智能摇头风扇

袁夫康

一、概述

电风扇自发明以来经过近一个多世纪的发展和改进，已日益普及，得到了广泛的应用，成为普通家庭改善生活质量的一种廉价又不可缺少的家用电器.然而，在人类越来越注重可持续发展的今天，电扇正面临着一系列的挑战，比如电扇的节能、能源（资源）的综合利用、室内空气的品质和舒适性、绿色工质的应用和环境保护、风扇的成本与性能等等.现在市场上的电扇基本上只有0到180°内的摇头，并且摇头范围有限，不能根据人的位置自动调节摇头范围.使得传统的电扇在人性化和节能环保方面都存在一些不足.因此，对电风扇的进一步研究和改造是很有必要的.一种具有自动跟踪能力的智能立式摇头电扇，可以调整电扇摇头的范围，智能选择最优的旋转角度，从而节省了不必要的摇头范围以及摇头所带来的时间延时，既节能又使人们感到更舒适.

二、特点

1.在输入方面，系统使用了一个8位的AD芯片，用于采集旋阻上面的电压变换值.

2.在显示方面，本系统采用液晶，从而能更直接的看出旋转的角度和旋转频率.

3.在智能方面，风扇下面有一个红外传感器，可以感知周围区域的热信号，一旦发现有人在房间，它会自动打开，并且以85°角向此人不间断吹送冷风.红外传感器的敏感度可以设置为三种不同水平，确保它追踪到人而非空荡荡的地方，该设备可以同时追踪多个人；如果它发现房间中不止一个人，那么马上会调整方向让冷风轮流对着每一个人吹.

4.在步进电机的控制方面，步进电机采用高精确步进电机，它的步进角度是1.8°，能够精确的提供旋转角度.

5.在节能方面，如果在一分钟内未在默认覆盖范围内发现人，它会自动关闭并停止吹风.因此，这款装置不仅使用便捷——特别对常年温度偏高的国家而言，而且还能减少耗电量，毕竟它会在不使用时自动关闭.

三、未来趋势

早在今年3月，英国戴森公司就推出了新一代无叶片智能风扇Air Multiplier，静音能力比前一代提高了75%，发出的声音类似于蚊子扇动翅膀的水平.不过，这款产品价格高昂，根据尺寸和样式的不同，售价最低219.99英镑（约合370美元），最高达299.99英镑（约合500美元）.据悉，为了开发AirMultiplier无叶片风扇，戴森公司投入了4000万英镑（约合6700万美元），有1500位科学家和工程师参与.

四、现象分析

风扇转动时，观察者感觉扇叶不动，为什么？

举例说明：

如图1所示，电风扇在闪光灯下运转，闪光灯每秒闪30次，风扇转轴O上装有3个扇叶，它们互成120°角，当风扇转动时，观察者感觉扇叶不动，则风扇的转速可能是（）

A. 600 r/min

B. 900 r/ruin

C. 1200r/min

D. 3000r/min

解析 风扇转动时，观察者感觉扇叶不动，说明在每相邻两次闪光的时间间隔T=1/30s内，A扇叶可能旋转到B扇叶位置，还可以旋转到C扇叶位置，即风扇转过的角度是120°的整数倍都可以.

120°是1/3圈，风扇的最小转速N1=10r/s=600r/min，故满足题意的可能转速N=kN，（k=l，2，3，…），当k=2时，N2=1200r/min；当k=5时，N5=3000r/min，故A、C、D选项正确.

拓展：

电扇叶片有3个，相互夹角120°，光源每秒闪光30次，已知该电扇的转速不超过500r/min，现在观察者感觉叶片有6个，则电风扇的转速是____r/min.

因为电扇叶片有三个，相互夹角为120°，现在观察者感觉叶片有6个，说明在闪光时间里，电扇转过的角度为60°+n.120°，其中n为非负整数，由于光源每秒闪光30次，所以电扇每秒转过的角度为1800°+n·3600°，转速为（5+lOn）r/s，但该电扇的转速不超过500r/min，所以n=0，转速为5r/s，即300r/min.

故答案为：300

风扇转动时，为什么有时会“倒转”？

观察者感觉扇叶“不动”、“倒转”，都是由于人眼的视觉暂留造成.比如日光灯的频率是50赫兹，因为电扇叶片有三个，如果风扇的转速正好是50/3r/s整数倍，如图2所示，观察者感觉扇叶“不动”的，如果风扇的转速小于50/3r/s整数倍，如图3所示，观察者感觉扇叶“倒转”的.如果风扇的转速大于50/3r/s整数倍，如图4所示，观察者感觉扇叶“正转”的.这种情况，风扇的转速太高，超出风扇设计范围，所以观察不到.在现实生活中，类似的现象还有很多，只要我们坚持真理、崇尚科学、勇于探究，就能揭开一个个谜团，从而揭示事物的本质.