摘要：当前市场上销售的电风扇只能手动设置转速． 如果电风扇开启状态下使用者进入睡眠状态，随着环境的变化，轻则导致睡眠不适，重则使人生病感冒． 针对电风扇的这些缺点，提出了一种基于体感温度的自动调整转速的智能风扇系统． 系统通过传感器获取环境数据（温度、相对湿度），根据体感温度的舒适度模型，通过环境数据计算出人体舒适所需要的风速，根据风速控制单片机输出 PWM，利用 PWM 来实现控制风扇电机的转速，以达到自动、实时调整风扇转速的效果．
关键词：体感温度；温湿度传感器；智能风扇
引言
随着科技的发展，人们对家居的智能化与自动化要求也不断提高。电风扇作为一种常用的夏季降暑家用电器，除了简单的转速设定与定时功能，没有其他功能设置选项，已经无法满足使用者的需求。智能风扇的设计进入研究者的视线。
智能风扇的设计，一般都是基于环境温度来实现的，随着环境温度的变化，控制风扇转速，以实现风扇的智能化。然而实际环境中，影响人体舒适度的，除了温度外，湿度扮演了另一个十分重要的角色；夏季中，温度不是特别高的情况下，如果相对湿度很高，会感觉闷热，十分不适。
本文提出了一种基于体感温度的智能风扇系统，实现了风扇转速的自动控制，环境数据、风扇转速液晶显示。弥补了一般智能风扇的只基于环境温度，忽视相对湿度的缺点，提高了使用者的舒适度。
1.体感温度
体感温度，是指人体通过感觉器官，主要是皮肤对外界环境温度的感受。体感温度往往与实际测量的温度有偏差。它除了受环境温度的影响外，还受其他因素，如相对湿度、风速、太阳辐射的影响。仅考虑气象条件的影响下，体感温度的计算方法如下：
Tg = Ts + T（u）+ T（v）+ T（r）（1）
其中，Tg为体感温度，Ts 为环境温度，T（u）为相对湿度修正项，T（v）为风速修正项，T（r）为太阳辐射修正项，由于本文只考虑风扇的使用场景，风扇都在室内使用，所以太阳辐射的修正可以忽略。
关于 T（u）与 T（v）计算方法，有大量文献提出了不同的计算方法由于风扇是用来在炎热的夏季提升人体舒适度的工具，本文采用了基于人体舒适度的体感温度计算模型
2系统设计
为了实现温度、湿度数据收集、转速计算、风扇控制等一系列动作的智能化，需要中央处理器来处理，本系统中采用 C51 单片机作为中央处理器。为了实现内部数据（温度、湿度、风扇转速）的可视化，系统设计中添加了液晶显示器来显示各项数据．系统设计如图 1 所示。
图 1 系统设计结构图
单片机：由于本设计中，对单片机没特殊要求，基于软件程序的大小，所以选用 AT89C54。单片机引脚如图 2 所示
图 2 AT89C54 图 3手动复位电路
单片机的复位电路一般有分为上电复位，手动复位． 上电复位指单片机在上电瞬间，给复位引脚一个复位信号（一定时间的高电平或者低电平），以实现单片机的复位，待稳定后，单片机开始执行程序；手动复位指在单片机的复位引脚接一个按键，手动按下该按键使单片机复位． 本文设计中采用手动复位，风扇通电时，给单片机复位，发生故障时，能够手动重置单片机状态。手动复位电路图如图 3 所示晶振电路：单片机工作时钟需要晶体振荡器提供工作脉冲号，脉冲频率决定了单片机工作速度． 晶振电路如图 4 所示．液晶显示：采集的温度、湿度、以及现在的风扇转速，通过液晶显示屏显示．风扇驱动：风扇驱动采用 PWM（Pulse Width Modulation）控制直流电机的转速。由于 C51 单片机中没有 PWM 输出功能，本系统中采用定时器与软件控制来实现 PWM 的输出。
图 4晶振电路 图5 软件流程图
3 软件流程
单片机的软件设计流程如图 5 所示。
1）获取环境参数
单片机通过温湿度传感器，获取环境温度与湿度；
2）计算风扇转速
根据获取的环境参数，计算出舒适体感温度需要的理想风速；
3）控制风扇转
速根据理想风速，计算出风扇的转速；
4）延时
两次计算间的延时间隔。
4小结
针对普通电风扇的缺点，本文提出了一种基于体感温度的智能风扇设计方案． 通过传感器实时获取环境温度与湿度，计算出合适的风扇转速；通过单片机自动控制风扇转速。该设计能够根据环境的变化，自适应地控制风扇转速，达到风扇智能化的目的。
参考文献：
[1]陈富忠，翁桂琴． 智能温控调速风扇的设计［J］。上海电机学院学报，2009（04）：297~300．
[2]李娣娜，王洋． 一种简易温控智能风扇控制系统的设计［J］。现代电子技术，2012（21）：119~120．
[3]吴育军． 单片机 PWM 控制直流电机技术［J］。通讯世界，2016（17）：253~254.
论文作者:贾伟志
论文发表刊物:《电力设备》2018年第6期
论文发表时间:2018/7/2
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