智能搖頭風扇

袁夫康

一、概述

電風扇自發(fā)明以來經過近一個多世紀的發(fā)展和改進，已日益普及，得到了廣泛的應用，成為普通家庭改善生活質量的一種廉價又不可缺少的家用電器.然而，在人類越來越注重可持續(xù)發(fā)展的今天，電扇正面臨著一系列的挑戰(zhàn)，比如電扇的節(jié)能、能源（資源）的綜合利用、室內空氣的品質和舒適性、綠色工質的應用和環(huán)境保護、風扇的成本與性能等等.現在市場上的電扇基本上只有0到180°內的搖頭，并且搖頭范圍有限，不能根據人的位置自動調節(jié)搖頭范圍.使得傳統(tǒng)的電扇在人性化和節(jié)能環(huán)保方面都存在一些不足.因此，對電風扇的進一步研究和改造是很有必要的.一種具有自動跟蹤能力的智能立式搖頭電扇，可以調整電扇搖頭的范圍，智能選擇最優(yōu)的旋轉角度，從而節(jié)省了不必要的搖頭范圍以及搖頭所帶來的時間延時，既節(jié)能又使人們感到更舒適.

二、特點

1.在輸入方面，系統(tǒng)使用了一個8位的AD芯片，用于采集旋阻上面的電壓變換值.

2.在顯示方面，本系統(tǒng)采用液晶，從而能更直接的看出旋轉的角度和旋轉頻率.

3.在智能方面，風扇下面有一個紅外傳感器，可以感知周圍區(qū)域的熱信號，一旦發(fā)現有人在房間，它會自動打開，并且以85°角向此人不間斷吹送冷風.紅外傳感器的敏感度可以設置為三種不同水平，確保它追蹤到人而非空蕩蕩的地方，該設備可以同時追蹤多個人；如果它發(fā)現房間中不止一個人，那么馬上會調整方向讓冷風輪流對著每一個人吹.

4.在步進電機的控制方面，步進電機采用高精確步進電機，它的步進角度是1.8°，能夠精確的提供旋轉角度.

5.在節(jié)能方面，如果在一分鐘內未在默認覆蓋范圍內發(fā)現人，它會自動關閉并停止吹風.因此，這款裝置不僅使用便捷——特別對常年溫度偏高的國家而言，而且還能減少耗電量，畢竟它會在不使用時自動關閉.

三、未來趨勢

早在今年3月，英國戴森公司就推出了新一代無葉片智能風扇Air Multiplier，靜音能力比前一代提高了75%，發(fā)出的聲音類似于蚊子扇動翅膀的水平.不過，這款產品價格高昂，根據尺寸和樣式的不同，售價最低219.99英鎊（約合370美元），最高達299.99英鎊（約合500美元）.據悉，為了開發(fā)AirMultiplier無葉片風扇，戴森公司投入了4000萬英鎊（約合6700萬美元），有1500位科學家和工程師參與.

四、現象分析

風扇轉動時，觀察者感覺扇葉不動，為什么？

舉例說明：

如圖1所示，電風扇在閃光燈下運轉，閃光燈每秒閃30次，風扇轉軸O上裝有3個扇葉，它們互成120°角，當風扇轉動時，觀察者感覺扇葉不動，則風扇的轉速可能是（）

A. 600 r/min

B. 900 r/ruin

C. 1200r/min

D. 3000r/min

解析 風扇轉動時，觀察者感覺扇葉不動，說明在每相鄰兩次閃光的時間間隔T=1/30s內，A扇葉可能旋轉到B扇葉位置，還可以旋轉到C扇葉位置，即風扇轉過的角度是120°的整數倍都可以.

120°是1/3圈，風扇的最小轉速N1=10r/s=600r/min，故滿足題意的可能轉速N=kN，（k=l，2，3，…），當k=2時，N2=1200r/min；當k=5時，N5=3000r/min，故A、C、D選項正確.

拓展：

電扇葉片有3個，相互夾角120°，光源每秒閃光30次，已知該電扇的轉速不超過500r/min，現在觀察者感覺葉片有6個，則電風扇的轉速是____r/min.

因為電扇葉片有三個，相互夾角為120°，現在觀察者感覺葉片有6個，說明在閃光時間里，電扇轉過的角度為60°+n.120°，其中n為非負整數，由于光源每秒閃光30次，所以電扇每秒轉過的角度為1800°+n·3600°，轉速為（5+lOn）r/s，但該電扇的轉速不超過500r/min，所以n=0，轉速為5r/s，即300r/min.

故答案為：300

風扇轉動時，為什么有時會“倒轉”？

觀察者感覺扇葉“不動”、“倒轉”，都是由于人眼的視覺暫留造成.比如日光燈的頻率是50赫茲，因為電扇葉片有三個，如果風扇的轉速正好是50/3r/s整數倍，如圖2所示，觀察者感覺扇葉“不動”的，如果風扇的轉速小于50/3r/s整數倍，如圖3所示，觀察者感覺扇葉“倒轉”的.如果風扇的轉速大于50/3r/s整數倍，如圖4所示，觀察者感覺扇葉“正轉”的.這種情況，風扇的轉速太高，超出風扇設計范圍，所以觀察不到.在現實生活中，類似的現象還有很多，只要我們堅持真理、崇尚科學、勇于探究，就能揭開一個個謎團，從而揭示事物的本質.