CN104612988B - 一种基于摆叶变风的音乐风扇及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种基于摆叶变风的音乐风扇及其控制方法，该音乐风扇包括动力单元、支撑单元、加湿单元、摆叶驱动单元和控制单元；动力单元包括两个风扇，动力单元位于外壳内；支撑单元包括支撑结构和外壳；加湿单元的湿气通过湿气进气孔通入外壳内；摆叶驱动单元包括：前梁、后梁、步进直线丝杆电机、两根光轴、八根螺杆、六个摆动轴、六个固连件、六个转轴、丝母、隔板、六个连接片、六片摆叶；本发明使用将电脉冲信号转变为线位移的开环控制直线丝杆电机。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。

Description

一种基于摆叶变风的音乐风扇及其控制方法

技术领域

本发明属于机电一体化技术领域，具体是一种基于摆叶变风的音乐风扇及其控制方法。

背景技术

市场上的家用电风扇主要有吊扇、台扇、落地扇，主要由风扇电动机、风扇扇叶、前后网罩、连接头及摆动机构、底座及开关控制机械等构成。通过开关控制风扇电动机的旋转来带动风扇扇叶的运动达到送风的效果。同时风扇扇叶可以通过摆动机构实现一定范围内的摆动送风，或者通过旋转方向叶改变送风方向。

市场上也已经有带加湿器的落地风扇，它由底座、支撑座、风扇头和加湿器组成，底座与支撑座为可拆卸连接；所述加湿器包括底壳、雾化头、水箱、喷嘴和加湿风扇；支撑座由前半壳和后半壳组成，后半壳由下半壳和上半壳组成，前半壳与下半壳组成存储腔、上端构成支座 ；加湿器在底座上，一导管将设置在风扇头上的喷嘴与加湿器连通。在家电中有两头的与加湿器配合的组合电风扇，但是它们都没有实现每个风扇的摆叶多角度的摆动，以扩大人体感受到的迎风面；同时它们不是通过通气导管将上升湿气流直接导入风扇叶片前。

市场上也已经有自然风风扇，包括风扇、空气加湿器、底座、支撑杆、折叶摆动机构、折叠机构和控制单元；但是其包括7个或9个电风扇，占用体积较大；折叶摆动机构包含多个电机、锥齿轮，较为复杂的齿轮传递机构，可靠性低，控制要求高，加工成本高，很难实际生产；它使用的是直流电机转动位置很难确定，没有实际应用的可行性。

现有的电风扇有以下不足：1、现有的风扇一般是单头或双头的形式，但双头方式为上下双头，不能在水平方向形成较大的迎风面；2、现有的风扇吹出的风一般是风柱或风柱的扇形扫略形式的，没有前置摆叶的不同角度摆动，不能产生自然风效果，长时间接受这样的风对人体健康不利。有一种自然风风扇可以吹出自然风，但是其锥齿轮传递机构结构复杂；3、现有风扇风量一般在确定档位下是固定的，没有能够通过音乐控制风量的电风扇。有一种音控风扇，但是它使用的多个直流电机，转动位置不能保证。并且该音控风扇直流电机转速较高，没有相应变速机构；4、现有电风扇一般通过按钮选择档位、开关，即使有遥控功能，只能控制档位、开关、停机时间。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于摆叶变风的音乐风扇及其控制方法。

本发明的技术方案是：

一种基于摆叶变风的音乐风扇，包括动力单元、支撑单元、加湿单元、摆叶驱动单元和控制单元；

所述动力单元，包括两个风扇，动力单元位于外壳内；

所述支撑单元，包括：支撑结构和外壳；支撑结构的顶端与外壳底部固定，外壳的底部留有湿气进气孔；

所述加湿单元的湿气通过湿气进气孔通入外壳内；

所述摆叶驱动单元，包括：前梁、后梁、步进直线丝杆电机、两根光轴、八根螺杆、六个摆动轴、六个固连件、六个转轴、丝母、隔板、六个连接片、六片摆叶；

所述前梁、后梁结构相同，均为截面为“L”形的长板；

所述丝母为带内螺纹的法兰，该法兰凸台上有四个均匀分布的安装孔，丝母位于前梁中部、后梁中部之间；

所述前梁中间、后梁中间与丝母的四个安装孔通过螺钉连接；丝母的内螺纹与步进直线丝杆电机的输出轴连接；

所述八根螺杆均穿过外壳的右侧壁、隔板，将两者固定；

所述两根光轴之间平行、外壳的右侧壁与隔板之间平行；

所述转轴的两端有螺纹、中部为光轴；

所述固连件为两端带孔钢片，位于摆动轴、转轴之间；

所述摆叶为长条状，两端均有安装孔；

所述连接片一端具有内螺纹孔，与转轴通过螺纹连接，连接片另一端具有摆叶固定孔，通过螺栓与摆叶固定；

所述固连件一端与摆动轴通过螺母固定，固连件另一端与转轴一端通过螺母连接；转轴另一端通过连接片连接摆叶，转轴在摆动轴带动下转动；

所述控制单元安装在支撑结构上；

所述控制单元，包括：电源模块、音频播放模块、液晶显示模块、独立按键模块、红外遥控模块、音频转换模块、AD 转换模块、单片机和步进电机驱动模块；

电源模块的输出端分别连接音频转换模块的供电端、AD 转换模块的供电端、单片机的供电端、步进电机驱动模块的供电端和步进直线丝杆电机的供电端；

音频播放模块的输入端连接单片机的输出端，音频播放模块的输出端连接音频转换模块的输入端，音频转换模块的输出端连接AD 转换模块的输入端，AD 转换模块的输出端连接单片机的输入端，单片机的输出端分别连接音频播放模块的输入端、液晶显示模块的输入端、步进电机驱动模块的输入端，步进电机驱动模块的输出端连接步进电机的输入端，独立按键模块的输出端连接单片机的输入端，红外遥控模块与单片机建立无线通信。

进一步地，所述支撑结构包括底座、支撑杆和加湿器固定板；支撑杆一端安装在底座上，支撑杆另一端安装在外壳底部，加湿器固定板与支撑杆固定连接，加湿器安装于加湿器固定板上； 所述控制单元安装在支撑杆上。

进一步地，所述风扇包括风扇电机和叶片；两个风扇电机与外壳的后壁连接，叶片与风扇电机的输出轴连接；

两个风扇水平方向上中心在一条直线上。

进一步地，所述加湿单元，包括：加湿器和通气导管；通气导管一端连接加湿器的出气孔，通气导管另一端连接外壳的底部留有的湿气进气孔。

进一步地，所述摆叶驱动单元，还包括：电机支架、四个轴支架、两个直线滚珠轴承、六个带座轴承；

电机支架为一块弯折成90°的钢板，其所形成的两个平面分别与隔板、步进直线丝杆电机固定；

两个直线滚珠轴承均位于前梁、后梁之间，且其中一个直线滚珠轴承位于前梁顶端、后梁顶端之间，另一个直线滚珠轴承位于前梁底端、后梁底端之间；

每个直线滚珠轴承包括轴孔和安装凸台，轴孔与光轴配合，使得直线滚珠轴承沿光轴上下滑动，安装凸台上两个对称的安装孔通过螺栓与前梁、后梁连接；

四个轴支架分别位于隔板与外壳右侧内壁之间，轴支架两端有两个安装孔，轴支架中间为轴孔，四个轴支架两两一组，一组轴支架分别位于前梁行程极限位置外侧一端和后梁行程极限位置外侧一端，另一组轴支架分别位于前梁行程极限位置外侧另一端和后梁行程极限位置外侧另一端；每组轴支架的轴孔固定一根光轴，通过锁紧螺钉将光轴锁紧在轴支架上；

八根螺杆分别穿过各轴支架的安装孔将轴支架固定在外壳的右侧内壁上；

每根螺杆均穿过外壳的右侧壁、轴支架、隔板，将三者固定；

转轴中部与带座轴承的孔配合，由带座轴承内圈上的锁紧螺钉锁紧。

所述的基于摆叶变风的音乐风扇的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：音频播放模块接收单片机信息指令读取内存卡音频文件信息，并通过连接喇叭进行音频播放；

步骤2：将音频文件经音频转换模块、AD 转换模块转换成0~5V 直流电压数字信号输出至单片机；

步骤3：单片机对接收到的信号进行滤波、去噪处理，并产生控制步进直线丝杆电机正转和反转的信号传输至步进电机驱动模块；

步骤4：单片机根据音频文件的强度和频率产生不同的控制电压输出信号传输至步进电机驱动模块；

步骤5：步进电机驱动模块通过控制步进直线丝杆电机的输出轴按音乐频率的变化转动，带动前梁、后梁同时向前或向后直线移动，从而使摆叶按照音乐频率多角度的摆动，摆叶摆动方向与步进直线丝杆电机的转动方向相对应；

步骤6：通过独立按键模块或红外遥控模块控制电源的启动停止和对播放音频文件的选择，并通过液晶显示模块显示播放的音频文件信息；

步骤7：在摆叶摆动过程中加湿单元持续向风扇前端输送湿气；

步骤8：当风扇停止运转时，摆叶转到平行位置且加湿单元停止工作。

有益效果：

音乐播放模块可以实现音频信息传送给音频转换模块的同时将音频信息通过喇叭播放出来，从而让人听到音乐，放松身心。液晶显示模块接收单片机相应输出的播放曲目信息，显示在液晶显示屏上，让使用者方便的了解当前音乐的相关信息。独立按键模块实现手动对控制单元的功能选择，可以控制电源的启动停止和单片机对播放曲目的选择。红外遥控模块实现手动远距离对控制单元的功能选择，可以控制电源的启动停止和单片机对播放曲目的选择。独立按键模块和红外遥控模块的结合，方便使用者根据实际情况选择控制方式，同时提高人为控制的可靠性。采用步进电机驱动实现摆叶随音乐信号的稳定、快速、精确的摆动，以达到自然风效果。

使用将电脉冲信号转变为线位移的开环控制直线丝杆电机。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动直线丝杆电机输出轴按设定的方向转动一个固定的角度，它的旋转是以固定的角度一步一步运行。通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时通过控制脉冲频率来控制直线丝杆电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

本发明使用直线丝杆电机驱动具有以下优点：

1、电机旋转的角度正比于脉冲数，易于使用单片机对其驱动模块进行控制；

2、由于每步的精度在百分之三到百分之五，而且不会将一步的误差积累到下一步因而有较好的位置精度和运动的重复性；

3、快速的起停和反转响应；

4、由于没有电刷，可靠性较高，使用寿命长；

5、电机的响应仅由数字输入脉冲确定，因而可以采用开环控制，这使得电机的结构可以比较简单而且控制成本；

6、由于速度正比于脉冲频率，因而有比较宽的转速范围。

采用两个小型电风扇左右排列，产生平行风，同时利用摆叶摆动控制风量及风向形成窗式自然风；摆叶摆动的幅度可以根据音乐节奏的强弱来控制，可以避免人处于单一风量下产生的不适，又可以给人带来一种自然风的感觉；采用空气加湿器，不仅可以净化空气，而且可以通过水分的蒸发来降低温度；采用红外遥控模块选取不同歌曲、控制开关，更加便捷。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的基于摆叶变风的音乐风扇整体结构示意图；

图2是本发明具体实施方式的摆叶驱动单元结构示意图；

图3是本发明具体实施方式的摆叶驱动单元右视图；

图4是本发明具体实施方式的摆叶变风原理示意图，（a）摆叶静止状态下的出风情况，（b）小摆角摆动状态下的出风情况，（c）大摆角摆动状态下的出风情况；

图5是本发明具体实施方式的控制单元的结构框图；

图6是本发明具体实施方式的基于摆叶变风的音乐风扇的控制方法流程图；

其中，1-底座、2-支撑杆、3-加湿器固定板、4-外壳、5-风扇电机、6叶片、7加湿器、8-通气导管、9-电机支架、10-步进直线丝杆电机、11-丝母、12-前梁、13-后梁、14-光轴、15-直线滚珠轴承、16-轴支架、17-螺杆、18-摆动轴、19-固连件、20-转轴、21-带座轴承、22-隔板、23-连接片、24-摆叶、25控制单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

一种基于摆叶变风的音乐风扇，包括动力单元、支撑单元、加湿单元、摆叶驱动单元和控制单元25。

基于摆叶变风的音乐风扇整体结构如图1所示。

提供动力来源的动力单元，包括两个风扇，动力单元位于外壳4内；风扇包括风扇电机5和叶片6；两个风扇电机5与外壳4的后壁连接，叶片6与风扇电机5的输出轴连接；两个风扇水平方向上中心在一条直线上。

风扇电机5采用YSZ-45W交流电机，通过螺钉与外壳4的后壁连接。两个风扇叶片通过锁紧垫片、螺母与电机轴连接。

起骨架支撑作用的支撑单元，包括：支撑结构和外壳4；支撑结构的顶端与外壳4底部固定，外壳4的底部留有湿气进气孔；

支撑结构包括底座1、支撑杆2和加湿器固定板3；支撑杆2一端安装在底座1上，支撑杆2另一端安装在外壳4底部，加湿器固定板3与支撑杆2固定连接，加湿器7安装于加湿器固定板3上；控制单元安装在支撑杆2上。

支撑单元中，底座1与支撑杆2底部法兰通过螺栓连接，加湿器固定板3与支撑杆2通过螺栓连接。加湿器固定板3两板面相互垂直，一面紧贴支撑杆2，另一面上有三个均布的孔，与加湿器7底座上三个相对应的安装凸台配合，加湿器固定板3中间的筋板起支撑作用。外壳4由五块相互粘接的塑料板组成，形成朝前开口的长方体壳体。外壳4两侧塑料板为内部结构支撑，留有内部结构安装孔；外壳4后部塑料板留有电机安装孔、支撑杆连接孔、空气进风孔，外壳4底部塑料板留有湿气进气孔。

加湿单元的湿气通过湿气进气孔通入外壳4内；

提高风扇吹出空气湿度的加湿单元，包括：加湿器7和通气导管8；通气导管8一端连接加湿器7的出气孔，通气导管8另一端连接外壳4的底部留有的湿气进气孔。

加湿单元中，加湿器型号为亚都（YADU）SC-D014超声波加湿器。底座凸台插入到加湿器固定板水平板孔中，方便拆装。通气导管一端连接加湿器出气孔，另一端连接外壳底部进气孔。进气孔位置在风扇叶片前下方，使风扇吹出的气体与湿润气体混合，提高吹出气体的湿度。

如图2和图3所示，摆叶驱动单元，实现摆叶任意形式摆动，产生自然风，该单元包括：前梁12、后梁13、步进直线丝杆电机10、两根光轴14、八根螺杆17、六个摆动轴18、六个固连件19、六个转轴20、丝母11、隔板22、六个连接片23、六片摆叶24；

前梁12、后梁13结构相同，均为截面为“L”形的长板；前梁12、后梁13是动力传递机构，中间与丝母11通过螺钉连接，受丝母11前后推动的作用，并将该推动力传递给六个摆动轴18。前梁12推动摆动轴18的同时也承受摩擦力，需要保证前梁12后表面具有较光洁，并通过施加润滑油减少摩擦力；另一方面，前梁12很容易存在受力不均，出现倾斜、扭转的情况，前梁12两端通过螺栓固定了两个直线滚珠轴承15，直线滚珠轴承15与光轴14配合保证了运转平稳。

后梁13与前梁12结构、功能完全相同，唯一区别是安装的前后位置不同，前梁12安装为后梁13的前面，中间通过丝母11凸台、直线滚珠轴承15凸台间隔，前梁12与后梁13间隔处形成一条窄长的空间，六个摆动轴18在此空间内，受前梁12、后梁13的作用而摆动。前梁12与后梁13保证了六个摆动轴18转动角度相同，相邻摆动轴18摆动方向相反。

丝母11为带内螺纹的法兰，该法兰凸台上有四个均匀分布的安装孔，丝母11位于前梁12中部、后梁13中部之间，使安装方便，结构更加紧凑、牢固；

前梁12中间、后梁13中间与丝母11的四个安装孔通过螺钉连接；丝母11的内螺纹与步进直线丝杆电机10的输出轴连接；

八根螺杆17均穿过外壳4的右侧壁、隔板22，将两者固定；

两根光轴14之间平行、外壳4的右侧壁与隔板22之间平行；

转轴20的两端有螺纹、中部为光轴；

光轴14共两根，其上下两端与轴支架16固定，直线滚珠轴承15可在光轴14上滑动。

固连件19为两端带孔钢片，位于摆动轴18、转轴20之间；

摆叶24为长条状，两端均有安装孔；

连接片23一端具有内螺纹孔，与转轴20通过螺纹连接，连接片23另一端具有摆叶固定孔，通过螺栓与摆叶24固定；

固连件19一端与摆动轴18通过螺母固定，固连件19另一端与转轴20一端通过螺母连接；转轴20另一端通过连接片23连接摆叶24，转轴20在摆动轴18带动下转动；

摆叶驱动单元还包括：电机支架9、四个轴支架16、两个直线滚珠轴承15、六个带座轴承21；

电机支架9为一块弯折成90°的钢板，其所形成的两个平面分别与隔板22、步进直线丝杆电机10固定，其中一平面通过螺栓与隔板22固定，起固定电机支架9的作用；另一平面通过螺栓固定步进直线丝杆电机10，该面有电机轴孔，步进直线丝杆电机10通过该孔输出转动丝杆。

步进直线丝杆电机10参数：42*39 100MM。该电机为直线电机，且输出轴为一长度为100mm的丝杆，通过脉冲信号的输入可以精确控制电机转动角度，符合对摆叶24精确控制位置的要求。其通过电机支架9固定，输出丝杆与固定在梁结构上的丝母11通过螺钉连接。

直线滚珠轴承15为标准件，两个直线滚珠轴承15均位于前梁12、后梁13之间，且其中一个直线滚珠轴承15位于前梁12顶端、后梁13顶端之间，另一个直线滚珠轴承15位于前梁12底端、后梁13底端之间；直线滚珠轴承15内孔与光轴14配合，可沿光轴14上下滑动，两个安装孔通过螺栓与前梁12、后梁13连接，它位于前梁12、后梁13两侧之间，使安装方便，结构更加紧凑、牢固，同时保证了前梁12、后梁13运动平稳。

每个直线滚珠轴承15包括轴孔和安装凸台，轴孔与光轴14配合，使得直线滚珠轴承15沿光轴14上下滑动，安装凸台上两个对称的安装孔通过螺栓与前梁12、后梁13连接；

四个轴支架16分别位于隔板22与外壳4右侧内壁之间，轴支架16两端有两个安装孔，轴支架16中间为轴孔，四个轴支架16两两一组，一组轴支架16分别位于前梁12行程极限位置外侧一端和后梁13行程极限位置外侧一端，另一组轴支架16分别位于前梁12行程极限位置外侧另一端和后梁13行程极限位置外侧另一端；每组轴支架16的轴孔固定一根光轴14，通过锁紧螺钉将光轴14锁紧在轴支架16上；

八根螺杆17分别穿过各轴支架16的安装孔将轴支架16固定在外壳4的右侧内壁上；保证了两根光轴之间、外壳右板与隔板之间的平行。

每根螺杆17均穿过外壳4的右侧壁、轴支架16、隔板22，将三者固定；

隔板22与外壳4右侧板平行，起到了固定步进直线丝杆电机10和固定带座轴承21的作用。其通过螺杆17与外壳4右侧板固定，而不是与外壳4一体或与外壳4粘接，是为了方便拆装。

转轴20中部与带座轴承21的孔配合，由带座轴承21内圈上的锁紧螺钉锁紧。

摆叶驱动单元中，电机支架9通过螺栓与隔板连接，步进直线丝杆电机10通过螺钉与电机支架9连接，步进直线丝杆电机10是型号为42*39 100MM的步进丝杆电机，为摆叶驱动单元的动力输出，输出端为丝杆，通过螺纹与丝母11连接，丝母11通过螺栓与前梁12、后梁13连接，其中丝母11位于前梁12、后梁13中间。为了保证运动的平稳，前梁12、后梁13的两侧通过螺栓连接两个直线滚珠轴承15，直线滚珠轴承15安装凸台位于前梁12、后梁13中间。在摆叶驱动单元中，总共有两根光轴14、四个轴支架16、八根螺杆17。两个直线滚珠轴承15分别与两根光轴14配合，直线滚珠轴承15可沿光轴14滑动，其中，光轴14起导向作用。每根光轴14通过两个位于光轴14两端的轴支架16固定，轴支架16上的锁紧螺钉可将轴锁紧，限制光轴14的上下滑动和转动。每个轴支架16通过两根螺杆17、螺母固定在外壳4右板上。步进直线丝杆电机10的旋转运动转化为前梁12、后梁13同时向前或向后移动。前梁12和后梁13的间隙处存在6个与之间隙配合的摆动轴18，摆动轴18受前梁12、后梁13往复推力的作用运动，与前梁12、后梁13存在相对滑动与转动。摆动轴18、固连件19、转轴20、连接片23、摆叶24五者通过螺母或螺栓连接，共六组，组装后实为没有相对运动的整体。其中摆叶24位于风扇叶片前方，两端分别与连接片23固连。设计中将它们分开是出于安装可行性或简易程度、加工成本等方面考虑。其中转轴20与带座轴承21配合，带座轴承21内圈与转轴20之间通过内圈上的锁紧螺钉固定，带座轴承21通过其两端的安装孔与隔板22通过螺栓连接。隔板22是通过八根螺杆17、螺母保持与外壳4右板保持相对平行且位置固定。这里的隔板22不与外壳粘接，是为了拆装方便，便于维修。这样摆动轴18受前梁12、后梁13推力运动后转变为转轴20、连接片23、摆叶24自身的转动，摆叶24受控制以任一摆动，将风扇吹出的有规律的柱状风变为自然风。

本实施方式的摆叶变风原理如图4所示，风扇叶片转动产生柱状平行风，吹向前方摆叶。摆叶共6片，静止或摆动中位处于水平状态，相邻两片摆叶摆动方向相反，使出风更接近自然风且容易实现对风量的控制。图4反应了不同摆叶摆动情况下的出风情况，图4（a）中，摆叶静止，出风量最大，对应于音乐音量最大，当歌曲出现高潮时，摆叶处于该状态；图4（b）中，摆叶处于小角度摆动状态，摆角范围为φ₁，此时出风量较大，摆叶的不断摆动产生自然风效果，对应于音乐中音量较高处；图4（c）中，摆叶处于大角度摆动状态，摆角范围φ₂大于φ₁，对应于音乐较平缓处。当然，（a）（b）（c）只是选取了摆叶摆动过程中的几个状态，实际摆角范围是根据音乐音量情况实现从最小0度到最大φ₂连续变化的，使人感受到的风力变化平缓自然。

如图5所示，控制单元，包括：电源模块、音频播放模块、液晶显示模块、独立按键模块、红外遥控模块、音频转换模块、AD 转换模块、单片机和步进电机驱动模块；

电源模块为控制单元内的组件供电，其中为音频转换模块提12VAC和14VAC的电压，为AD转换模块提供0～5VDC，为单片机提供5V的直流电压，为步进电机驱动模块提供5V 的直流电压，为直线丝杆电机提供24V的直流电压。

音乐播放模块的型号为BY8001-16P，其接收单片机信息指令读取内存卡音频文件信息，并通过连接喇叭进行音频播放，并且将音频文件信息输出给音频转换模块。

音频转换模块的型号为AUDIO2.0，其接收音乐播放模块输出的音频文件信息，将输入的音频文件信息转换成0~5V直流电压，输出至AD转换模块。

AD转换模块的型号为ADC0809，将音频转换模块输出的0～5V直流电压（模拟电压）信号转换成数字信号，并将其输出至单片机。

单片机的型号为 STC89C52。其信号来源及其有两个：1、接收AD转换模块输出的数字信号，根据采集信号的大小分成相应的阶段来调节输出方波的占空比，再将此不同占空比的方波输出到步进电机驱动模块。2、接收独立按键模块的控制信息，根据人为输入信息实现不同音乐曲目之间的转换，将按键对应的信息处理后输出至音乐播放模块同时将相应信息显示在液晶显示屏上。

独立按键模块实现手动对控制单元的功能选择，可以控制电源的启动停止和单片机对播放曲目的选择。

红外遥控模块实现远距离对控制单元的功能选择，可以控制电源的启动停止和单片机对播放曲目的选择。

液晶显示模块的型号为12864，其接收单片机相应输出的播放曲目信息，显示在液晶显示屏上。

步进电机驱动电路中主要采用TB6560 驱动芯片，其接收单片机输出的控制信号，处理后输出驱动信号至直线丝杆电机，驱动直线丝杆电机工作。

步进直线丝杆电机，接收步进电机驱动模块的输出信号进行转动，通过丝杆轴转动带动与丝母连接驱动梁整体运动的直线移动。直线丝杆电机以音频电压相对应的转速运转，从而实现音频控制摆叶运动的功能。由于两头的风扇布置成窗式的形式，配合风扇的摆叶运动，就可以实现吹出的风为窗式的自然风。

电源模块的输出端分别连接音频转换模块的供电端、AD 转换模块的供电端、单片机的供电端、步进电机驱动模块的供电端和步进直线丝杆电机的供电端；

音频播放模块的输入端连接单片机的输出端，音频播放模块的输出端连接音频转换模块的输入端，音频转换模块的输出端连接AD转换模块的输入端，AD转换模块的输出端连接单片机的输入端，单片机的输出端分别连接音频播放模块的输入端、液晶显示模块的输入端、步进电机驱动模块的输入端，步进电机驱动模块的输出端连接步进直线丝杆电机的输入端，独立按键模块的输出端连接单片机的输入端，红外遥控模块与单片机建立无线通信。

基于摆叶变风的音乐风扇的控制方法，如图6所示，包括以下步骤：

步骤1：音频播放模块接收单片机信息指令读取内存卡音频文件信息，并通过连接喇叭进行音频播放；

步骤2：将音频文件经音频转换模块、AD 转换模块转换成0~5V 直流电压数字信号输出至单片机；

步骤3：单片机对接收到的信号进行滤波、去噪处理，并产生控制步进直线丝杆电机正转和反转的信号传输至步进电机驱动模块；

步骤4：单片机根据音频文件的强度和频率产生不同的控制电压输出信号传输至步进电机驱动模块；

步骤5：步进电机驱动模块通过控制步进直线丝杆电机的输出轴按音乐频率的变化转动，带动前梁、后梁同时向前或向后直线移动，从而使摆叶按照音乐频率多角度的摆动，摆叶摆动方向与步进直线丝杆电机的转动方向相对应；

步骤6：通过独立按键模块或红外遥控模块控制电源的启动停止和对播放音频文件的选择，并通过液晶显示模块显示播放的音频文件信息；

步骤7：在摆叶摆动过程中加湿单元持续向风扇前端输送湿气；

步骤8：当风扇停止运转时，摆叶转到平行位置且加湿单元停止工作。

Claims (6)

1.一种基于摆叶变风的音乐风扇，其特征在于：包括动力单元、支撑单元、加湿单元、摆叶驱动单元和控制单元；

所述动力单元，包括两个风扇，动力单元位于外壳（4）内；

所述支撑单元，包括：支撑结构和外壳（4）；支撑结构的顶端与外壳（4）底部固定，外壳（4）的底部留有湿气进气孔；

所述加湿单元的湿气通过湿气进气孔通入外壳（4）内；

所述摆叶驱动单元，包括：前梁（12）、后梁（13）、步进直线丝杆电机（10）、两根光轴（14）、八根螺杆（17）、六个摆动轴（18）、六个固连件（19）、六个转轴（20）、丝母（11）、隔板（22）、六个连接片（23）、六片摆叶（24）；

所述前梁（12）、后梁（13）结构相同，均为截面为“L”形的长板；

所述丝母（11）为带内螺纹的法兰，该法兰凸台上有四个均匀分布的安装孔，丝母（11）位于前梁（12）中部、后梁（13）中部之间；

前梁（12）中间、后梁（13）中间与丝母（11）的四个安装孔通过螺钉连接；丝母（11）的内螺纹与步进直线丝杆电机（10）的输出轴连接；

所述八根螺杆（17）均穿过外壳（4）的右侧壁、隔板（22），将两者固定；

所述两根光轴（14）之间平行、外壳（4）的右侧壁与隔板（22）之间平行；

所述转轴（20）的两端有螺纹、中部为光轴；

所述固连件（19）为两端带孔钢片，位于摆动轴（18）、转轴（20）之间；

所述摆叶（24）为长条状，两端均有安装孔；

所述连接片（23）一端具有内螺纹孔，与转轴（20）通过螺纹连接，连接片（23）另一端具有摆叶固定孔，通过螺栓与摆叶（24）固定；

所述固连件（19）一端与摆动轴（18）通过螺母固定，固连件（19）另一端与转轴（20）一端通过螺母连接；转轴（20）另一端通过连接片（23）连接摆叶（24），步进直线丝杆电机（10）推动丝母（11）从而推动前梁（12）和后梁（13）运动，进而再带动其之间的摆动轴（18）运动，摆动轴（18）再带动摆叶（24）转动；

所述控制单元安装在支撑结构上；

所述控制单元，包括：电源模块、音频播放模块、液晶显示模块、独立按键模块、红外遥控模块、音频转换模块、AD 转换模块、单片机和步进电机驱动模块；

电源模块的输出端分别连接音频转换模块的供电端、AD 转换模块的供电端、单片机的供电端、步进电机驱动模块的供电端和步进直线丝杆电机的供电端；

音频播放模块的输入端连接单片机的输出端，音频播放模块的输出端连接音频转换模块的输入端，音频转换模块的输出端连接AD 转换模块的输入端，AD 转换模块的输出端连接单片机的输入端，单片机的输出端分别连接音频播放模块的输入端、液晶显示模块的输入端、步进电机驱动模块的输入端，步进电机驱动模块的输出端连接步进电机的输入端，独立按键模块的输出端连接单片机的输入端，红外遥控模块与单片机建立无线通信。

2.根据权利要求1所述的基于摆叶变风的音乐风扇，其特征在于，所述支撑结构包括底座（1）、支撑杆（2）和加湿器固定板（3）；支撑杆（2）一端安装在底座（1）上，支撑杆（2）另一端安装在外壳（4）底部，加湿器固定板（3）与支撑杆（2）固定连接，加湿器（7）安装于加湿器固定板（3）上； 所述控制单元安装在支撑杆（2）上。

3.根据权利要求1所述的基于摆叶变风的音乐风扇，其特征在于，所述风扇包括风扇电机（5）和叶片（6）；两个风扇电机（5）与外壳（4）的后壁连接，叶片（6）与风扇电机（5）的输出轴连接；

两个风扇水平方向上中心在一条直线上。

4.根据权利要求1所述的基于摆叶变风的音乐风扇，其特征在于，所述加湿单元，包括：加湿器（7）和通气导管（8）；通气导管（8）一端连接加湿器（7）的出气孔，通气导管（8）另一端连接外壳（4）的底部留有的湿气进气孔。

5.根据权利要求1所述的基于摆叶变风的音乐风扇，其特征在于，所述摆叶驱动单元，还包括：电机支架（9）、四个轴支架（16）、两个直线滚珠轴承（15）、六个带座轴承（21）；

电机支架（9）为一块弯折成90°的钢板，其所形成的两个平面分别与隔板（22）、步进直线丝杆电机（10）固定；

两个直线滚珠轴承（15）均位于前梁（12）、后梁（13）之间，且其中一个直线滚珠轴承（15）位于前梁（12）顶端、后梁（13）顶端之间，另一个直线滚珠轴承（15）位于前梁（12）底端、后梁（13）底端之间；

每个直线滚珠轴承（15）包含轴孔和安装凸台，轴孔与光轴（14）配合，使得直线滚珠轴承（15）沿光轴（14）上下滑动，安装凸台上两个对称的安装孔通过螺栓与前梁（12）、后梁（13）连接；

四个轴支架（16）分别位于隔板(22)与外壳（4）右侧内壁之间，轴支架（16）两端有两个安装孔，轴支架（16）中间为轴孔，四个轴支架（16）两两一组，一组轴支架（16）分别位于前梁（12）行程极限位置外侧一端和后梁（13）行程极限位置外侧一端，另一组轴支架（16）分别位于前梁（12）行程极限位置外侧另一端和后梁（13）行程极限位置外侧另一端；每组轴支架（16）的轴孔固定一根光轴（14），通过锁紧螺钉将光轴（14）锁紧在轴支架（16）上；

八根螺杆（17）分别穿过各轴支架（16）的安装孔将轴支架（16）固定在外壳（4）的右侧内壁上；

每根螺杆（17）均穿过外壳（4）的右侧壁、轴支架（16）、隔板（22），将三者固定；

转轴（20）中部与带座轴承（21）的孔配合，由带座轴承（21）内圈上的锁紧螺钉锁紧。

6.权利要求1所述的基于摆叶变风的音乐风扇的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：音频播放模块接收单片机信息指令读取内存卡音频文件信息，并通过连接喇叭进行音频播放；

步骤2：将音频文件经音频转换模块、AD 转换模块转换成0~5V 直流电压数字信号输出至单片机；

步骤3：单片机对接收到的信号进行滤波、去噪处理，并产生控制步进直线丝杆电机正转和反转的信号传输至步进电机驱动模块；

步骤4：单片机根据音频文件的强度和频率产生不同的控制电压输出信号传输至步进电机驱动模块；

步骤5：步进电机驱动模块通过控制步进直线丝杆电机的输出轴按音乐频率的变化转动，带动前梁、后梁同时向前或向后直线移动，从而使摆叶按照音乐频率多角度的摆动，摆叶摆动方向与步进直线丝杆电机的转动方向相对应；

步骤6：通过独立按键模块或红外遥控模块控制电源的启动停止和对播放音频文件的选择，并通过液晶显示模块显示播放的音频文件信息；

步骤7：在摆叶摆动过程中加湿单元持续向风扇前端输送湿气；

步骤8：当风扇停止运转时，摆叶转到平行位置且加湿单元停止工作。