摘要

现代生活中，随着高新技术的高速蓬勃发展，人们生活水平的提高，许多智能产品应运而生；大家都在积极地改进传统家电，希望给它们加入智能元素，注入新的能量。相比于空调这个现在更受大众欢迎的产品，电风扇的地位渐渐被弱化。但是，电风扇却依然有着空调所不具备的优点：成本低廉、耗电量低而且更加环保。在未来的一段时间里，随着社会可能逐渐步入的人口老龄化，风扇所输出的风是属于类似自然风，这样的风更适合广大老人、儿童以及体质虚弱的人，而且使用风扇的人群也不会受“空调病”的困扰。相比于空调的大功率耗电，风扇的耗电量可以说是微乎其微，这个低能耗的特点注定了电风扇能够在广大的家庭中落户。

本次设计的人脸追踪识别可调速智能风扇，一款能够自动追踪识别人脸位置，并根据与使用者的距离、环境温度等因素自动调节风速，同时也支持手动调速的智能风扇，提高风扇使用的智能化体验，使其在家庭、办公室等场所都能方便使用。工作任务在智能调速风扇的基础上添加人脸追踪功能，利用摄像头等图像采集设备准确捕捉人脸图像信息，在一定范围内能够实时追踪人脸的移动，确保风扇送风方向始终朝着人脸所在位置的新式智能家电。本系统设计简单、性能优良，具有一定的实用性。

关键词：人脸识别追踪；风扇调速；低能耗

1 绪论

本章主要阐述了人脸追踪识别可调速智能风扇系统的研究背景，现状，发展方向，明确的指出了制作智能电风扇所用到的元器件，以及各个元器件的功能描述。

1.1 研究背景和意义

随着社会水平的高速发展，家用电器已经越来越智能化，紧随着物价也自然会因为设计成本的提高而上涨。单单从夏季我们用来降温的电器来看，尽管很多城市家庭如今已经用上了空调，但大多数的中国农村家庭仍还在利用电扇降温防暑。电扇虽有调节档位的功能，但仍然离不开人工手换档摇头，灵活性太差。比如在深夜里，当人换动位置后风扇的就没办法有效的工作，可是这时人已经入睡并不能及时手动改变风扇的方向，就很容易造成浪费。为了避免这种不便情况，我们一般都会给风扇摇头，让风扇摇头，但这依旧不是很智能化。因为如果当风扇摇头到后，气温依旧没有明显的下降，但是这时风扇已经在工作，人就很容易会再次被热醒，而不得不起床重新改变风扇的方向，这样人根本得不到充足的休息时间。因此，人脸追踪识别可调速智能风扇系统是当今市场迫切需求的产品。

1.2 研究方向与现状

当今社会已经完全进入了电子信息化，智能风扇系统在各行各业中已经得到了充分的利用。具有对风扇进行实时监控的功能，以保证工业仪器，测量工具，农业种植的正常运作，它的最大特点是能实时监控风扇，并能同时控制电机运作来改变风扇的速度。它的广泛应用和普及给人们的 日常生活带来了方便。人脸追踪识别可调速智能风扇系统是用单片机系统来完成的一个小型的控制系统。现阶段运用 与国内大部分家庭，系统效率越来越高，成本也越来越低。其发展趋势可 以根据其性质进行相应的改进可以运用与不同场合的监测控制，并带来大量的经济效益。

相比于空调这个现在更受大众欢迎的产品，电风扇的地位渐渐被弱化。但是，电风扇却依然有着空调所不具备的优点：成本低廉、耗电量低而且更加环保。在未来的一段时间里，随着社会可能逐渐步入的人口老龄化，风扇所输出的风是属于类似自然风，这样的风更适合广大老人、儿童以及体质虚弱的人，而且使用风扇的人群也不会受“空调病”的困扰。相比于空调的大功率耗电，风扇的耗电量可以说是微乎其微，这个低能耗的特点注定了电风扇能够在广大的家庭中落户。

而电风扇吹风的时候仅是消耗电能，而不会排放出任何其他东西，比空调更加环保。因此电风扇在电器市场的竞争中仍然保持着很大的优势，在将来的电器市场也能占据一部分市场份额。但是现有的电风扇功能单一，除了定时关机、调节风速、选择输出风的类型等基础功能外，摇头的功能只能对着一个方向或者固定左右摇头，在炎炎夏日，这种风力输出显然不适合在风扇范围内活动的人。因此，想要加强风扇在市场销售份额中的占有率，就必须对风扇的现有功能进行改进，强化电风扇的基础功能。

本次课题要研究一种能够自动跟踪人体摇头的电风扇，该风扇能够做到在感应范围内，随着人体的移动而摇头，从而始终将风力对着人体输送。这样的设计使电风扇的功能更加强大，并且也更加人性化，增强风扇在在家用电器的产品销售中的竞争力。

1.3 国内外研究现状

技术研发与创新国内众多企业和科研机构在调速智能风扇的技术研发方面投入了大量精力，取得了显著成果。例如，科派公司自主研发的直流变频电机，采用先进的电子技术与永磁材料，结合领先的电机设计制造技术，创造出新一代实用节能型电动机，应用于其变频风扇产品，具有调速性能好、控制方法灵活多变、效率高、启动转矩大等诸多优点，实现了风扇的节能与精准调速。

智能化功能拓展：一些大型家电厂商如格力、海尔、美的、小米等，纷纷推出具备多种智能化功能的调速智能风扇产品。这些风扇不仅可以通过手机 APP 实现远程控制，还能与其他智能家居设备进行智能联动。比如小米的智能风扇与小米生态链中的其他产品相互配合，为用户打造更加智能化的家居环境。

市场规模增长：随着国内消费者对生活品质要求的提高以及智能家居市场的不断发展，调速智能风扇的市场规模呈现出快速增长的趋势。据相关报告显示，2022 年我国智能风扇产量第一的是广东，产量 20552.8 万台，产量占比达到 88.7%，在市场中占据绝对主导地位。

品牌与产品多样化：国外市场上有许多知名品牌推出了各种类型的调速智能风扇产品，如美国的 Honeywell、Lasko，德国的 bequiet! 等。这些产品在技术和功能上各有特色，例如 bequiet! 在 2023 年推出的首款支持人工智能的无扇叶风扇 zerowings ai，配备了先进的人工智能技术和受控气流技术，能够独立管理和改善高性能系统的散热，并支持语音控制。

先进技术应用：国外企业在智能风扇的研究中，广泛应用了先进的传感器技术、智能控制算法以及通信技术等。例如，一些智能风扇产品采用高精度的温度传感器、风速传感器和湿度传感器等，能够实时感知环境信息，并通过复杂的智能控制算法，精准地控制风扇的转速，以达到最佳的使用效果和节能目的。

市场成熟度较高：国外的智能家居市场发展相对较早，调速智能风扇作为其中的一部分，市场成熟度较高，消费者对其接受度和认知度也较高。据统计，2022 年全球智能风扇市场规模约 65 亿元，且预计未来将持续保持平稳增长的态势。

1.4 主要研究内容

本次课题研究的内容，是以一个风扇为基本模型，在完成风扇具有基础功能的上，增加一个自动跟踪摇头的功能，使得风扇能够随着人体的移动而摇头，从而始终将风力对着人体的方向输送输送。该电风扇可以根据人体的位置自动调节风向，当人开始走动的时候自动控制风扇的转动，这样便能有效利用风力资源；三是主控模块，这个模块的主体是STM32F103C8T6型号的单片机，以这个单片机智能中心对接收到的信号进行逻辑判断，最终控制摇头输出脚的电平，通过控制电平的高低来控制风扇向左或者向右摇头。

这个自动跟踪人体摇头的电风扇控制系统，是以电风扇的摇头电机工作状态作为被控量，并引入单片机系统，通过对电风扇的工作状态以及接收周围人体的信号分析采集，由单片机系统对所得的信号进行逻辑判断后，再通过可控硅触发导通电源，从而实现对风扇的转头电机进行控制。

要实现这个功能，需要在完成风扇基本功能的基础上添加三个系统模块：一是人体检测模块，由三个热释电人体感应探头根据人体辐射的红外线能量检测是否有人体存在。如果有人体存在，则将收到的红外信号转换成电平信号发送到单片机芯片，来实现这个风扇中的人体检测功能：二是跟踪控制模块，根据三个热释电人体感应探头接收到的信号，输入到单片机中，通过逻辑判断，分析判断出人体位置，最终根据计算结果控制摇头控制电路控制电风扇的风对准人体的位置。

4、实现效果

整体展示

​哔哩哔哩视频链接：

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5、设计原理

5.1STM32F103C8T6简介

1. STM32系列处理器是意法半导体ST公司生产的一种基于ARM 7架构的32位、支持实时仿真和跟踪的微控制器。选择此款控制芯片是因为本系统设计并非追求成本的最低或更小的功耗，而是在实现本设计功能的前提下能够提供更丰富的接口和功能以便于设计实验系统各实验项目所需的外围扩展电路。此款控制芯片在完成单片机课程的学习后上手较为容易，在医疗器械中应用广泛，具有很好的学习、实验研究价值。
2. 一、STM32的主要优点：
3. （1）使用ARM最新的、先进架构的Cortex-M3内核
4. （2） 优异的实时性能
5. （3） 杰出的功耗控制
6. （4） 出众及创新的外设
7. （5） 最大程度的集成整合
8. （6） 易于开发，可使产品快速将进入市场
9. 二、STM32——最佳的平台选项
10. 对于使用同一平台进行多个项目开发而言，STM32是最
11. 佳的选择：
12. （1） 从仅需少量的存储空间和管脚应用到需要更多的存储空间和管脚的应用
13. （2） 从苛求性能的应用到电池供电的应用
14. （3） 从简单而成本敏感的应用到高端应用
15. （4） 全系列脚对脚、外设及软件的高度兼容性，给您带来全方位的灵活性。您可以在不必修改您原始框架及软件的条件下，将您的应用升级到需要更多存储空间或精简到使用更少存储空间/ 或改用不同的封装的规格。
16. STM32F103C8T6单片机核心板接口电路图如下图所示。

STM32单片机核心板接口原理图

6、部分核心代码

#include "stm32f10x.h" #include "delay.h" #include "usart.h" #include "GPIO/gpio.h" #include "OLED/oled.h" #include "timer.h" #include "pwm.h" /****************洪核单片机工作室******************* *** 洪核单片机 *** 项目:STM32人脸追踪识别可调速智能风扇 *** BILIBILI:洪核单片机 *** 小红书:洪核单片机 *** 授权IP:洪核单片机 *** 版本:V01.01 *** MCU:STM32F103C8T6 ******************洪核单片机***********************/ int fan=0; int fspwm=0; int dangwei=1; int main(void) { delay_init(); OLEDGUI_Config();//oled³õʼ»¯ TIM3_Int_Init(499,7199);//50ms OLEDGUI_DispString(0,0,"INIT.... ",16,1); gpio_Init(); key_Init(); PWM_Init(); uart1_init(9600); // delay_ms(100); while(1) { //获取按键值 key_scan(); //进入菜单界面显示处理数据 GetKeylnput(&Keystatus); //获取传感器数据 SensorDataGet(); delay_ms(100); } }