新型便捷的可折疊式吊扇

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時間放置不用而導(dǎo)致扇葉灰塵堆積難以清理而設(shè)計的。經(jīng)過前期設(shè)計、實驗和最終的測試得出，該吊扇穩(wěn)定性好、操作方便、運行可靠、價格低廉、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)動裝置

中圖分類號：TP368 ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A文章編號：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、會場、商店、學(xué)校等公共場所和家庭通風(fēng)降溫。但由于吊扇只能在夏天使用，吊扇在閑置時會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行擦拭清理，這樣便會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，清理時就要需要進行爬高擦拭，所以在安裝吊扇較多的場所清理工作將大幅提高，也會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可以將扇葉進行折疊，減少吊扇在不使用時扇葉上灰塵的附著，從而可以大大減少了對扇葉的擦拭工作，方便省事;當(dāng)然，吊扇在存放時也能方便存放，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)動裝置以及第二驅(qū)動裝置組成。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影響吊扇的正常運行。

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)動裝置，第一驅(qū)動裝置可以使一片折疊扇葉帶動相鄰的一片扇葉進行折疊;另外，吊扇的扇頭與懸吊裝置連接上設(shè)有用于帶動扇葉轉(zhuǎn)動的第二驅(qū)動裝置。吊扇的懸吊裝置內(nèi)部會安裝STM32F103C8T6單片機，STM32F103C8T6單片機的作用就是控制扇頭以及第一驅(qū)動裝置和第二驅(qū)動裝置的運轉(zhuǎn)，并且懸吊裝置內(nèi)部與控制開關(guān)進行連接，進而控制吊扇的風(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單片機控制吊扇扇葉運轉(zhuǎn)的速度[1];折疊控制開關(guān)通過STM32F103C8T6單片機控制第一驅(qū)動裝置以及第二驅(qū)動裝置的運轉(zhuǎn)，這樣便可以實現(xiàn)新型折疊吊扇的設(shè)想：在不影響正常吊扇的運轉(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)有用于帶動扇葉轉(zhuǎn)動的第二驅(qū)動裝置;可折疊扇葉通過銷軸與扇頭連接，其至少由兩個折疊扇葉組成，且相鄰折疊扇葉之間通過銷軸連接。相鄰兩個折疊扇葉之間，其中一個折疊扇葉上設(shè)有用于帶動另一折疊扇葉轉(zhuǎn)動的第一驅(qū)動裝置，扇頭上設(shè)有用于帶動扇葉轉(zhuǎn)動的第二驅(qū)動裝置，第一驅(qū)動裝置為步進電機，第二驅(qū)動裝置選擇為伺服電機。通過第一驅(qū)動裝置帶動折疊扇葉的折疊，在折疊或者展開的過程中無須人工進行爬高進行折疊或展開動作，且在折疊或展開過程中，驅(qū)動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)運行，總體設(shè)計如圖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)動裝置你以及第二驅(qū)動裝置組成。本可折疊式吊扇銷軸實現(xiàn)了扇葉的連接，第一驅(qū)動裝置實現(xiàn)了控制扇葉的折疊，第二驅(qū)動裝置實現(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單片機接收到折疊信號[1]，之后STM32F103C8T6單片機[2]將控制命令傳給第一驅(qū)動裝置;當(dāng)?shù)谝或?qū)動裝置接收到STM32F103C8T6單片機的控制命令時就會和銷軸一起帶動折疊扇葉圍繞銷軸進行折疊;打開轉(zhuǎn)動開關(guān)時，第二驅(qū)動裝置收到控制信號，會帶動扇葉進行轉(zhuǎn)動，第二驅(qū)動裝置為控制扇葉的轉(zhuǎn)動的電機。

2.2? 控制命令

設(shè)備控制命令為：

//電機轉(zhuǎn)動函數(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;? ? ?//按鍵停止電機轉(zhuǎn)動

}

}

//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，STM32F103C8T6單片機就會將控制信號傳遞給第一驅(qū)動裝置，然后第一驅(qū)動裝置就會控制銷軸帶動相鄰的分離的兩片扇葉進行折疊。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

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

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 ℃。工作時具有低功率、低電壓，并結(jié)合了實時功能的極佳性能，其他參數(shù)如表2所示。MCU體系結(jié)構(gòu)具有一個易于使用的STM32平臺，可用于包括電動機驅(qū)動，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)與單機片連接，當(dāng)控制開關(guān)打開時，控制開關(guān)會直接將控制信號傳遞給STM32F103C8T6單片機。調(diào)速開關(guān)[4]通過單機片控制吊扇的轉(zhuǎn)速，折疊控制開關(guān)通過STM32F103C8T6單機片控制驅(qū)動的運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)扇葉的折疊與展開。

2.6? 第一驅(qū)動裝置

本可折疊式吊扇相鄰的可折疊扇葉之間有第一驅(qū)動裝置，第一驅(qū)動裝置可以用于第一片折疊扇葉帶動與其相鄰的折疊扇葉進行折疊。考慮其種種因素，第一驅(qū)動轉(zhuǎn)裝置選擇了步進電機。步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰频拈_環(huán)控制組件[1]。在本可折疊式吊扇中，步進電機為銷軸提供了折疊以及展開的動力。當(dāng)步進電機收到控制信號時，電機各項的狀態(tài)就會發(fā)生變化，其轉(zhuǎn)子就會轉(zhuǎn)過一定的角度，即帶動銷軸的轉(zhuǎn)動，參數(shù)如表3所示。

2.7? 第二驅(qū)動裝置

本可折疊式吊扇的第二驅(qū)動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)動裝置選擇伺服電機，參數(shù)如表4所示。伺服電機可以控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象[1]。當(dāng)打開控制開關(guān)時，控制開關(guān)將控制信號傳遞給STM32F103C8T6單片機，進而 STM32F103C8T6單片機又將控制信號傳遞給伺服電機，伺服電機收到控制信號時，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受控制信號控制[5]，能快速做出反應(yīng)。當(dāng)關(guān)閉控制開關(guān)時，伺服電機將不再收到控制信號，控制信號電業(yè)變?yōu)榱悖欧姍C就會關(guān)閉運行，不再出現(xiàn)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速會隨之下降，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，實現(xiàn)了吊扇在閑置時灰塵堆積的減少;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)有市場上常見的吊扇技術(shù)存在的問題。

本可折疊式吊扇時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單片機接收到折疊信號，之后STM32F103C8T6單片機將控制命令傳給第一驅(qū)動裝置;當(dāng)?shù)谝或?qū)動裝置接收到STM32F103C8T6單片機的控制命令時就會和銷軸一起帶動折疊扇葉圍繞銷軸進行折疊;打開轉(zhuǎn)動開關(guān)時，第二驅(qū)動裝置收到控制信號，會帶動扇葉進行轉(zhuǎn)動;第二驅(qū)動裝置會迅速反應(yīng)，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速會迅速上升，帶動扇葉進行轉(zhuǎn)動。當(dāng)關(guān)閉吊扇折疊控制開關(guān)時，STM32F103C8T6單片機收到關(guān)閉的折疊信號，之后STM32F103C8T6單片機將控制命令傳給第一驅(qū)動裝置和第二驅(qū)動裝置;第二驅(qū)動裝置收到關(guān)閉的折疊信號時，迅速做出反應(yīng)，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速會勻速下降，直至停止;第一驅(qū)動裝置同時收到關(guān)閉的折疊信號就會和銷軸一起帶動折疊扇葉圍繞銷軸進行展開。在本可折疊式吊扇中新型可折疊式扇葉的加入不會影響吊扇的正常運行。

參考文獻：

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[5] 王波.電風(fēng)扇電動機定子繞組端部快速準(zhǔn)確整形 [J].適用技術(shù)市場，2001（4）：26-27.

作者簡介：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