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基于体表温度的自动调速风扇设计开题报告

 2020-02-10 23:39:25  

1. 研究目的与意义(文献综述)

炎热的夏季,电风扇成为人们消暑降温的主要工具,虽然空调的出现使得其市场缩小,但风扇并不能完全被取代。空调能够快速降低室温,但并不适用于体质较差的老人和儿童,且空调的使用和购买成本比电风扇高。因此,风扇依旧是人们更加经济的选择。电风扇降低体表温度的原理是加快空气流动,使人体体表水分蒸发加快,从而带走体表热量来达到降温的目的,相对于空调比较温和,更适宜体质较差的人群。

传统电风扇是手动控制的有级调速,风速恒定。由于夏季昼夜温差较大,白天气温较高,需要风扇转速快一些来降温消暑;夜间温度降低,需要风扇转速慢一些防止人们受凉,如果太慢又容易热醒影响睡眠,传统风扇每次都需要人们根据温度变化来手动调节风速,十分不方便,虽然风扇定时器的设计缓解了上面的部分问题,但定时器短板明显,不仅其定时时间有限制,而且定时器只能控制风扇的定时停止,并不能改变风速。此外,近年来,绿色、环保、节能成为社会的主流方向,风扇也日益趋于智能化、节能化。自动调速风扇的出现,使得这一系列问题得到有效解决,基于体表温度的自动调速风扇,能够实时采集人体体表温度信息,并将信息传回风扇,使电风扇能够根据体表温度信息自动进行调速,这不仅使人感觉舒适,防止着凉,而且能够有效节省电能,延长风扇的使用寿命。

在国内,自动调速风扇发展迅速,不断涌现出新的研究成果。从最开始的基于环境温度来控制风扇的启动和停止以及转速,到现在以人体温度为检测对象以实现更加精确的控制,检测的传感器日趋多样化,不再仅仅局限温度这参数,距离、光照度等也进入考虑范围。在控制方式上,早期国内主要采用双向可控硅来实现电机转速控制,通过控制可控硅的导通角来实现风扇调速,但这种方法会产生较大噪声,后来逐步开发出pwm控制方式,它通过控制pwm波的占空比来调节风扇驱动电压以实现调速。变频器的出现,使得变频调速变得更加方便简单,且噪声小,因而得到广泛应用。此外,自动调速风扇也不再仅仅局限于人体降温,电脑cpu冷却风扇也是其较普遍的一种应用。

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2. 研究的基本内容与方案

(一) 基本内容

1. 了解arduino系统的开发流程;

2. 查阅相关资料,提出合理的系统设计方案并论证;

3. 完成系统配置、硬件选型、硬件电路设计;

4. 完成软件设计,包括电动机控制部分,舵机控制部分,LCD显示部分,温度测量部分,蓝牙控制部分和超声波测距部分。

5. 完成系统调试,并对实验结果进行分析;

6. 根据设计需要绘制相关图纸,至少包括原理图,并提供主要元器件清单。

(二) 设计目标

设计基于Arduino平台,利用Arduino mini制作手环,控制蓝牙模块和温度传感器。利用Arduino UNO制作风扇控制板控制继电器、马达、舵机、超声波测距模块和蓝牙模块。手环采集人体体表温度,并通过蓝牙模块发送到风扇控制板,控制板通过超声波测距模块测量人体与风扇的距离,通过该距离和温度来控制马达转速,从而实现基于体表温度和距离的自动调速风扇。

(三) 拟采用的技术方案和措施

基于体表温度的自动调速风扇设计主要包括六个个部分:温度测量部分,超声波测距部分,电动机驱动部分,舵机控制部分,蓝牙控制部分 ,LCD显示部分。


1.整体框架图

如图1, 基于体表温度的自动调速风扇分为两大部分: Arduino主板和Arduino Rro Mini板。 Arduino Rro Mini板上主要包括温度传感器、蓝牙发送模块,实现温度采集并将数据传回Arduino主板的功能;Arduino主板上包含了蓝牙接收模块、舵机模块、电机驱动以及超声波测距模块,用于实现蓝牙数据接收,距离测量以及风扇摇头和自动调速功能。

2.系统流程图

接通电源后,先判断电机开关是否开启,若开启则风扇以默认风速运行,再判断模式切换按键是否按下,若按下则选择模式一,即蓝牙模式;若未被按下则选择模式二(补偿模式)。若开启补偿模式,则通过超声波测距的结果来调节风速,若开启蓝牙模式,则通过手环返回的温度值来调节风速.


3. 研究计划与安排

1-2周 查阅相关资料,进行知识储备;

3-4周 设计系统架构,完成开题报告;

5-8周 完成系统各子功能模块的开发;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] 《android案例实战》(卷三),李永华,王思野,清华大学出版社

[2] 《android轻松入门》,戴凤智,海玉,秦柱伟,化学工业出版社

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