CN101372983A - 一种人体保护风扇 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种人体保护电风扇，包括电路单元、风扇马达、感应物，所述电路单元包括电容检测模块，用于检测感应物对地电容；环境补偿模块，用于计算感应物对地电容平均值的；比较控制模块，用于比较电容检测模块检测的对地电容和环境补偿模块计算的对地电容平均值的，控制停转信号的输出；制动开关，根据比较控制模块输出的停转信号，使风扇马达制动。当人体靠近或触摸到感应物时，电路单元测出感应物与大地间的电容与环境电容有偏差，如偏差超过内部设定值，表示人体靠近或触摸，电路单元输出信号让风扇马达立即停转，完成保护功能。
Description
技术领域
本发明是一种人体保护电风扇，特别涉及一种当人体靠近或触摸时，风扇立即停转，防止高速转动的扇叶对人体造成伤害的人体保护电风扇。
技术背景
现有技术中关于人体保护电风扇有如下实现形式：一种是通过人体自有电容的原理。当人体触摸网罩时，人体自有电容导致输入电压偏离设定基准，信息传送到控制系统控制风扇马达立即停转，以防止高速转动的扇叶对人体造成伤害。此设计有两大不足：一是与人体输入信号比较的基准固定，易受外界干扰造成误动作，如空气温度变化、网罩有污物都可能造成误认为有人体触摸网罩，使风扇误停；二是靠人体触摸风扇实现功能，有可能造成保护不及时，仍然造成人身伤害。
另一种是通过改变振荡电路的频率的原理。如中国专利号90105664.2，人体接近传感的方法及电路。其采用人体接近时电容效应改变振荡电路的频率，在采样时间内脉冲数也随之改变，通过对所测脉冲数与表征脉冲数的比较差异判断是否有人体接近。此方案不足有：一是采用振荡电路检测人体电容，不适合用在有电磁变化的环境，特别是交流电磁场很强的交流电风扇；二是表征脉冲数的计算(权利要求4)是所有已测脉冲数的汇总处理，这种方式虽然能消除一定的误差，但也可能累积误差。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足，设计一种抗干扰能力强、提高人体感应距离的人体保护电风扇。
为了解决上述技术问题，本发明包括如下技术方案：一种人体保护电风扇，包括电路单元，与所述电路单元分别连接的风扇马达和感应物，所述电路单元包括：
与所述感应物连接的电容检测模块；
与所述电容检测模块连接的环境补偿模块；
与所述电容检测模块、环境补偿模块分别连接的比较控制模块；
与所述比较控制模块连接的制动开关，所述制动开关还与风扇马达连接。
为了降低风扇马达的电磁干扰，所述电容检测模块包括对感应物充/放电单元和充/放电时间的计时单元。
为了保证风扇能立即停转，所述制动开关档位包括风扇转动档和风扇快速制动档。
所述风扇快速制动档包括由二极管和电解电容并联的整流滤波电路。
所述感应物由感应信号线与金属导体电连接组成。
所述金属导体为风扇上金属涂层或风扇金属网罩。
为了实现更人性化控制，使用户能根据需要启动护关闭人体保护功能，所述人体保护电风扇还包括一个人体保护功能启动开关，所述人体保护功能启动开关一端与比较控制模块连接，另一端与制动开关连接。
为了实现智能控制人体保护功能的开启，所述人体保护电风扇还包括控制系统单片机，所述控制系统单片机具有开启/关闭人体保护功能，其一端与比较控制模块连接，另一端与制动开关连接。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
首先，电容检测模块测量感应物对地电容的工作原理能够对人体靠近风扇时即进行保护，而不仅仅是触摸时才保护。电容检测模块包括对感应物充/放电单元和充/放电时间的计时单元，其检测感应物对地电容的原理是先给感应物和大地之间的电容充电，再将所充的电荷转移到其它电路，通过计算此过程的时间，量化所测电容，作为本次测量出的电容值。这种测量方式，能够降低风扇马达的电磁干扰，而且，当人体靠近风扇时，测量到的对地电容值会随之变化，风扇可以根据这些变化提前进行保护动作，避免可能的保护不及时造成的人体伤害。
其次，环境补偿模块能提高电容检测时对温度、湿度、电磁场、污染物的抗干扰能力。环境补偿模块对电容检测模块在最近测出的多个电容值计算取平均。所述最近测得的多个电容值，既可以是最近一段特定时间内测得的电容值，也可以是最近设定次数内测得的电容值。计算过程中，检测到人体靠近或触摸时暂停计算，暂停时间由选用的集成电路U2类型确定。靠近或触摸时间超过暂停时间时，以靠近或触摸时电容检测模块得到的电容量作为环境电容。依据此方式所计算出来的平均电容值，能够实时反映出周围环境的电容，即环境电容。因为比较控制模块是通过比较电容检测模块检测的对地电容和环境补偿模块计算的对地电容平均值的，控制停转信号的输出。所以通过这种方式计算出来的环境电容值，是根据具体环境得出的一个动态的比较基准，这就比固定的比较基准更能防止外界干扰，造成误动作而使风扇误停。
最后，本发明方案中的比较控制模块通过比较电容检测模块得到电容值和环境补偿模块得到的环境电容，如偏差超过内部设定值，表示人体靠近或触摸，比较控制模块输出停转信号让制动开关控制风扇马达立即停转。而所述制动开关档位包括风扇转动档和风扇快速制动档，当没有得到停转信号时，制动开关位于风扇转动档，此时风扇是正常运转状态；当得到停转信号时，制动开关拨到风扇快速制动档，所述风扇快速制动档包括由二极管和电解电容并联的整流滤波电路。在该档位时，电源经整流滤波成直流电后加到风扇马达上，在直流电场作用下，风扇马达将在最短时间内停转，这就防止了风扇惯性下转动对人体造成的伤害。
附图说明
图1为应用了本发明的电风扇结构爆炸图；
图2为本发明电路单元的电路模块图；
图3为本发明实施例1的电路原理图；
图4为本发明实施例2的电路原理图。
具体实施方式
本发明实施例的结构示意图如图1所示，电路单元1、风扇马达2、感应物3由感应信号线3A与金属导体3B电连接组成，而本实施例中的金属导体3B为风扇金属网罩。
本发明电路单元的电路模块图如图2所示，电路单元1包括：电容检测模块4，用于检测感应物对地电容；环境补偿模块5，用于计算感应物对地电容平均值的；比较控制模块6，用于比较电容检测模块4检测的对地电容和环境补偿模块5计算的对地电容平均值的，控制停转信号的输出；制动开关7，根据比较控制模块6输出的停转信号，使风扇马达2制动。
本发明实施例1的电路原理图如图3所示。本实施例中包括一个具有控制系统功能的单片机U1，该单片机U1输入端连接控制风扇马达2运行的各种开关，并通过单片机内设定的程序，控制风扇马达2的运行和启动，实现风扇的智能化可控制。而电路单元1包括内置电容检测模块4、环境补偿模块5和比较控制模块6的集成电路U2。集成电路U2的12脚通过外接电阻R107设定接近敏感度，18脚通过外接电阻R108设定触摸敏感度，阻值均可任意设定(从功耗考虑推荐10k)均是上拉时敏感度高，下拉时敏感度低。集成电路U2的14脚与网罩用导线连接，输入网罩和大地间的电容参数。集成电路U2的5脚通过电阻R105连接到单片机U1的第2脚，传递人体接近或触摸的信号。电路单元1还包括制动开关7，所述制动开关7包括三极管Q101，继电器RY101和由二极管D101和电解电容EC101并联的一个整流滤波电路。单片机U1的第3脚与三极管Q101的基极连接，通过输出信号控制三极管Q101的导通，使继电器RY101动作。继电器RY101的8脚通过电阻R118与电源连接，继电器RY101的1脚与三极管Q101的集电极连接，继电器1脚和8脚之间并联二极管D104。继电器RY101的开关档为两档，当开关打到继电器RY101的2脚和7脚时，风扇马达2的电源公共端FANCOM直接连接COM。当开关打到继电器RY101的4脚和5脚时，风扇马达2的电源公共端FANCOM变为由串接一个二极管D104后再接COM，即交流电源经二极管D104和电解电容EC101整流滤波成直流电后再加到风扇马达2上，在直流电的作用下，风扇马达2将在最短的时间内停转。
本发明实施例1的工作原理为：当有物体靠近网罩3B时，网罩3B与大地间的电容会发生变化，集成电路U2内置的电容检测模块4先给网罩3B和大地之间的电容充电，再将所充的电荷转移到其它电路，通过计算此过程的时间，量化所测电容，计算得到变化后的电容。环境补偿模块5对电容检测模块4在最近测出的多个电容值计算取平均，得到环境电容。比较控制模块6比较电容检测模块4得到电容值和环境补偿模块5得到的环境电容，如偏差超过内部设定值，表示人体靠近或触摸。此时，集成电路U2的5脚输出一个高脉冲(典型值为6秒)。单片机U1检测到第2脚有高脉冲时，则让第3脚输出5-8秒的高电平，导通三极管Q101，使继电器RY101动作，风扇马达2的电源公共端FANCOM由直接接COM变为串接一个二极管D101后再接COM，即交流电源直接加到风扇马达2上改为经二极管D101和电解电容EC101整流滤波成直流电后再加到风扇马达2上，在直流电场的作用下，风扇马达2将在最短的时间内停转。
本发明实施例2的电路原理图如图4，将电路单元2加到没有控制系统功能单片机U1的机械式风扇上。本实施例中，风扇马达2由一个琴键开关控制，开关K1一端通过R105与U2的5脚连接，另一端与三极管Q101的基极连接，通过控制开关K1的闭合，启动或关闭人体靠近或触摸即停的功能。电路单元1包括内置电容检测模块4、环境补偿模块5和比较控制模块6的集成电路U2。集成电路U2的12脚通过外接电阻R107设定接近敏感度，18脚通过外接电阻R108设定触摸敏感度，阻值均可任意设定(从功耗考虑推荐10k)均是上拉时敏感度高，下拉时敏感度低。集成电路U2的14脚与网罩用导线连接，输入网罩和大地间的电容参数。集成电路U2的5脚通过电阻R105和开关K1直接连到三极管Q101。电路单元1还包括制动开关7，所述制动开关7包括三极管Q101，继电器RY101和由二极管D101和电解电容EC101并联的一个整流滤波电路。单片机U1的第3脚与三极管Q101的基极连接，通过输出信号控制三极管Q101的导通，使继电器RY101动作。继电器RY101的8脚通过电阻R118与电源连接，继电器RY101的1脚与三极管Q101的集电极连接，继电器1脚和8脚之间并联二极管D104。继电器RY101的开关档为两档，当开关打到继电器RY101的2脚和7脚时，风扇马达2的电源公共端FANCOM直接连接COM。当开关打到继电器RY101的4脚和5脚时，风扇马达2的电源公共端FANCOM变为由串接一个二极管D104后再接COM，即交流电源经二极管D104和电解电容EC101整流滤波成直流电后再加到风扇马达2上，在直流电的作用下，风扇马达2将在最短的时间内停转。
本发明实施例2的工作原理为：当开关K1闭合后，启动人体靠近或触摸即停的功能。图3中集成电路U2的5脚直接连到三极管Q101，即集成电路U2的5脚输出的高脉冲直接驱动三极管Q101，使继电器RY101动作，风扇马达2的电源公共端FANCOM由直接接COM变为串接一个二极管D101后再接COM，即交流电源直接加到风扇马达2上改为经二极管D101和电解电容EC101整流滤波成直流电后再加到风扇马达2上，在直流电场的作用下，风扇马达2将在最短的时间内停转。
上述两个实施例中的集成电路U2采用AZOTEQ(Pty)LTD的IQS117，当连接12脚的电阻R107选择上拉10k(设定接近敏感度为最高)，18脚的电阻R108选择下拉10k(设定触摸敏感度为最低)时对电扇进行测试，测试结果是：
当风扇马达2工作在高档，电磁干扰最大时，手掌前伸靠近网罩约1厘米时，风扇马达2立即停止转动。
当风扇马达2工作在高档，电磁干扰最大时，人体平行靠近约10厘米时，风扇马达2立即停止转动。
本实例中当人体靠近或触摸风扇时，风扇立即停转，防止高速转动的扇叶怼人体造成伤害，保护效果明显。
Claims (9)
1.一种人体保护电风扇，包括电路单元(1)，与所述电路单元(1)分别连接的风扇马达(2)和感应物(3)，其特征在于：所述电路单元(1)包括：
与所述感应物(3)连接的电容检测模块(4)；
与所述电容检测模块(4)连接的环境补偿模块(5)；
与所述电容检测模块(4)、环境补偿模块(5)分别连接的比较控制模块(6)；
与所述比较控制模块(6)连接的制动开关(7)，所述制动开关(7)还与风扇马达(2)连接。
2.根据权利要求1所述的人体保护电风扇，其特征在于：所述电容检测模块(4)包括对感应物(3)充/放电单元和充/放电时间的计时单元。
3.根据权利要求1所述的人体保护电风扇，其特征在于：所述制动开关(7)档位包括风扇转动档和风扇快速制动档。
4.根据权利要求3所述的人体保护电风扇，其特征在于：所述风扇快速制动档包括由二极管(D101)和电解电容(EC101)并联的整流滤波电路。
5.根据权利要求1所述的人体保护电风扇，其特征在于：所述感应物(3)由感应信号线(3A)与金属导体(3B)电连接组成。
6.根据权利要求5所述的人体保护电风扇，其特征在于：所述金属导体(3B)为风扇上金属涂层。
7.根据权利要求5所述的人体保护电风扇，其特征在于：所述金属导体(3B)为风扇金属网罩。
8.根据权利要求1～7任意一项所述的人体保护电风扇，其特征在于：所述人体保护电风扇还包括一个人体保护功能启动开关(K1)，所述人体保护功能启动开关(K1)一端与比较控制模块(6)连接，另一端与制动开关(7)连接。
9.根据权利要求1～7任意一项所述的人体保护电风扇，其特征在于：所述人体保护电风扇还包括控制系统单片机(U1)，所述控制系统单片机(U1)具有开启/关闭人体保护功能，其一端与比较控制模块(6)连接，另一端与制动开关(7)连接。
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