摘要：风扇是大众电器，技术的发展，风扇的功能日趋多元，各种新型风扇相继问世。然而，却鲜有商家在设计产品时考虑到风扇的使用安全问题。本论文将介绍一种基于单片机的幼儿防触风扇系统，设计通过检测接近物的实时距离来控制电风扇的启停。系统主要选用STC89C52单片机作为控制中心，HC-SR04超声波传感器检测实时距离，液晶屏显示实时距离，红外遥控实现风扇手动启停,蜂鸣器实现报警。风扇开启后，超声波传感器对接近物进行实时距离检测，如果接近物与风扇的距离小于安全距离，蜂鸣器报警，风扇停止运行，5秒后，如果接近物离开，风扇重新运转；如果物体仍然在安全距离外，风扇依旧停止，蜂鸣器报警。
关键词：防触风扇；单片机；超声波测距；实时显示；红外遥控
0引言
我国是风扇使用大国，在现代都市和乡村地区均保持较高的保有率，2015年我国风扇总产量15698.51万台，较上年增长4.07个百分点[1]。当前，市面上的绝大多数电扇工作时，风扇叶片均存在安全隐患，在缺少家长的监督的情况下，如何防止幼儿被电扇叶片击伤，是广大家长和产品生产厂家所关心的问题。幼儿对世界的认知体系尚未构建完成，对一切事物充满兴趣，电扇的运行造成声响，吸引幼儿接近并用手指碰触，稍有不慎，将对幼儿造成无法挽回的伤害。打压幼儿对新事物的的向往和认知显然不科学，所以我们要为幼儿的生命安全保驾护航，制造安全的日用家电[2]。依托现代科学技术水平的提高，风扇早已非同往日，市场上相继诞生雾化电风扇、无叶电风扇、变频电风扇、冷风电扇、塔扇等新型风扇。无叶电扇最大的特点是没有扇叶。其技术来源于喷气式飞机发动机和涡轮增压。气体由进风口吸入，通过环状边沿暗藏的扇叶，将气体以圆状轨道发射，形成一股不间断的冷空气流。变频风扇是节能风扇的典型，在传统电风扇的基础上加装了变频器。变频器通过调控电风扇的转速，使得风扇能够保持最节能环保的工作状态[3]。喷雾电扇也是在常规风扇的基础上发展而来，功能上的创新为：通过外部连接水源，利用水雾发生器产生水雾，增加干燥环境的湿度[4]。该风扇通过水雾的蒸发作用，能够很好地降低环境温度，带走体表热量，体验感与空调类似。冷风电扇是喷雾风扇的改进版，自带水源，水源吸收环境中的热量，使周边气体温度降低，风扇叶片再将冷气送出。倘若增加热电阻，该电扇也可产生热风，因此也叫冷热两用风扇。塔扇顾名思义外形犹如高耸的宝塔一般，别称“大厦扇”[5]。其主要技术原理为：在电扇内部竖直方向上放置一个叶轮，通过叶扇的转动产生气压，由导气管道将风送出。塔扇能够实现室内外气体的交换、无死角送风，在实际使用中常出现在商场、写字楼等大型活动场所，商业应用较为广泛。本论文将介绍一种基于单片机的幼儿防触风扇系统，设计通过检测接近物的实时距离来控制电风扇的启停。
1系统总体设计框图
防触方式的选择，是本设计的重中之重，要从经济性、可行性、安全性、实用性、等方面综合考虑。在选择防触方式的过程中，经过大量文献的参考和网络资源的利用，另外考虑到此风扇的设计初衷是要服务大众，需要严格控制成本，满足平民的消费需求，同时还要保持风扇的安全性和使用效能，因此，本人最终选择以下方案。利用测距传感器实现非接触控制。此构想通过测距传感器检测目标方向内的接近物与风扇的距离，来实现风扇的非接触控制。该方案可行性较高，实现成本低，可以很好保障使用安全和使用效能。在搭建完本设计的主要架构之后，最终以技术非常成熟，价格低廉的STC89C52单片机和HC-SR04超声波传感器为核心，辅以红外遥控模块、蜂鸣蜂鸣器模块和1602液晶显示模块，实现风扇的总体防触功能，如图1所示。
2控制系统的硬件设计
超声波是一种频率高于两万赫兹的声波，一切与声波有关的传播规律，它同样遵循。超声波的抗干扰能力强、探测范围大、能量高、速度快。依托此类特性，超声波广泛应用于各种探测系统中。本系统采用的HC-SR04超声波测距模块完全满足设计要求，最小探测距离为2cm，最远可探测4m，误差为3mm；该模块具有集成化程度高，占用空间小等特点。该模块的核心功能为实时距离检测，将采集到的数据送单片机处理，实现对电机的控制，具体流程见图2。本模块内部已完成封装，元件高度集成化，主要由声波发射电路和接收电路组成，详情参照图3。红外线最早发现于17世纪初，人眼不可直接观察，波长为760nm～1mm不等，属于电磁波范畴。观察图4，该模块主要由红外遥控和红外接收头组成。在发送信号时要进行编码计算，接收时要进行解码计算。可以看出，红外控制是一种点对点式的信息传递系统，交互双方功能要匹配。52系列单片机共有32个数据通信口，共四组八位，记作P0~P3，如图5所示。
3控制系统软件设计及系统调试
该主程序主要由延时程序、显示程序、红外接收程序、距离计算程序、蜂鸣器报警程序等组成。具体流程如图6所示。在进行仿真之前，要进行程序编译，进行参数设定，在Debug选项中，选择相匹配的驱动，随后点击“Setting”选项。注意：串口的选择必须通过电脑的设备管理器查询，否则无法完成仿真，最终仿真的效果见图7。该系统主要由STC89C52单片机、HC-SR04超声波传感器、1206液晶显示屏、红外遥控、蜂鸣器、ULN2003达林顿陈列、红外接收器、直流电机及电阻、电容、晶振、USB电源、开关等组成。系统总体实物图如图8所示。HC-SR04超声波传感器模块内部高度集成化，编程时将P1.6口定义为回声接收端口，将P1.7口定义为超声出发端口。超声波测距模块工作时，通过编程，可以实现对风扇叶片前方接近物距离的不间断检测。图9为本系统超声波传感器模块测距实时显示。利用红外遥控控制风扇的运行，大大提高了风扇的实用性，在本次仿真过程中，能够很好地实现相关功能。
4结论
基于单片机的幼儿防触设计将技术成熟的C52芯片作为核心处理器，利用价格低廉的HC-SR04超声波传感器、1602液晶屏、红外遥控、蜂鸣器、直流电机来架构该系统。很好地控制了成本。在进行软硬件调试时，通过keil4来编写代码和仿真，通过ISIS软件绘制电路图；通过程序烧写软件和通信助手进行辅助，将本专业的相关知识很好地进行实践应用。我国是个风扇使用大国，产量高，市场需求巨大，随着本产品的面世，将刷新广大家长对风扇安全使用的认识，市场前景光明。
参考文献：
[1]驰宇．电风扇发展的新动向[J]．电工技术杂志，1995，18（12）：16-17．
[2]陈永甫．红外探测与控制电路[M]．北京：人民邮电出版社，2004：69-90.
作者:张士伟 单位:九江学院(本科院校)机械与材料工程学院
