CN100425191C - 气压传感型真空吸尘器 - Google Patents

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Abstract

一种气压传感型吸尘器，包括外壳塑件、尘埃收集过滤装置、吸具附件、电风机等；所述吸尘器还包括有一个用以控制电风机运行状态的电风机调速控制器，该电风机调速控制器的一端与吸尘器的集尘仓气道相连通，将该集尘仓气道内的空气负压测量值进行运算放大之后输出控制信号，用于驱动电风机按不同功率运行。本发明在电风机调速控制器单元中增设了以气压传感检测技术、单片机控制技术等组成的智能控制系统。此项新技术的运用，使吸尘器的运行参数或状态能够根据优化设置的运行程序自动完成，可以按要求，在吸尘器运行期间不清扫时，其电机的运行功率自动下降，从而达到了高效节能的目的，且改善和降低了不清扫时吸尘器的运行噪声。

Description

气压传感型真空吸尘器
技术领域
本发明涉及一种家用电器，特别是涉及一种新型节能技术的家用真空吸尘器。
现有技术
现有的家用真空吸尘器，是运用电风机高速旋转所产生的真空吸力(负压气流)来收集尘埃、清洁环境的。因此，吸尘器在使用过程中，吸具与被清洁处的接触，其吸口的状态就会随机变化，使吸入机内的空气流量或流速也将随之改变。当吸具离开被清洁处时，吸口面敞开，气流量增大，使机内的电风机功率增大；当吸具贴近被清洁处时，吸口面变窄，气流量减小，空气负压大增，使机内的电风机功率下降。这一风量/真空度与功率的变化规律，是吸尘器空气动力的固有特性。仔细分析这种风机特性，就发现了这样一个问题：即吸尘器在吸尘时，由于吸具要与被清洁处相贴近，此时的风机功率随之下降；反之，当吸具离开被清洁处时，此时的风机功率反而上升。或者说，吸尘器在运行期间，不清扫时，电机的功率消耗反而大。因此可以说，这样的风机特性不节能。
从节能角度考虑，吸尘器是否可以按我们的要求，在运行期间不清扫时，电机的运行功率自动下降，以减少电能的消耗；而在清扫时，电机的运行功率就自动上升，以提高清洁除尘的效果。在当今世界能源紧张的大背景下，这一节能新技术，将会得到快速发展。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新型节能技术的家用真空吸尘器。它采用气压传感检测技术和单片机控制技术，使吸尘器具有智能化节能控制能力，电能的利用效率明显提高。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：所述的气压传感型吸尘器包括外壳塑件、尘埃收集过滤装置、吸具附件、电风机等；所述吸尘器还包括有一个用以控制电风机运行状态的电风机调速控制器，该电风机调速控制器的一端与吸尘器的集尘仓气道相连通，将该集尘仓气道内的空气负压测量值进行运算放大之后输出控制信号，用于驱动电风机按不同功率运行。
所述的电风机调速控制器包括气压传感器、压力检测电路、单片机控制电路、LED状态显示电路、操作指令按键、电机驱动电路、降压整流电路等，所述的气压传感器及压力检测电路集成于气压检测PCB板上，该气压检测PCB板设置在所述吸尘器的集尘仓气道内并对集尘仓气道内的空气负压进行检测，其输出的压力信号经进一步放大后，送由单片机控制电路进行压力数据运算处理，并按设定程序和来自操作指令按键的指令将相应的驱动信号输送到电机驱动电路，进而驱动电风机按照不同的运行功率运行，所述单片机控制电路中，单片机的程序控制指令经由LED状态显示电路同时送到LED状态显示器，用以显示机器的工作运行状态，而直流电源通过降压整流电路为单片机控制电路提供稳定电能。
本发明的真空吸尘器，在电风机调速控制器单元中增设了以气压传感检测技术、单片机控制技术等组成的智能控制系统。此项新技术的运用，使吸尘器的运行参数或状态能够根据优化设置的运行程序自动完成，可以按要求，在吸尘器运行期间不清扫时，其电机的运行功率自动下降，从而达到了高效节能的目的，且改善和降低了不清扫时吸尘器的运行噪声。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的电风机调速控制器方框图。
图3为本发明的气压传感器、压力检测电路原理图。
图4为本发明的单片机控制电路及外围电路原理图。
图5为本发明的电机驱动电路原理图。
图6为本发明的降压整流电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示：本发明提供的一种新型节能技术的的真空吸尘器，其基本结构与普通机型差异不大，整机均由外壳塑件1、尘埃收集过滤装置3、吸具附件2、电风机6、电风机调速控制器等构成。
本发明的真空吸尘器，在电风机调速控制器单元中，增设了以气压传感检测技术、单片机控制技术等组成的智能控制系统。新技术的运用，使吸尘器的运行参数或状态，根据优化设置的运行程序自动完成，从而达到高效节能和降低噪声的目的。
图2为本发明的电风机调速控制器方框图。它由气压传感器5、压力检测电路、单片机控制电路、LED状态显示电路、操作指令按键、电机驱动电路、降压整流电路等组成。
所述的气压传感器5及压力检测电路集成于气压检测PCB板4上，该气压检测PCB板4设置在所述吸尘器的集尘仓气道10内并对集尘仓气道10内的空气负压进行检测，其输出的压力信号经进一步放大后，送由单片机控制电路进行压力数据运算处理，并按设定程序和来自操作指令按键7的指令将相应的驱动信号输送到电机驱动电路，进而驱动电风机6按照不同的运行功率运行，所述单片机控制电路中，单片机的程序控制指令经由LED状态显示电路同时送到LED状态显示器，用以显示机器的工作运行状态，而直流电源通过降压整流电路为单片机控制电路提供稳定电能。
在图1整机结构示意图上，电风机调速控制器由气压检测PCB板4、操作指令按键板7、单片机控制PCB板8、LED状态显示板9构成。气压传感器5安装在气压检测PCB板4上，气压检测PCB板4设置在吸尘器的集尘仓气道10附近，气压传感器5的中心有一压力孔，它与吸尘器集尘仓气道10的一只输气孔11相通，用以检测集尘仓气道10内的空气负压。
在本发明的真空吸尘器中，所述的气压传感检测技术，是采用一片压力传感器5来检测吸尘器集尘仓气道内的空气负压。该气压传感器5采用了最新硅片微机械技术，应用压阻应变片离子注入在惠斯通桥路结构内。压阻应变片能感知集尘仓气道10内空气负压的变化。由四只压阻应变片组成的惠斯通桥路方式输出压力电位信号，实现了将压力变化转化为电量变化的过程，也就是气/电转换。空气压力越大，惠斯通桥路输出的电位差越大。
气压传感器输出的空气压力信号电压只有毫伏级(mV)，不足以使单片机进行数据采样运算，因此，还须将压力信号进一步放大。
压力检测电路由一片双运放358与外围元件集成于气压检测PCB板4上，如图3为本发明的气压传感器、压力检测电路原理图。它将气压传感器输出的毫伏级电压，放大100倍以上，使单片机能进行数据采样和运算处理。
所述的压力检测电路包括一片集成电路358双运放U1和外围的数只电阻R1至R7、两只可调电阻RW1和RW2等，在所述气压传感器5内，惠斯通桥路的压差信号经由电阻R1与电阻R2输入至运放U1:A的2脚与3脚之间进行放大，电阻R1与R4的比值和电阻R2与R3的比值相等，决定了运放U1:A的电压放大系数，用于调节零压值的可调电阻RW1接于惠斯通桥路的一臂，运放U1:A的输出端1脚输出放大了压差信号电压，经电阻R5输入至运放U1:B的同相端5脚，运放U1:B与电阻R6构成了信号电压跟随器，它有较高的输入电阻和较低的输出阻抗，可调电阻RW2接于运放U1:B的输出端7脚，是用于调节满度压力值的，信号电压值由可调电阻RW2调定后送入单片机进行数据处理。
在本发明的真空吸尘器中，通过气压传感检测技术，单片机就可监测到吸尘器集尘仓气道10内的真空负压变化状况及过程。当设定吸尘器运行在自动档时，单片机将自动根据吸具附件2贴近地面(被清洁处)与否，自动调节电风机6的运行功率。
自动运行机制是这样实现的：将吸具附件2贴近地面(或被清洁处)时，集尘仓气道10内负压值大增的这一变量参数，作为电风机6运行功率的提升指令；将吸具附件2离开地面(或被清洁处)时，集尘仓气道10内负压值大减的这一变量参数，作为电风机6运行功率的降低指令。单片机将自动跟踪气压检测数据的变化并进行逻辑运算后，自动调节吸尘器电风机6的运行状态。
在本发明的真空吸尘器中，单片机控制电路由单片机与外围元件构成。图4为本发明的单片机控制电路及外围电路原理图。所述的单片机控制电路，包括单片机U2以及相应的外围电路，上述元件被集成于单片机控制PCB板8上，该单片机U2的2脚、3脚外接一只晶振B1，与单片机内部电路共同构成系统的时钟基准，单片机U2的7脚I/O口经电阻R21与电源N端相接，引入市电过零信号，为可控硅Q2的同步控制提供基准时间，气压信号电压经电阻R8输入到单片机U2的11脚I/O口，由单片机内部系统进行气压数据运算后，由5脚I/O口输出电机的驱动信号，使电风机6按程序控制运行，所述单片机U2的12、13、14、15、16脚I/O口接LED状态显示电路。
所述的LED状态显示电路包括集成于LED状态显示板9上的LED1至LED9气压强度指示灯，LED状态显示板9设置在吸尘器的后部上方，以便于使用者观察。其中LED1至LED5为气压强度指示灯，这5只LED依次排列，用以显示集尘仓气道10内的真空负压等级。吸尘器在运行时，由于吸口状态的变化，以及集尘仓内的集尘情况所形成的不同气压状态，气压传感器都将如实地检测出来，并将检测数据送给单片机进行运算，单片机根据运算结果依次点亮LED指示灯。因此，使用者可以很方便地从LED的动态显示中，了解吸尘器的当前运行情况。
在运行程序中，还设置有尘满报警保护功能，单片机将自动跟踪气压检测数据并进行逻辑运算，当出现尘满状态时，单片机接收到气压传感器检测的高气压数据大于数十秒后，自动降低吸尘器电风机6的运行功率，并驱动LED状态显示板9上的警示灯LED5为闪烁状态。提醒使用者(用户)需要清理集尘仓内的集尘了。
在本发明的真空吸尘器中还设定了吸尘器的不同运行方式，有低、中、高三档可供选择，在所述的单片机控制电路内，其程序设计可设定吸尘器运行在如下状态：①低功率(L)运行状态、②中功率(M)运行状态、③高功率(H)运行状态、④自动档(AUT)运行状态；由单片机U2的17、18、19、6脚I/O口，分别点亮LED6、LED7、LED8、LED9运行状态指示灯；由单片机(U2)的8、9脚I/O口外接的两只按键SW1和SW2，作为吸尘器运行程序切换的人工指令操作键7。
单片机将根据人工设置的运行程序工作。吸尘器的运行模式，可通过机外的操作指令按键板7进行人工设置，也可以通过安装在吸尘软管上的红外遥控器，进行运行程序的切换，在吸尘器主机上安装有红外遥控接收器，可将运行程序指令经由单片机U2的10脚I/O口输入，单片机将按指令要求自动控制吸尘器运行。单片机将按运行指令以及气压检测数据、市电过零信号进行逻辑运算，由单片机的一组I/O口输出移相触发脉冲到电机驱动电路，用以控制电风机的运行状态；另一方面，单片机的另一组I/O口驱动相应的LED状态显示板9，以表示当前吸尘器的运行状态。
如图5为本发明的电机驱动电路原理图。所述的电机驱动电路包括驱动三极管Q1、双向可控硅Q2及外围电阻R22、R23、R24和电容C6，吸尘器在运行时，由单片机U2的5脚输出的移相触发信号，经电阻R20、R22、驱动三极管Q1的b-e结，使驱动三极管Q1饱和导通，为双向可控硅Q2提供导通触发电流，电阻R23为限流电阻，单片机U2的7脚I/O口经电阻R21引入市电过零同步信号，为可控硅Q2的过零移相触发控制提供基准。
图6为本发明的降压整流电路原理图。所述的降压整流电路由抗干扰电容C11、降压电容C10、限流电阻R26、稳压管V3、整流二极管V2、储能电容C9、电子稳压源等依次连接，所述电子稳压源由三极管Q3、稳压管V1、基极偏流电阻R25组成，该电子稳压源输出5V电压，为单片机控制电路及周边电路提供电能。
在本发明的真空吸尘器中，由于在电风机调速控制器单元中，增设了以气压传感检测技术、单片机控制技术等的智能控制系统。新技术的运用，使吸尘器的运行参数或状态，能根据优化设置的运行程序自动完成，吸尘器可以按我们的要求，在运行期间不清扫时，电机的运行功率自动下降，以减少电能的消耗，达到了高效节能和降低噪声的目的。在当今世界能源紧张的大背景下，这一节能新技术，将会得到快速发展。

Claims (10)

1、一种气压传感型真空吸尘器，包括外壳塑件(1)、尘埃收集过滤装置(3)、吸具附件(2)和电风机(6)，其特征在于：所述吸尘器还包括有一个用以控制电风机运行状态的电风机调速控制器，该电风机调速控制器的一端与吸尘器的集尘仓气道(10)相连通，将该集尘仓气道(10)内的空气负压测量值进行运算放大之后输出控制信号，用于驱动电风机(6)按不同功率运行，所述的电风机调速控制器包括气压传感器(5)、压力检测电路、单片机控制电路、LED状态显示电路、操作指令按键(7)、电机驱动电路和降压整流电路，其中所述的气压传感器(5)及压力检测电路集成于气压检测PCB板(4)上，该气压检测PCB板(4)设置在所述吸尘器的集尘仓气道(10)内并对集尘仓气道(10)内的空气负压进行检测，其输出的压力信号经进一步放大后，送由单片机控制电路进行压力数据运算处理，并按设定程序和来自操作指令按键(7)的指令将相应的驱动信号输送到电机驱动电路，进而驱动电风机(6)按照不同的运行功率运行，所述单片机控制电路中，单片机的程序控制指令经由LED状态显示电路同时送到LED状态显示器，用以显示吸尘器的工作运行状态，而直流电源通过降压整流电路为单片机控制电路提供稳定电能。
2、根据权利要求1所述的真空吸尘器，其特征在于：所述的气压传感器(5)采用硅片微机械技术，应用于压阻应变片离子注入在惠斯通桥路结构内，该气压传感器(5)中心有一压力孔，它与吸尘器集尘仓气道(10)的一只输气孔(11)相通，气压传感器(5)内的压阻应变片随压力的变化改变自身的电阻值，惠斯通桥路将该压力电阻值转化为电量信号输出。
3、根据权利要求1所述的真空吸尘器，其特征在于：所述的压力检测电路包括一片集成电路(358)、双运放(U1)和外围的七只电阻(R1至R7)、两只可调电阻(RW1、RW2)，在所述气压传感器(5)内，惠斯通桥路的压差信号经由第一电阻(R1)与第二电阻(R2)输入至第一运放(U1：A)的2脚与3脚之间进行放大，第一电阻(R1)与第四电阻(R4)的比值和第二电阻(R2)与第三电阻(R3)的比值相等，决定了第一运放(U1：A)的电压放大系数，用于调节零压值的第一可调电阻(RW1)接于惠斯通桥路的一臂，第一运放(U1：A)的输出端1脚输出放大了压差信号电压，经第五电阻(R5)输入至第二运放(U1：B)的同相端5脚，第二运放(U1：B)与第六电阻(R6)构成了信号电压跟随器，它有较高的输入电阻和较低的输出阻抗，第二可调电阻(RW2)接于第二运放(U1：B)的输出端7脚，是用于调节满度压力值的，信号电压值由第二可调电阻(RW2)调定后送入单片机进行数据处理。
4、根据权利要求1所述的真空吸尘器，其特征在于：所述的单片机控制电路包括单片机(U2)以及相应的外围电路，单片机(U2)以及相应的外围电路被集成于单片机控制PCB板(8)上，该单片机(U2)的2脚、3脚外接一只晶振(B1)，与单片机内部电路共同构成系统的时钟基准，单片机(U2)的7脚I/O口经第二十一电阻(R21)与电源N端相接，引入市电过零信号，为双向可控硅(Q2)的同步控制提供基准时间，气压信号电压经第八电阻(R8)输入到单片机(U2)的11脚I/O口，由单片机内部系统进行气压数据运算后，由5脚I/O口输出电机的驱动信号，使电风机(6)按程序控制运行，所述单片机(U2)的12、13、14、15、16脚I/O口接LED状态显示电路。
5、根据权利要求1所述的真空吸尘器，其特征在于：所述的LED状态显示电路包括集成于LED状态显示板(9)上的LED1至LED5气压强度指示灯，吸尘器在运行时，单片机将气压传感器(5)的气压数据进行运算后，依次点亮LED1至LED5气压强度指示灯。
6、根据权利要求5所述的真空吸尘器，其特征在于：当单片机接收到气压传感器检测的高气压数据大于数十秒后，吸尘器自动转入低功率运行，并使LED5灯闪烁报警。
7、根据权利要求4所述的真空吸尘器，其特征在于：所述的单片机控制电路，其程序设计可设定吸尘器运行在如下状态：①低功率(L)运行状态、②中功率(M)运行状态、③高功率(H)运行状态、④自动档(AUT)运行状态；由单片机(U2)的17、18、19、6脚I/O口，分别点亮LED6、LED7、LED8、LED9运行状态指示灯；由单片机(U2)的8、9脚I/O口外接的两只按键(SW1、SW2)，作为吸尘器运行程序切换的人工指令操作键(7)。
8、根据权利要求4所述的真空吸尘器，其特征在于：所述的单片机控制电路，其吸尘器运行程序的切换，通过安装在吸尘软管上的红外遥控器，进行运行程序的切换，在吸尘器主机上安装有红外遥控接收器，可将运行程序指令经由单片机(U2)的10脚I/O口输入，单片机将按指令要求自动控制吸尘器运行。
9、根据权利要求1所述的真空吸尘器，其特征在于：所述的电机驱动电路包括驱动三极管(Q1)、双向可控硅(Q2)及外围电阻(R22、R23、R24)和电容(C6)，吸尘器在运行时，由单片机(U2)的5脚输出的移相触发信号，经第二十电阻(R20)、第二十二电阻(R22)、驱动三极管(Q1)的b-e结，使驱动三极管(Q1)饱和导通，为双向可控硅(Q2)提供导通触发电流，第二十三电阻(R23)为限流电阻，单片机(U2)的7脚I/O口经第二十一电阻(R21)引入市电过零同步信号，为双向可控硅(Q2)的过零移相触发控制提供基准。
10、根据权利要求1所述的真空吸尘器，其特征在于：所述的降压整流电路由抗干扰电容(C11)、降压电容(C10)、限流电阻(R26)、第三稳压管(V3)、整流二极管(V2)、储能电容(C9)、电子稳压源依次连接，所述电子稳压源由三极管(Q3)、第一稳压管(V1)、基极偏流电阻(R25)组成，该电子稳压源输出5V电压。
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