白雯琪 寇昌斌 張文豪

摘? 要：智能家居已經(jīng)走入我們的生活中。普通家庭也能夠在家里配備電冰箱、微波爐和空調(diào)等智能家具。吊扇作為最基本的家用電器也將成為智能家具的一部分。這款新型便捷的可折疊式吊扇是致力于解決吊扇因長(zhǎng)時(shí)間放置不用而導(dǎo)致扇葉灰塵堆積難以清理而設(shè)計(jì)的。經(jīng)過前期設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)和最終的測(cè)試得出，該吊扇穩(wěn)定性好、操作方便、運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉、節(jié)約能耗，能夠滿足用戶多元化的要求。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng);扇葉折疊;開關(guān)控制;驅(qū)動(dòng)裝置

中圖分類號(hào)：TP368 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-4706（2022）04-0054-04

New Convenient Foldable Ceiling Fan

BAI Wenqi， KOU Changbin， ZHANG Wenhao

（Shandong Huayu Univesity of Technology， Dezhou? 253034， China）

Abstract： Smart home has come into our life. Ordinary families can also be equipped with smart furniture such as refrigerators， microwave ovens and air conditioners. As the most basic household appliances， ceiling fans will also become a part of smart furniture. This new and convenient foldable ceiling fan is designed to solve the problem that the dust accumulation on the fan leaves is difficult to clean due to the long-term storage of the ceiling fan. Through the preliminary design， experiment and final test， it is concluded that the ceiling fan has good stability， convenient operation， reliable operation， low price， energy saving， and can meet the diversified requirements of users.

Keywords： control system; fan blade folding; switch control; driving device

0? 引? 言

吊扇是安裝在天花板上，用來消熱解暑的工具。目前市場(chǎng)上最常見的吊扇的總體結(jié)構(gòu)主要由懸吊裝置、扇頭以及扇葉三大部分組成。吊扇風(fēng)量大，而且吊在房頂不占面積，故適用于禮堂、會(huì)場(chǎng)、商店、學(xué)校等公共場(chǎng)所和家庭通風(fēng)降溫。但由于吊扇只能在夏天使用，吊扇在閑置時(shí)會(huì)有灰塵堆積在吊扇扇葉上，因此吊扇在下一次使用之前需要進(jìn)行擦拭清理，這樣便會(huì)給我們的生活帶來一些不必要的工作;并且由于吊扇是安裝在屋內(nèi)高處，清理時(shí)就要需要進(jìn)行爬高擦拭，所以在安裝吊扇較多的場(chǎng)所清理工作將大幅提高，也會(huì)給清潔人員帶來一定困難，因此可折疊式吊扇隨之產(chǎn)生。本折疊式吊扇在不使用時(shí)可以將扇葉進(jìn)行折疊，減少吊扇在不使用時(shí)扇葉上灰塵的附著，從而可以大大減少了對(duì)扇葉的擦拭工作，方便省事;當(dāng)然，吊扇在存放時(shí)也能方便存放，減少存放面積。

1? 總體設(shè)想

本折疊式吊扇由懸吊裝置、扇頭、可折疊式扇葉、銷軸、第一驅(qū)動(dòng)裝置以及第二驅(qū)動(dòng)裝置組成。本折疊式吊扇主要采用新型折疊的扇葉，減少了吊扇在不使用時(shí)灰塵附著所帶來的清潔工作。本折疊式吊扇可以通過開關(guān)控制扇葉的折疊，可折疊式扇葉的加入并不會(huì)影響吊扇的正常運(yùn)行。

本折疊式扇葉通過銷軸與扇頭連接在一起，每片扇葉至少由兩片折疊扇葉組成，且相鄰的折疊扇葉是由銷軸作為中介，將兩片扇葉連接在一起。在相鄰的折疊扇葉中間加入第一驅(qū)動(dòng)裝置，第一驅(qū)動(dòng)裝置可以使一片折疊扇葉帶動(dòng)相鄰的一片扇葉進(jìn)行折疊;另外，吊扇的扇頭與懸吊裝置連接上設(shè)有用于帶動(dòng)扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)的第二驅(qū)動(dòng)裝置。吊扇的懸吊裝置內(nèi)部會(huì)安裝STM32F103C8T6單片機(jī)，STM32F103C8T6單片機(jī)的作用就是控制扇頭以及第一驅(qū)動(dòng)裝置和第二驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)，并且懸吊裝置內(nèi)部與控制開關(guān)進(jìn)行連接，進(jìn)而控制吊扇的風(fēng)速和扇葉的折疊。

控制開關(guān)包括調(diào)速開關(guān)和折疊開關(guān)，控制開關(guān)與單片連接在懸吊裝置內(nèi)。調(diào)速開關(guān)通過STM32F103C8T6單片機(jī)控制吊扇扇葉運(yùn)轉(zhuǎn)的速度[1];折疊控制開關(guān)通過STM32F103C8T6單片機(jī)控制第一驅(qū)動(dòng)裝置以及第二驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣便可以實(shí)現(xiàn)新型折疊吊扇的設(shè)想：在不影響正常吊扇的運(yùn)轉(zhuǎn)下，采用新型的可折疊式扇葉。

本可折疊式吊扇的扇頭與懸吊裝置連接上設(shè)有用于帶動(dòng)扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)的第二驅(qū)動(dòng)裝置;可折疊扇葉通過銷軸與扇頭連接，其至少由兩個(gè)折疊扇葉組成，且相鄰折疊扇葉之間通過銷軸連接。相鄰兩個(gè)折疊扇葉之間，其中一個(gè)折疊扇葉上設(shè)有用于帶動(dòng)另一折疊扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)的第一驅(qū)動(dòng)裝置，扇頭上設(shè)有用于帶動(dòng)扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)的第二驅(qū)動(dòng)裝置，第一驅(qū)動(dòng)裝置為步進(jìn)電機(jī)，第二驅(qū)動(dòng)裝置選擇為伺服電機(jī)。通過第一驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)折疊扇葉的折疊，在折疊或者展開的過程中無須人工進(jìn)行爬高進(jìn)行折疊或展開動(dòng)作，且在折疊或展開過程中，驅(qū)動(dòng)裝置能夠增加兩折疊扇葉之間的固定，即使高速旋轉(zhuǎn)吊扇也能平穩(wěn)運(yùn)行，總體設(shè)計(jì)如圖1所示。

2? 硬件技術(shù)B14F8796-C278-4202-B829-5DCCD1B07EA2

本可折疊式吊扇是由懸吊裝置、扇頭、可折疊扇葉、銷軸、第一驅(qū)動(dòng)裝置你以及第二驅(qū)動(dòng)裝置組成。本可折疊式吊扇銷軸實(shí)現(xiàn)了扇葉的連接，第一驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)了控制扇葉的折疊，第二驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)了可折疊吊扇的轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。

2.1? 折疊控制系統(tǒng)

本可折疊吊扇主要由折疊控制系統(tǒng)進(jìn)行扇葉折疊控制，折疊控制系統(tǒng)原理如圖2所示，即打卡吊扇折疊控制開關(guān)，STM32F103C8T6單片機(jī)接收到折疊信號(hào)[1]，之后STM32F103C8T6單片機(jī)[2]將控制命令傳給第一驅(qū)動(dòng)裝置;當(dāng)?shù)谝或?qū)動(dòng)裝置接收到STM32F103C8T6單片機(jī)的控制命令時(shí)就會(huì)和銷軸一起帶動(dòng)折疊扇葉圍繞銷軸進(jìn)行折疊;打開轉(zhuǎn)動(dòng)開關(guān)時(shí)，第二驅(qū)動(dòng)裝置收到控制信號(hào)，會(huì)帶動(dòng)扇葉進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，第二驅(qū)動(dòng)裝置為控制扇葉的轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)。

2.2? 控制命令

設(shè)備控制命令為：

//電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)函數(shù)ab-bc-cd-da-ab-..

void motor_forward（）{undefined

uint32_t i = 100;

while（i）{undefined

i--;

HAL_GPIO_WritePin（GPIOA，GPIO_PIN_1，GPIO_PIN_SET）;

HAL_GPIO_WritePin（GPIOA，GPIO_PIN_2，GPIO_PIN_SET）;

HAL_GPIO_WritePin（GPIOA，GPIO_PIN_3，GPIO_PIN_RESET）;

HAL_GPIO_WritePin（GPIOA，GPIO_PIN_4，GPIO_PIN_RESET）;

HAL_Delay（3）;

HAL_GPIO_WritePin（GPIOA，GPIO_PIN_2，GPIO_PIN_SET）;

HAL_GPIO_WritePin（GPIOA，GPIO_PIN_3，GPIO_PIN_SET）;

HAL_GPIO_WritePin（GPIOA，GPIO_PIN_4，GPIO_PIN_RESET）;

HAL_GPIO_WritePin（GPIOA，GPIO_PIN_1，GPIO_PIN_RESET）;

HAL_Delay（3）;

HAL_GPIO_WritePin（GPIOA，GPIO_PIN_3，GPIO_PIN_SET）;

HAL_GPIO_WritePin（GPIOA，GPIO_PIN_4，GPIO_PIN_SET）;

HAL_GPIO_WritePin（GPIOA，GPIO_PIN_1，GPIO_PIN_RESET）;

HAL_GPIO_WritePin（GPIOA，GPIO_PIN_2，GPIO_PIN_RESET）;

HAL_Delay（3）;

HAL_GPIO_WritePin（GPIOA，GPIO_PIN_4，GPIO_PIN_SET）;

HAL_GPIO_WritePin（GPIOA，GPIO_PIN_1，GPIO_PIN_SET）;

HAL_GPIO_WritePin（GPIOA，GPIO_PIN_2，GPIO_PIN_RESET）;

HAL_GPIO_WritePin（GPIOA，GPIO_PIN_3，GPIO_PIN_RESET）;

HAL_Delay（3）;

}

}

//按鍵中斷回調(diào)函數(shù)

void HAL_GPIO_EXTI_Callback（uint16_t GPIO_Pin）

{undefined

if（GPIO_Pin==GPIO_PIN_0）{undefined

motorflag = 0;? ? ?//按鍵停止電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)

}

}

//串口非阻塞接收回調(diào)函數(shù)

void HAL_UART_RxCpltCallback（UART_HandleTypeDef *huart）{undefined

if（huart->Instance == USART1）{undefined

if（Rx_dat == 0xa1）{undefined

HAL_GPIO_TogglePin（LED0_GPIO_Port，LED0_Pin）;

motorflag = 1;? ? ? ?//十六進(jìn)制指令“A1”，修改標(biāo)志位

HAL_UART_Receive_IT（&huart1，&Rx_dat，1）;

}

else if（Rx_dat == 0xa2）{undefined

HAL_GPIO_TogglePin（LED0_GPIO_Port，LED0_Pin）;

motorflag = 2;? ? ? //十六進(jìn)制指令“A2”，修改標(biāo)志位

HAL_UART_Receive_IT（&huart1，&Rx_dat，1）;

}

}

}

2.3? 銷軸

銷軸是一類緊固件，參數(shù)如表1所示，在本可折疊式吊扇中，銷軸最主要的就是運(yùn)用連接分離的兩片可折疊的兩片扇葉[3]。當(dāng)打開可折疊式吊扇的控制開關(guān)時(shí)，STM32F103C8T6單片機(jī)就會(huì)將控制信號(hào)傳遞給第一驅(qū)動(dòng)裝置，然后第一驅(qū)動(dòng)裝置就會(huì)控制銷軸帶動(dòng)相鄰的分離的兩片扇葉進(jìn)行折疊。在本可折疊式吊扇選擇304不銹鋼16R型銷軸。B14F8796-C278-4202-B829-5DCCD1B07EA2

2.4? ?STM32F103C8T6單片機(jī)

本可折疊式吊扇中，單片機(jī)直接與控制開關(guān)相連接，控制開關(guān)可以直接將控制信號(hào)傳遞給STM32F103C8T6單片機(jī)。本可折疊式吊扇在工作時(shí)，即打開控制開關(guān)時(shí)，控制開關(guān)將控制信號(hào)傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)就在將控制信號(hào)傳給第一驅(qū)動(dòng)裝置和第二驅(qū)動(dòng)裝置。在本可折疊吊扇中選擇STM32F103C8T6單片機(jī)。

STM32F103C8T6是一款基于ARMCortex-M內(nèi)核STM32系列的32位的微控制器，程序存儲(chǔ)器容量是64 KB，需要電壓2 V～3.6 V，工作溫度為-40 ℃～85 ℃。工作時(shí)具有低功率、低電壓，并結(jié)合了實(shí)時(shí)功能的極佳性能，其他參數(shù)如表2所示。MCU體系結(jié)構(gòu)具有一個(gè)易于使用的STM32平臺(tái)，可用于包括電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，PC和游戲，HVAC和工業(yè)應(yīng)用在內(nèi)的應(yīng)用。

2.5? 控制開關(guān)

如圖3所示，控制開關(guān)包括調(diào)速開關(guān)以及折疊控制開關(guān)，控制開關(guān)與單機(jī)片連接，當(dāng)控制開關(guān)打開時(shí)，控制開關(guān)會(huì)直接將控制信號(hào)傳遞給STM32F103C8T6單片機(jī)。調(diào)速開關(guān)[4]通過單機(jī)片控制吊扇的轉(zhuǎn)速，折疊控制開關(guān)通過STM32F103C8T6單機(jī)片控制驅(qū)動(dòng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)扇葉的折疊與展開。

2.6? 第一驅(qū)動(dòng)裝置

本可折疊式吊扇相鄰的可折疊扇葉之間有第一驅(qū)動(dòng)裝置，第一驅(qū)動(dòng)裝置可以用于第一片折疊扇葉帶動(dòng)與其相鄰的折疊扇葉進(jìn)行折疊?？紤]其種種因素，第一驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)裝置選擇了步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰频拈_環(huán)控制組件[1]。在本可折疊式吊扇中，步進(jìn)電機(jī)為銷軸提供了折疊以及展開的動(dòng)力。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)收到控制信號(hào)時(shí)，電機(jī)各項(xiàng)的狀態(tài)就會(huì)發(fā)生變化，其轉(zhuǎn)子就會(huì)轉(zhuǎn)過一定的角度，即帶動(dòng)銷軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，參數(shù)如表3所示。

2.7? 第二驅(qū)動(dòng)裝置

本可折疊式吊扇的第二驅(qū)動(dòng)裝置是位于吊扇的扇頭上，考慮其質(zhì)量、重量等一些因素，第二驅(qū)動(dòng)裝置選擇伺服電機(jī)，參數(shù)如表4所示。伺服電機(jī)可以控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象[1]。當(dāng)打開控制開關(guān)時(shí)，控制開關(guān)將控制信號(hào)傳遞給STM32F103C8T6單片機(jī)，進(jìn)而 STM32F103C8T6單片機(jī)又將控制信號(hào)傳遞給伺服電機(jī)，伺服電機(jī)收到控制信號(hào)時(shí)，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受控制信號(hào)控制[5]，能快速做出反應(yīng)。當(dāng)關(guān)閉控制開關(guān)時(shí)，伺服電機(jī)將不再收到控制信號(hào)，控制信號(hào)電業(yè)變?yōu)榱悖欧姍C(jī)就會(huì)關(guān)閉運(yùn)行，不再出現(xiàn)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速會(huì)隨之下降，直至停止工作。

3? 結(jié)? 論

本可折疊式吊扇目的在于解決現(xiàn)有市場(chǎng)上常見的吊扇的技術(shù)問題，應(yīng)用了新型的可折疊式吊扇，實(shí)現(xiàn)了吊扇在閑置時(shí)灰塵堆積的減少;采用控制開關(guān)控制扇葉的折疊和展開，實(shí)現(xiàn)了開關(guān)控制扇葉的折疊。本可折疊式吊扇能夠解決現(xiàn)有市場(chǎng)上常見的吊扇技術(shù)存在的問題。

本可折疊式吊扇時(shí)采用了新型的可折疊的扇葉，每片大扇葉由2～3片小型折疊扇葉組成。打卡吊扇折疊控制開關(guān)，STM32F103C8T6單片機(jī)接收到折疊信號(hào)，之后STM32F103C8T6單片機(jī)將控制命令傳給第一驅(qū)動(dòng)裝置;當(dāng)?shù)谝或?qū)動(dòng)裝置接收到STM32F103C8T6單片機(jī)的控制命令時(shí)就會(huì)和銷軸一起帶動(dòng)折疊扇葉圍繞銷軸進(jìn)行折疊;打開轉(zhuǎn)動(dòng)開關(guān)時(shí)，第二驅(qū)動(dòng)裝置收到控制信號(hào)，會(huì)帶動(dòng)扇葉進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng);第二驅(qū)動(dòng)裝置會(huì)迅速反應(yīng)，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速會(huì)迅速上升，帶動(dòng)扇葉進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)關(guān)閉吊扇折疊控制開關(guān)時(shí)，STM32F103C8T6單片機(jī)收到關(guān)閉的折疊信號(hào)，之后STM32F103C8T6單片機(jī)將控制命令傳給第一驅(qū)動(dòng)裝置和第二驅(qū)動(dòng)裝置;第二驅(qū)動(dòng)裝置收到關(guān)閉的折疊信號(hào)時(shí)，迅速做出反應(yīng)，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速會(huì)勻速下降，直至停止;第一驅(qū)動(dòng)裝置同時(shí)收到關(guān)閉的折疊信號(hào)就會(huì)和銷軸一起帶動(dòng)折疊扇葉圍繞銷軸進(jìn)行展開。在本可折疊式吊扇中新型可折疊式扇葉的加入不會(huì)影響吊扇的正常運(yùn)行。

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作者簡(jiǎn)介：白雯琪（2001—），女，漢族，山東淄博人，本科在讀，研究方向：網(wǎng)絡(luò)工程;寇昌斌（1987—），男，漢族，山東淄博人，碩士研究生在讀，研究方向：通信工程;張文豪（2000—），男，漢族，山東青島人，本科在讀，研究方向：網(wǎng)絡(luò)工程。B14F8796-C278-4202-B829-5DCCD1B07EA2