摘要：風(fēng)扇是大眾電器，技術(shù)的發(fā)展，風(fēng)扇的功能日趨多元，各種新型風(fēng)扇相繼問世。然而，卻鮮有商家在設(shè)計產(chǎn)品時考慮到風(fēng)扇的使用安全問題。本論文將介紹一種基于單片機(jī)的幼兒防觸風(fēng)扇系統(tǒng)，設(shè)計通過檢測接近物的實(shí)時距離來控制電風(fēng)扇的啟停。系統(tǒng)主要選用STC89C52單片機(jī)作為控制中心，HC-SR04超聲波傳感器檢測實(shí)時距離，液晶屏顯示實(shí)時距離，紅外遙控實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇手動啟停,蜂鳴器實(shí)現(xiàn)報警。風(fēng)扇開啟后，超聲波傳感器對接近物進(jìn)行實(shí)時距離檢測，如果接近物與風(fēng)扇的距離小于安全距離，蜂鳴器報警，風(fēng)扇停止運(yùn)行，5秒后，如果接近物離開，風(fēng)扇重新運(yùn)轉(zhuǎn)；如果物體仍然在安全距離外，風(fēng)扇依舊停止，蜂鳴器報警。

關(guān)鍵詞：防觸風(fēng)扇；單片機(jī)；超聲波測距；實(shí)時顯示；紅外遙控

0引言

我國是風(fēng)扇使用大國，在現(xiàn)代都市和鄉(xiāng)村地區(qū)均保持較高的保有率，2015年我國風(fēng)扇總產(chǎn)量15698.51萬臺，較上年增長4.07個百分點(diǎn)[1]。當(dāng)前，市面上的絕大多數(shù)電扇工作時，風(fēng)扇葉片均存在安全隱患，在缺少家長的監(jiān)督的情況下，如何防止幼兒被電扇葉片擊傷，是廣大家長和產(chǎn)品生產(chǎn)廠家所關(guān)心的問題。幼兒對世界的認(rèn)知體系尚未構(gòu)建完成，對一切事物充滿興趣，電扇的運(yùn)行造成聲響，吸引幼兒接近并用手指碰觸，稍有不慎，將對幼兒造成無法挽回的傷害。打壓幼兒對新事物的的向往和認(rèn)知顯然不科學(xué)，所以我們要為幼兒的生命安全保駕護(hù)航，制造安全的日用家電[2]。依托現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平的提高，風(fēng)扇早已非同往日，市場上相繼誕生霧化電風(fēng)扇、無葉電風(fēng)扇、變頻電風(fēng)扇、冷風(fēng)電扇、塔扇等新型風(fēng)扇。無葉電扇最大的特點(diǎn)是沒有扇葉。其技術(shù)來源于噴氣式飛機(jī)發(fā)動機(jī)和渦輪增壓。氣體由進(jìn)風(fēng)口吸入，通過環(huán)狀邊沿暗藏的扇葉，將氣體以圓狀軌道發(fā)射，形成一股不間斷的冷空氣流。變頻風(fēng)扇是節(jié)能風(fēng)扇的典型，在傳統(tǒng)電風(fēng)扇的基礎(chǔ)上加裝了變頻器。變頻器通過調(diào)控電風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，使得風(fēng)扇能夠保持最節(jié)能環(huán)保的工作狀態(tài)[3]。噴霧電扇也是在常規(guī)風(fēng)扇的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，功能上的創(chuàng)新為：通過外部連接水源，利用水霧發(fā)生器產(chǎn)生水霧，增加干燥環(huán)境的濕度[4]。該風(fēng)扇通過水霧的蒸發(fā)作用，能夠很好地降低環(huán)境溫度，帶走體表熱量，體驗感與空調(diào)類似。冷風(fēng)電扇是噴霧風(fēng)扇的改進(jìn)版，自帶水源，水源吸收環(huán)境中的熱量，使周邊氣體溫度降低，風(fēng)扇葉片再將冷氣送出。倘若增加熱電阻，該電扇也可產(chǎn)生熱風(fēng)，因此也叫冷熱兩用風(fēng)扇。塔扇顧名思義外形猶如高聳的寶塔一般，別稱“大廈扇”[5]。其主要技術(shù)原理為：在電扇內(nèi)部豎直方向上放置一個葉輪，通過葉扇的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生氣壓，由導(dǎo)氣管道將風(fēng)送出。塔扇能夠?qū)崿F(xiàn)室內(nèi)外氣體的交換、無死角送風(fēng)，在實(shí)際使用中常出現(xiàn)在商場、寫字樓等大型活動場所，商業(yè)應(yīng)用較為廣泛。本論文將介紹一種基于單片機(jī)的幼兒防觸風(fēng)扇系統(tǒng)，設(shè)計通過檢測接近物的實(shí)時距離來控制電風(fēng)扇的啟停。

1系統(tǒng)總體設(shè)計框圖

防觸方式的選擇，是本設(shè)計的重中之重，要從經(jīng)濟(jì)性、可行性、安全性、實(shí)用性、等方面綜合考慮。在選擇防觸方式的過程中，經(jīng)過大量文獻(xiàn)的參考和網(wǎng)絡(luò)資源的利用，另外考慮到此風(fēng)扇的設(shè)計初衷是要服務(wù)大眾，需要嚴(yán)格控制成本，滿足平民的消費(fèi)需求，同時還要保持風(fēng)扇的安全性和使用效能，因此，本人最終選擇以下方案。利用測距傳感器實(shí)現(xiàn)非接觸控制。此構(gòu)想通過測距傳感器檢測目標(biāo)方向內(nèi)的接近物與風(fēng)扇的距離，來實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的非接觸控制。該方案可行性較高，實(shí)現(xiàn)成本低，可以很好保障使用安全和使用效能。在搭建完本設(shè)計的主要架構(gòu)之后，最終以技術(shù)非常成熟，價格低廉的STC89C52單片機(jī)和HC-SR04超聲波傳感器為核心，輔以紅外遙控模塊、蜂鳴蜂鳴器模塊和1602液晶顯示模塊，實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的總體防觸功能，如圖1所示。

2控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

超聲波是一種頻率高于兩萬赫茲的聲波，一切與聲波有關(guān)的傳播規(guī)律，它同樣遵循。超聲波的抗干擾能力強(qiáng)、探測范圍大、能量高、速度快。依托此類特性，超聲波廣泛應(yīng)用于各種探測系統(tǒng)中。本系統(tǒng)采用的HC-SR04超聲波測距模塊完全滿足設(shè)計要求，最小探測距離為2cm，最遠(yuǎn)可探測4m，誤差為3mm；該模塊具有集成化程度高，占用空間小等特點(diǎn)。該模塊的核心功能為實(shí)時距離檢測，將采集到的數(shù)據(jù)送單片機(jī)處理，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的控制，具體流程見圖2。本模塊內(nèi)部已完成封裝，元件高度集成化，主要由聲波發(fā)射電路和接收電路組成，詳情參照圖3。紅外線最早發(fā)現(xiàn)于17世紀(jì)初，人眼不可直接觀察，波長為760nm～1mm不等，屬于電磁波范疇。觀察圖4，該模塊主要由紅外遙控和紅外接收頭組成。在發(fā)送信號時要進(jìn)行編碼計算，接收時要進(jìn)行解碼計算。可以看出，紅外控制是一種點(diǎn)對點(diǎn)式的信息傳遞系統(tǒng)，交互雙方功能要匹配。52系列單片機(jī)共有32個數(shù)據(jù)通信口，共四組八位，記作P0~P3，如圖5所示。

3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計及系統(tǒng)調(diào)試

該主程序主要由延時程序、顯示程序、紅外接收程序、距離計算程序、蜂鳴器報警程序等組成。具體流程如圖6所示。在進(jìn)行仿真之前，要進(jìn)行程序編譯，進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，在Debug選項中，選擇相匹配的驅(qū)動，隨后點(diǎn)擊“Setting”選項。注意：串口的選擇必須通過電腦的設(shè)備管理器查詢，否則無法完成仿真，最終仿真的效果見圖7。該系統(tǒng)主要由STC89C52單片機(jī)、HC-SR04超聲波傳感器、1206液晶顯示屏、紅外遙控、蜂鳴器、ULN2003達(dá)林頓陳列、紅外接收器、直流電機(jī)及電阻、電容、晶振、USB電源、開關(guān)等組成。系統(tǒng)總體實(shí)物圖如圖8所示。HC-SR04超聲波傳感器模塊內(nèi)部高度集成化，編程時將P1.6口定義為回聲接收端口，將P1.7口定義為超聲出發(fā)端口。超聲波測距模塊工作時，通過編程，可以實(shí)現(xiàn)對風(fēng)扇葉片前方接近物距離的不間斷檢測。圖9為本系統(tǒng)超聲波傳感器模塊測距實(shí)時顯示。利用紅外遙控控制風(fēng)扇的運(yùn)行，大大提高了風(fēng)扇的實(shí)用性，在本次仿真過程中，能夠很好地實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。

4結(jié)論

基于單片機(jī)的幼兒防觸設(shè)計將技術(shù)成熟的C52芯片作為核心處理器，利用價格低廉的HC-SR04超聲波傳感器、1602液晶屏、紅外遙控、蜂鳴器、直流電機(jī)來架構(gòu)該系統(tǒng)。很好地控制了成本。在進(jìn)行軟硬件調(diào)試時，通過keil4來編寫代碼和仿真，通過ISIS軟件繪制電路圖；通過程序燒寫軟件和通信助手進(jìn)行輔助，將本專業(yè)的相關(guān)知識很好地進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用。我國是個風(fēng)扇使用大國，產(chǎn)量高，市場需求巨大，隨著本產(chǎn)品的面世，將刷新廣大家長對風(fēng)扇安全使用的認(rèn)識，市場前景光明。

參考文獻(xiàn)：

[1]馳宇．電風(fēng)扇發(fā)展的新動向[J]．電工技術(shù)雜志，1995，18（12）：16-17．

[2]陳永甫．紅外探測與控制電路[M]．北京：人民郵電出版社，2004：69-90.

作者:張士偉 單位:九江學(xué)院(本科院校)機(jī)械與材料工程學(xué)院

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