嬰兒床智能風扇

引 言

在當下智能化生活的快速發(fā)展中，為嬰兒提供更體貼細心的照顧對于初為人母者或者嬰幼兒護士來說很有必要。風扇是夏季不可或缺的降溫工具，雖然傳統(tǒng)風扇在使用時可以對風速進行多個檔位的調(diào)節(jié)，但必須人為換檔，且傳統(tǒng)嬰兒床功能單一，大大降低了使用舒適度。本文設(shè)計了嬰兒床環(huán)境智能控溫控濕系統(tǒng)以解決上述問題。

系統(tǒng)采用單片機控制的溫濕度傳感器，用戶可以設(shè)定理想的空氣溫濕度值，風扇會根據(jù)用戶設(shè)定值調(diào)節(jié)風速以改變環(huán)境溫度，超聲波霧化器根據(jù)設(shè)定值工作以增加空氣濕度， 還可顯示實時溫度和濕度。這款智能化控溫控濕系統(tǒng)填補了傳統(tǒng)嬰兒床的空白，讓父母、護士對新生兒的照顧更加細致、簡單。

1 設(shè)計方案

該嬰兒床溫控濕控智能風扇采用 AT89S52 單片機，主要分為幾大硬件模塊，分別為溫度檢測模塊、濕度檢測模塊、繼電器、超聲波霧化模塊、紅外探測模塊、數(shù)碼管及主控板。功能主要通過編程實現(xiàn)。單片機將通過 DS18B2 模塊收集到的溫度和 HS1101 模塊 [1] 收集到的濕度發(fā)送給數(shù)碼管，顯示當前溫度值和濕度值后作相應(yīng)處理，并分別與用戶通過藍牙所設(shè)定的理想值相比較，再將比較結(jié)果傳遞給繼電器，實現(xiàn)高速齒輪、低速齒輪、停止齒輪的切換和超聲波霧化器的控制。將超聲波霧化器通過管道與風扇某端連接，霧氣通過扇葉進入空氣，提高空氣濕度。

2 硬件電路設(shè)計

2.1 單片機主控電路

本文采用 AT89S52作為主控板。該模板具有可編程FLASH存儲器，256BRAM 及 32 個 I/O 口 [2]。DS18B20 溫度模塊和 HS1101 濕度模塊分別用于收集嬰兒車的環(huán)境溫度和濕度，使用發(fā)光二極管顯示實時溫濕度，用戶可以通過藍牙 BLE4.0 設(shè)置環(huán)境溫濕度，這些功能均可借助手機和電腦上的 APP 實現(xiàn)。藍牙通信采用異步收發(fā)串行接口（UART）[2]。主控板 AT89S52 的空閑模式和掉電保護模式能夠滿足產(chǎn)品的低功耗要求。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架如圖 1 所示。

2.1.1 溫度檢測

DS18B20 模塊是感測溫度的核心。當該模塊給單片機返回“1”時，表示溫度轉(zhuǎn)換完成，否則返回“0”。之后單片機對數(shù)字作相應(yīng)處理并輸送給數(shù)碼管，顯示當前溫度。DQ 端口接 P3.3 口，具體如圖 2 所示。

2.1.2 濕度檢測

濕度檢測選用 HS1101 模塊。在溫度采集期間，傳感器放置在 555 振蕩器電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)換為與其成反比的電壓頻率信號 [3]。濕度采集如圖 3 所示。部分程序的實現(xiàn)如下 ：

2.1.3 數(shù)碼管顯示

數(shù)碼管顯示部分由 8 個普通數(shù)碼管、PNP 晶體管和電阻器組成。段代碼輸入借助單片機的 P0 端口，該位被選為 P2端口，驅(qū)動選用 8550 三極管。當 P0 端口用作 I/O 端口時，需要為每個 P0 端口加一個 10 kΩ 的上拉電阻。同時，為了防止燒壞數(shù)碼管，選擇在數(shù)碼管中添加一個 220 Ω 的限流電阻。P0 端口信號被發(fā)送到數(shù)碼管顯示器，數(shù)字管道通過 P2端口選擇，數(shù)管執(zhí)行逐位掃描以顯示當前溫度值。數(shù)碼管顯示電路如圖 4 所示。

2.1.4 藍牙模塊

采用 JDY-08 透傳模塊 [2] 進行藍牙通信，此模塊工作頻段為 2.4 GHz，基于藍牙 4.0 標準協(xié)議，選用 GFSK 調(diào)制方式，最遠發(fā)射距離為 80 m。在本文設(shè)計中，模塊的 P03，P02 分別與單片機上的 P3.0，P3.1 引腳連接，模塊引腳 P00 連接到微控制器上的 P1.0 引腳，用以進行藍牙通信和接收信號 [4]。用戶可以查看實時溫度和濕度，并在手機上設(shè)置溫度和濕度的上限和下限，或切換到手動模式進行控制。

2.1.5 紅外探測

紅外探測采用對射式光電開關(guān)、紅外發(fā)射管和紅外接收管配對，通過電路中的光線傳輸可知，當紅外線發(fā)射管和接收管被物體遮擋時，電路立即停止工作。以此特性可以判斷是否存在外界干擾。電機控制流程如圖 5 所示。

2.1.6 繼電器模塊

使用單片機的 P1.0 ～ P1.3 控制繼電器控制電路。上電默認為智能控溫控濕模式，當風扇通電時，P1.1 輸出低電平，011 開啟，繼電器 K2 被拉動，Kl 被釋放 [1]。單片機將檢測到的溫度（濕度）與用戶設(shè)置的上（下）限溫度（濕度）值進行比較，并在 P1.2 輸出相應(yīng)電平，再將該信號傳遞給繼電器，繼而驅(qū)動風扇或超聲波霧化器工作。按三次 S3 設(shè)置按切換到手動控制。電扇的風速可以通過定時器來控制，通過控制開關(guān)來改變。按 S4 設(shè)置鍵按鈕切換回智能模式。繼電器控制電路如圖 6 所示。

2.2 電源模塊

LM7805 集成穩(wěn)壓器用于為單片機提供 5 V 電源，220 V電源經(jīng)變壓器降壓、整流和濾波后送至 LM7805 穩(wěn)壓器。將470 μF 和 0.1 μF 電容連接到輸出以濾除紋波，之后可得到5 V 穩(wěn)壓電源。

2.3 超聲波霧化加濕器原理

將 200 萬次 /s 的超聲波高頻振蕩施加于加濕器上，并將水霧化成超微粒子和 1 ～ 5 μm 的負氧離子。濕度傳感器將實時檢測到的濕度傳給單片機并處理，之后將信息傳給超聲波智能霧化器進行霧化輸出或停止輸出操作。霧化器與風扇連接，水霧被扇葉帶到空氣中，使空氣被均勻加濕。該裝置主要由加濕霧化片、水箱、安全保護浮子、加濕器底座、大出霧口和調(diào)節(jié)旋鈕組成。

3 設(shè)計思想

MCU 重置并檢測 DSl8B20。類似地，HS1101 模塊執(zhí)行復(fù)位和檢測操作，并將兩組值轉(zhuǎn)換為七段代碼，以便在數(shù)碼管上顯示。將數(shù)值通過藍牙 BLE4.0 發(fā)送到用戶手機上，用戶通過手機設(shè)置溫濕度上下限。利用顯示子程序?qū)崿F(xiàn)顯示溫度的功能，在數(shù)碼管上逐位顯示溫度和濕度值。用戶可以根據(jù)需要設(shè)置風速檔的切換和上下限溫濕度值。在執(zhí)行程序過程中，連續(xù)比較、判斷當前溫度、濕度和設(shè)定動作溫度、濕 度，控制高速和低速齒輪中相應(yīng)繼電器的拉入和釋放以及超聲波霧化器的操作，以此實時控制風扇速度并改善環(huán)境濕度。本文系統(tǒng)還配備有一個紅外探頭，用于檢測出風范圍內(nèi)是否有人，若無人，則風扇將自動關(guān)閉。

4 結(jié) 語

本文以 AT89S52 單片機為核心實現(xiàn)根據(jù)溫濕度智能調(diào)控風扇的功能，可便捷地通過手機設(shè)定溫濕度上下限改善環(huán)境溫濕度，為嬰兒提供一個更舒適的環(huán)境，使嬰兒免受因溫度過高或過低而引起的傷風感冒，不僅讓家長省心，也能夠讓醫(yī)院為嬰兒提供更愜意、舒適的環(huán)境。