婴儿床智能风扇

引 言

在当下智能化生活的快速发展中，为婴儿提供更体贴细心的照顾对于初为人母者或者婴幼儿护士来说很有必要。风扇是夏季不可或缺的降温工具，虽然传统风扇在使用时可以对风速进行多个档位的调节，但必须人为换档，且传统婴儿床功能单一，大大降低了使用舒适度。本文设计了婴儿床环境智能控温控湿系统以解决上述问题。

系统采用单片机控制的温湿度传感器，用户可以设定理想的空气温湿度值，风扇会根据用户设定值调节风速以改变环境温度，超声波雾化器根据设定值工作以增加空气湿度， 还可显示实时温度和湿度。这款智能化控温控湿系统填补了传统婴儿床的空白，让父母、护士对新生儿的照顾更加细致、简单。

1 设计方案

该婴儿床温控湿控智能风扇采用 AT89S52 单片机，主要分为几大硬件模块，分别为温度检测模块、湿度检测模块、继电器、超声波雾化模块、红外探测模块、数码管及主控板。功能主要通过编程实现。单片机将通过 DS18B2 模块收集到的温度和 HS1101 模块 [1] 收集到的湿度发送给数码管，显示当前温度值和湿度值后作相应处理，并分别与用户通过蓝牙所设定的理想值相比较，再将比较结果传递给继电器，实现高速齿轮、低速齿轮、停止齿轮的切换和超声波雾化器的控制。将超声波雾化器通过管道与风扇某端连接，雾气通过扇叶进入空气，提高空气湿度。

2 硬件电路设计

2.1 单片机主控电路

本文采用 AT89S52作为主控板。该模板具有可编程FLASH存储器，256BRAM 及 32 个 I/O 口 [2]。DS18B20 温度模块和 HS1101 湿度模块分别用于收集婴儿车的环境温度和湿度，使用发光二极管显示实时温湿度，用户可以通过蓝牙 BLE4.0 设置环境温湿度，这些功能均可借助手机和电脑上的 APP 实现。蓝牙通信采用异步收发串行接口（UART）[2]。主控板 AT89S52 的空闲模式和掉电保护模式能够满足产品的低功耗要求。系统结构框架如图 1 所示。

2.1.1 温度检测

DS18B20 模块是感测温度的核心。当该模块给单片机返回“1”时，表示温度转换完成，否则返回“0”。之后单片机对数字作相应处理并输送给数码管，显示当前温度。DQ 端口接 P3.3 口，具体如图 2 所示。

2.1.2 湿度检测

湿度检测选用 HS1101 模块。在温度采集期间，传感器放置在 555 振荡器电路中，将电容值的变化转换为与其成反比的电压频率信号 [3]。湿度采集如图 3 所示。部分程序的实现如下 ：

2.1.3 数码管显示

数码管显示部分由 8 个普通数码管、PNP 晶体管和电阻器组成。段代码输入借助单片机的 P0 端口，该位被选为 P2端口，驱动选用 8550 三极管。当 P0 端口用作 I/O 端口时，需要为每个 P0 端口加一个 10 kΩ 的上拉电阻。同时，为了防止烧坏数码管，选择在数码管中添加一个 220 Ω 的限流电阻。P0 端口信号被发送到数码管显示器，数字管道通过 P2端口选择，数管执行逐位扫描以显示当前温度值。数码管显示电路如图 4 所示。

2.1.4 蓝牙模块

采用 JDY-08 透传模块 [2] 进行蓝牙通信，此模块工作频段为 2.4 GHz，基于蓝牙 4.0 标准协议，选用 GFSK 调制方式，最远发射距离为 80 m。在本文设计中，模块的 P03，P02 分别与单片机上的 P3.0，P3.1 引脚连接，模块引脚 P00 连接到微控制器上的 P1.0 引脚，用以进行蓝牙通信和接收信号 [4]。用户可以查看实时温度和湿度，并在手机上设置温度和湿度的上限和下限，或切换到手动模式进行控制。

2.1.5 红外探测

红外探测采用对射式光电开关、红外发射管和红外接收管配对，通过电路中的光线传输可知，当红外线发射管和接收管被物体遮挡时，电路立即停止工作。以此特性可以判断是否存在外界干扰。电机控制流程如图 5 所示。

2.1.6 继电器模块

使用单片机的 P1.0 ～ P1.3 控制继电器控制电路。上电默认为智能控温控湿模式，当风扇通电时，P1.1 输出低电平，011 开启，继电器 K2 被拉动，Kl 被释放 [1]。单片机将检测到的温度（湿度）与用户设置的上（下）限温度（湿度）值进行比较，并在 P1.2 输出相应电平，再将该信号传递给继电器，继而驱动风扇或超声波雾化器工作。按三次 S3 设置按切换到手动控制。电扇的风速可以通过定时器来控制，通过控制开关来改变。按 S4 设置键按钮切换回智能模式。继电器控制电路如图 6 所示。

2.2 电源模块

LM7805 集成稳压器用于为单片机提供 5 V 电源，220 V电源经变压器降压、整流和滤波后送至 LM7805 稳压器。将470 μF 和 0.1 μF 电容连接到输出以滤除纹波，之后可得到5 V 稳压电源。

2.3 超声波雾化加湿器原理

将 200 万次 /s 的超声波高频振荡施加于加湿器上，并将水雾化成超微粒子和 1 ～ 5 µm 的负氧离子。湿度传感器将实时检测到的湿度传给单片机并处理，之后将信息传给超声波智能雾化器进行雾化输出或停止输出操作。雾化器与风扇连接，水雾被扇叶带到空气中，使空气被均匀加湿。该装置主要由加湿雾化片、水箱、安全保护浮子、加湿器底座、大出雾口和调节旋钮组成。

3 设计思想

MCU 重置并检测 DSl8B20。类似地，HS1101 模块执行复位和检测操作，并将两组值转换为七段代码，以便在数码管上显示。将数值通过蓝牙 BLE4.0 发送到用户手机上，用户通过手机设置温湿度上下限。利用显示子程序实现显示温度的功能，在数码管上逐位显示温度和湿度值。用户可以根据需要设置风速档的切换和上下限温湿度值。在执行程序过程中，连续比较、判断当前温度、湿度和设定动作温度、湿 度，控制高速和低速齿轮中相应继电器的拉入和释放以及超声波雾化器的操作，以此实时控制风扇速度并改善环境湿度。本文系统还配备有一个红外探头，用于检测出风范围内是否有人，若无人，则风扇将自动关闭。

4 结 语

本文以 AT89S52 单片机为核心实现根据温湿度智能调控风扇的功能，可便捷地通过手机设定温湿度上下限改善环境温湿度，为婴儿提供一个更舒适的环境，使婴儿免受因温度过高或过低而引起的伤风感冒，不仅让家长省心，也能够让医院为婴儿提供更惬意、舒适的环境。