CN106955055A - 一种结合超声波测距的智能型自动烘手机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种结合超声波测距的智能型烘手机，在烘手机内部设置超声测距单元、单片机控制单元、风机的变频单元和电热丝的温度控制模块；根据超声测距单元所测得的人手离出风口的距离，自动调整出风口的风速，当人手距离出风口大于10cm时，将风机转速增大，以使得风速保持在恒定的范围内从而加速手的烘干；自动调整电热丝的温度，当人手距离出风口小于5cm时，单片机将电热丝温度控制在合适的范围内，以避免皮肤温度过高引起的人手上不适的灼热感。本发明烘手机更安全，不同高度的成年人和孩童均适用，可提供更好的用户烘手体验。
Description
技术领域
本发明涉及智能家居电器领域，尤其涉及一种自动监测人手离出风口的距离从而自动改变风速和风温的智能烘手机。
背景技术
烘手机，又名干手器，是一种卫浴间用烘干双手或者吹干双手的洁具电器。市场上传统的自动烘手机通过红外线感应的方式，检测到人手接近之后通过逻辑电路控制继电器，使得风机和电热丝接通220V交流电源后开始工作。
然而这种传统的简易烘手机不具备智能识别人手与出风口的距离的功能。当人手无意间靠近时，易被出风口的高温风力迅速吹干手表面水渍，使得皮肤快速升温，产生不适的灼热感；当人手无意间远离出风口时，风速随着距离显著下降，大幅降低了烘手效果，不宜于用户体验，也使得烘手机功耗大大增加。当公共场合使用时，不同高度的成年人和孩童的手的高度完全不同，离出风口距离也不同，使得无法对所有用户都达到最优的烘手效果。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种结合超声波测距的智能型自动烘手机，加入超声测距模块检测人手离出风口的不同距离，并据此控制调整风速和风温，在人手与吹风口距离过远时增大风速，在人手与吹风口距离过近时降低风温，从而保持最优的烘干风温和风速。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种结合超声波测距的智能型烘手机，在烘手机内部设置超声测距单元、单片机控制单元、风机的变频单元和电热丝的温度控制模块；所述超声测距单元、风机的变频单元和电热丝的温度控制模块均与单片机控制单元连接，根据超声测距单元测得的人手离出风口的距离，自动调节风温和风速。
进一步地，所述超声测距单元包括超声波发生器和超声波接收器，在单片机的控制下，由超声波发生器每隔0.1秒自动发出一个超声波，超声波经过人手反射后进入超声波接收器，接收信号被单片机捕捉；单片机在发出超声波时开始计时，在接收到超声波时停止计时，通过所计时的时间长短推算出人手离烘手机的出风口之间的距离。
进一步地，根据超声测距单元所测得的人手离出风口的距离，自动调整出风口的风速，单片机以SPWM方式的变频模块控制风机的转速；当人手距离出风口大于10cm时，将风机转速增大，以使得风速保持在恒定的范围内从而加速手的烘干。
进一步地，根据超声测距单元所测得的人手离出风口的距离，自动调整电热丝的温度，单片机通过IO口控制IGBT继而以PWM方式控制220V交流电对电热丝的通断，从而来控制电热丝上的温度；当人手距离出风口小于5cm时，单片机将电热丝温度控制在合适的范围内，以避免皮肤温度过高引起的人手上不适的灼热感。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种结合超声波测距的智能型烘手机，在烘手机内部设置超声测距单元、单片机控制单元、风机的变频单元和电热丝的温度控制模块；根据超声测距单元所测得的人手离出风口的距离，自动调整出风口的风速，当人手距离出风口大于10cm时，将风机转速增大，以使得风速保持在恒定的范围内从而加速手的烘干；自动调整电热丝的温度，当人手距离出风口小于5cm时，单片机将电热丝温度控制在合适的范围内，以避免皮肤温度过高引起的人手上不适的灼热感。本发明烘手机更安全，不同高度的成年人和孩童均适用，且可提供更好的用户烘手体验。
附图说明
图1为烘手机内部控制模块具体的工作流程；
图2为单片机控制单元和各个模块电路的电气连接示意图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种结合超声波测距的智能型烘手机，在烘手机内部设置超声测距单元、单片机控制单元、风机的变频单元和电热丝的温度控制模块；所述超声测距单元、风机的变频单元和电热丝的温度控制模块均与单片机控制单元连接，根据超声测距单元测得的人手离出风口的距离，自动调节风温和风速。
进一步地，所述超声测距单元包括超声波发生器和超声波接收器，在单片机的控制下，由超声波发生器每隔0.1秒自动发出一个超声波，超声波经过人手反射后进入超声波接收器，接收信号被单片机捕捉；单片机在发出超声波时开始计时，在接收到超声波时停止计时，通过所计时的时间长短推算出人手离烘手机的出风口之间的距离。
进一步地，根据超声测距单元所测得的人手离出风口的距离，自动调整出风口的风速，单片机以SPWM方式的变频模块控制风机的转速；当人手距离出风口大于10cm时，将风机转速增大，以使得风速保持在恒定的范围内从而加速手的烘干。
进一步地，根据超声测距单元所测得的人手离出风口的距离，自动调整电热丝的温度，单片机通过IO口控制IGBT继而以PWM方式控制220V交流电对电热丝的通断，从而来控制电热丝上的温度；当人手距离出风口小于5cm时，单片机将电热丝温度控制在合适的范围内，以避免皮肤温度过高引起的人手上不适的灼热感。
进一步地，单片机控制单元包括单片机U1、复位电路和晶振电路，如图1所示，其中，所述复位电路为复位按钮S2；复位按钮S2一端与单片机的复位端口相连，另一端接地；所述晶振电路包括晶振XTAL、非极性电容C2和非极性电容C3；所述非极性电容C2的一端与晶振XTAL一端相连后与单片机的第一外部时钟输入端口相连，非极性电容C3的一端与晶振XTAL的另一端相连后与单片机的第二外部时钟输入端口相连；非极性电容C2的另一端和非极性电容C3的另一端均接地。所述单片机可以使用ATMEL公司的型号Atemega128的产品，但不限于此。
进一步地，烘手机内部还设置电源模块，电源模块主要包括一个常用的交流220V转直流5V的降压桥式整流电路。其中，输入的220V交流电连接至一个220V转9V的变压器的原边，该变压器的副边产生的9V交流电连接至四个二极管组成的桥式整流电路的输入端。该桥式整流电路的输出端接入一个100uF的电容，同时并联接入稳压芯片的输入端。稳压芯片的接地端接地，输出端接至单片机的VCC供电端口。
进一步地，超声测距模块为超声波距离检测芯片U2，超声波距离检测芯片U2的控制端(Trig端)与接收端(Echo端)均与单片机U1的I/O端口相连；超声波距离检测芯片U2的电源端口与稳压芯片U3的输出端口相连；超声波距离检测芯片U2的接地端口接地。单片机U1通过I/O端口给超声波距离检测芯片U2的控制端(Trig端)10us以上的高电平信号触发模块自动发送8个40khz的方波，自动监测是否有信号返回，当有信号返回时，通过超声波距离检测芯片U2的接收端(Echo端)输出一个高电平，超声波距离检测芯片U2(Echo端)的接收端检测高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间；所述超声波检测模块可以采用型号为HC-SR04的产品，但不限于此。
进一步地，所述风机的变频模块采用电机变频控制中常用的交-直-交的SPWM波的方式进行变频。首先将输入的220V交流电通过全桥整流的AC-DC变换整流成直流电。进而单片机的IO口通过IGBT驱动模块控制IGBT的通断，通过输出SPWM波的方式控制变频模块输出不同频率。当烘手机需要使用的正常情况下，SPWM频率设置为50赫兹，保持为正常风速；而当超声测距模块检测到人手距离出风口的距离大于10厘米时，输出频率改为70赫兹，从而可以提高风机的转速，增大吹出的风速。
进一步地，所述电热丝的温度控制模块包括一个IGBT驱动电路，该IGBT的C极与220V交流电源的火线相连，E极与电热丝的一端相连，电热丝的另一端与220V交流电源的零线相连，即220V交流电源通过IGBT和电热丝构成闭合回路。所述IGBT的门级经过IGBT驱动电路后受到单片机控制单元的单片机的一个IO引脚的控制。电热丝的控制采用常用的PWM的方式控制其温度。单片机的IO口驱动与其相连的一个IGBT电路，控制电热丝与220V交流电的通断。在以PWM方式控制时，通过单片机的IO口输出的PWM的不同占空比，即可调整电热丝的温度。当烘手机需要使用的正常情况下，IGBT保持常开状态，电热丝始终接入220V交流电源；而当超声波测距模块检测到人手距离出风口的距离小于5厘米时，为避免高温气流给人体皮肤带来的不适，单片机将以PWM控制方式减小电热丝通电的时间，从而降低电热丝的温度，使得吹出的气流的温度下降，以防引起人手皮肤的不适。
本发明的工作过程如下：
将烘手机接通至220V交流电源时，经过变压器和桥式整流电路接入稳压芯片，最终将220V交流电源转化为5V直流电源供给单片机使用。在单片机的控制下，由超声波发生器每隔0.1秒自动发出一个超声波。在没有烘手机的吹风口下没有外物遮挡时，超声波发生器发出的超声波不会被反射，超声波接收器不接收超声波信号，在单片机的控制下不会启动风机和电热丝的工作；在人手靠近烘手机的吹风口的情况下，超声波经过人手反射后进入超声波接收器，接收信号被单片机捕捉。单片机在发出超声波时开始计时，在接收到超声波时停止计时，通过所计时的时间长短并结合空气中的声速，即可推算出人手离烘手机的出风口之间的距离。当人手距离出风口大于10cm时，单片机以SPWM方式控制外围的变频模块，进而控制风机的转速将风机转速适当增大，以使得风速保持在恒定的范围内从而加速手的烘干。当人手距离出风口小于5cm时，单片机通过IO口控制IGBT继而以PWM方式控制220V交流电对电热丝的通断，从而来控制电热丝上的温度，以避免吹出的风温过高而引起的人手上不适的灼热感。
Claims (4)
1.一种结合超声波测距的智能型烘手机，其特征在于：在烘手机内部设置超声测距单元、单片机控制单元、风机的变频单元和电热丝的温度控制模块；所述超声测距单元、风机的变频单元和电热丝的温度控制模块均与单片机控制单元连接，根据超声测距单元测得的人手离出风口的距离，自动调节风温和风速。
2.根据权利要求1所述的一种结合超声波测距的智能型烘手机，其特征在于：所述超声测距单元包括超声波发生器和超声波接收器，在单片机的控制下，由超声波发生器每隔0.1秒自动发出一个超声波，超声波经过人手反射后进入超声波接收器，接收信号被单片机捕捉；单片机在发出超声波时开始计时，在接收到超声波时停止计时，通过所计时的时间长短推算出人手离烘手机的出风口之间的距离。
3.根据权利要求1所述的一种结合超声波测距的智能型烘手机，其特征在于：根据超声测距单元所测得的人手离出风口的距离，自动调整出风口的风速，单片机以SPWM方式的变频模块控制风机的转速；当人手距离出风口大于10cm时，将风机转速增大，以使得风速保持在恒定的范围内从而加速手的烘干。
4.根据权利要求1所述的一种结合超声波测距的智能型烘手机，其特征在于：根据超声测距单元所测得的人手离出风口的距离，自动调整电热丝的温度，单片机通过IO口控制IGBT继而以PWM方式控制220V交流电对电热丝的通断，从而来控制电热丝上的温度；当人手距离出风口小于5cm时，单片机将电热丝温度控制在合适的范围内，以避免皮肤温度过高引起的人手上不适的灼热感。
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