自古以來，隨著人類現(xiàn)代社會和科技的飛速進(jìn)步、電子信息技術(shù)、控制技術(shù)等技術(shù)的不斷增加，社會信息逐漸加速，它使人們的生活、工作、學(xué)習(xí)和交流變得越來越相互關(guān)聯(lián)與密切。信息以及大數(shù)據(jù)的社會正在改變?nèi)藗兊姆N種生活習(xí)慣和各種工作方法。與此同時我們發(fā)現(xiàn)，它也挑戰(zhàn)了我們傳統(tǒng)的許多家用電器，經(jīng)過調(diào)查，我們知道了如今人們對家用電器的需求不再只是一個簡單的物質(zhì)需求與簡單的功能，更多關(guān)注和需求的是一種高度安全，令人感到舒適、美觀、并且易于操作的智能家電。因此，智能家電已成為一種令人向往的發(fā)展趨勢。

我們也知道：在炎熱的夏天，常見普通的風(fēng)扇為人們的生活帶來了很多便利，并且一般的電風(fēng)扇只有手動去調(diào)速和機(jī)械檔的手動開關(guān)來調(diào)速。在夏季和夜晚溫度下降后，人們有時候會因熟睡而忘記關(guān)閉電風(fēng)扇，當(dāng)溫度緩慢降低時，普通風(fēng)扇卻不能依據(jù)溫度的變化而改變其轉(zhuǎn)速，然而智能溫控電風(fēng)扇可以做到這一點(diǎn)，根據(jù)室內(nèi)環(huán)境溫度自動控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。為了讓風(fēng)扇更貼近人們的生活，開發(fā)一種以柔和的聲音和新型智能電風(fēng)扇控制系統(tǒng)是非常迫切的。通過數(shù)字溫度傳感器對外界環(huán)境溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，從而建立一個控制系統(tǒng)，使電風(fēng)扇隨溫度的變化而自動調(diào)節(jié)檔位，實現(xiàn)“溫度高、風(fēng)力大、溫度低、風(fēng)力弱”的性能。另外，通過紅外發(fā)射和接收裝置及按鍵實現(xiàn)各種功能的啟動與關(guān)閉，并且可對各種功能實現(xiàn)遙控，用戶可以在一定范圍內(nèi)設(shè)置電風(fēng)扇的最低工作溫度，當(dāng)溫度低于所設(shè)置溫度時，電風(fēng)扇將自動關(guān)閉，當(dāng)高于此溫度時電風(fēng)扇又將重新啟動。

1系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1功能介紹

（1）風(fēng)速設(shè)為從低到高共2個檔位，可由用戶通過鍵盤設(shè)定。

（2）每當(dāng)溫度低于下限值時，則電風(fēng)扇風(fēng)速關(guān)閉。

（3）每當(dāng)溫度在下限和上限之間時，則電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速緩慢。

（4）每當(dāng)溫度高于上限值時，則電風(fēng)扇風(fēng)速全速運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.2整體設(shè)計思路

利用溫度傳感器DSI8B20檢測環(huán)境溫度并直接輸出數(shù)字溫度信號給樹莓派或單片機(jī)進(jìn)行處理，在LED數(shù)碼管上顯示當(dāng)前環(huán)境溫度值以及預(yù)設(shè)溫度值。其中預(yù)設(shè)溫度值只能為整數(shù)形式，檢測到的當(dāng)前環(huán)境溫度可精確到小數(shù)點(diǎn)后一位。同時采用PWM脈寬調(diào)制方式來改變直流風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速。并通過兩個按鍵改變預(yù)設(shè)溫度值，一個提高預(yù)設(shè)溫度，另一個降低預(yù)設(shè)溫度值。

1.3可行性分析

傳統(tǒng)電風(fēng)扇以及其轉(zhuǎn)機(jī)最致命的缺陷是不能依據(jù)外界環(huán)境溫度的變化來實施自動調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。所以說智能風(fēng)扇的發(fā)展將有效解決傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)的不足，真正實現(xiàn)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行受外部環(huán)境的控制，實現(xiàn)低耗能、高性能的智能風(fēng)機(jī)，節(jié)約了很多的電力等資源，減少了許多人工消耗。這款智能風(fēng)扇適合所有家庭，特別適合老人和兒童，當(dāng)室內(nèi)溫度低于系統(tǒng)設(shè)定的一個閾值時，它會強(qiáng)制并且自動關(guān)閉此功能，從而實現(xiàn)保護(hù)老人和兒童的健康。智能風(fēng)扇控制系統(tǒng)開發(fā)的成本低，開發(fā)時間短，好上手。簡單地說，它不僅可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)風(fēng)扇的缺點(diǎn)和不足，還可以在某些方面上增添新思路，新方向。如果可以大量投產(chǎn)，將大大提高人們的生活質(zhì)量。因此，智能風(fēng)扇將具有非常良好的發(fā)展空間和前景，如果實現(xiàn)了這個技術(shù)，將是一個很大的進(jìn)步。這個系統(tǒng)總的來說，主要從技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)可行性的角度分析設(shè)計，這確實可行。因此，該程序被開發(fā)用于根據(jù)室溫的溫度控制風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)，并且還根據(jù)固定的溫度值與沒有溫度傳感器的風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)方案兼容。

傳統(tǒng)電風(fēng)扇的直流風(fēng)讓人感到十分僵硬，人們很容易因長時間地吹而感冒，而自然風(fēng)又軟又寬，變化無常，讓人感到十分舒適，是既涼爽又舒適，人們很容易接受。與人工DC風(fēng)不同，自然風(fēng)速舒適，不規(guī)則變化，它不會讓人體表面的濕熱狀態(tài)一直處于加速流失狀態(tài)，在經(jīng)過長時間對自然風(fēng)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的采集，可以用一些腳本語言模擬自然風(fēng)的這種無規(guī)律變化，吹出讓人心曠神怡的徐徐清風(fēng)。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1實施計劃

使用自動識別溫度傳感器DS18B20的位置可以獲取溫度。

根據(jù)溫差控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)動等的功能。

日志文件（temperature_log）保存在python文件相同的目錄下。

raspberrypie的操作系統(tǒng)以及我們熟悉的2012年12月之后產(chǎn)生的Raspbian系統(tǒng)已經(jīng)能夠非常完美的支持DS18B20單總線（1-wire）溫度傳感器。該傳感器由一個半導(dǎo)體封裝頭裝置和三個ping（引腳）組成，現(xiàn)在是一個非常精確并且成熟的數(shù)字設(shè)備。眾所周知，由于RaspberryPi沒有ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器），所以說我們無法直接讀取TMP36等模擬信號溫度傳感器。因此，DS18B20是非常適合這個場景的。

2.2硬件材料

數(shù)字溫度傳感器加上一根延長線，它們也可以是濕度或高溫型號的其中一種。4.7K或10K歐姆電阻，一小塊面包板，一把跳線，擴(kuò)展板。

DS18B20單線傳感器可通過非并聯(lián)連接進(jìn)行訪問，這與其他市售傳感器幾乎完全相同！所有傳感器共用相同的ping，所以說一個4.7K的電阻十分適合這里。

這里的電阻我們來做的功能：拉出數(shù)據(jù)輸出線（數(shù)據(jù)線）和保持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸過程中的穩(wěn)定。

如果我們必須要使用DS18B20的防水版，則需要連接3個ping，它們分別是：紅色，黑色，黃色，并且未連接下一個ping（也就是引腳）。

如果可以的話，利用高溫版本的防水版，需要橙色針腳（ping）連接到3.3V上面，白色接地線，藍(lán)色針腳連接到針腳4（4ping）。

在3.3V和數(shù)據(jù)引腳之間也需要4.7K-10K的電阻。

雖然DS18B20看起來像一般市面上的普通傳感器，但它卻有許多復(fù)雜的內(nèi)部組件。

它的芯片包括這塊板專用的單總線串行接口、邏輯控制部分單元和核心部分溫度傳感器。

它的輸出針腳輸出數(shù)字信息，以便Raspbian/ococentalis可以在某一個針上。在運(yùn)行項目之前，使用SSH工具來進(jìn)行一次測試是最穩(wěn)妥的。

sudomodprobew1-gpio

sudomodprobew1-thermcd/sys/bus/w1/devices

cd28-xxxx（changethistomatchwhatserialnumberpopsup）

catw1_slave

系統(tǒng)會告訴我們有一個可供讀取的溫度數(shù)據(jù)。它也許像一個文個個文件，所以我們需要將這個數(shù)據(jù)讀取出來。

在返回消息的第一行的結(jié)尾，將出現(xiàn)True或者是False，如果是，則第二行后面我們需要跟著溫度數(shù)據(jù)來結(jié)尾。

如果主板連接了多個傳感器單元，我們將可以了解并看到多個28-xxxfile（文件），插入傳感器，校檢新生成的文件名，然后標(biāo)記，將他們一一對應(yīng)給傳感器。這樣，我們就可以區(qū)分每一個傳感器對應(yīng)于的確定文件。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計

下面的Python腳本處理一些異常或者錯誤信息并且反饋給用戶界面，同時還會返回每秒的華氏和攝氏溫度數(shù)據(jù)。

importos

importglobimporttime

os.system（‘modprobew1-gpio’）os.system（‘modprobew1-therm’）base_dir=‘/sys/bus/w1/devices/’

device_folder=glob.glob（base_dir+‘28*’）［0］device_file=device_folder+‘/w1_slave’

Defread_temp_raw（）：

f=open（device_file，‘r’）lines=f.readlines（）f.close（）

returnlines

defread_temp（）：

lines=read_temp_raw（）

whilelines［0］.strip（）［-3：］！=‘YES’：time.sleep（0.2）

lines=read_temp_raw（）equals_pos=lines.find（‘t=’）ifequals_pos！=-1：

temp_string=lines［equals_pos+2：］temp_c=float（temp_string）/1000.0temp_f=temp_c*9.0/5.0+32.0returntemp_c，temp_f

whileTrue：

print（read_temp（））time.sleep（1）

在開始運(yùn)行腳本時，需要先運(yùn)行modprobe命令以使得api運(yùn)行。

接下來的腳本用于查找可以從哪些文件中讀取消息。

現(xiàn)在有一個問題是有時候溫度會在在樹莓派下讀取?？梢杂靡韵麓a替換read-temp-ray方法。然后在程序開始時添加一行“導(dǎo)入子進(jìn)程”。

defread_temp_raw（）：

catdata=subprocess.Popen（［‘cat’，device_file］，stdout=subprocess.PIPE，stderr=subprocess.PIPE）

out，err=catdata.communicate（）out_decode=out.decode（‘utf-8’）lines=out_decode.split（‘\n’）returnlines

讀取溫度有兩種不同的方式。read_temp_ray通過接口交檢message的前兩行。read_temp封裝它并添加error消息檢測和重試，直到出現(xiàn)“True”為止。在第一行的末尾此方法返回兩個值，第一個是Celsius，第二個是Fahrenheit。

可以像下面這樣把兩個值分開

deg_c，deg_f=read_temp（）

主要的function只是一個循環(huán)體，用來讀取溫度數(shù)據(jù)，（print）打印出來，然后sleep一秒鐘。然后繼續(xù)一次循環(huán)。

要把這個程序傳到樹莓派上，你可以通過SSH

在命令行里打開一個文本編輯器運(yùn)行thermometer.py

測試與配置

運(yùn)行這個程序需要超級用戶權(quán)限，所以在命令行里運(yùn)行下面的命令

sudopythonthermometer.py

設(shè)置項：

T_HIGH=48

溫度^48度開始轉(zhuǎn)動，在溫度傳感器失效/沒有傳感器時使用

T_LOW=42

溫度^42度停止轉(zhuǎn)動，在溫度傳感器失效/沒有傳感器時使用

T_DIFF_HIGH=24

溫差^24度開始轉(zhuǎn)動

T_DIFF_LOW=18

溫差^18度停止轉(zhuǎn)動

T_SENOR_DIFF=0

溫度傳感器和真實環(huán)境溫度矯正值，真實環(huán)境溫度傳感器實測溫度+校正值

fan_pin=12

控制風(fēng)扇IO針腳BOARD編號

NPN=真

控制風(fēng)扇用的是NPN三極管，PNP三極管時改為假

IS_LOG_FILE=True

是否輸出溫度信息到文件

IS_LOG_CONSOLE=True

是否輸出溫度信息到控制臺

time_interval=5

檢測溫度間隔時間單位秒

log_file_duration=12

日志記錄保留時間長度，單位小時

4結(jié)束語

本系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是解決了傳統(tǒng)風(fēng)扇不能實時根據(jù)外界溫度變化自動調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的缺點(diǎn)，智能風(fēng)扇將有效改變傳統(tǒng)風(fēng)扇高功耗，低性能的缺點(diǎn)。該智能風(fēng)扇適用于所有家庭，尤其針對老人小孩設(shè)計的當(dāng)室內(nèi)溫度低于系統(tǒng)設(shè)置的閾值時自動關(guān)閉這一功能，保護(hù)了老人和小孩的身體健康，更貼近于人們生活。