2 智能型USB小风扇

炎热的夏日，小小USB风扇（见图2-1）成为许多伏案工作者、电脑操作者、甚至是床头阅读者少不了的清凉伴侣！但这种小风扇需要人在手动闭合电源开关、人离开手动断开电源开关，以做到节约用电！能不能将这种普通USB小风扇改造升级为“人在自动送风、人一离开自动停止送风”的智能人体感应式小风扇呢？答案是肯定的！

下面就向大家介绍作者通过反复实践，从数种方案中优选出来的改造升级普通USB小风扇的方法。整个改造非常简单，造价（不含USB小风扇）不足6元，但使用效果却相当满意，有兴趣者不妨动手一试！

弄懂工作原理

自动USB小风扇的电路如图2-2所示，虚线右边为普通USB小风扇原有电路，虚线左边为新增人体感应自动开关电路。新增电路仅由人体红外感应模块（也叫热释电红外探测器）A和作为电子开关的晶体三极管VT组成，并通过3根引线接小风扇原有电路的a、b、c点。

A是一种基于红外线技术的自动控制模块，它能以非接触方式检测出运动人体所辐射出来的红外能，并将其转化为正脉冲电信号输出；同时，它还能有效地抑制人体辐射波长以外的红外光和可见光的干扰。当通过USB电源插头XP给小风扇接上5V直流电时，在手动开关SA处于断开的状态下，整个电路自动进入待工作状态。此时，人体红外感应模块A的输出端OUT处于低电平，晶体三极管VT因无合适偏流而处于截止状态，风扇电机M无电不运转，小风扇不送风。一旦有人进入人体红外感应模块A的有效探测区域内时，其输出端OUT输出高电平，晶体三极管VT获得合适偏流而处于饱和导通状态，电机M通电运转，小风扇自动送风，实现了“人来送风”。当人离开人体红外感应模块A的有效探测区域时，经过一段时间（延时时间），A的输出端OUT自动跳变为低电平，晶体三极管VT因无合适偏流而恢复到原来的截止状态，电机M断电停止运转，小风扇自动停止送风，实现了“人离开后延时自动停止送风”。

由于人体红外感应模块A只能探测到活动的人体、无法探测到静止不动的人体，所以电路设计了延时功能，只要延时时间内A的有效探测区域内有断续的人体活动存在，就能够保持其输出端OUT始终处于高电平，小风扇始终处于自动送风状态。实践证明，小风扇前面只要有人，在延时时间内是根本无法保持长时间静止不动的（除非这人睡觉或刻意保持静止不动），任何微小的动作都会触发电路并使小风扇处于持续工作状态。

电路中，SA原为小风扇的电源开关，直接手动控制着小风扇的工作与否。接入新增电路后，它已不能完全让小风扇停止工作，其作用已改变成为“功能选择开关”，即SA置于断开状态时，小风扇处于人在自动送风状态；SA置于闭合状态时，小风扇处于手动始终送风状态（人离开与否不受影响，适用于笔记本电脑的外部吹风散热等）。而小风扇的完全断电停止工作，可通过让USB插头XP脱离5V直流供电电源来控制，对使用者来说，仍感到很方便、也很顺手。

准备好元器件

除了图2-1所示的改造升级对象——USB小风扇，本制作还用了1个新型电子模块A和1个晶体三极管VT、3根焊接电线，图2-3所示为它们的实物外形图，采购和备料清单如表2-1所示。

市售USB小风扇必须符合工作电压5V、额定功率≤2.5W，工作电流≤0.5A这一要求，对于外形和大小尺寸则没有严格的要求，可根据各人喜好选择。USB小风扇的大小常以扇叶最大直径或网罩有效直径来衡量，常见的有101.6mm（4英寸）和152.4mm（6英寸）两种规格，一般尺寸大，送风量相对要大一些。由于这类小风扇均采用了电脑散热风扇上的直流无刷式小电机技术，所以噪声和振动都很小、送风效率高、使用寿命长。

A1选用HC-SR501型人体红外感应模块（也叫热释电红外探测器），它将菲涅尔透镜、热释电传感器、单片数模混合集成电路组合在一起，构成了一个坚固、小巧、易安装的“一体化”器件。HC-SR501型模块的外形详见图2-4，其双面电路板尺寸仅为32mm×24mm；电路板正面装有φ23mm的半球形菲涅尔塑料透镜，并在水平安装方向开有两个φ2mm的固定螺丝钉穿孔；电路板背面除安装有各种元器件外，还给出探测距离（灵敏度）调节电位器、延时时间调节电位器、触发方式“跳线”选择（默认为不可重复触发模式）和引出端（三脚插针）——电源正极端VDD、信号输出端OUT、公用地端GND。

HC-SR501型模块的主要特性参数如表2-2所示，其使用简单方便，只要给模块的电源正极端VDD和公用地端GND之间接上4.5～20V直流电，它便能够以非接触形式探测出移动人体辐射出来的红外线变化量，并通过内部电路将其转换成相应的高电平信号，通过信号输出端OUT输出，以作为稳定可靠的自动控制信号，方便地与各类控制电路进行对接，实现各种用途的自动化控制。由于HC-SR501型模块是靠感应热释红外线工作的，所以无论是白天还是夜间均能够很好地检测到运动的人体。又由于模块属于微功耗产品，所以特别适合干电池供电的电路使用，是值得推荐给电子爱好者使用的一种理想的人体红外感应探测模块。

HC-SR501型模块在水平方向上的人体探测范围如图2-5所示，其有效探测范围呈100°扇面，正前方最远可达到5～7m，两侧最远可达3～4m。实际使用时通过调节模块上的探测距离（灵敏度）微调电位器旋钮，可获得所需要的探测距离。由于人体的运动方向与感应灵敏度有着密切的联系，并且红外模块的特点决定了其无法精确控制感应距离，所以微调电位器只能改变大致的有效探测距离，不能够实现精准的距离调节。

需要强调的是：HC-SR501型模块背面所提供的触发方式选择，出厂时“跳线帽”默认接不可重复触发模式（参见图2-4）。本制作需要改接成可重复触发模式使用，方法很简单：将“跳线帽”移插到电路板标有“H”字母的插针（默认“悬空”）和中间的插针上，让电路板标有“L”字母的插针（默认接“跳线帽”）“悬空”即可。

VT选用电流放大能力较强的8050（集电极最大允许电流 ICM=1.5A，集电极最大允许功耗PCM=1W）小型塑封硅NPN晶体三极管，要求直流放大系数h FE≥250。生产厂家通过在8050型管子所标出型号的下方独立打印出一个英文单字母来反映h FE值的分挡范围，其中“B”表示85～160，“C”表示120～200，“D”表示160～300。本制作必须采用分挡字母为“D”的产品，并且用万用表测量选取h FE≥250的管子。

另需要准备长度为12cm的红色、黄（白）色、黑色塑料细焊接电线各一根。

关于自动USB小风扇所用的5V直流电源，要求跟普通USB小风扇完全一致，不需要专门配置。只要是最大输出电流不小于500m A、且带有USB输出插口（母插）的各种5V直流供电电源，均可直接使用。通常根据不同的用途和使用场所，正在工作中电脑的USB插口、带有USB输出插口（母插）的成品5V电源适配器或手机充电器、5V移动电源（俗称“充电宝”）等，均可成为自动USB小风扇的“取电”对象。

开始动手制作

该自动USB小风扇的改制可分为巧制自动开关外壳、焊装自动开关电路、组装与通电调试三大步来完成。下面按改制步骤和流程分别介绍。

第一步，巧制自动开关外壳

用一块具有一定厚度（约0.5mm）和柔韧性的塑料片，按照图2-6给出的平面图尺寸，裁制成体积小巧、外观精致的自动开关外壳，是整个改制工作取得成功的第一步。其具体制作流程如图2-7所示。

首先，按照图2-7（a）所示，取一装过白酒的塑料外包装盒，按照图2-7（b）所示，截取盒子的上盖，用于制作自动开关外壳。笔者通过对比筛选，认为该白酒包装盒外壳厚度适中、材料柔韧性好，用它制作出的自动开关外壳精致漂亮。当然读者也可用类似的其他塑料板来代替。

然后，取一张白纸（如用带不干胶面的贴纸更佳），按照图2-7（c）所示，借助直角尺、圆规矩、黑色圆珠笔等工具，在白纸上面精确绘出图2-6给出尺寸的图形，获得图2-7（d）所示的外壳加工1∶1平面图。接下来，按照图2-7（e）所示，在所绘平面图的背面全部粘贴上宽幅双面不干胶带纸（如采用了带不干胶面的贴纸绘图，则可省去这一步）；按照图2-7（f）所示，揭掉双面不干胶带纸上面的保护蜡光纸，并按照图2-7（g）所示，将所绘平面图平整地粘贴在所获取的塑料板（酒盒上盖）白色光滑面上。注意相邻2个边线与塑料片的相邻2个边精准对齐，不要出现丝毫错差！

接下来，按照图2-7（h）所示，借用钢板尺、美工刀在所绘平面图上沿黑色实线条刀划线，要求用力均匀，刀口深度以塑料板厚度的少一半为宜，注意切不可划透塑料板！建议划线时美工刀用力尽量轻些、同一道实线条可重复多划几次，以确保划线深度均匀且不至于划透塑料板。平面图上的虚线条是定位用的，切不可刀划线！平面图上的大小5个实线圆圈，不用刀划，按照图2-7（i）所示，用圆形尖头电烙铁在4个小圆圈位置分别烫出3个φ4mm的小圆孔和1个φ2mm的小圆孔。1个大圆圈应按照图2-7（j）所示，用发热的电烙铁头沿所画开孔线的里侧烫透下面的塑料板一圈（注意不要烫到画线以外的部分），以开出略小于画线且并不圆滑的安装孔。按照图2-7（k）所示，用锋利的美工刀进行孔口边沿的修整，必要时还可以用半圆形小锉刀进行锉磨加工。以使孔边沿圆滑、孔口径达到标准的23mm。

最后，按照图2-7（l）所示，用剪刀沿划线剪除平面图周边以外和画出斜线条的部分，并按照图2-7（m）所示，撕掉粘贴的绘图纸。按照图2-7（n）所示，将塑料件平放在桌面上，光滑面朝上，用双手沿各刀划线将各面均按箭头所示方向弯折90°，只有开出φ4mm小圆孔旁边的一个窄面，需要像图2-7（o）所示的那样，反方向弯折90°。这样，一个不花一分钱、独一无二的漂亮自动开关外壳就基本上加工好了。

第二步，焊装自动开关电路

焊装自动开关电路的过程包含了在人体红外感应模块A上焊接晶体三极管VT和3根引线、并将焊接好的整个电路装入自制的外壳内，其具体流程如图2-8所示：

首先，按照图2-8（a）所示，用尖嘴钳将人体红外感应模块A上的三脚插针（接线端）依次往里弯折90°，要求选插针的中间位置、并且按同一方向弯折，以方便焊接。再按照图2-8 （b）所示，在人体红外感应模块A的三脚插针上焊接晶体三极管VT的基极b和发射机e，注意基极b焊接在中间的插针上（输出端OUT）、发射极e焊接在GND插针上（电源负极端）。

然后，按照图2-8（c）所示，在人体红外感应模块A的VCC插针（电源正极端）、GND插针和晶体三极管VT的集电极c上，分别焊接上长度均为12cm的红色、黑色和黄色（白色）细塑料外皮电线，作为自动开关电路的外接线。为避免晶体三极管VT的集电极c引线焊接点与其他焊接点发生碰头造成短路，可按照图2-8（d）所示，为其套上一段电工常用的绝缘套管或普通塑料管。

最后，按照图2-8（e）所示，将人体红外感应模块A上的半球形菲涅尔塑料透镜，由里向外套在自制外壳上所开出的大圆孔内；并按照图2-8（f）所示，通过φ4mm的穿线孔穿出3根引线；按照图2-8（g）所示，合好外壳，临时用透明胶带将外壳粘固，以利后面调节电路时随时方便地打开外壳。

第三步，组装与通电调试

首先，拆解欲改造的USB小风扇。按照图2-9（a）所示，用小十字螺丝刀退出固定风扇罩的3颗螺丝钉，并取下风扇网罩；再按照图2-9（b）所示，用小十字螺丝刀退出风扇后壳上面用于固定风扇机芯（含电机和扇叶片）的3颗自攻螺丝钉；按照图2-9（c）所示，打开机芯电路，并确定电路接线的极性。通常情况下，风扇电机M的两根引出线中，红色引线是电源正极线，黑色引线是电源负极线。USB电源插头的两根引线中，红色引线肯定是电源正极线，蓝色（或黑色）引线肯定是电源负极线。当然，为了更加保险起见，可以借万用表测供电电压的方法判断引线的正、负极性。如果手动开关SA的两接线端不是接风扇电机M的电源负极线和USB电源插头的负电源线，而是接它们的正电源线，则必须按图所示改动过来。

然后，接入自动开关。按照图2-9（d）所示，将自动开关的3根引线从风扇背面的通风孔穿入；按照图2-9（e）所示，将自动开关的红色引线头焊接到风扇电机M的红色引线头与USB电源插头的红色引线头焊接点（即a点）上，将自动开关的黑色引线头焊接到手动开关SA接USB电源插头蓝色（或黑色）引线头的一端（即c点），将自动开关的黄色（或白色）引线头焊接到手动开关SA接风扇电机M的黑色引线头的一端（即b点）。反复检查已焊接好的电路，确认正确无误后，即可按照前面图2-9（a）～图2-9（c）的逆过程重新安装好电路机芯及风扇网罩。组装前，注意在风扇电机M塑料壳体的圆口沿靠近其中某一固定螺丝钉孔的旁边，按照图2-9（f）所示，用电烙铁烫出一个半圆口，作为穿线口。在安装风扇网罩最上面的螺丝钉及螺丝帽时，应按照图2-9（g）所示，将自动开关外壳上所开的固定孔伸入螺丝钉后，再旋紧螺丝帽。这样，借用固定风扇网罩的这颗螺丝钉和螺丝帽，就巧妙地将自动开关固定到了风扇的顶部。

接下来，进行通电调试。将风扇背面的手动开关SA置于“断开”状态（按下翘键的“O”端），并确认自动开关内部人体红外感应模块A上的两个微调电位器的旋钮，一个（距离调节）处于“中间”位置，一个（延时调节）处于逆时针方向的“最小”位置。这样自动USB小风扇可感应到人体红外感应模块A正前方约5m以内的人体移动，并且风扇每次延时工作的时间不小于0.5s。如果发现厂家预置的微调电位器调节旋钮位置不是这样，可通过小螺丝刀调至所要求位置，以利于快速调试。具体调试时，按照图2-9（h）所示，将小风扇的USB电源插头XP，插入现成的带有USB插口的直流5V移动电源或输出5V直流电的交流电源适配器上，则小风扇在正常情况下会自动运转0.5s，随之自动停止运转。如果在小风扇的前方动一下身体，则小风扇会再次延时运转；如果持续活动身体，小风扇会持续运转，并在停止活动身体后约0.5s自动停止运转。接下来，“闭合”风扇背面的手动开关SA，则无论人体是否活动，小风扇都会持续运转，表示小风扇“手动持续送风”的功能正常。

将风扇背面的手动开关SA置于“闭合”状态（按下翘键的“-”端），则人体感应自动开关不再控制电风扇，风扇电机通过开关SA直接获电运转，持续送风。

如果发现风扇不能够正常运转，应马上断开电源，对电路进行仔细排查，重点应检查晶体三极管VT是否焊反了引脚、自动开关的3根引线是否焊错，直到排除故障、通电正常工作为止。

最后，粘固好外壳。具体方法是撕掉临时固定外壳的透明胶带，按照图2-9（i）所示，用502强力胶水（瞬间黏合剂）将自动开关外壳的3个窄面与接触面粘牢靠。OK！一个小巧玲珑、与众不同、智能时尚的“清凉伴侣”终于大功告成，可以正式投入使用啦！

投入实际使用

该自动USB小风扇的用途和使用场所与普通USB小风扇别无两样，可满足夏天伏案工作者、电脑操作者、床头阅读者“吹风纳凉，清醒大脑”的需要。其供电方式多种多样，图2-10所示给出了几种具体方案，读者可根据实际使用情况灵活选择。

1.用5V直流电源适配器供电。如图2-10（a）所示，要求所用电源适配器具有USB输出插口，且能够输出5V、≥0.5A的直流电，家庭手机和一些数码小产品使用的交流电源适配器（充电器），只要符合这个条件，都可拿来直接使用。

2.用电脑USB插口供电。如图2-10（b）所示，只要是正在工作的台式电脑或笔记本电脑，都可直接从USB插口取电。此方案不仅适合电脑操作者吹风纳凉，而且还可用于笔记本电脑的外部吹风散热。

3.用5V直流供电插座供电。如图2-10（c）所示，其条件是家中已在使用带有USB供电插口（专供手机、平板电脑等数码产品充电用）的220V交流电插座（移动或壁式插座均可）。

4.用移动电源（俗称“充电宝”）供电。如图2-10（d）所示，要求所用移动电源必须带有USB插口、且能够输出直流5V电压，一般手机用的“充电宝”都能够使用，尤其是家里废弃的容量已下降的手机“充电宝”，作为自动USB小风扇的供电电源，不仅持续使用时间尚可，而且移动方便，可谓“变废为宝”！但需要注意的是，一些具有小电流输出时自动关闭供电、且无解除功能的移动电源，不适合在这里使用。

该自动USB小风扇在“自动送风”模式下，每次延时工作的时间长短，可按照图2-11（a）所示，通过伸入自动开关外壳内部的小螺丝刀，调节人体红外感应模块A上延时微调电位器的旋钮来改变。一般顺时针方向（图中箭头方向）转动螺丝刀，延时加长；逆时针方向（箭头反方向）转动螺丝刀，延时缩短。延时时间连续可调范围一般在0.5～200s，通常选择30～60s即可。

自动USB小风扇的工作灵敏度，即有效探测前方人体活动的距离，可按照图2-11（b）所示，通过伸入灯外壳内部的小螺丝刀，调节人体红外感应模块A上灵敏度微调电位器的旋钮来改变。一般顺时针方向转动螺丝刀，灵敏度变高，探测距离增大；逆时针方向转动螺丝刀，灵敏度变低，探测距离减小。探测距离连续可调范围一般在3～7m，具体可根据使用场所要求确定。

自动USB小风扇的电源通断，可按照图2-11（c）所示，通过插拔USB电源插头（或关闭供电电源）来控制。“自动送风”和“持续送风”功能，可通过按动图2-11（d）所示的手动开关SA来选择。断开开关SA（按下翘键“O”端），风扇进入“自动送风”模式；闭合开关SA（按下翘键“-”端），风扇进入“持续送风”模式，操作起来感觉既顺手、又方便！