本文基于“智能家居”的时代背景下，对常见家用电器--电风扇控制系统进行了创新和优化设计，以STC89C52单片机作为系统核心，除了采用传统的手动控制模式之外，添加了离线语音控制模式，采用LD3320语音识别芯片，该芯片可通过识别特定的词语从而进行对风扇的控制，用户不需要进行联网就可以语音控制风扇。另外，采用HC-SR501红外传感器来检测周围环境是否有人，实现了通过检测范围的有无人来控制风扇开启和关闭。使用PWM控制调速，应用到本系统，实现了风扇3档风速的自由控制。同时添加了DS18B20温度传感器以及LCD1602液晶显示模块等，实现了当前环境的温度以及风扇的控制模式、档位以及周围有无人的实时显示。

　　经测试验证，本文所设计的智能风扇可以语音控制和手动控制，可以实时了当前环境的温度，以及风扇当前的控制模式和风速。当用户离开系统检测范围，风扇自动关闭，用户进入检测范围，风扇开启。本设计噪音低，体积小，智能化，克服了传统手控风扇的缺点，同时还可以减少电力资源的损耗，提高了风扇的使用生命，提高了用户使用舒适度、便利性和安全性。

　　改革开放以来，我国的经济发展和科技水平得到了质的提高，通信、计算机等信息技术得到了迅速的发展，科技源于生活也服务于生活，科技给我们带来了更好的生活体验，也促进我们对提高生活质量的追求，人们开始追求更舒适、更便利、更安全、更现代化的生活方式。智能家居这一理念就悄悄进入我们的视野，市场上的智能家居产品数不胜数，智能变频空调、智能led灯、智能监控等等，但是鲜少看到关于家用电风扇的智能化改进。电风扇是我们家中不可缺少的散热电器。电风扇普遍价格低廉而且耗电小，且可以随意移动。风速还可以按用户的喜好来调整，吹出来的风凉爽但是又贴近自然风。虽然如今市场的风扇已经能够满足大部分需求，但是在安全、节能方面和便利方面仍需要进一步加强。

　　我们常见的电风扇一般只有四、五个档位，而且需要手动去按或者通过遥控器发出指令，只是按照人为的调节指令去转换成相应的档位，功能过于单一。同时手动控制存在一定的隐患，比如人们可能离开时没有关闭电风扇，一方面会造成电的损耗而且还可能会引发火灾，另一方面，电风扇长时间的使用会降低其的使用寿命。有时候，因为昼夜温差大，可能下半夜温度降低，不需要风扇来散热了。在睡梦中的我们可能懒于起身手动关闭风扇，这就可能会导致身体虚弱的群体感冒。如果有了一款可以人体感应以及语音控制的智能风扇，就可以解决以上的不足。人体感应可以检测周围有没有人，来控制风扇的开关，既可以节省电力资源又可以保障了用电安全，提高了风扇的使用寿命。而语音控制的风扇方便我们使用，不必再去手动或者使用遥控器去控制风扇。只用动动嘴巴，我们就可以对电风扇进行控制。这个设计在传统风扇的基础上加了一些创新功能，满足了更多的需求，提高了用户体验，也符合如今提倡绿色、节能、低碳和环保的社会。

　　本设计是基于STC89C52单片机，采用HC-SR501热释电红外感应、YS-LDV7语音识别模块、DS18B20温度传感器，实现对风扇进行语音控制以及使风扇具有感知能力，智能开启和关闭风扇，通过LCD1602液晶显示器还能实时反馈当前环境的温度，提高了风扇的智能性。

　　科技的快速发展带来了空调和风扇，为我们驱逐了炎热的夏天。尽管空调逐渐普及，且功能随着科技的发展已经越来越完善。但是相比电扇，空调带来了一种新的疾病—“空调病”，而且空调的使用会加剧温室效应。相比空调，电风扇有很多价格区间供消费者选择，也比较好操作，比空调节约电力资源，所以在中国仍然由很大的市场，电风扇结构相较简单，技术含量低，大量工厂投入生生产，因此市场竞争日趋激烈。由于智能家居概念的普及以及新的市场需求，我国对电风扇的优化很积极的，在舒适、节能、降噪方面已经有很大的进步。但是需要加以创新，结合新技术，让风扇走向智能化、人性化，能够满足更多环境和更多群体的需求。

　　智能化：语音识别技术现在已经在各领域都有了应用且已经越来越成熟。市场的语音电风扇都是物联网，一般都是连接了蓝牙，通过蓝牙再进行对风扇的控制，繁琐的步骤降低了用户体验，因此配备离线语音技术可以使风扇更智能化。

　　节能化：如果用户离开时没有关闭风扇，风扇会一直开启，不仅会有一定的安全隐患，还会造成一定的电力资源浪费，若是可以加入人体感应功能，在人离开检测范围后，风扇关闭，就可以在节约电力的又保障了安全，提高了风扇的使用寿命。

　　本文将研究基于S89C52单片机的语音风扇的设计。该设计采用两种控制模式，一是传统的手动模式、二是通过YS-LDV7实现语音识别来进行对风扇的控制，采用HC-SR501红外传感器来实现风扇的开启与关闭，采用DS18B20温度传感器实时检测周围环境温度等功能。

　　本文首先介绍本设计的研究的背景以及意义，对研究现状进行设想提出研究内容和目标。然后介绍了整体方案设计，确定了设计的主要模块构成以及功能，介绍了系统主要的元器件。接着介绍了整体硬件设计，介绍了每个模块的主要工作原理和功能。紧接着介绍软件设计，讲解了每个模块的功能是如何实现的以及每个模块的工作流程。最后介绍了调试过程，讲解了各模块是如何调试的以及最后整机调试。

　　第一章：绪言，简要介绍本设计的研究背景、目标和意义。为后文本程序功能的具体实现提供依据和铺垫。

　　第二章：系统方案设计，介绍了智能风扇设计的整体框架以及软硬件的结构框架和硬件元器件的选型。

　　第三章：系统硬件设计，展开介绍了智能风扇的电路图，讲解了各模块电路的元器件组成。

　　第四章：系统软件设计，展开介绍了实现设计的主程序和子程序介绍，讲解了各模块程序工作的流程。

　　第五章：系统实现与调试，这一章主要写了按照设计做出的实物，进行各模块调试、整机调试的过程以及调试结果，调试过程中碰到的困难和解决方案。

　　本次智能风扇设计的整体思路是以单片机为核心，通过温度传感器、液晶显示模块、语音识别模块、红外人体感应模块、按键调档调速模块组成。系统的功能结构图如图2-1所示。

　　温度传感器负责测量温度，将采集到的温度数据输出给单片机处理。语音识别模块用于采集声音数据，处理声音数据，进行指令对比，输出识别结果。人体感应模块通过检测人体红外线，来判断周围是否有人。电机驱动模块负责风扇的转动以及风速的输出。按键调档调速模块负责设置手动、语音控制模式、风速档位。液晶显示模块用于显示目前的控制模式、温度显示、风速档位显示和周围有无人显示。

　　1.系统有两种控制模式：手动控制模式和语音控制模式，面板上有一个模式切换键位，可以用来切换模式。

　　2.手动控制模式有四种风速档位，分别为“停止”、“慢档”、“中档”、“快档”，分别对应显示屏的“0”、“1”、“2”、“3”。在手动模式下，按下其中一个键，就切换到相应的档位。

　　3.在语音控制模式下，每次调速前，需要先说特定词汇“调档”，当指示灯亮起时，说出调换的档位，例如“快档”，则调换到快档。

　　4.人体感应模块，可以检测周围有无人，若检测到人离开，延迟一段时间风扇停止转动；若有人靠近，风扇则转动。

　　（3）根据人体感应模块传输的信号来控制风扇的开关。当用户离开检测范围，风扇关闭，用户进入检测范围，风扇开启。

　　本系统的单片机有温度、红外传感器、液晶显示器以及电机驱动等模块，因此需要考虑单片机的引脚数量，同时，实现人体感应模块需要用到中断控制，风扇的风速调控通过PWM来实现，因此单片机需要具备定时器和中断机制的功能。综上考虑，选用STC89C52作为系统控制核心，其运行速度快、抗干扰能力强、耗能少，STC89C52的引脚图如图2-2所示。

　　本系统要求检测周围环境的温度并实时显示在显示器上，温度检测的方式一般是热敏电阻和数字温度传感器，由于热敏电阻是通过将温度转为阻值再转为电压值，测量的误差较大，因此本系统采用DS18B20温度传感器，它直接将温度值转换为数字传输给单片机处理，它虽然体积超小，但是抗干扰程度高，且精度高。不仅可以直接读出被测温度，检测范围也很高，最低可以在-55℃的环境工作，最高可以在125℃的环境下测量，足够本系统的使用。DS18B20的封装结构如图2-3所示。

　　GND是电源地端；DQ端用来数字信号的输入和输出；VDD是电源的输入端。由于温度检测和输出温度数据都集成在一个芯片上，因此DS18B20的抗干扰能力较强。DS18B20的存储器资源形态共有ROM、RAM，其中ROM包含了芯片的唯一序列。表2-2是控制DS18B20的指令。

　　单个DS18B20时可以读ROM中8位产品代码、48位产品序列号和8位CRC码

　　系统要求实现可以通过感应周围有无人存在来控制风扇的开关，而一般的红外传感器只能检测到周围是否有障碍物，并不能分辨该障碍物是否是人。而HC-SR501红外传感器是可以检测到由人发射的特定波长10μm的红外线。所以当有人进入感应范围时，输入高电平，离开感应范围输出低电平。工作电压范围在4.5V到20V之间，适应性高，满足系统的需求。图2-4是HC-SR501的封装结构图，引脚1是GND，是电源地端；引脚2是DATA端，用来输出电平信号；引脚3是VCC端，是外接供电电源的输入端。

　　系统要求可以语音控制风扇，LD3320是可以识别关键字的声控芯片。只要以字符串的形式把关键字传入LD3320，芯片就可以识别这个关键词语。其可以在线编辑关键词，只要传进芯片后，下次识别就可以生效了。自带A/D和D/A通道，所以不需要外接AD芯片。支持编辑50条关键词。因此采用由LD3320、STC单片机组成的YS-LDV7模块，模块上有两个LED灯，一个代表芯片是否正常工作，另一个代表语音是否接收成功。LCD3320芯片的语音口令识别处理过程如图2-5所示。

　　系统要求显示器可以实时显示温度、风扇控制模式、档位以及周围有无人。数码管和液晶显示器都是比较经常使用的，虽然数码管操作简单，但是它容易损坏，一旦某一个发光二极管损坏，整个显示就不完整了。因此选用LCD1602液晶显示器，它可以显示字母、数字和符号，可以显示两行的内容，一行可以显示16个字符，且亮度可调节，满足本系统的需求。LCD1602的引脚图如图2-6所示

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