陸明杰 呂海霆

(大連科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 大連 116052)

1 整體結(jié)構(gòu)

智能溫控風(fēng)扇整體圖如圖1所示。智能溫控風(fēng)扇可分為機(jī)械部分設(shè)計(jì)、控制部分設(shè)計(jì)和空氣凈化。

圖1 智能溫控風(fēng)扇

機(jī)械部分設(shè)計(jì)分為升降部分，左右轉(zhuǎn)動(dòng)部分和上下轉(zhuǎn)動(dòng)部分。

升降部分：可滿足人們對(duì)不同高度的吹風(fēng)要求。

左右轉(zhuǎn)動(dòng)部分：滿足人們對(duì)大面積吹風(fēng)的需求。

上下轉(zhuǎn)動(dòng)部分：彌補(bǔ)了本設(shè)計(jì)在高度上的要求，例如當(dāng)需要對(duì)地面吹風(fēng)扇以及齒所調(diào)節(jié)的高度達(dá)不到用戶需求時(shí)，電扇的上下轉(zhuǎn)動(dòng)便可輕松地實(shí)現(xiàn)這一需求。

控制部分設(shè)計(jì)分為溫控部分的設(shè)計(jì)、數(shù)碼管溫度顯示、調(diào)速設(shè)計(jì)和遙控部分的設(shè)計(jì)。

空氣凈化：在一定的風(fēng)量下使得空氣達(dá)到一定的凈化。

2 工作原理

本設(shè)計(jì)為一種溫控風(fēng)扇系統(tǒng)，具有靈敏的溫度檢測(cè)和顯示功能，采用單片機(jī)AT89C51為核心控制器對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，使用熱敏電阻檢測(cè)溫度數(shù)據(jù)，通過數(shù)碼管顯示實(shí)時(shí)溫度，根據(jù)采集的溫度，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)速的調(diào)整。同時(shí)采用齒輪設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)智能溫控風(fēng)扇的上下移動(dòng)以及左右和上下的擺動(dòng)。齒輪齒柱的設(shè)計(jì)可由使用者自由調(diào)節(jié)高度，從而滿足在不同場(chǎng)合以及地點(diǎn)的使用。

3 主要系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)械部分設(shè)計(jì)分為升降部分、左右轉(zhuǎn)動(dòng)部分和上下轉(zhuǎn)動(dòng)部分。

升降部分的設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的上下移動(dòng)。如圖2所示，升降部分的核心是一對(duì)齒條齒輪，齒輪安裝在滑套中，通過遙控控制電機(jī)的啟動(dòng)帶動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)套桿中齒條的上下移動(dòng)，增大了風(fēng)扇的吹風(fēng)覆蓋率。而齒條的停止則通過電機(jī)的卡死來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖2 升降部分

左右轉(zhuǎn)動(dòng)部分的設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的360°水平轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖3所示，左右轉(zhuǎn)動(dòng)部分采用的是旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上的一對(duì)大小齒輪。通過遙控控制小齒輪上電機(jī)的啟動(dòng)帶動(dòng)大小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的360°旋轉(zhuǎn)。

圖3 左右旋轉(zhuǎn)部分

上下轉(zhuǎn)動(dòng)部分的設(shè)計(jì)中用于實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的上下轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖4所示，上下轉(zhuǎn)動(dòng)部分采用的是支架內(nèi)的一對(duì)大小齒輪。通過遙控控制小齒輪電機(jī)的啟動(dòng)帶動(dòng)大小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的上下轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖4 上下轉(zhuǎn)動(dòng)部分

3.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制部分設(shè)計(jì)分為溫控部分的設(shè)計(jì)、數(shù)碼管溫度顯示、調(diào)速設(shè)計(jì)和遙控部分的設(shè)計(jì)。

溫控部分的設(shè)計(jì)：選用熱敏電阻作為感測(cè)溫度的核心元件，同時(shí)采用單片機(jī)作為控制核心。以軟件編程的方法進(jìn)行溫度判斷，并在端口輸出控制信號(hào)。當(dāng)熱敏電阻采集的環(huán)境溫度高于設(shè)定值26℃時(shí)，單片機(jī)輸出高電平，由PWM控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，此時(shí)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速最大，當(dāng)熱敏電阻采集的環(huán)境溫度低于設(shè)定值26℃時(shí)，單片機(jī)輸出低電平，由PWM控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，此時(shí)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速較小。

數(shù)碼管溫度顯示：采用 LED數(shù)碼管這種方案。雖然顯示的內(nèi)容有限，但是也可以顯示數(shù)字和幾個(gè)英文字母，在這個(gè)設(shè)計(jì)中已經(jīng)足夠了，并且成本低，在此設(shè)計(jì)中選用 LED數(shù)碼管顯示。

遙控部分：由于PIC16F873A單片機(jī)是采用精簡(jiǎn)指令集(RISC)和FLASH存儲(chǔ)技術(shù)的高性能嵌入式單片機(jī)。具有功耗小、運(yùn)算速度快、外圍擴(kuò)展能力強(qiáng)等突出優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)分別采用兩片16F873PIC單片機(jī)對(duì)信號(hào)發(fā)射和接收控制電路進(jìn)行控制。

調(diào)速設(shè)計(jì)：采用三極管驅(qū)動(dòng) PWM進(jìn)行控制。在控制電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，占空比越大，轉(zhuǎn)速就越快。采集環(huán)境溫度，將測(cè)量到的數(shù)據(jù)送入單片機(jī)中，經(jīng)過單片機(jī)處理后顯示當(dāng)前溫度值，并與設(shè)定溫度值26℃作比較，若高于設(shè)定上限值或低于設(shè)定下限值則控制風(fēng)速進(jìn)行調(diào)整。

3.3 空氣凈化設(shè)計(jì)

空氣凈化部分采用活性炭過濾網(wǎng)，如圖5所示。作為過濾裝置的主要核心，活性炭過濾網(wǎng)采用通孔結(jié)構(gòu)的鋁蜂窩、塑料蜂窩、紙蜂窩為載體。與傳統(tǒng)活性炭過濾網(wǎng)相比，具有更優(yōu)良的氣體動(dòng)力學(xué)性能，體積密度小，比表面積大、吸附效率高，風(fēng)阻系數(shù)小。具有活性炭高效的吸附性能，可用于空氣凈化，空氣阻力小，能耗低，可在一定風(fēng)量下除臭、除異味，凈化環(huán)境，具有很好的凈化效果，成本也較低。

圖5 空氣凈化部分

4 結(jié)語(yǔ)

本次設(shè)計(jì)的電風(fēng)扇以溫度傳感器檢測(cè)環(huán)境溫度，根據(jù)環(huán)境溫度變化調(diào)節(jié)不同的風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)速，以便數(shù)碼管能連續(xù)穩(wěn)定地顯示環(huán)境溫度，并能通過遙控板上的7個(gè)獨(dú)立按鍵調(diào)節(jié)不同高度、左右轉(zhuǎn)動(dòng)以及上下轉(zhuǎn)動(dòng)。電扇的高度調(diào)節(jié)由電機(jī)帶動(dòng)齒輪齒條，帶動(dòng)電扇整體進(jìn)行上下高度的調(diào)節(jié)。電扇的左右和上下?lián)u頭都是由電機(jī)帶動(dòng)齒輪傳動(dòng)，從而帶動(dòng)電扇進(jìn)行上下以及左右的轉(zhuǎn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)集遙控、溫感以及凈化空氣于一體，值得推廣。