CN109646972A - 一种烟雾产生装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种烟雾产生装置及其控制方法，所述装置包括控制单元、执行单元以及供电单元，所述控制单元分别与上位机和执行单元通信连接，所述供电单元分别与控制单元和执行单元电性连接；所述控制方法包括如下步骤：S1：闭合总开关，导通供电单元；S2：进行单片机程序初始化；S3：使用单片机控制电路控制开关电路的MOS管导通，控制执行单元开始工作；S4：判断执行单元工作时间是否达到预设值；S5：使用单片机控制电路控制开关电路的MOS管关断，控制执行单元停止工作；S6：判断装置总工作时间是否达到预设值；本发明解决了现有技术存在的安全性低和可靠性低的问题。

Description

一种烟雾产生装置及其控制方法

技术领域

本发明属于烟雾产生装置技术领域，具体涉及一种烟雾产生装置及其控制方法。

背景技术

随着社会发展，烟雾技术的快速发展使其广泛应用于各行各业，例如餐饮行业、舞台特效设计和盆景假山等各种场景都有烟雾技术的涉及；烟雾技术的正确安全运用不仅可以营造烘托出烟雾缭绕的氛围，给人一种视觉上的冲击，还能较好地体现出所使用该技术的领域的行业特点；烟雾技术以带给人奇特的感官效果为基础，借助于发烟装置或其他各类替代物营造出烟雾效果；使用烟雾技术除了烟雾效果外，还要考虑其材料性质、使用对象、技术成本和使用寿命等因素，尤其是技术的安全性和可靠性。

就目前市面上的烟雾技术来说，主要是运用固体干冰、液氮遇热迅速汽化的化学反应制作成发烟装置；但由于采购干冰难、成本高、温度低等问题，特别是干冰或者液氮在汽化生成烟雾的过程中会瞬间大量地吸收周围环境的热量，如果人的皮肤长时间接触或者靠近干冰或液氮，就极有可能造成皮肤细胞冷冻而类似轻微或极度严重烫伤的伤害；不仅如此，干冰是固体形态的二氧化碳，如果干冰被储存在一个没有适当空气流通的区域里，可能会导致人吸入大量二氧化碳气体而导致缺氧中毒，严重威胁到人身安全。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提出一种烟雾产生装置及其控制方法，用于解决现有技术存在的安全性低和可靠性低的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种烟雾产生装置，包括控制单元、执行单元以及供电单元，所述控制单元分别与上位机和执行单元通信连接，所述供电单元分别与控制单元和执行单元电性连接。

进一步地，执行单元包括鼓风机和烟雾产生器，所述鼓风机和烟雾产生器均与控制单元通信连接，且均与供电单元电性连接。

进一步地，烟雾产生器包括发热丝和支架座，支架座顶端设置有发热丝固定槽和储油槽，且其侧面一端设置有通风口，通风口与发热丝固定槽的底端连通，发热丝设置于发热丝固定槽内部，其与控制单元通信连接，且其与供电单元电性连接；

支架座的材料为聚乳酸PLA材料。

进一步地，控制单元包括均与供电单元电性连接的单片机控制电路和开关电路，所述单片机控制电路分别与上位机和开关电路通信连接，所述开关电路分别与鼓风机和发热丝通信连接。

进一步地，开关电路为MOS管开关电路。

进一步地，开关电路包括均与单片机控制电路通信连接且均与供电单元电性连接的鼓风机驱动开关电路和烟雾产生器驱动开关电路，所述鼓风机驱动开关电路与鼓风机通信连接，所述烟雾产生器驱动开关电路与发热丝通信连接。

进一步地，供电单元包括依次电性连接的并联锂电池和升压电路，所述升压电路分别与单片机控制电路、鼓风机驱动开关电路、烟雾产生器驱动开关电路、鼓风机以及发热丝电性连接。

进一步地，供电单元还包括总开关，所述总开关设置于并联锂电池与升压电路之间。

进一步地，单片机控制电路的主控芯片为STC15F104W型号的单片机，其通过USB转串口转换器与上位机通信连接，且其设置有扩展端口和电源指示器。

一种基于烟雾产生装置的控制方法，包括如下步骤：

S1：闭合总开关，导通供电单元；

S2：进行单片机程序初始化；

S3：使用单片机控制电路控制开关电路的MOS管导通，控制执行单元开始工作；

S4：判断执行单元工作时间是否达到预设值，若是则进入步骤S5，否则重复执行步骤S4；

S5：使用单片机控制电路控制开关电路的MOS管关断，控制执行单元停止工作；

S6：判断装置总工作时间是否达到预设值，若是则结束控制，否则返回步骤S3。

本方案的有益效果：

(1)本发明具有成本低、原材料采购方便、可持续循环使用、安装方便、可实时调节烟量和小型化等特点，并且其体积小，便于携带，提高了实用性、可靠性和便携性；

(2)本发明的单片机产生PWM波控制鼓风机的风力，进而影响烟雾发生器产生烟雾量的大小，实现了可实时调控烟雾量的功能，进一步提高了实用性；

(3)本发明的烟雾产生器避免使用干冰或液氮，避免了干冰温度低、成本高和缺氧中毒等问题，安全性和可靠性更高；而且通过不同的体积比配制可改变烟雾产生的效果，操作性更强；

(4)本发明的PLA是一种新型的生物基及可再生生物降解材料，具有价格低、强度高、柔韧性好等优点，是一种新型的环保材料，通过使用3D打印技术自主建模和打印，完成结构的制作，节约了成本投入。

附图说明

图1为烟雾产生装置结构框图；

图2为烟雾产生器支架座结构示意图；

图3为控制单元结构框图；

图4为单片机控制电路原理图；

图5为开关电路结构框图；

图6为鼓风机驱动开关电路原理图；

图7为烟雾产生器驱动开关电路原理图；

图8为升压电路图；

图9为基于烟雾产生装置的控制方法流程图。

图中，1、发热丝固定槽；2、支架座；3、储油槽；4、通风口。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，一种烟雾产生装置，包括控制单元、执行单元以及供电单元，所述控制单元分别与上位机和执行单元通信连接，所述供电单元分别与控制单元和执行单元电性连接。

本实施例中，执行单元包括鼓风机和烟雾产生器，所述鼓风机和烟雾产生器均与控制单元通信连接，且均与供电单元电性连接。

本实施例中，如图2所示，烟雾产生器包括发热丝和支架座2，支架座2顶端设置有四个发热丝固定槽1和储油槽3，且其侧面一端设置有通风口4，四个发热丝固定槽1均匀设置在支架座2的顶端，通风口4与发热丝固定槽1的底端连通，发热丝设置于发热丝固定槽1内部，其与控制单元通信连接，且其与供电单元电性连接；

支架座2的材料为聚乳酸PLA材料；

发热丝选用三芯的NI80克莱普顿花式发热丝，阻值为0.5Ω，根据需要选择适当长度的两卷发热丝固定于通过3D打印技术制作的支架座2的发热丝固定槽1内部，发热丝作缠绕状，中空部分塞满棉花；支架座2上设有储存自制烟油的方型槽即储油槽3，将塞好后的多余棉花浸入装满烟油的储油槽3中，静置约5分钟，待棉花充分吸收烟油后即可开始工作；在棉花上包裹的发烟油和高温的发热丝接触的部分，烟油温度会迅速上升，达到沸点后汽化成烟雾，且支架座2的一端设置有通风口4，用于根据实际情况控制风力进而控制烟雾量，因此，发烟丝缠绕的卷数与烟雾产生量有关；为了减小烟雾产生器的体积，导致储油槽3储存烟油量有限；通过大量实验证明，加满一次烟油，烟雾产生器在不烧焦棉花的情况下，可持续工作5分钟左右；为延长工作时间，可再次往储油槽3中注满烟油；该部分选用棉花作为材料，充分考虑到棉花具有成本低、跟换方便、无刺激和绿色环保等特点。

本实施例中，如图3所示，控制单元包括均与供电单元电性连接的如图4所示的单片机控制电路和开关电路，所述单片机控制电路分别与上位机和开关电路通信连接，所述开关电路分别与鼓风机和发热丝通信连接。

本实施例中，开关电路为MOS管开关电路，利用金属-氧化物-半导体场效应晶体管(简称MOS管)的开关特性构成开关电路，为减小开关电路的功耗，选用毫欧姆级别的MOS管，控制单元通过脉冲宽度调制(简称PWM)改变输出电压的占空比，MOS管开关电路根据电压的高低选择电路状态(导通或截止)，从而控制鼓风机的转速和烟雾产生器的工作时间。

本实施例中，如图5所示，开关电路包括均与单片机控制电路通信连接且均与供电单元电性连接的如图6所示的鼓风机驱动开关电路和如图7所示的烟雾产生器驱动开关电路，所述鼓风机驱动开关电路与鼓风机通信连接，所述烟雾产生器驱动开关电路与发热丝通信连接；

鼓风机转速与单片机控制电路输出的控制信号的占空比成正比例变化，占空比越大，鼓风机转速越快，产生的烟雾量就越大；为避免温度过高，烟雾产生器采取间隔性工作的方式，即烟雾产生器工作一段时间后，在不影响烟雾效果的情况下，短暂停止工作几秒，待烟雾产生器温度下降后又继续工作，如控制方法所示，如此反复循环工作，提高了本设计的安全性和实用性。

本实施例中，供电单元包括依次电性连接的并联锂电池和如图8所示的升压电路，所述升压电路分别与单片机控制电路、鼓风机驱动开关电路、烟雾产生器驱动开关电路、鼓风机以及发热丝电性连接；

单片机、开关电路、鼓风机和烟雾产生器的额定电压的需要，供电单元的升压电路将锂电池3.7V的电压升压到5V，并使用主控芯片为LM2931AZ-5.0型号的稳压电路进行稳压5V，升压电路由HT7750升压芯片组成，优点是电路简单且易于实现，延长了本发明的使用寿命，增加了使用的次数；综合考虑执行单元对电流的要求高，本发明的锂电池选用容量为3000mah的18650锂电池，功率大，满足电路要求。

本实施例中，供电单元还包括总开关，所述总开关设置于并联锂电池与升压电路之间。

本实施例中，单片机控制电路的主控芯片为STC15F104W型号的单片机，其通过型号为FB-U4001的USB转串口转换器与上位机通信连接，且其设置有扩展端口和电源指示器，采用5V电压供电，通过串口连接计算机调控程序，因其内部含可设置的5MHz到35MHz宽范围的晶振和高可靠复位，可彻底节约外部晶振电路和复位电路的成本，而且相比其他芯片，该型号的单片机芯片体积小、管脚数少，功耗低、便于集成化，达到简化外围电路、小型化的目的。为了方便系统以后的更新换代，在单片机控制模块中预留有扩展端口。

一种基于烟雾产生装置的控制方法，如图9所示，包括如下步骤：

S1：闭合总开关，导通供电单元；

S2：进行单片机程序初始化；

S3：使用单片机控制电路控制开关电路的MOS管导通，控制执行单元开始工作；

S4：判断执行单元工作时间是否达到预设值，若是则进入步骤S5，否则重复执行步骤S4；

S5：使用单片机控制电路控制开关电路的MOS管关断，控制执行单元停止工作；

S6：判断装置总工作时间是否达到预设值，若是则结束控制，否则返回步骤S3。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种烟雾产生装置，其特征在于，包括控制单元、执行单元以及供电单元，所述控制单元分别与上位机和执行单元通信连接，所述供电单元分别与控制单元和执行单元电性连接。

2.根据权利要求1所述的烟雾产生装置，其特征在于，所述执行单元包括鼓风机和烟雾产生器，所述鼓风机和烟雾产生器均与控制单元通信连接，且均与供电单元电性连接。

3.根据权利要求2所述的烟雾产生装置，其特征在于，所述烟雾产生器包括发热丝和支架座，所述支架座顶端设置有发热丝固定槽和储油槽，且其侧面一端设置有通风口，所述通风口与发热丝固定槽的底端连通，所述发热丝设置于发热丝固定槽内部，其与控制单元通信连接，且其与供电单元电性连接；

所述支架座的材料为聚乳酸PLA材料。

4.根据权利要求3所述的烟雾产生装置，其特征在于，所述控制单元包括均与供电单元电性连接的单片机控制电路和开关电路，所述单片机控制电路分别与上位机和开关电路通信连接，所述开关电路分别与鼓风机和发热丝通信连接。

5.根据权利要求4所述的烟雾产生装置，其特征在于，所述开关电路为MOS管开关电路。

6.根据权利要求4所述的烟雾产生装置，其特征在于，所述开关电路包括均与单片机控制电路通信连接且均与供电单元电性连接的鼓风机驱动开关电路和烟雾产生器驱动开关电路，所述鼓风机驱动开关电路与鼓风机通信连接，所述烟雾产生器驱动开关电路与发热丝通信连接。

7.根据权利要求6所述的烟雾产生装置，其特征在于，所述供电单元包括依次电性连接的并联锂电池和升压电路，所述升压电路分别与单片机控制电路、鼓风机驱动开关电路、烟雾产生器驱动开关电路、鼓风机以及发热丝电性连接。

8.根据权利要求7所述的烟雾产生装置，其特征在于，所述供电单元还包括总开关，所述总开关设置于并联锂电池与升压电路之间。

9.根据权利要求8所述的烟雾产生装置，其特征在于，所述单片机控制电路的主控芯片为STC15F104W型号的单片机，其通过USB转串口转换器与上位机通信连接，且其设置有扩展端口和电源指示器。

10.一种基于烟雾产生装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：闭合总开关，导通供电单元；

S2：进行单片机程序初始化；

S3：使用单片机控制电路控制开关电路的MOS管导通，控制执行单元开始工作；

S4：判断执行单元工作时间是否达到预设值，若是则进入步骤S5，否则重复执行步骤S4；

S5：使用单片机控制电路控制开关电路的MOS管关断，控制执行单元停止工作；

S6：判断装置总工作时间是否达到预设值，若是则结束控制，否则返回步骤S3。