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研究生: 李孟哲
Meng-Zhe Li
論文名稱: 多目標人員自動追蹤控制系統應用於智慧風扇
Research of Multi-target Personnel Automatic Tracking and Control System for Smart Fans
指導教授: 辜志承
Jyh-Cherng Gu
蕭鈞毓
Chun-Yu Hsiao
口試委員: 辜志承
Jyh-Cherng Gu
洪聯馨
Lain-Shing Hung
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2021
畢業學年度: 109
語文別: 中文
論文頁數: 102
中文關鍵詞: 直流無刷電動機人臉辨識微控制器智慧風扇
外文關鍵詞: BLDC motor, face recognition, microcontroller, smart fan
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目前市售家用的直立式電風扇主要功能為定速擺頭吹風、風量模式分成大、中、小三段式,但每種模式皆為固定的風量,大眾需求通常為希望風扇以吹人為主,因此電風扇若能在有人員的位置時,擺頭速度變慢、輸出大風量;在沒有人員的位置時,擺頭速度變快、輸出小風量,使電風扇的吹風效益達到最大的話,將能使電風扇達到更佳節能且符合大眾需求的效果。
本論文多目標人員自動追蹤控制系統在智慧風扇之設計研究,係在習用市售風扇之外觀及功能基礎下,變更風扇擺頭齒輪定速擺動結構,變換成可控速馬達轉動之底盤;而在底盤上方裝置可控制轉速及輸出風量之主馬達,並搭配紅外線測溫及人臉辨識之偵測技術,來控制輸出風量之大小。
本論文系統以ATmega328為主要控制核心,搭配周邊硬體:微控制器、紅外線溫度感測器、兩種微控制器間通訊電路、驅動控制電路、鏡頭等,並藉由微控制器監控視窗可知,可以觀察在四種情況下的人臉辨識及溫度感測之結果。
根據功能測試結果,在有效範圍內,紅外溫度感測和人臉辨識在偵測的結果並無誤判錯誤,確實能根據四種情況進行底盤和風扇之風量的調速,分別進行紅外線測溫系統及人臉辨識系統準確度測試來推估本系統準確度。此外;依照本研究之功能設定,提出風扇之風量節能效益新的評估公式,可有效評估及驗證智慧風扇的節能效益。


There are two main functions of the current commercial vertical electric fans for household use. The first is a fixed-speed swing head in constant speed. And the second is to switch the fan air delivery mode. There are three modes of fan air delivery mode according to human need, thus high speed, medium speed and low speed, but each mode only maintains the same fan air delivery due to constant speed. Generally, the electric fan is mainly blowing air flow to people. If the electric fan can supply different air flow by detecting people position, the electric fan will slow down the head swing speed and meanwhile increase the fan air delivery during passing people area, so that the fan can raise the air flow effectiveness. The electric fan will achieve better energy saving and meet the needs of the public.
In this thesis, the design of the intelligent fan with multiple personnel automatic tracking control system is based on the appearance and function of the conventional commercially available fan. The fixed-speed swing structure of the fan's swing head gear is replaced by auto-rotating chassis that rotated by a controllable speed motor. The main motor that can control the speed and the output of fan air delivery is installed on the top of auto-rotating chassis, and it is equipped with infrared temperature measurement and face recognition detection technology to control the output of the fan air delivery.
According to the results of the function test, it can indeed adjust the speed of auto-rotating chassis and the output of fan air delivery according to the four conditions to meet the expected function settings of this research. According to the accuracy test of the infrared temperature measurement system and the face recognition system respectively, we can estimate the accuracy of the system. Meanwhile, a novel energy efficiency evaluation model for air delivery of electric fan has been proposed based on real effective air delivery to human body in a head swing cycle period. Numerical data verified the new energy efficiency evaluation model is effective and valuable for distinguishing smart electric fan.

摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 圖目錄 VII 表目錄 X 符號索引 XI 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 市售風扇種類介紹 3 1.2.1 市售風扇能源效率規範及種類 3 1.2.2 傳統風扇與新型風扇之差異比較 7 1.3 本研究的貢獻及應用市場推估 8 1.4 相關文獻回顧 9 1.5 論文大綱 12 第二章 新型智慧風扇架構及功能設計 15 2.1 前言 15 2.2 新型智慧風扇架構設計 15 2.3 新型智慧風扇之智慧功能設定 17 2.4 本章結語 20 第三章 直流無刷馬達及步進馬達的結構與速度控制 21 3.1 前言 21 3.2 直流無刷馬達之結構與特性 21 3.3 直流無刷馬達之脈波寬度調變控制轉速 23 3.3.1 脈波寬度調變原理 23 3.3.2 弦式脈波寬度調變原理 24 3.4 步進馬達之結構 26 3.5 步進馬達之驅動控制 29 3.5.1 步進馬達控制原理 29 3.5.2 步進馬達驅動方式 31 3.6 步進馬達之特性 32 3.7 本章結語 32 第四章 微控制器介紹與選用的類型 33 4.1 前言 33 4.2 微控制器的架構 34 4.3 微控制器的分類與特性 38 4.3.1 微控制器的分類 38 4.3.2 微控制器的特性 38 4.4 微控制器的應用與發展趨勢 39 4.4.1 微控制器的應用 39 4.4.2 微控制器之發展趨勢 40 4.5 Arduino種類介紹 40 4.6 樹莓派與第四代樹莓派之特性 42 4.6.1 樹莓派基本簡介 42 4.6.2 Raspberry Pi 4 Model B 主要特性 43 4.7 本研究之MCU的選用 44 4.8 本章結語 45 第五章 影像處理與人臉辨識技術的基本原理與運用 46 5.1 前言 46 5.2 影像處理技術與流程 46 5.3 預處理方式 48 5.3.1 灰階化技術介紹 48 5.3.2 影像增強技術介紹 48 5.4 人臉辨識的原理與運用 52 5.5 人臉辨識方式 53 5.6 本章結語 55 第六章 新型智慧風扇實驗硬體電路與程式設計 56 6.1 前言 56 6.2 實驗硬體架構規劃及電路設計 56 6.2.1 底盤之轉動控制電路 57 6.2.2 紅外線測溫感測電路 59 6.2.3 兩種MCU間通訊搭配人臉辨識系統之電路 59 6.2.4 控制風扇風量之設計規劃與電路 61 6.3 實驗程式流程 61 6.3.1 主程式流程 62 6.3.2 紅外線溫度感測程式流程 63 6.3.3 人臉辨識系統程式流程 65 6.3.4 兩種MCU間通訊程式流程 67 6.3.5 底盤及風扇控制系統程式流程 69 6.4 本章節語 69 第七章 新型智慧風扇實驗成果 70 7.1 前言 70 7.2 實驗平台 70 7.3 實驗結果與分析 71 7.3.1 智慧風扇系統功能實測 72 7.3.2 紅外線測溫與人臉辨識系統準確度評估 85 7.4 風扇之有效風量及節能效益新評估法探討 91 7.5 本章節語 96 第八章 結論與未來研究建議 97 8.1 結論 97 8.2 未來研究建議 98 參考文獻 99

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無法下載圖示 全文公開日期 2031/09/07 (校內網路)
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