CN101725556B - 多模式温控电风扇调速器 - Google Patents

多模式温控电风扇调速器 Download PDF

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Abstract

本发明为多模式温控电风扇调速器,包括与控制处理模块连接的工作模式选择开关、人体热释电红外探测模块、温度采集模块、与控制处理模块相连接的电源模块、控制处理模块和与电风扇连接的固态继电器。本发明具有普通模式、温控模式和节电模式3种工作模式,能根据使用对象的需要和环境温度的变化,实现电风扇风速随环境温度智能调整,具有过温自动断电保护的功能,防范火灾隐患;同时,利用人体红外感应开关自动控制电风扇开启或关闭的功能,起到节能、保护使用者身体健康等的作用,特别有适用于老人和小孩在夜间休息时使用,可以有效地避免人身体因受风过多而生病,体现出人性化设计等特点。

Description

多模式温控电风扇调速器
技术领域
本发明涉及电子与单片机技术,具体涉及多模式温控电风扇调速器。
背景技术
虽然空调已广泛普及,但是过度使用空调容易造成身体不适和免疫功能下降,诱发一系列的“空调病”;同时,过度使用空调加剧了温室效应,对全球气候影响极大,因此有必要推广温控电风扇的使用。风扇控制器可以驱动电风扇输出轻缓柔和的自然风,它特别适于老人和小孩在夜间休息时使用,可以有效地避免人身体因受风过多而生病,体现出人性化设计等特点;能起到节能省电、避免因过度使用空调带来的温室效应的作用;此外,具有过温自动断电保护的功能,防范火灾隐患。
目前市场上存在的温控风扇类产品,一般都只具备单一的温控调速功能,不能进行多模式的切换,实用价值不高。
如申请号为200520084515,申请日为2005年06月24日,授权公告日为2006年08月16日的中国发明专利公开了一种温控电风扇,它包括风扇、电机、控制盒及底座,特征是在控制盒内设有温度计及其温控电路,温度计与带铁芯的线圈相连,线圈上方设有一个弹簧开关,其两端分别与电扇的电机和家用交流电源相连。该温控电风扇的温控电路为一般通用的温度控制电路,而汞柱温度计上设有两个控制不同温度启动的刻度片。虽然该产品具备了基本的温控风速功能,但其功能工作模式单一,而且采取物理方式进行温度控制不够安全,限制了该类产品在市场进行推广应用。
市面上还存在其他同类产品,如一种由温度检测回路、逻辑判断回路及电压控制回路构成的电风扇温控调速器,由检测所得的不同的环境温度值来改变电风扇的电源电压,从而实现电风扇温控调速;同时还可实现低温自动关机。
另一种电风扇温控调速器,包括调速电路、直流主电源电路、直流副电源电路、方波发生器和三角波发生器。其中,直流主电源电路产生的直流电源电压输入至方波发生器和三角波发生器,直流副电源电路产生的直流电源电压输入至调速电路,调速电路串联于220V交流电路与电风扇电机工作回路之间,三角波发生器与方波发生器相连,方波发生器与调速电路相连。它可使电风扇随环境温度自动变换转速,从而改变风力,节约能源,也使人感觉更为舒适。
但以上两种电风扇温控调速器均没有考虑到不同体质的人群在同一室温下对风速的不同要求,也没有实现随室温和人体体温的变化而自动控制电风扇风速的线性变化,且不具备红外人体探测、过温断电保护等功能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足,提供一种多模式温控电风扇调速器,本调速器具有三种不同的工作模式供用户自行选择,包括普通模式、温控模式和节电模式。在普通模式下,关闭了热释电红外探测和温度控制风速的功能,相当于普通的家用电风扇;在温控模式下,关闭了人体热释电红外探测功能,开启温度控制风速的功能,系统默认周围一直探测有人,电风扇随着周围环境温度而实时地改变风速;在节电模式下,开启了人体热释电红外探测和温度控制风速的功能,当检测到有效探测区域内有人且室内温度达到预设值时,风扇自动开启,且根据室内温度的变化,电风扇能自动调整风速。
本发明目的通过下述技术方案来实现:多模式温控电风扇调速器,包括:
与控制处理模块连接的工作模式选择开关,用于选择本调速器的工作模式,包括普通模式、温控模式和节电模式;
人体热释电红外探测模块,用于探测其有效探测区域内是否有人体,如有人则输出提示信息给控制处理单元;
温度采集模块,用于采集室内温度信息,并将温度信息传输给控制处理单元;
与控制处理模块相连接的电源模块,用于提供本调速器正常工作的稳定电压;
控制处理模块,当选择普通模式时,关闭人体热释电红外探测模块和温度采集模块,输出占空比为1的PWM(Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制)波经固态继电器开启电风扇;当选择温控模式时,关闭人体热释电红外探测模块,启动温度采集模块,将温度采集模块输入的温度信息与温度预设值进行对比,当所述输入的温度信息大于或等于控制处理模块的温度预设值时,根据所述对比值输出相应占空比的PWM波给固态继电器,固态继电器根据该相应占空比的PWM波开启电风扇并确定其转速,否则,输出占空比为0的PWM波给固态继电器,使电风扇处于关闭状态;当选择节电模式时,启动人体热释电红外探测模块和温度采集模块,当接收到人体热释电红外探测模块传来的提示信息且温度采集模块输入的温度信息大于或等于控制处理模块的温度预设值时,根据所述对比值输出相应占空比的PWM波给固态继电器,固态继电器根据该相应占空比的PWM波开启电风扇并确定其转速,否则,输出占空比为0的PWM波给固态继电器,使电风扇处于关闭状态;
与电风扇连接的固态继电器,用于根据所接收的PWM波的具体占空比,来启动、关闭和调整电风扇转速。
优选的,所述工作模式选择开关包括温控开关和人体热释红外检测开关,当温控开关和人体热释红外检测开关均处于关闭时,即为普通模式;当温控开关处于开启状态,而人体热释红外检测开关处于关闭时,即为温控模式;当温控开关和人体热释红外检测开关均处于开启状态时,即为节电模式。
所述控制处理单元设置有温度门限值,当调速器处于温控模式或节电模式时,若温度采集模块输入的温度信息超过所述温度门限值,则控制处理模块输出占空比为0的PWM波给固态继电器,使电风扇处于关闭状态。
本发明多模式温控电风扇调速器还可以包括温度显示模块,用于接收并显示温度采集模块经控制处理模块输入的温度信息。所述温度显示模块采用四位LED数码管显示当前温度信息,最高位为符号位,可显示负摄氏温度,保留最低位为一位小数。
优选的,所述人体热释电红外探测模块包括基于BISS0001芯片的人体热释电红外传感器和用于定时摇动人体热释电红外传感器的电机。所述人体热释电红外传感器可实现对人体信号的检测。当无人体移动时,人体热释电红外传感器感应到的只是背景温度,当人体进入其有效探测区时,人体发射的10微米左右的红外线通过人体热释电红外传感器内置的菲泥尔滤光片增强后聚集到内置的红外感应源上。热释电元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡,向外释放电荷,从而可实现人体信号的采集。由于该人体热释电红外传感器只可感应相对移动的人体,无法检测出其静止时的信号,因此通过外加电机,以定时摇动传感器,实现该调速器的实时人体探测。
所述人体热释电红外探测模块还可以包括一个用于设定人体热释电红外传感器的检测周期的周期控制模块,用于周期性启动人体热释电红外传感器,以进行红外探测。
所述温度采集模块采用温度传感器,温度传感器采用单总线专用技术,既可通过串行口线,也可通过其它I/O口线与控制处理模块相连接,无须经过其它变换电路,直接输出被测温度值(9位二进制数,含符号位),测温范围为-55℃~+125℃,测量分辨率为0.0625℃,适配各种单片机或系统机。
所述温度采集模块优选采用Dallas半导体公司生产的Ds18b20型单线智能温度传感器,与控制处理模块进行串行通信。
所述固态继电器模块,是一种没有机械运动,不含运动零件的继电器,是一种由固态电子元件组成的无触点开关元件,能实现无触点、无火花地接通和断开被控的电风扇。
所述电源模块将220V的交流电通过降压、整流、滤波、稳压等几部分,变换成适合调速器正常工作的5V稳压源,作为整个调速器的电源部分。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:本发明从节能、防火、控制家电设备,使生活变得更加安全、舒适和健康出发,本调速器有着多种的工作模式,包括普通模式、温控模式和节电模式。在普通模式下,关闭了热释电红外探测和温度控制风速的功能,相当于普通的家用电风扇;在温控模式下,关闭了人体热释电红外探测功能,开启温度控制风速的功能,系统默认周围一直探测有人,电风扇随着周围环境温度而实时地改变风速;在节电模式下,开启了人体热释电红外探测和温度控制风速的功能,当检测到有效探测区域内有人且室内温度达到温度预设值时,风扇自动开启,且根据室内温度的变化,电风扇能自动调整风速。通过上述设置,使本发明能根据使用对象的需要和环境温度的变化,实现电风扇风速随环境温度智能调整;同时,使用人体红外探测技术自动控制电风扇开启或关闭的功能,起到节能、保护使用者身体健康等的作用。每台普通电风扇只需外加该调速器就能实现对该台电风扇的风速控制,操作简易。
该调速器可以为人们带来舒适便利的生活,它特别有利于老人和小孩在夜间休息时使用,可以有效地避免使用者因受风过多而生病,让生活变得更加舒适和方便,体现出人性化设计等特点;同时,起到节能省电、避免因过度使用空调带来的温室效应的作用;此外,还具有过温自动断电保护的功能,有效防范火灾的发生。本产品生产成本低,普遍适用于普通家用电风扇,通用性强,易于推广,具有很好的通用性和扩展性;同时,该产品可以推广应用于公共场合,比如图书馆、教室、超市等,具有很好的市场经济价值和开发前景,易于产业化普及推广。
附图说明
图1是本发明多模式温控电风扇调速器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例
多模式温控电风扇调速器,如图1所示,包括:
与控制处理模块连接的工作模式选择开关,用于选择本调速器的工作模式,包括普通模式、温控模式和节电模式;
人体热释电红外探测模块,用于探测其有效探测区域内是否有人体,如有人则输出提示信息给控制处理单元;
温度采集模块,用于采集室内温度信息,并将温度信息传输给控制处理单元;
与控制处理模块相连接的电源模块,用于提供本调速器正常工作的稳定电压;
控制处理模块,把温度采集模块输入的温度信息输出到温度显示模块,根据人体热释电红外探测模块输入的提示信息、温度采集模块输入的温度信息控制电风扇的开启与关闭以及电风扇的转速;
与电风扇连接的固态继电器,用于根据控制处理模块传来的PWM波的具体占空比,来启动、关闭和调整电风扇转速;
上述多模式温控电风扇调速器还可以包括温度显示模块,用于接收并显示温度采集模块经控制处理模块输入的温度信息。
所述工作模式选择开关包括温控开关和人体热释红外检测开关,当温控开关和人体热释红外检测开关均处于关闭时,即为普通模式;当温控开关处于开启状态,而人体热释红外检测开关处于关闭时,即为温控模式;当温控开关和人体热释红外检测开关均处于开启状态时,即为节电模式。
所述温度显示模块采用四位LED数码管显示当前温度信息,最高位为符号位,可显示负摄氏温度,保留最低位为一位小数。
所述人体热释电红外探测模块包括基于BISS0001芯片的人体热释电红外传感器和用于定时摇动人体热释电红外传感器的电机。所述人体热释电红外传感器可实现对人体信号的检测。当无人体移动时,人体热释电红外传感器感应到的只是背景温度,当人体进入其有效探测区时,人体发射的10微米左右的红外线通过人体热释电红外传感器内置的菲泥尔滤光片增强后聚集到内置的红外感应源上。热释电元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡,向外释放电荷,从而可实现人体信号的采集。由于该人体热释电红外传感器只可感应相对移动的人体,无法检测出其静止时的信号,因此通过外加电机,以定时摇动传感器,实现该调速器的实时人体探测。
所述人体热释电红外探测模块还可以包括一个用于设定人体热释电红外传感器的检测周期的周期控制模块,用于周期性启动人体热释电红外传感器,以进行红外探测。
所述温度采集模块采用温度传感器,温度传感器采用单总线专用技术,既可通过串行口线,也可通过其它I/O口线与控制处理模块相连接,无须经过其它变换电路,直接输出被测温度值(9位二进制数,含符号位),测温范围为-55℃~+125℃,测量分辨率为0.0625℃,适配各种单片机或系统机。
所述温度采集模块优选采用Dallas半导体公司生产的Ds18b20型单线智能温度传感器,与控制处理模块进行串行通信。
所述固态继电器模块,是一种没有机械运动,不含运动零件的继电器,是一种由固态电子元件组成的无触点开关元件,能实现无触点、无火花地接通和断开被控的电风扇。
所述电源模块将220V的交流电通过降压、整流、滤波、稳压等几部分,变换成适合调速器正常工作的5V稳压源,作为整个调速器的电源部分。
所述控制处理模块的具体工作如下:
当选择普通模式时,控制处理模块关闭人体热释电红外探测模块和温度采集模块,输出占空比为1的PWM(Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制)波经固态继电器开启电风扇;
当选择温控模式时,控制处理模块关闭人体热释电红外探测模块,并启动温度采集模块,系统默认周围一直探测有人,控制处理模块将温度采集模块输入的温度信息与温度预设值进行对比,当所述输入的温度信息大于或等于控制处理模块的温度预设值时,根据所述对比值输出相应占空比的PWM波给固态继电器,固态继电器根据该相应占空比的PWM波开启电风扇并确定其转速,如所述输入的温度信息小于控制处理模块的温度预设值,则输出占空比为0的PWM波给固态继电器,使电风扇处于关闭状态;
当选择节电模式时,控制处理模块启动人体热释电红外探测模块和温度采集模块,只有当接收到人体热释电红外探测模块传来的提示信息且温度采集模块输入的温度信息大于或等于控制处理模块的温度预设值时,控制处理模块才根据所述对比值输出相应占空比的PWM波给固态继电器,固态继电器根据该相应占空比的PWM波开启电风扇并确定其转速,如没有控制处理模块接收到人体热释电红外探测模块传来的提示信息,输出占空比为0的PWM波给固态继电器,使电风扇始终处于关闭状态。
所述控制处理单元设置有温度门限值,当调速器处于温控模式或节电模式时,若温度采集模块输入的温度信息超过所述温度门限值,则控制处理模块输出占空比为0的PWM波给固态继电器,使电风扇处于关闭状态;
上述多模式温控电风扇调速器在实际应用时,还包括以下两方面:
1、调速器和电风扇的连接---将上述多模式温控电风扇调速器的电源模块的电源线通过插座连上220V的市电,然后将普通电风扇的电源插头插在调速器的插座中,此时调速器和风扇连接完毕。
2、调速系统的开启与关闭---调速器面板上面有一个总电源开关,当按下按钮ON端时电源指示灯点亮,此时调速器开启;当按下按钮OFF端时电源指示灯熄灭,此时调速器关闭。
上述实施例为本发明典型的实施方式,但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.多模式温控电风扇调速器,其特征在于,包括:
与控制处理模块连接的工作模式选择开关,用于选择本调速器的工作模式,包括普通模式、温控模式和节电模式;
人体热释电红外探测模块,用于探测其有效探测区域内是否有人体,如有人则输出提示信息给控制处理单元;
温度采集模块,用于采集室内温度信息,并将温度信息传输给控制处理单元;
与控制处理模块相连接的电源模块,用于提供本调速器正常工作的稳定电压;
与电风扇连接的固态继电器,用于根据所接收的PWM波的具体占空比,来启动、关闭和调整电风扇转速;
控制处理模块,当选择普通模式时,关闭人体热释电红外探测模块和温度采集模块,输出占空比为1的PWM波经固态继电器开启电风扇;当选择温控模式时,关闭人体热释电红外探测模块,启动温度采集模块,将温度采集模块输入的温度信息与温度预设值进行对比,当所述输入的温度信息大于或等于控制处理模块的温度预设值时,根据所述对比值输出相应占空比的PWM波给固态继电器,固态继电器根据该相应占空比的PWM波开启电风扇并确定其转速,否则,输出占空比为0的PWM波给固态继电器,使电风扇处于关闭状态;当选择节电模式时,启动人体热释电红外探测模块和温度采集模块,当接收到人体热释电红外探测模块传来的提示信息且温度采集模块输入的温度信息大于或等于控制处理模块的温度预设值时,根据所述对比值输出相应占空比的PWM波给固态继电器,固态继电器根据该相应占空比的PWM波开启电风扇并确定其转速,否则,输出占空比为0的PWM波给固态继电器,使电风扇处于关闭状态。
2.根据权利要求1所述的多模式温控电风扇调速器,其特征在于:所述工作模式选择开关包括温控开关和人体热释红外检测开关,当温控开关和人体热释红外检测开关均处于关闭时,即为普通模式;当温控开关处于开启状态,而人体热释红外检测开关处于关闭时,即为温控模式;当温控开关和人体热释红外检测开关均处于开启状态时,即为节电模式。
3.根据权利要求1或2所述的多模式温控电风扇调速器,其特征在于:所述控制处理单元设置有温度门限值,当调速器处于温控模式或节电模式时,若温度采集模块输入的温度信息超过所述温度门限值,则控制处理模块输出占空比为0的PWM波给固态继电器,使电风扇处于关闭状态;
4.根据权利要求1所述的多模式温控电风扇调速器,其特征在于:本发明多模式温控电风扇调速器还包括温度显示模块,用于接收并显示温度采集模块经控制处理模块输入的温度信息。
5.根据权利要求3所述的多模式温控电风扇调速器,其特征在于:本发明多模式温控电风扇调速器还包括温度显示模块,用于接收并显示温度采集模块经控制处理模块输入的温度信息。
6.根据权利要求1、4或5所述的多模式温控电风扇调速器,其特征在于:所述人体热释电红外探测模块包括基于BISS0001芯片的人体热释电红外传感器和用于定时摇动人体热释电红外传感器的电机。
7.根据权利要求6所述的多模式温控电风扇调速器,其特征在于:所述人体热释电红外探测模块还包括一个用于设定人体热释电红外传感器的检测周期的周期控制模块。
8.根据权利要求1或7所述的多模式温控电风扇调速器,其特征在于:所述温度采集模块采用Dallas半导体公司生产的Ds18b20型单线智能温度传感器,与控制处理模块进行串行通信。
9.根据权利要求1所述的多模式温控电风扇调速器,其特征在于:所述固态继电器模块为由固态电子元件组成的无触点开关元件。
10.根据权利要求8所述的多模式温控电风扇调速器,其特征在于:所述固态继电器模块为由固态电子元件组成的无触点开关元件。
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