前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的幼兒防觸風扇控制系統設計，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
摘要：風扇是大眾電器，技術的發展，風扇的功能日趨多元，各種新型風扇相繼問世。然而，卻鮮有商家在設計產品時考慮到風扇的使用安全問題。本論文將介紹一種基于單片機的幼兒防觸風扇系統，設計通過檢測接近物的實時距離來控制電風扇的啟停。系統主要選用STC89C52單片機作為控制中心，HC-SR04超聲波傳感器檢測實時距離，液晶屏顯示實時距離，紅外遙控實現風扇手動啟停,蜂鳴器實現報警。風扇開啟后，超聲波傳感器對接近物進行實時距離檢測，如果接近物與風扇的距離小于安全距離，蜂鳴器報警，風扇停止運行，5秒后，如果接近物離開，風扇重新運轉；如果物體仍然在安全距離外，風扇依舊停止，蜂鳴器報警。
關鍵詞：防觸風扇；單片機；超聲波測距；實時顯示；紅外遙控
0引言
我國是風扇使用大國，在現代都市和鄉村地區均保持較高的保有率，2015年我國風扇總產量15698.51萬臺，較上年增長4.07個百分點[1]。當前，市面上的絕大多數電扇工作時，風扇葉片均存在安全隱患，在缺少家長的監督的情況下，如何防止幼兒被電扇葉片擊傷，是廣大家長和產品生產廠家所關心的問題。幼兒對世界的認知體系尚未構建完成，對一切事物充滿興趣，電扇的運行造成聲響，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知顯然不科學，所以我們要為幼兒的生命安全保駕護航，制造安全的日用家電[2]。依托現代科學技術水平的提高，風扇早已非同往日，市場上相繼誕生霧化電風扇、無葉電風扇、變頻電風扇、冷風電扇、塔扇等新型風扇。無葉電扇最大的特點是沒有扇葉。其技術來源于噴氣式飛機發動機和渦輪增壓。氣體由進風口吸入，通過環狀邊沿暗藏的扇葉，將氣體以圓狀軌道發射，形成一股不間斷的冷空氣流。變頻風扇是節能風扇的典型，在傳統電風扇的基礎上加裝了變頻器。變頻器通過調控電風扇的轉速，使得風扇能夠保持最節能環保的工作狀態[3]。噴霧電扇也是在常規風扇的基礎上發展而來，功能上的創新為：通過外部連接水源，利用水霧發生器產生水霧，增加干燥環境的濕度[4]。該風扇通過水霧的蒸發作用，能夠很好地降低環境溫度，帶走體表熱量，體驗感與空調類似。冷風電扇是噴霧風扇的改進版，自帶水源，水源吸收環境中的熱量，使周邊氣體溫度降低，風扇葉片再將冷氣送出。倘若增加熱電阻，該電扇也可產生熱風，因此也叫冷熱兩用風扇。塔扇顧名思義外形猶如高聳的寶塔一般，別稱“大廈扇”[5]。其主要技術原理為：在電扇內部豎直方向上放置一個葉輪，通過葉扇的轉動產生氣壓，由導氣管道將風送出。塔扇能夠實現室內外氣體的交換、無死角送風，在實際使用中常出現在商場、寫字樓等大型活動場所，商業應用較為廣泛。本論文將介紹一種基于單片機的幼兒防觸風扇系統，設計通過檢測接近物的實時距離來控制電風扇的啟停。
1系統總體設計框圖
防觸方式的選擇，是本設計的重中之重，要從經濟性、可行性、安全性、實用性、等方面綜合考慮。在選擇防觸方式的過程中，經過大量文獻的參考和網絡資源的利用，另外考慮到此風扇的設計初衷是要服務大眾，需要嚴格控制成本，滿足平民的消費需求，同時還要保持風扇的安全性和使用效能，因此，本人最終選擇以下方案。利用測距傳感器實現非接觸控制。此構想通過測距傳感器檢測目標方向內的接近物與風扇的距離，來實現風扇的非接觸控制。該方案可行性較高，實現成本低，可以很好保障使用安全和使用效能。在搭建完本設計的主要架構之后，最終以技術非常成熟，價格低廉的STC89C52單片機和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，實現風扇的總體防觸功能，如圖1所示。
2控制系統的硬件設計
超聲波是一種頻率高于兩萬赫茲的聲波，一切與聲波有關的傳播規律，它同樣遵循。超聲波的抗干擾能力強、探測范圍大、能量高、速度快。依托此類特性，超聲波廣泛應用于各種探測系統中。本系統采用的HC-SR04超聲波測距模塊完全滿足設計要求，最小探測距離為2cm，最遠可探測4m，誤差為3mm；該模塊具有集成化程度高，占用空間小等特點。該模塊的核心功能為實時距離檢測，將采集到的數據送單片機處理，實現對電機的控制，具體流程見圖2。本模塊內部已完成封裝，元件高度集成化，主要由聲波發射電路和接收電路組成，詳情參照圖3。紅外線最早發現于17世紀初，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。在發送信號時要進行編碼計算，接收時要進行解碼計算?？梢钥闯?，紅外控制是一種點對點式的信息傳遞系統，交互雙方功能要匹配。52系列單片機共有32個數據通信口，共四組八位，記作P0~P3，如圖5所示。
3控制系統軟件設計及系統調試
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。在進行仿真之前，要進行程序編譯，進行參數設定，在Debug選項中，選擇相匹配的驅動，隨后點擊“Setting”選項。注意：串口的選擇必須通過電腦的設備管理器查詢，否則無法完成仿真，最終仿真的效果見圖7。該系統主要由STC89C52單片機、HC-SR04超聲波傳感器、1206液晶顯示屏、紅外遙控、蜂鳴器、ULN2003達林頓陳列、紅外接收器、直流電機及電阻、電容、晶振、USB電源、開關等組成。系統總體實物圖如圖8所示。HC-SR04超聲波傳感器模塊內部高度集成化，編程時將P1.6口定義為回聲接收端口，將P1.7口定義為超聲出發端口。超聲波測距模塊工作時，通過編程，可以實現對風扇葉片前方接近物距離的不間斷檢測。圖9為本系統超聲波傳感器模塊測距實時顯示。利用紅外遙控控制風扇的運行，大大提高了風扇的實用性，在本次仿真過程中，能夠很好地實現相關功能。
4結論
基于單片機的幼兒防觸設計將技術成熟的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、直流電機來架構該系統。很好地控制了成本。在進行軟硬件調試時，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行輔助，將本專業的相關知識很好地進行實踐應用。我國是個風扇使用大國，產量高，市場需求巨大，隨著本產品的面世，將刷新廣大家長對風扇安全使用的認識，市場前景光明。
參考文獻：
[1]馳宇．電風扇發展的新動向[J]．電工技術雜志，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:九江學院(本科院校)機械與材料工程學院
