家用智能换气扇控制系统的设计

家用智能换气扇控制系统的设计

曾慧

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摘  要

在我国经济发展实力不断提高的背景下，人们的物质生活水平也有了明显的提升，对于生活的科技化需求更加严格，所以传统的家电已经无法满足人们的日常需求，正在逐渐退出历史舞台。当前，科学技术逐渐渗透到人们生活与工作的方方面面，智能家居系统也逐渐取代传统家居成为了人们生活中必不可少的一部分。还有就是人们对于室内空气质量有了更高的要求，所以在智能家居系统设计的过程中，必然会考虑到室内气体检测这一功能。

关键词：空气检测  换气扇  STM32单片机  智能家居

第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

本文基于人们的需求，借助相关技术设计出了一款智能换气扇控制系统。该系统的优势就是打破了传统人工调节开关的模式，能够自动检测室内环境中气体的成分以及浓度，一旦检测到有毒气体，且超出正常浓度就会及时打开通风排气装置。系统内部设置了多个传感器，用于检测室内气体并发送信号。之后传感器得到的信号就会传递给转换器等装置，在这些数据得到了精准的处理之后就会传递到控制模块，由该模块决定是否要打开换气扇，由此达到换气效果。

第二章 系统总体设计方案

2.1系统总体设计方案

在本系统设计的过程中，单片机是整体的核心部分，采用的是型号为STM32的单片机。该单片机的作用就是对室内的气体浓度等数据进行采集，在此基础上通过液晶显示屏展现出来。如若此时室内有害气体的浓度超过了预设的阈值，那么就要及时发出警报，以此提醒居民及时排气。

2.2元器件选型

2.2.1微控制器选型

方案一：选用的是型号为STC89C52的单片机，该单片机在设计的过程中可以提供一个体积较小的I/O端口，所以操作相对来说比较简单，整体性价比较高。但弊端就是可以输出的电流较小，无形中会影响到驱动器的工作效果。还有就是在设计过程中需要设置的电源电路比较复杂，需要消耗一定的时间。

方案二：使用的是型号为STM32F103C8T6的单片机进行设计，优势就是输出电流较大，且整个配置过程比较简单，给设计者节省了不少的时间。

通过对两种方案进行优劣势对比，最终选择的是后者。主要原因就是考虑到了输出电流，系统在实际使用的过程中对于输出电流的要求较高，而方案一并不能满足这一条件。还有就是综合情况来看，方案二的可行性更强，弊端会稍微少一些，所以最终选择的是方案二的单片机进行设计。

2.2.2空气质量检测模块选型

本文所设计的智能换气扇控制系统当中，气体传感器可以检测到的气体内容包括天然气、烟雾、甲醛等。

MQ-2烟雾传感器可以对空气中的烟雾、天然气等气体进行浓度上的检测，整体的灵敏度较高，所以检测的结果会更加准确一些。除此之外，有较长的使用寿命、电路简单等也是其优势。

该传感器可以对空气中的二氧化碳、甲醛等气体进行检测。

2.2.3换气风扇选型

综合多种类型的考量，最终选择的是导管排气型，设计的过程中呈现45°横切导流口，目的就是要更加广泛地吸收四周的空气，以此尽可能准确地判断室内空气的成分与浓度，这样也可以有效地保证换气范围最大化。设计的过程中还设置了自翻转式的逆风挡片，目的是避免出现空气回流的情况。

2.2.4显示模块选型

在本文所设计的家用型智能换气扇控制系统当中，需要借助一块显示屏用于显示各项数据的检测结果，并显示出当前室内气体的浓度等情况，便于用户的查看与使用。所以显示模块的设计在初期也形成了多个方案，具体如下：

方案一：使用的是LED进行扫描显示，这种设计方案最大的优势就是性价比较高，但弊端就是显示的内容比较单一。

方案二：显示屏采用LCD1602，这种显示模块的弊端相对来说会更多一些，不仅显示的内容非常有限，还会偶尔出现漏光现象，使用体验感较差。

方案三：使用OLED显示屏模块，除了可以显示出数字信息之外，还可以显示出简单的中文信息，信息内容更加全面。还有就是操作表简单，可行性较强，具体可参照下图所示。

出于系统对于显示模块的需求、设计的难易程度等因素的考量，最终选择的是最后一个设计方案。

2.2.5无线控制模块选型

遥控模块的设计在前期也形成了两种方式，其中之一就是远程控制方式。想要达到远程控制的效果就必须要使用一种体积较小的GSM模块，只需要插入手机SIM卡即可使用。因为需要在控制之后将信息发送给用户，所以最终选择使用的是SIM800C通信模块。

其二就是近处控制，这种控制模式下只需要借助蓝牙即可，在本系统设计的过程中使用的是HC-05蓝牙模块，其作用同样是控制换气风扇启动与关闭。但因为是近处的控制系统，所以通信距离必须保持在10m的范围内，超出这一距离就会影响到蓝牙的使用。下图所示的就是本系统控制模块中的蓝牙实物。

第三章 系统调试及结果

3.1调试步骤

步骤一：硬件部分的调试。

硬件部分的调试第一步要检查是否准确地连接了电源电路，并且要始终保持电源连接的持续性。第二步要做的是对每一个子控制模块的组件完好程度进行检查，观察其功能是否可以顺利完成，同时也要观察是否存在电路板损坏的情况。

（1）在对传感器进行调试的过程中，要先让其处于开启状态，在之后的一段时间内再进行检测。

SIM800C通信模块在调试的过程中需要插入一个移动手机卡，只要能满足2G ，网络使用要求即可。

步骤二：软件部分的调试

在完成了硬件部分的调试之后就要进入到软件部分的调试阶段。在软件调试的过程中使用的是keil5软件，通过该软件可以观察系统的所有最小程序是否正处于正常工作状态。在此基础上需要对每一个模块的信息进行实时检查与收集，确保数据的完整与稳定性。下图所示的就是软件调试的主要界面。

3.2系统室内测试结果

室内测试过程中，主要是对系统的通风以及冷却风扇的工作情况进行了测试。对整个系统进行测试就是为了及时发现系统中存在的问题，并提出对应的解决措施，这样就可以确保系统可以正常投入使用，并延长使用寿命。

测试的第一步就是传感器是否可以灵敏地检测到室内的有害气体，如若能够及时检测是空气中存在的一氧化碳等气体，则会立马显示出来，此时就说明系统的基础功能可以实现。第二步就是在检测到了空气中的有害气体之后，就要让引脚输出一个高电平，只有这样才能够触发继电器，让继电器提供启动命令给换气风扇。整个模拟实验的过程中观察的是各个环节之间配合的紧凑性。如若要检测的是空气内的甲醛和二氧化碳的浓度，同样是让系统对空气内的这些有害气体进行检测，当然需要在前期预设一个阈值，一旦实际检测的数据超出了这一范围，那么就要在及时发出警报之后再立刻启动排气扇。过程中需要观察实际检测结果的误差以及反应速度等。

结  论

本文主要就是以设计智能换气扇控制系统为核心内容展开了探讨与分析。在实际设计的过程中，采用了STM32单片机以及大量的传感器，前者是整个系统的核心，大量的传感器则是帮助系统实现各项功能的关键。经过测试之后发现各项功能都可以实现，与前期制定的设计方案符合，但在实际功能上还有待进一步完善与优化。

参考文献

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[4]梁永能,区长钊. 一种恒风量节能家用换气扇的设计[J]. 家电科技,2019,(08):80-81.