智能溫控風扇的設計

陸明杰 呂海霆

(大連科技學院機械工程學院，遼寧 大連 116052)

1 整體結構

智能溫控風扇整體圖如圖1所示。智能溫控風扇可分為機械部分設計、控制部分設計和空氣凈化。

圖1 智能溫控風扇

機械部分設計分為升降部分，左右轉動部分和上下轉動部分。

升降部分：可滿足人們對不同高度的吹風要求。

左右轉動部分：滿足人們對大面積吹風的需求。

上下轉動部分：彌補了本設計在高度上的要求，例如當需要對地面吹風扇以及齒所調節的高度達不到用戶需求時，電扇的上下轉動便可輕松地實現這一需求。

控制部分設計分為溫控部分的設計、數碼管溫度顯示、調速設計和遙控部分的設計。

空氣凈化：在一定的風量下使得空氣達到一定的凈化。

2 工作原理

本設計為一種溫控風扇系統，具有靈敏的溫度檢測和顯示功能，采用單片機AT89C51為核心控制器對風扇轉速進行控制，使用熱敏電阻檢測溫度數據，通過數碼管顯示實時溫度，根據采集的溫度，實現了風速的調整。同時采用齒輪設計，實現智能溫控風扇的上下移動以及左右和上下的擺動。齒輪齒柱的設計可由使用者自由調節高度，從而滿足在不同場合以及地點的使用。

3 主要系統設計

3.1 機械系統設計

機械部分設計分為升降部分、左右轉動部分和上下轉動部分。

升降部分的設計用于實現風扇的上下移動。如圖2所示，升降部分的核心是一對齒條齒輪，齒輪安裝在滑套中，通過遙控控制電機的啟動帶動齒輪的轉動，從而帶動套桿中齒條的上下移動，增大了風扇的吹風覆蓋率。而齒條的停止則通過電機的卡死來實現。

圖2 升降部分

左右轉動部分的設計用于實現風扇的360°水平轉動。如圖3所示，左右轉動部分采用的是旋轉機構上的一對大小齒輪。通過遙控控制小齒輪上電機的啟動帶動大小齒輪的轉動，最終實現風扇的360°旋轉。

圖3 左右旋轉部分

上下轉動部分的設計中用于實現風扇的上下轉動。如圖4所示，上下轉動部分采用的是支架內的一對大小齒輪。通過遙控控制小齒輪電機的啟動帶動大小齒輪的轉動，最終實現風扇的上下轉動。

圖4 上下轉動部分

3.2 控制系統設計

控制部分設計分為溫控部分的設計、數碼管溫度顯示、調速設計和遙控部分的設計。

溫控部分的設計：選用熱敏電阻作為感測溫度的核心元件，同時采用單片機作為控制核心。以軟件編程的方法進行溫度判斷，并在端口輸出控制信號。當熱敏電阻采集的環境溫度高于設定值26℃時，單片機輸出高電平，由PWM控制電機轉速，此時風扇轉速最大，當熱敏電阻采集的環境溫度低于設定值26℃時，單片機輸出低電平，由PWM控制電機轉速，此時風扇轉速較小。

數碼管溫度顯示：采用 LED數碼管這種方案。雖然顯示的內容有限，但是也可以顯示數字和幾個英文字母，在這個設計中已經足夠了，并且成本低，在此設計中選用 LED數碼管顯示。

遙控部分：由于PIC16F873A單片機是采用精簡指令集(RISC)和FLASH存儲技術的高性能嵌入式單片機。具有功耗小、運算速度快、外圍擴展能力強等突出優點。本系統設計分別采用兩片16F873PIC單片機對信號發射和接收控制電路進行控制。

調速設計：采用三極管驅動 PWM進行控制。在控制電機轉速時，占空比越大，轉速就越快。采集環境溫度，將測量到的數據送入單片機中，經過單片機處理后顯示當前溫度值，并與設定溫度值26℃作比較，若高于設定上限值或低于設定下限值則控制風速進行調整。

3.3 空氣凈化設計

空氣凈化部分采用活性炭過濾網，如圖5所示。作為過濾裝置的主要核心，活性炭過濾網采用通孔結構的鋁蜂窩、塑料蜂窩、紙蜂窩為載體。與傳統活性炭過濾網相比，具有更優良的氣體動力學性能，體積密度小，比表面積大、吸附效率高，風阻系數小。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，可在一定風量下除臭、除異味，凈化環境，具有很好的凈化效果，成本也較低。

圖5 空氣凈化部分

4 結語

本次設計的電風扇以溫度傳感器檢測環境溫度，根據環境溫度變化調節不同的風扇電機轉速，以便數碼管能連續穩定地顯示環境溫度，并能通過遙控板上的7個獨立按鍵調節不同高度、左右轉動以及上下轉動。電扇的高度調節由電機帶動齒輪齒條，帶動電扇整體進行上下高度的調節。電扇的左右和上下搖頭都是由電機帶動齒輪傳動，從而帶動電扇進行上下以及左右的轉動。本設計集遙控、溫感以及凈化空氣于一體，值得推廣。