新型便捷的可折叠式吊扇

白雯琪 寇昌斌 张文豪

摘  要：智能家居已经走入我们的生活中。普通家庭也能够在家里配备电冰箱、微波炉和空调等智能家具。吊扇作为最基本的家用电器也将成为智能家具的一部分。这款新型便捷的可折叠式吊扇是致力于解决吊扇因长时间放置不用而导致扇叶灰尘堆积难以清理而设计的。经过前期设计、实验和最终的测试得出，该吊扇稳定性好、操作方便、运行可靠、价格低廉、节约能耗，能够满足用户多元化的要求。

关键词：控制系统;扇叶折叠;开关控制;驱动装置

中图分类号：TP368        文献标识码：A文章编号：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

吊扇是安装在天花板上，用来消热解暑的工具。目前市场上最常见的吊扇的总体结构主要由悬吊装置、扇头以及扇叶三大部分组成。吊扇风量大，而且吊在房顶不占面积，故适用于礼堂、会场、商店、学校等公共场所和家庭通风降温。但由于吊扇只能在夏天使用，吊扇在闲置时会有灰尘堆积在吊扇扇叶上，因此吊扇在下一次使用之前需要进行擦拭清理，这样便会给我们的生活带来一些不必要的工作;并且由于吊扇是安装在屋内高处，清理时就要需要进行爬高擦拭，所以在安装吊扇较多的场所清理工作将大幅提高，也会给清洁人员带来一定困难，因此可折叠式吊扇随之产生。本折叠式吊扇在不使用时可以将扇叶进行折叠，减少吊扇在不使用时扇叶上灰尘的附着，从而可以大大减少了对扇叶的擦拭工作，方便省事;当然，吊扇在存放时也能方便存放，减少存放面积。

1  总体设想

本折叠式吊扇由悬吊装置、扇头、可折叠式扇叶、销轴、第一驱动装置以及第二驱动装置组成。本折叠式吊扇主要采用新型折叠的扇叶，减少了吊扇在不使用时灰尘附着所带来的清洁工作。本折叠式吊扇可以通过开关控制扇叶的折叠，可折叠式扇叶的加入并不会影響吊扇的正常运行。

本折叠式扇叶通过销轴与扇头连接在一起，每片扇叶至少由两片折叠扇叶组成，且相邻的折叠扇叶是由销轴作为中介，将两片扇叶连接在一起。在相邻的折叠扇叶中间加入第一驱动装置，第一驱动装置可以使一片折叠扇叶带动相邻的一片扇叶进行折叠;另外，吊扇的扇头与悬吊装置连接上设有用于带动扇叶转动的第二驱动装置。吊扇的悬吊装置内部会安装STM32F103C8T6单片机，STM32F103C8T6单片机的作用就是控制扇头以及第一驱动装置和第二驱动装置的运转，并且悬吊装置内部与控制开关进行连接，进而控制吊扇的风速和扇叶的折叠。

控制开关包括调速开关和折叠开关，控制开关与单片连接在悬吊装置内。调速开关通过STM32F103C8T6单片机控制吊扇扇叶运转的速度[1];折叠控制开关通过STM32F103C8T6单片机控制第一驱动装置以及第二驱动装置的运转，这样便可以实现新型折叠吊扇的设想：在不影响正常吊扇的运转下，采用新型的可折叠式扇叶。

本可折叠式吊扇的扇头与悬吊装置连接上设有用于带动扇叶转动的第二驱动装置;可折叠扇叶通过销轴与扇头连接，其至少由两个折叠扇叶组成，且相邻折叠扇叶之间通过销轴连接。相邻两个折叠扇叶之间，其中一个折叠扇叶上设有用于带动另一折叠扇叶转动的第一驱动装置，扇头上设有用于带动扇叶转动的第二驱动装置，第一驱动装置为步进电机，第二驱动装置选择为伺服电机。通过第一驱动装置带动折叠扇叶的折叠，在折叠或者展开的过程中无须人工进行爬高进行折叠或展开动作，且在折叠或展开过程中，驱动装置能够增加两折叠扇叶之间的固定，即使高速旋转吊扇也能平稳运行，总体设计如图1所示。

2  硬件技术B14F8796-C278-4202-B829-5DCCD1B07EA2

本可折叠式吊扇是由悬吊装置、扇头、可折叠扇叶、销轴、第一驱动装置你以及第二驱动装置组成。本可折叠式吊扇销轴实现了扇叶的连接，第一驱动装置实现了控制扇叶的折叠，第二驱动装置实现了可折叠吊扇的转速的调节。

2.1  折叠控制系统

本可折叠吊扇主要由折叠控制系统进行扇叶折叠控制，折叠控制系统原理如图2所示，即打卡吊扇折叠控制开关，STM32F103C8T6单片机接收到折叠信号[1]，之后STM32F103C8T6单片机[2]将控制命令传给第一驱动装置;当第一驱动装置接收到STM32F103C8T6单片机的控制命令时就会和销轴一起带动折叠扇叶围绕销轴进行折叠;打开转动开关时，第二驱动装置收到控制信号，会带动扇叶进行转动，第二驱动装置为控制扇叶的转动的电机。

2.2  控制命令

设备控制命令为：

//电机转动函数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）;

}

}

//按鍵中断回调函数

void HAL_GPIO_EXTI_Callback（uint16_t GPIO_Pin）

{undefined

if（GPIO_Pin==GPIO_PIN_0）{undefined

motorflag = 0;     //按键停止电机转动

}

}

//串口非阻塞接收回调函数

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;       //十六进制指令“A1”，修改标志位

HAL_UART_Receive_IT（&huart1，&Rx_dat，1）;

}

else if（Rx_dat == 0xa2）{undefined

HAL_GPIO_TogglePin（LED0_GPIO_Port，LED0_Pin）;

motorflag = 2;      //十六进制指令“A2”，修改标志位

HAL_UART_Receive_IT（&huart1，&Rx_dat，1）;

}

}

}

2.3  销轴

销轴是一类紧固件，参数如表1所示，在本可折叠式吊扇中，销轴最主要的就是运用连接分离的两片可折叠的两片扇叶[3]。当打开可折叠式吊扇的控制开关时，STM32F103C8T6单片机就会将控制信号传递给第一驱动装置，然后第一驱动装置就会控制销轴带动相邻的分离的两片扇叶进行折叠。在本可折叠式吊扇选择304不锈钢16R型销轴。B14F8796-C278-4202-B829-5DCCD1B07EA2

2.4   STM32F103C8T6单片机

本可折叠式吊扇中，单片机直接与控制开关相连接，控制开关可以直接将控制信号传递给STM32F103C8T6单片机。本可折叠式吊扇在工作时，即打开控制开关时，控制开关将控制信号传递给单片机，单片机就在将控制信号传给第一驱动装置和第二驱动装置。在本可折叠吊扇中选择STM32F103C8T6单片机。

STM32F103C8T6是一款基于ARMCortex-M内核STM32系列的32位的微控制器，程序存储器容量是64 KB，需要电压2 V～3.6 V，工作温度为-40 ℃～85 ℃。工作时具有低功率、低电压，并结合了实时功能的极佳性能，其他参数如表2所示。MCU体系结构具有一个易于使用的STM32平台，可用于包括电动机驱动，PC和游戏，HVAC和工业应用在内的应用。

2.5  控制开关

如图3所示，控制开关包括调速开关以及折叠控制开关，控制开关与单机片连接，当控制开关打开时，控制开关会直接将控制信号传递给STM32F103C8T6单片机。调速开关[4]通过单机片控制吊扇的转速，折叠控制开关通过STM32F103C8T6单机片控制驱动的运转，实现扇叶的折叠与展开。

2.6  第一驱动装置

本可折叠式吊扇相邻的可折叠扇叶之间有第一驱动装置，第一驱动装置可以用于第一片折叠扇叶带动与其相邻的折叠扇叶进行折叠。考虑其种种因素，第一驱动转装置选择了步进电机。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移的开环控制组件[1]。在本可折叠式吊扇中，步进电机为销轴提供了折叠以及展开的动力。当步进电机收到控制信号时，电机各项的状态就会发生变化，其转子就会转过一定的角度，即带动销轴的转动，参数如表3所示。

2.7  第二驱动装置

本可折叠式吊扇的第二驱动装置是位于吊扇的扇头上，考虑其质量、重量等一些因素，第二驱動装置选择伺服电机，参数如表4所示。伺服电机可以控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象[1]。当打开控制开关时，控制开关将控制信号传递给STM32F103C8T6单片机，进而 STM32F103C8T6单片机又将控制信号传递给伺服电机，伺服电机收到控制信号时，其转子转速受控制信号控制[5]，能快速做出反应。当关闭控制开关时，伺服电机将不再收到控制信号，控制信号电业变为零，伺服电机就会关闭运行，不再出现自转现象，其转子转速会随之下降，直至停止工作。

3  结  论

本可折叠式吊扇目的在于解决现有市场上常见的吊扇的技术问题，应用了新型的可折叠式吊扇，实现了吊扇在闲置时灰尘堆积的减少;采用控制开关控制扇叶的折叠和展开，实现了开关控制扇叶的折叠。本可折叠式吊扇能够解决现有市场上常见的吊扇技术存在的问题。

本可折叠式吊扇时采用了新型的可折叠的扇叶，每片大扇叶由2～3片小型折叠扇叶组成。打卡吊扇折叠控制开关，STM32F103C8T6单片机接收到折叠信号，之后STM32F103C8T6单片机将控制命令传给第一驱动装置;当第一驱动装置接收到STM32F103C8T6单片机的控制命令时就会和销轴一起带动折叠扇叶围绕销轴进行折叠;打开转动开关时，第二驱动装置收到控制信号，会带动扇叶进行转动;第二驱动装置会迅速反应，其转子转速会迅速上升，带动扇叶进行转动。当关闭吊扇折叠控制开关时，STM32F103C8T6单片机收到关闭的折叠信号，之后STM32F103C8T6单片机将控制命令传给第一驱动装置和第二驱动装置;第二驱动装置收到关闭的折叠信号时，迅速做出反应，其转子转速会匀速下降，直至停止;第一驱动装置同时收到关闭的折叠信号就会和销轴一起带动折叠扇叶围绕销轴进行展开。在本可折叠式吊扇中新型可折叠式扇叶的加入不会影响吊扇的正常运行。

参考文献：

[1] 李学龙.使用单片机控制的智能遥控电风扇控制器 [J].电子制作，2003（9）：13-15.

[2] 孙书鹰，陈志佳，寇超.新一代嵌入式微处理器STM32F103开发与应用 [J].微计算机应用，2010，31（12）：59-63.

[3] 贺欢迎.一种折叠扇结构：CN201621279854.9 [P].2017-06-20.

[4] 喻江能，余波.电风扇调速方法的探讨 [J].中国质量技术监督，2009（9）：60-61.

[5] 王波.电风扇电动机定子绕组端部快速准确整形 [J].适用技术市场，2001（4）：26-27.

作者简介：白雯琪（2001—），女，汉族，山东淄博人，本科在读，研究方向：网络工程;寇昌斌（1987—），男，汉族，山东淄博人，硕士研究生在读，研究方向：通信工程;张文豪（2000—），男，汉族，山东青岛人，本科在读，研究方向：网络工程。B14F8796-C278-4202-B829-5DCCD1B07EA2