风扇X202213207145