CN102183900B - 低噪节能的空气净化器及其工作方法 - Google Patents

Abstract

低噪节能的空气净化器及其工作方法，涉及一种空气净化器及工作方法。目前空气净化器使用的是交流电机，采用继电器控制电机抽头调速，电机效率低，噪音明显，电机耗电量大，使用不方便，影响使用者的休息。本发明包括控制系统，执行装置，其特征在于：所述的控制系统包括采样模块、信号接收模块、控制模块、电机驱动模块、开关电源及手动控制器；所述的采样模块、信号接收模块、电机驱动模块均与控制模块连接，所述的手动控制器为移动式手动控制器，其上设无线发送模块；所述的电机为直流无刷电机，其上设有转速反馈模块，直流无刷电机通过电机驱动模块与控制模块相连。本发明使用范围广，噪声小，舒适度好，无极变速，平稳调速。

Description

低噪节能的空气净化器及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种空气净化器及其工作方法。

背景技术

目前空气净化器，如图1所示，使用的是交流电机，采用继电器控制电机抽头调速，只有三档或者四档转速可以调节，电机效率低，噪音明显，影响了净化器的整机性能。致使整个电机耗电量大，使用不方便，夜间工作影响使用者的休息。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种低噪节能的空气净化器及其工作方法，以达到低噪节能的目的。为此，本发明采取以下技术方案。

低噪节能的空气净化器，包括控制系统，与控制系统连接的执行装置，所述的执行装置包括电机，其特征在于：所述的控制系统包括用于检测空气质量的采样模块、用于接收用户命令的信号接收模块、用于根据接收的信息计算电机转速的控制模块、用于驱使电机转动的电机驱动模块、为控制系统和电机供电的开关电源及用于输入用户命令的手动控制器；所述的采样模块、信号接收模块、电机驱动模块均与控制模块连接，所述的手动控制器为移动式手动控制器，其上设有与信号接收模块无线通讯连接的无线发送模块；所述的电机为直流无刷电机，其上设有与控制模块相连的转速反馈模块，直流无刷电机通过电机驱动模块与控制模块相连。空气净化器采用直流无刷电机及其控制系统，⑴高效节能，比交流电机效率提高30-40个百分点，单台输出功率可以提高15W。⑵噪音低，直流无刷电机可以在20RPM-1400RPM之间连续平稳的进行调速，不会出现异常的震动和噪声，相对交流电机有很强的适应性。⑶电源可适应全世界的交流电源，AC 85V-AC265V,具有很强的适应性。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。

所述的控制模块包括用于根据采样模块获得的信息定时计算一段时间内空气质量的累加器、根据累加器中值判断空气质量的空气质量分析单元、根据空气质量确定电机运转速度的速度计算单元、根据接收的转速反馈模块信息通过PID调节器调整电机运转速度的速度调整单元。定时计算一段时间内空气质量，减少干扰，实现滤波功能，瞬时空气质量变差也不影响空气质量检测结果，避免电机的频繁换速。

所述的控制模块还连接一用于显示空气质量的LED显示器和用于提示工作状态的音乐蜂鸣器。采用音乐蜂鸣器提高舒适度。

所述的采样模块包括用于检测空气质量的空气质量传感器及用于检测灰尘密度的灰尘传感器。

所述的控制模块包括根据采样模块的信息来调节电机转速的自动控制单元、根据信号接收模块获取的用户命令来调节电机转速的手动控制单元及用于防止电机跳档运行的切换控制单元。切换控制单元防止电机动作频繁，影响使用寿命，

所述的控制模块设有用于控制在空气变污浊时及空气质量变清新时电机换档间隔时间的防抖单元。防止设备抖动干扰现象，同时保证传感器的灵敏度。

手动控制器设有显示器开闭、蜂鸣器开闭、多级风速控制功能键。

低噪节能的空气净化器工作方法，其特征在于它包括以下步骤：

1）初始步骤，对显示器、蜂鸣器自检；

2）检测空气质量步骤，采样模块将空气质量传感器及灰尘传感器采集的信息传递给控制模块；

3）电机转速控制步骤，将空气质量分为若干个等级，不同的空气质量等级对应不同的电机转速，当空气质量差时控制模块选择高的电机转速，空气质量好时控制模块选择低的电机转速；

 4）电机驱动步骤，控制模块将转速信息传递给电机驱动模块，电机驱动模块驱动无刷直流电机；

5）电机转速反馈调节步骤，无刷直流电机通过转速反馈模块将实际转速反馈给控制模块，控制模块通过PID调节器调节电机转速，当设定转速高于实际转速时，PID调节器增加无刷直流电机的转速，当设定转速低于实际转速时，PID调节器减少无刷直流电机的转速，实现闭环无极变速；

6）状态输出步骤，控制模块将空气质量信息通过显示器显示，并将状态通过蜂鸣器声音提示；

7）手动切换步骤，当用户在手动控制器上设定风速后，该指令通过信号接收模块送给控制模块，控制模块根据指令确定电机对应转速。

当空气净化器通电源后，进行手动控制器、显示器、传感器、电机工作电压检测，确认正常后进入待机状态。系统进入待机状态，在手动控制器或者电源开关有开启指令后，系统进入自动工作状态，根据传感器状态输出对应电机转速，在空气质量变化的时候，通过PID调节器平稳地调节电机转速，达到需要的净化能力；可以通过手动输入调节状态，达到需要的净化能力。开关电源为电机及控制系统提供电源，开关电源输入电源范围为AC85-AC265V，适用范围广；采用无刷直流电机，可以进行无极调速，从200RPM到1400RPM转速范围内都可以平稳调速；同样转速下，声音比交流电机小10db左右，低速运行下对人睡眠没任何影响。整机运行效率比交流电机高30-40个百分点，符合国家节能环保要求。

灰尘传感器采用光敏传感器，当灰尘到达一设定阈值时，采样模块输出低电平，控制模块计算一段时间内低电平时间所占比值即占空比作为评价空气质量依据以实现滤波；当占空比上升时控制模块计算电机转速的时间间隔为20-40秒，当占空比下降时控制模块计算电机转速的时间间隔为1-3分，以防止抖动。

有益效果： 采用宽范围的开关电源电路，电源范围AC85-AC265V，满足全世界大部分地区的工作电压要求，使用范围广泛；采用音乐蜂鸣器，提示各种工作状态，提高舒适度；采用无刷直流电机，可以进行无极调速，从200RPM到1400RPM转速范围内都可以平稳调速，同样转速下，声音比交流电机小10db左右，低速运行下对人睡眠没任何影响，整机运行效率比交流电机高30-40个百分点，符合国家节能环保要求。

附图说明

图1是现有净化器原理结构图。

图2是本发明原理结构图。

图3是本发明控制系统原理结构图。

图4是本发明流程图。

图5是本发明自动调速流程图。

图6是本发明自动运行转速设定流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图2、3所示，低噪节能的空气净化器，包括控制系统，与控制系统连接的直流无刷电机，控制系统包括用于检测空气质量的采样模块、用于接收用户命令的信号接收模块、用于根据接收的信息计算电机转速的控制模块、用于驱使电机转动的电机驱动模块、为控制系统和电机供电的输入电压范围为AC85-AC265V的开关电源及用于输入用户命令的手动控制器、用于显示空气质量的LED显示器和用于提示工作状态的音乐蜂鸣器；采样模块、信号接收模块、电机驱动模块、LED显示器及音乐蜂鸣器均与控制模块连接，手动控制器为移动式手动控制器，其上设有与信号接收模块无线通讯连接的无线发送模块；电机为直流无刷电机，其上设有与控制模块相连的转速反馈模块。

其中控制模块包括用于根据采样模块获得的信息定时计算一段时间内空气质量的累加器、根据累加器中值判断空气质量的空气质量分析单元、根据空气质量确定电机运转速度的速度计算单元、根据接收的转速反馈模块信息调整电机运转速度的速度调整单元、根据信号接收模块获取的用户命令来调节电机转速的手动控制单元、用于防止电机跳档运行的切换控制单元、控制在空气变污浊时及空气质量变清新时电机换档间隔时间的防抖单元。

采样模块包括用于检测空气质量的空气质量传感器及用于检测灰尘密度的灰尘传感器。

手动控制器设有显示器开闭、蜂鸣器开闭、多级风速控制功能键。

本发明的工作流程，如图4所示：

1）初始步骤，对显示器、蜂鸣器自检；

2）检测空气质量步骤，采样模块将空气质量传感器及灰尘传感器采集的信息传递给控制模块；

3）电机转速控制步骤，将空气质量分为若干个等级，不同的空气质量等级对应不同的电机转速，当空气质量差时控制模块选择高的电机转速，空气质量好时控制模块选择低的电机转速；

 4）电机驱动步骤，控制模块将转速信息传递给电机驱动模块，电机驱动模块驱动无刷直流电机；

5）电机转速反馈调节步骤，如图5所示，无刷直流电机通过转速反馈模块将实际转速反馈给控制模块，控制模块通过PID调节器调节电机转速，当设定转速高于实际转速时，PID调节器增加无刷直流电机的转速，当设定转速低于实际转速时，PID调节器减少无刷直流电机的转速，实现闭环无极变速；

6）状态输出步骤，控制模块将空气质量信息通过显示器显示，并将状态通过蜂鸣器声音提示；

7）手动切换步骤，当用户在手动控制器上设定风速后，该指令通过信号接收模块送给控制模块，控制模块根据指令确定电机对应转速。

在电机转速控制步骤中，利用占空比来计算空气的质量，当灰尘到达设定阈值时，采样模块输出低电平，控制模块计算30秒内低电平时间所占比值即占空比作为评价空气质量依据，控制模块每5秒对采样模块进入的数据进行更新一次，在计算占空比时总时间采用30秒，滤波时间长，在满足快速反应空气质量的同时，有效防止干扰误动作，避免瞬时的扬尘，引起电机转速的快速变化。为了更好的防止设备的抖动，当空气质量变污浊时，即占空比上升时控制模块间隔30秒重新确定电机转速，当空气质量变清新时，即占空比下降时控制模块间隔2分钟重新确定电机转速。

如图6所示，在自动运行状态下，控制模块不断地调整电机转速，当占空比大于8%时，采用高档转速运行；当占空比位于大于4%且小于等于8%时，采用中档转速运行；当占空比大于2%且小于等于4%时，采用低档转速运行；当占空比小于等于2%时，采用静音档转速运行，占空比为4%时空气中大概500-1500颗粒/283m L，占空比为16%时大气中大概有8000颗粒/283m L。控制模块将电机转速分为四档，满足空气净化要求，在静音档工作时，不影响用户的休息。相应在手动控制器上设有复数个风速调节功能键对应电机不同的转速档；为防止电机跳档运行，控制模块设有切换控制单元，使电机转速只能相邻转速档位切换，防止电机动作频繁，影响使用寿命。

Claims (9)

1.低噪节能的空气净化器，包括控制系统，与控制系统连接的执行装置，所述的执行装置包括电机，其特征在于：所述的控制系统包括用于检测空气质量的采样模块、用于接收用户命令的信号接收模块、用于根据接收的信息计算电机转速的控制模块、用于驱使电机转动的电机驱动模块、为控制系统和电机供电的开关电源及用于输入用户命令的手动控制器；所述的采样模块、信号接收模块、电机驱动模块均与控制模块连接，所述的手动控制器为移动式手动控制器，其上设有与信号接收模块无线通讯连接的无线发送模块；所述的电机为直流无刷电机，其上设有与控制模块相连的转速反馈模块，直流无刷电机通过电机驱动模块与控制模块相连；所述的控制模块包括用于根据采样模块获得的信息定时计算一段时间内空气质量的累加器、根据累加器中值判断空气质量的空气质量分析单元、根据空气质量确定电机运转速度的速度计算单元、根据接收的转速反馈模块信息通过PID调节器调整电机运转速度的速度调整单元；控制模块设定电机四档转速以对应不同空气质量，在自动运行状态下，直流无刷电机能在20RPM-1400RPM之间连续平稳的进行调速。

2.根据权利要求1所述的低噪节能的空气净化器，其特征在于：所述的控制模块包括根据信号接收模块获取的用户命令来调节电机转速的手动控制单元及用于防止电机跳档运行的切换控制单元。

3.根据权利要求2所述的低噪节能的空气净化器，其特征在于：所述的控制模块设有用于控制在空气变污浊时及空气质量变清新时电机换档间隔时间的防抖单元。

4.根据权利要求3所述的低噪节能的空气净化器，其特征在于：所述的控制模块还连接一用于显示空气质量的LED显示器和用于提示工作状态的音乐蜂鸣器。

5.根据权利要求1所述的低噪节能的空气净化器，其特征在于：所述的采样模块包括用于检测空气质量的空气质量传感器及用于检测灰尘密度的灰尘传感器。

6.根据权利要求1所述的低噪节能的空气净化器，其特征在于：手动控制器设有显示器开闭、蜂鸣器开闭、多级风速控制功能键。

7.低噪节能的空气净化器工作方法，其特征在于它包括以下步骤：

1）初始步骤，对显示器、蜂鸣器自检；

2）检测空气质量步骤，采样模块将空气质量传感器及灰尘传感器采集的信息传递给控制模块；

3）电机转速控制步骤，将空气质量分为若干个等级，不同的空气质量等级对应不同的电机转速，当空气质量差时控制模块选择高的电机转速，空气质量好时控制模块选择低的电机转速；

 4）电机驱动步骤，控制模块将转速信息传递给电机驱动模块，电机驱动模块驱动无刷直流电机；

5）电机转速反馈调节步骤，无刷直流电机通过转速反馈模块将实际转速反馈给控制模块，控制模块通过PID调节器调节电机转速，当设定转速高于实际转速时，PID调节器增加无刷直流电机的转速，当设定转速低于实际转速时，PID调节器减少无刷直流电机的转速，实现闭环无极变速；

6）状态输出步骤，控制模块将空气质量信息通过显示器显示，并将状态通过蜂鸣器声音提示；

7）手动切换步骤，当用户在手动控制器上设定风速后，该指令通过信号接收模块送给控制模块，控制模块根据指令确定电机对应转速。

8.根据权利要求7所述的低噪节能的空气净化器工作方法，其特征在于：开关电源为电机及控制系统提供电源，开关电源输入电源范围为AC85-AC265V；手动控制器上设有复数个风速调节功能键以对应电机不同的转速档，控制模块设有防止电机跳档运行功能使电机转速限制在相邻转速档位切换。

9.根据权利要求8所述的低噪节能的空气净化器工作方法，其特征在于：灰尘传感器采用光敏传感器，当灰尘到达设定阈值时，采样模块输出低电平，控制模块计算一段时间内低电平时间所占比值即占空比作为评价空气质量依据以实现滤波；当占空比上升时控制模块计算电机转速的时间间隔为20-40秒，当占空比下降时控制模块计算电机转速的时间间隔为1-3分以防止抖动。

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