2 智能型USB小風扇

炎熱的夏日，小小USB風扇（見圖2-1）成為許多伏案工作者、電腦操作者、甚至是床頭閱讀者少不了的清涼伴侶！但這種小風扇需要人在手動閉合電源開關、人離開手動斷開電源開關，以做到節約用電！能不能將這種普通USB小風扇改造升級為“人在自動送風、人一離開自動停止送風”的智能人體感應式小風扇呢？答案是肯定的！

下面就向大家介紹作者通過反復實踐，從數種方案中優選出來的改造升級普通USB小風扇的方法。整個改造非常簡單，造價（不含USB小風扇）不足6元，但使用效果卻相當滿意，有興趣者不妨動手一試！

弄懂工作原理

自動USB小風扇的電路如圖2-2所示，虛線右邊為普通USB小風扇原有電路，虛線左邊為新增人體感應自動開關電路。新增電路僅由人體紅外感應模塊（也叫熱釋電紅外探測器）A和作為電子開關的晶體三極管VT組成，并通過3根引線接小風扇原有電路的a、b、c點。

A是一種基于紅外線技術的自動控制模塊，它能以非接觸方式檢測出運動人體所輻射出來的紅外能，并將其轉化為正脈沖電信號輸出；同時，它還能有效地抑制人體輻射波長以外的紅外光和可見光的干擾。當通過USB電源插頭XP給小風扇接上5V直流電時，在手動開關SA處于斷開的狀態下，整個電路自動進入待工作狀態。此時，人體紅外感應模塊A的輸出端OUT處于低電平，晶體三極管VT因無合適偏流而處于截止狀態，風扇電機M無電不運轉，小風扇不送風。一旦有人進入人體紅外感應模塊A的有效探測區域內時，其輸出端OUT輸出高電平，晶體三極管VT獲得合適偏流而處于飽和導通狀態，電機M通電運轉，小風扇自動送風，實現了“人來送風”。當人離開人體紅外感應模塊A的有效探測區域時，經過一段時間（延時時間），A的輸出端OUT自動跳變為低電平，晶體三極管VT因無合適偏流而恢復到原來的截止狀態，電機M斷電停止運轉，小風扇自動停止送風，實現了“人離開后延時自動停止送風”。

由于人體紅外感應模塊A只能探測到活動的人體、無法探測到靜止不動的人體，所以電路設計了延時功能，只要延時時間內A的有效探測區域內有斷續的人體活動存在，就能夠保持其輸出端OUT始終處于高電平，小風扇始終處于自動送風狀態。實踐證明，小風扇前面只要有人，在延時時間內是根本無法保持長時間靜止不動的（除非這人睡覺或刻意保持靜止不動），任何微小的動作都會觸發電路并使小風扇處于持續工作狀態。

電路中，SA原為小風扇的電源開關，直接手動控制著小風扇的工作與否。接入新增電路后，它已不能完全讓小風扇停止工作，其作用已改變成為“功能選擇開關”，即SA置于斷開狀態時，小風扇處于人在自動送風狀態；SA置于閉合狀態時，小風扇處于手動始終送風狀態（人離開與否不受影響，適用于筆記本電腦的外部吹風散熱等）。而小風扇的完全斷電停止工作，可通過讓USB插頭XP脫離5V直流供電電源來控制，對使用者來說，仍感到很方便、也很順手。

準備好元器件

除了圖2-1所示的改造升級對象——USB小風扇，本制作還用了1個新型電子模塊A和1個晶體三極管VT、3根焊接電線，圖2-3所示為它們的實物外形圖，采購和備料清單如表2-1所示。

市售USB小風扇必須符合工作電壓5V、額定功率≤2.5W，工作電流≤0.5A這一要求，對于外形和大小尺寸則沒有嚴格的要求，可根據各人喜好選擇。USB小風扇的大小常以扇葉最大直徑或網罩有效直徑來衡量，常見的有101.6mm（4英寸）和152.4mm（6英寸）兩種規格，一般尺寸大，送風量相對要大一些。由于這類小風扇均采用了電腦散熱風扇上的直流無刷式小電機技術，所以噪聲和振動都很小、送風效率高、使用壽命長。

A1選用HC-SR501型人體紅外感應模塊（也叫熱釋電紅外探測器），它將菲涅爾透鏡、熱釋電傳感器、單片數模混合集成電路組合在一起，構成了一個堅固、小巧、易安裝的“一體化”器件。HC-SR501型模塊的外形詳見圖2-4，其雙面電路板尺寸僅為32mm×24mm；電路板正面裝有φ23mm的半球形菲涅爾塑料透鏡，并在水平安裝方向開有兩個φ2mm的固定螺絲釘穿孔；電路板背面除安裝有各種元器件外，還給出探測距離（靈敏度）調節電位器、延時時間調節電位器、觸發方式“跳線”選擇（默認為不可重復觸發模式）和引出端（三腳插針）——電源正極端VDD、信號輸出端OUT、公用地端GND。

HC-SR501型模塊的主要特性參數如表2-2所示，其使用簡單方便，只要給模塊的電源正極端VDD和公用地端GND之間接上4.5～20V直流電，它便能夠以非接觸形式探測出移動人體輻射出來的紅外線變化量，并通過內部電路將其轉換成相應的高電平信號，通過信號輸出端OUT輸出，以作為穩定可靠的自動控制信號，方便地與各類控制電路進行對接，實現各種用途的自動化控制。由于HC-SR501型模塊是靠感應熱釋紅外線工作的，所以無論是白天還是夜間均能夠很好地檢測到運動的人體。又由于模塊屬于微功耗產品，所以特別適合干電池供電的電路使用，是值得推薦給電子愛好者使用的一種理想的人體紅外感應探測模塊。

HC-SR501型模塊在水平方向上的人體探測范圍如圖2-5所示，其有效探測范圍呈100°扇面，正前方最遠可達到5～7m，兩側最遠可達3～4m。實際使用時通過調節模塊上的探測距離（靈敏度）微調電位器旋鈕，可獲得所需要的探測距離。由于人體的運動方向與感應靈敏度有著密切的聯系，并且紅外模塊的特點決定了其無法精確控制感應距離，所以微調電位器只能改變大致的有效探測距離，不能夠實現精準的距離調節。

需要強調的是：HC-SR501型模塊背面所提供的觸發方式選擇，出廠時“跳線帽”默認接不可重復觸發模式（參見圖2-4）。本制作需要改接成可重復觸發模式使用，方法很簡單：將“跳線帽”移插到電路板標有“H”字母的插針（默認“懸空”）和中間的插針上，讓電路板標有“L”字母的插針（默認接“跳線帽”）“懸空”即可。

VT選用電流放大能力較強的8050（集電極最大允許電流 ICM=1.5A，集電極最大允許功耗PCM=1W）小型塑封硅NPN晶體三極管，要求直流放大系數h FE≥250。生產廠家通過在8050型管子所標出型號的下方獨立打印出一個英文單字母來反映h FE值的分擋范圍，其中“B”表示85～160，“C”表示120～200，“D”表示160～300。本制作必須采用分擋字母為“D”的產品，并且用萬用表測量選取h FE≥250的管子。

另需要準備長度為12cm的紅色、黃（白）色、黑色塑料細焊接電線各一根。

關于自動USB小風扇所用的5V直流電源，要求跟普通USB小風扇完全一致，不需要專門配置。只要是最大輸出電流不小于500m A、且帶有USB輸出插口（母插）的各種5V直流供電電源，均可直接使用。通常根據不同的用途和使用場所，正在工作中電腦的USB插口、帶有USB輸出插口（母插）的成品5V電源適配器或手機充電器、5V移動電源（俗稱“充電寶”）等，均可成為自動USB小風扇的“取電”對象。

開始動手制作

該自動USB小風扇的改制可分為巧制自動開關外殼、焊裝自動開關電路、組裝與通電調試三大步來完成。下面按改制步驟和流程分別介紹。

第一步，巧制自動開關外殼

用一塊具有一定厚度（約0.5mm）和柔韌性的塑料片，按照圖2-6給出的平面圖尺寸，裁制成體積小巧、外觀精致的自動開關外殼，是整個改制工作取得成功的第一步。其具體制作流程如圖2-7所示。

首先，按照圖2-7（a）所示，取一裝過白酒的塑料外包裝盒，按照圖2-7（b）所示，截取盒子的上蓋，用于制作自動開關外殼。筆者通過對比篩選，認為該白酒包裝盒外殼厚度適中、材料柔韌性好，用它制作出的自動開關外殼精致漂亮。當然讀者也可用類似的其他塑料板來代替。

然后，取一張白紙（如用帶不干膠面的貼紙更佳），按照圖2-7（c）所示，借助直角尺、圓規矩、黑色圓珠筆等工具，在白紙上面精確繪出圖2-6給出尺寸的圖形，獲得圖2-7（d）所示的外殼加工1∶1平面圖。接下來，按照圖2-7（e）所示，在所繪平面圖的背面全部粘貼上寬幅雙面不干膠帶紙（如采用了帶不干膠面的貼紙繪圖，則可省去這一步）；按照圖2-7（f）所示，揭掉雙面不干膠帶紙上面的保護蠟光紙，并按照圖2-7（g）所示，將所繪平面圖平整地粘貼在所獲取的塑料板（酒盒上蓋）白色光滑面上。注意相鄰2個邊線與塑料片的相鄰2個邊精準對齊，不要出現絲毫錯差！

接下來，按照圖2-7（h）所示，借用鋼板尺、美工刀在所繪平面圖上沿黑色實線條刀劃線，要求用力均勻，刀口深度以塑料板厚度的少一半為宜，注意切不可劃透塑料板！建議劃線時美工刀用力盡量輕些、同一道實線條可重復多劃幾次，以確保劃線深度均勻且不至于劃透塑料板。平面圖上的虛線條是定位用的，切不可刀劃線！平面圖上的大小5個實線圓圈，不用刀劃，按照圖2-7（i）所示，用圓形尖頭電烙鐵在4個小圓圈位置分別燙出3個φ4mm的小圓孔和1個φ2mm的小圓孔。1個大圓圈應按照圖2-7（j）所示，用發熱的電烙鐵頭沿所畫開孔線的里側燙透下面的塑料板一圈（注意不要燙到畫線以外的部分），以開出略小于畫線且并不圓滑的安裝孔。按照圖2-7（k）所示，用鋒利的美工刀進行孔口邊沿的修整，必要時還可以用半圓形小銼刀進行銼磨加工。以使孔邊沿圓滑、孔口徑達到標準的23mm。

最后，按照圖2-7（l）所示，用剪刀沿劃線剪除平面圖周邊以外和畫出斜線條的部分，并按照圖2-7（m）所示，撕掉粘貼的繪圖紙。按照圖2-7（n）所示，將塑料件平放在桌面上，光滑面朝上，用雙手沿各刀劃線將各面均按箭頭所示方向彎折90°，只有開出φ4mm小圓孔旁邊的一個窄面，需要像圖2-7（o）所示的那樣，反方向彎折90°。這樣，一個不花一分錢、獨一無二的漂亮自動開關外殼就基本上加工好了。

第二步，焊裝自動開關電路

焊裝自動開關電路的過程包含了在人體紅外感應模塊A上焊接晶體三極管VT和3根引線、并將焊接好的整個電路裝入自制的外殼內，其具體流程如圖2-8所示：

首先，按照圖2-8（a）所示，用尖嘴鉗將人體紅外感應模塊A上的三腳插針（接線端）依次往里彎折90°，要求選插針的中間位置、并且按同一方向彎折，以方便焊接。再按照圖2-8 （b）所示，在人體紅外感應模塊A的三腳插針上焊接晶體三極管VT的基極b和發射機e，注意基極b焊接在中間的插針上（輸出端OUT）、發射極e焊接在GND插針上（電源負極端）。

然后，按照圖2-8（c）所示，在人體紅外感應模塊A的VCC插針（電源正極端）、GND插針和晶體三極管VT的集電極c上，分別焊接上長度均為12cm的紅色、黑色和黃色（白色）細塑料外皮電線，作為自動開關電路的外接線。為避免晶體三極管VT的集電極c引線焊接點與其他焊接點發生碰頭造成短路，可按照圖2-8（d）所示，為其套上一段電工常用的絕緣套管或普通塑料管。

最后，按照圖2-8（e）所示，將人體紅外感應模塊A上的半球形菲涅爾塑料透鏡，由里向外套在自制外殼上所開出的大圓孔內；并按照圖2-8（f）所示，通過φ4mm的穿線孔穿出3根引線；按照圖2-8（g）所示，合好外殼，臨時用透明膠帶將外殼粘固，以利后面調節電路時隨時方便地打開外殼。

第三步，組裝與通電調試

首先，拆解欲改造的USB小風扇。按照圖2-9（a）所示，用小十字螺絲刀退出固定風扇罩的3顆螺絲釘，并取下風扇網罩；再按照圖2-9（b）所示，用小十字螺絲刀退出風扇后殼上面用于固定風扇機芯（含電機和扇葉片）的3顆自攻螺絲釘；按照圖2-9（c）所示，打開機芯電路，并確定電路接線的極性。通常情況下，風扇電機M的兩根引出線中，紅色引線是電源正極線，黑色引線是電源負極線。USB電源插頭的兩根引線中，紅色引線肯定是電源正極線，藍色（或黑色）引線肯定是電源負極線。當然，為了更加保險起見，可以借萬用表測供電電壓的方法判斷引線的正、負極性。如果手動開關SA的兩接線端不是接風扇電機M的電源負極線和USB電源插頭的負電源線，而是接它們的正電源線，則必須按圖所示改動過來。

然后，接入自動開關。按照圖2-9（d）所示，將自動開關的3根引線從風扇背面的通風孔穿入；按照圖2-9（e）所示，將自動開關的紅色引線頭焊接到風扇電機M的紅色引線頭與USB電源插頭的紅色引線頭焊接點（即a點）上，將自動開關的黑色引線頭焊接到手動開關SA接USB電源插頭藍色（或黑色）引線頭的一端（即c點），將自動開關的黃色（或白色）引線頭焊接到手動開關SA接風扇電機M的黑色引線頭的一端（即b點）。反復檢查已焊接好的電路，確認正確無誤后，即可按照前面圖2-9（a）～圖2-9（c）的逆過程重新安裝好電路機芯及風扇網罩。組裝前，注意在風扇電機M塑料殼體的圓口沿靠近其中某一固定螺絲釘孔的旁邊，按照圖2-9（f）所示，用電烙鐵燙出一個半圓口，作為穿線口。在安裝風扇網罩最上面的螺絲釘及螺絲帽時，應按照圖2-9（g）所示，將自動開關外殼上所開的固定孔伸入螺絲釘后，再旋緊螺絲帽。這樣，借用固定風扇網罩的這顆螺絲釘和螺絲帽，就巧妙地將自動開關固定到了風扇的頂部。

接下來，進行通電調試。將風扇背面的手動開關SA置于“斷開”狀態（按下翹鍵的“O”端），并確認自動開關內部人體紅外感應模塊A上的兩個微調電位器的旋鈕，一個（距離調節）處于“中間”位置，一個（延時調節）處于逆時針方向的“最小”位置。這樣自動USB小風扇可感應到人體紅外感應模塊A正前方約5m以內的人體移動，并且風扇每次延時工作的時間不小于0.5s。如果發現廠家預置的微調電位器調節旋鈕位置不是這樣，可通過小螺絲刀調至所要求位置，以利于快速調試。具體調試時，按照圖2-9（h）所示，將小風扇的USB電源插頭XP，插入現成的帶有USB插口的直流5V移動電源或輸出5V直流電的交流電源適配器上，則小風扇在正常情況下會自動運轉0.5s，隨之自動停止運轉。如果在小風扇的前方動一下身體，則小風扇會再次延時運轉；如果持續活動身體，小風扇會持續運轉，并在停止活動身體后約0.5s自動停止運轉。接下來，“閉合”風扇背面的手動開關SA，則無論人體是否活動，小風扇都會持續運轉，表示小風扇“手動持續送風”的功能正常。

將風扇背面的手動開關SA置于“閉合”狀態（按下翹鍵的“-”端），則人體感應自動開關不再控制電風扇，風扇電機通過開關SA直接獲電運轉，持續送風。

如果發現風扇不能夠正常運轉，應馬上斷開電源，對電路進行仔細排查，重點應檢查晶體三極管VT是否焊反了引腳、自動開關的3根引線是否焊錯，直到排除故障、通電正常工作為止。

最后，粘固好外殼。具體方法是撕掉臨時固定外殼的透明膠帶，按照圖2-9（i）所示，用502強力膠水（瞬間黏合劑）將自動開關外殼的3個窄面與接觸面粘牢靠。OK！一個小巧玲瓏、與眾不同、智能時尚的“清涼伴侶”終于大功告成，可以正式投入使用啦！

投入實際使用

該自動USB小風扇的用途和使用場所與普通USB小風扇別無兩樣，可滿足夏天伏案工作者、電腦操作者、床頭閱讀者“吹風納涼，清醒大腦”的需要。其供電方式多種多樣，圖2-10所示給出了幾種具體方案，讀者可根據實際使用情況靈活選擇。

1.用5V直流電源適配器供電。如圖2-10（a）所示，要求所用電源適配器具有USB輸出插口，且能夠輸出5V、≥0.5A的直流電，家庭手機和一些數碼小產品使用的交流電源適配器（充電器），只要符合這個條件，都可拿來直接使用。

2.用電腦USB插口供電。如圖2-10（b）所示，只要是正在工作的臺式電腦或筆記本電腦，都可直接從USB插口取電。此方案不僅適合電腦操作者吹風納涼，而且還可用于筆記本電腦的外部吹風散熱。

3.用5V直流供電插座供電。如圖2-10（c）所示，其條件是家中已在使用帶有USB供電插口（專供手機、平板電腦等數碼產品充電用）的220V交流電插座（移動或壁式插座均可）。

4.用移動電源（俗稱“充電寶”）供電。如圖2-10（d）所示，要求所用移動電源必須帶有USB插口、且能夠輸出直流5V電壓，一般手機用的“充電寶”都能夠使用，尤其是家里廢棄的容量已下降的手機“充電寶”，作為自動USB小風扇的供電電源，不僅持續使用時間尚可，而且移動方便，可謂“變廢為寶”！但需要注意的是，一些具有小電流輸出時自動關閉供電、且無解除功能的移動電源，不適合在這里使用。

該自動USB小風扇在“自動送風”模式下，每次延時工作的時間長短，可按照圖2-11（a）所示，通過伸入自動開關外殼內部的小螺絲刀，調節人體紅外感應模塊A上延時微調電位器的旋鈕來改變。一般順時針方向（圖中箭頭方向）轉動螺絲刀，延時加長；逆時針方向（箭頭反方向）轉動螺絲刀，延時縮短。延時時間連續可調范圍一般在0.5～200s，通常選擇30～60s即可。

自動USB小風扇的工作靈敏度，即有效探測前方人體活動的距離，可按照圖2-11（b）所示，通過伸入燈外殼內部的小螺絲刀，調節人體紅外感應模塊A上靈敏度微調電位器的旋鈕來改變。一般順時針方向轉動螺絲刀，靈敏度變高，探測距離增大；逆時針方向轉動螺絲刀，靈敏度變低，探測距離減小。探測距離連續可調范圍一般在3～7m，具體可根據使用場所要求確定。

自動USB小風扇的電源通斷，可按照圖2-11（c）所示，通過插拔USB電源插頭（或關閉供電電源）來控制。“自動送風”和“持續送風”功能，可通過按動圖2-11（d）所示的手動開關SA來選擇。斷開開關SA（按下翹鍵“O”端），風扇進入“自動送風”模式；閉合開關SA（按下翹鍵“-”端），風扇進入“持續送風”模式，操作起來感覺既順手、又方便！