智能温控风扇的设计

陆明杰 吕海霆

(大连科技学院机械工程学院，辽宁 大连 116052)

1 整体结构

智能温控风扇整体图如图1所示。智能温控风扇可分为机械部分设计、控制部分设计和空气净化。

图1 智能温控风扇

机械部分设计分为升降部分，左右转动部分和上下转动部分。

升降部分：可满足人们对不同高度的吹风要求。

左右转动部分：满足人们对大面积吹风的需求。

上下转动部分：弥补了本设计在高度上的要求，例如当需要对地面吹风扇以及齿所调节的高度达不到用户需求时，电扇的上下转动便可轻松地实现这一需求。

控制部分设计分为温控部分的设计、数码管温度显示、调速设计和遥控部分的设计。

空气净化：在一定的风量下使得空气达到一定的净化。

2 工作原理

本设计为一种温控风扇系统，具有灵敏的温度检测和显示功能，采用单片机AT89C51为核心控制器对风扇转速进行控制，使用热敏电阻检测温度数据，通过数码管显示实时温度，根据采集的温度，实现了风速的调整。同时采用齿轮设计，实现智能温控风扇的上下移动以及左右和上下的摆动。齿轮齿柱的设计可由使用者自由调节高度，从而满足在不同场合以及地点的使用。

3 主要系统设计

3.1 机械系统设计

机械部分设计分为升降部分、左右转动部分和上下转动部分。

升降部分的设计用于实现风扇的上下移动。如图2所示，升降部分的核心是一对齿条齿轮，齿轮安装在滑套中，通过遥控控制电机的启动带动齿轮的转动，从而带动套杆中齿条的上下移动，增大了风扇的吹风覆盖率。而齿条的停止则通过电机的卡死来实现。

图2 升降部分

左右转动部分的设计用于实现风扇的360°水平转动。如图3所示，左右转动部分采用的是旋转机构上的一对大小齿轮。通过遥控控制小齿轮上电机的启动带动大小齿轮的转动，最终实现风扇的360°旋转。

图3 左右旋转部分

上下转动部分的设计中用于实现风扇的上下转动。如图4所示，上下转动部分采用的是支架内的一对大小齿轮。通过遥控控制小齿轮电机的启动带动大小齿轮的转动，最终实现风扇的上下转动。

图4 上下转动部分

3.2 控制系统设计

控制部分设计分为温控部分的设计、数码管温度显示、调速设计和遥控部分的设计。

温控部分的设计：选用热敏电阻作为感测温度的核心元件，同时采用单片机作为控制核心。以软件编程的方法进行温度判断，并在端口输出控制信号。当热敏电阻采集的环境温度高于设定值26℃时，单片机输出高电平，由PWM控制电机转速，此时风扇转速最大，当热敏电阻采集的环境温度低于设定值26℃时，单片机输出低电平，由PWM控制电机转速，此时风扇转速较小。

数码管温度显示：采用 LED数码管这种方案。虽然显示的内容有限，但是也可以显示数字和几个英文字母，在这个设计中已经足够了，并且成本低，在此设计中选用 LED数码管显示。

遥控部分：由于PIC16F873A单片机是采用精简指令集(RISC)和FLASH存储技术的高性能嵌入式单片机。具有功耗小、运算速度快、外围扩展能力强等突出优点。本系统设计分别采用两片16F873PIC单片机对信号发射和接收控制电路进行控制。

调速设计：采用三极管驱动 PWM进行控制。在控制电机转速时，占空比越大，转速就越快。采集环境温度，将测量到的数据送入单片机中，经过单片机处理后显示当前温度值，并与设定温度值26℃作比较，若高于设定上限值或低于设定下限值则控制风速进行调整。

3.3 空气净化设计

空气净化部分采用活性炭过滤网，如图5所示。作为过滤装置的主要核心，活性炭过滤网采用通孔结构的铝蜂窝、塑料蜂窝、纸蜂窝为载体。与传统活性炭过滤网相比，具有更优良的气体动力学性能，体积密度小，比表面积大、吸附效率高，风阻系数小。具有活性炭高效的吸附性能，可用于空气净化，空气阻力小，能耗低，可在一定风量下除臭、除异味，净化环境，具有很好的净化效果，成本也较低。

图5 空气净化部分

4 结语

本次设计的电风扇以温度传感器检测环境温度，根据环境温度变化调节不同的风扇电机转速，以便数码管能连续稳定地显示环境温度，并能通过遥控板上的7个独立按键调节不同高度、左右转动以及上下转动。电扇的高度调节由电机带动齿轮齿条，带动电扇整体进行上下高度的调节。电扇的左右和上下摇头都是由电机带动齿轮传动，从而带动电扇进行上下以及左右的转动。本设计集遥控、温感以及净化空气于一体，值得推广。