CN110006014A - 一种灯和灯的风扇寿命预测系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种灯和灯的风扇寿命预测系统及其方法，该系统包括用于检测风扇工作参数的风扇信号检测模块和用于接收风扇工作电流信号、环境温度信号和工作转速信号的微处理器。其中，检测模块包括用于检测风扇的工作电流并输出工作电流信号的电流检测单元、用于检测风扇工作的环境温度并输出环境温度信号的温度检测单元和用于检测并输出风扇的工作转速信号的转速检测单元。微处理器包括用于存储风扇的寿命模型的存储单元，微处理器根据接收到的工作电流信号、环境温度信号和工作转速信号通过风扇的寿命模型计算得到风扇的预测剩余寿命。

Description

一种灯和灯的风扇寿命预测系统及其方法
技术领域
本申请有关一种风扇寿命预测系统及其方法，特别是涉及一种灯的风扇寿命预测系统及其方法，和应用该风扇寿命预测系统的灯。
背景技术
LED作为新一代光源，具有节能、环保、寿命长、色彩多样、光束集中稳定、电光转化率高等优点。故近些年来，使用LED作为照明光源已经是一种趋势。
在一些对光强需求较大的应用中，由于高功率的LED发光元件产生大量的热能以及可能存在的较为恶劣的外界环境，都会造成LED灯内部温度过高而影响LED发光元件和其他电子元件的寿命。因此，这些LED灯内部普遍都安装有风扇，以使LED灯内部维持在正常温度范围内。然而，在灯具的使用过程中，由于风扇高负荷工作造成的磨损、密闭环境产生的高温造成风扇内润滑剂的蒸发氧化、环境中水分灰尘对风扇造成的磨损，都会造成风扇寿命下降，进而降低整个灯具的使用寿命。由于风扇的寿命一般小于LED灯其他电子元件的寿命，一般而言，会在LED灯使用过程中更换风扇来保证LED的正常工作。
通常来说，对风扇的更换有两种策略。一种策略是对风扇进行定期更换，不考虑其实际运行情况。这样有可能导致运行良好的风扇被更换，造成浪费；也有可能因为有些风扇还没到使用期限就发生故障，对整个系统的使用产生了安全隐患。另一种策略是当检测到系统温度超过正常范围的时候，进行报警，进而对风扇进行维修或者更换，而此刻系统很可能已经因为温度升高而造成损伤。
因此，有必要提供一种灯的风扇寿命预测系统及其方法，来解决上述技术问题。
发明内容
本申请的一个方面在于提供一种灯的风扇寿命预测系统，其包括：风扇信号检测模块和微处理器。风扇信号检测模块，用于检测风扇的工作参数，包括：电流检测单元用于检测风扇的工作电流，并输出工作电流信号；温度检测单元用于检测风扇工作的环境温度，并输出环境温度信号；及转速检测单元，用于检测并输出风扇的工作转速信号。微处理器用于接收风扇的工作电流信号、环境温度信号和工作转速信号，微处理器包括存储单元，用于存储风扇的寿命模型。其中，微处理器根据工作电流信号、环境温度信号及工作转速信号和寿命模型计算得到风扇的预测剩余寿命。
本申请的另一个方面在于提供一种灯的风扇寿命预测的方法，包括：检测风扇的工作电流，并输出工作电流信号；检测风扇工作的环境温度，并输出环境温度信号；检测风扇的工作转速信号；及接收工作电流信号、环境温度信号和工作转速信号，并根据存储的风扇的寿命模型计算风扇的预测剩余寿命。
本申请的再一个方面在于提供一种灯，包括风扇和用于检测风扇工作参数的风扇信号检测模块。风扇信号检测模块包括：电流检测单元，用于检测风扇的工作电流，并输出工作电流信号；温度检测单元，用于检测风扇工作的环境温度，并输出环境温度信号；及转速检测单元，用于检测并输出风扇的工作转速信号。其中，风扇的工作电流信号、环境温度信号和工作转速信号被微处理器接收，微处理器包括存储单元，用于存储风扇的寿命模型。该微处理器根据工作电流信号、环境温度信号及工作转速信号和寿命模型计算得到风扇的预测剩余寿命。
本申请的目的之一在于设计一种灯的风扇寿命预测系统，实现对风扇剩余寿命的预测，以便及时采取有效措施，避免由于风扇的故障造成对整个灯具系统的损伤。
附图说明
通过结合附图对于本申请的实施方式进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：
图1所示为本发明一种实施方式的灯的立体图。
图2为图1所示灯的分解图。
图3为图1所示灯沿A-A的剖视图。
图4所示为本发明一种实施方式的灯的风扇寿命预测系统的功能模块图。
图5所示为本发明另一种实施方式的灯的风扇寿命预测系统的功能模块图。
图6所示为本发明另一种实施方式的灯的分解图。
图7所示为本发明又一种实施方式的灯的风扇寿命预测系统的功能模块图。
图8所示为本发明一种实施方式的灯的风扇寿命预测的方法的流程图。
具体实施方式
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的"第一″″第二″以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，″一个″或者″一″等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。″包括″或者″包含″等类似的词语意指出现在″包括″或者″包含″前面的元件或者物件涵盖出现在"包括″或者″包含"后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。″连接″或者″相连″等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
本申请的灯的风扇寿命预测系统可以应用于多种具有散热风扇的高功率照明用灯，包括但不限于发光二极管(LED)灯、有机发光二极管(OLED)灯、荧光灯和高强度放电(HID)灯。下面将以一种LED灯为例进行详细描述。
图1所示为一种实施方式的灯100的立体图。图2为图1所示灯100的分解图。图3为图1所示灯100沿A-A的剖视图。
如图1、图2和图3所示，灯100包括基座102、基座外壳104、散热模块106、至少一个印刷电路板108、驱动模块110、灯具外壳112和风扇模块114。其中，风扇模块114包括风扇116和外壳118。在一些实施方式中，为了便于风扇116的拆装，灯100还包括与外壳118可拆卸连接的连接装置120。基座102安装在常规灯座或插座中与外部电源电连接。基座外壳104一端和基座102通过螺纹连接，另一端用于连接并固定散热模块106、印刷电路板108、驱动模块110和灯具外壳112。其中，驱动模块110电性连接到基座102和印刷电路板108，用于驱动印刷电路板108上的至少一个发光二极管128。散热模块106通过螺钉、卡扣或胶粘剂等方式固定在基座外壳104和连接装置120之间。至少一个印刷电路板108环绕安装在散热模块106外围，散热模块106通过印刷电路板108和发光二极管128导热接触，用于耗散发光二极管128生成的热。
在一些实施方式中，如图2和图3所示，灯100还包括固定于外壳118的通信模块126和用于保护该通信模块126的顶盖124。其中，通信模块126选自微波通信模块、蓝牙通信模块、Wi-Fi通信模块、移动通信模块、通用分组无线服务技术通信模块和ZigBee通信模块中的一种或几种。在一些实施方式中，顶盖124同时还覆盖有固定于外壳118的传感器(未示出)，其中传感器包括日光传感器、运动传感器，人体传感器，声音传感器，温度传感器，湿度传感器，空气质量传感器中的至少一个。
图4所示为一种实施方式的灯的风扇寿命预测系统400的功能模块图。该灯的风扇寿命预测系统400包括风扇信号检测模块430、通信模块126、伺服器438。其中，风扇信号检测模块430包括电流检测单元432、温度检测单元434和转速检测单元436。伺服器438包括微处理器440，微处理器440包括存储单元442，用于存储风扇的寿命模型。该寿命模型是在确定了风扇型号之后，根据该型号在不同工况下的循环寿命数据，通过建模仿真和计算分析，建立的该型号风扇的寿命模型。在本实施方式的寿命模型中，风扇的预测剩余寿命和风扇的工作电流，风扇工作的环境温度和风扇的转速相关，即LIFE＝f(T，I，RPM)，其中，LIFE是风扇的预测剩余寿命，T是风扇的工作环境温度，I是风扇的工作电流，RPM是风扇的工作转速。根据该寿命模型，可更准确的计算出不同工况下的风扇预测剩余寿命，发送至客户，为其制定最优风扇的更换策略提供参考。
在一些实施方式中，风扇为滚珠轴承式，该滚珠轴承式风扇的寿命模型可以参见如下公式：
其中，LIFE：风扇的预测剩余寿命，单位为小时；T：风扇的工作环境温度，单位为℃；I：风扇的工作电流，单位为A；RPM：风扇的工作转速，单位为rpm；a，b为常数，在一种实施方式中，a＝411，b＝4421.5。在其他实施方式中，a和b的值可根据风扇型号和/或工况的不同进行调整。
在一些实施方式中，风扇为电刷式，其寿命模型也可以通过建模仿真和计算分析而建立。
请继续参照图2和图4，其中：
电流检测单元432设置于风扇116的电源回路，用于检测风扇116的工作电流，并将检测的电流转化成工作电流信号输出。在一些实施方式中，电流检测单元432安装在驱动模块110上，并且通过导线和风扇116电连接。在一些实施方式中，安装在驱动模块110上的电流检测单元432可以直接耦接到驱动模块110上风扇116的供电电路。
温度检测单元434设置于风扇116的进风口或出风口，用于检测风扇116工作的环境温度，并将检测的环境温度转化成环境温度信号输出。温度检测单元434选自热电阻、热敏电阻、热电偶和集成温度传感器，其中热敏电阻包括负温度系数(NTC)热敏电阻和正温度系数(PTC)热敏电阻。在一些实施方式中，电流检测单元432安装在风扇116的进风口处的印刷电路板108上靠近风扇116的一端。在一些实施方式中，电流检测单元432安装在风扇116的出风口处的驱动模块110上靠近风扇116的一端。
转速检测单元436用于检测并输出风扇116的工作转速信号。转速检测单元436使用发射器发出的红外或可见光的电磁波信号通过反射经接收器接收而获得风扇116的工作转速信号。在一些实施方式中，转速检测单元436安装在驱动模块110上靠近风扇116的一端。在一些实施方式中，转速检测单元436安装在散热模块106上靠近风扇116的一端。
通信模块126耦接至风扇信号检测模块430，用于接收并通过无线传输的方式将工作电流信号、环境温度信号和工作转速信号传输至伺服器438中的微处理器440。微处理器440和灯100分开设置，在一些实施方式中，微处理器440远离灯100。通信模块126固定于灯100的外壳118。在其他实施方式中，通信模块可以安装在灯100的其他部位，例如，基座外壳104的外侧。
微处理器440接收通信模块126发出的风扇116的工作电流信号、环境温度信号和工作转速信号，并通过风扇116的寿命模型计算得到风扇116的预测剩余寿命，并将计算得到的预测剩余寿命发送至伺服器438。
伺服器438用于接收微处理器440计算得到预测剩余寿命，并将预测剩余寿命发送至客户端。伺服器438通过有线网络、无线网络或其他微波信号将风扇116的预测剩余寿命发送至客户端。客户端可以是各种PC(personal computer)或手持电子设备。在一些实施方式中，伺服器设置用来在风扇116的预测剩余寿命小于或等于设定的寿命阈值时，将当前的预测剩余寿命和风扇替换信号发送至客户端。其中，寿命阈值可由用户在客户端根据应用场合和条件的不同进行配置或调整。
图5所示为另一种实施方式的灯的风扇寿命预测系统500的功能模块图。该灯的风扇寿命预测系统500包括风扇信号检测模块530、微处理器540、通信模块126和中继器538。其中，风扇信号检测模块530包括电流检测单元532、温度检测单元534和转速检测单元536。微处理器540包括存储单元542，用于存储风扇的寿命模型。
请继续参照图2和图5，其中：
电流检测单元532、温度检测单元534和转速检测单元536的功能与位置与图4中实施例中电流检测单元432、温度检测单元434和转速检测单元436基本一致，在这里不再重复说明。
微处理器540接收电流检测单元532、温度检测单元534和转速检测单元536发出的风扇116的工作电流信号、环境温度信号和工作转速信号，并通过风扇116的寿命模型计算得到的风扇116的预测剩余寿命，并将计算得到的预测剩余寿命发送至通信模块126。其中，微处理器540和灯100集成在一起。在一些实施方式中，微处理器540可安装于驱动模块110上。在一些实施方式中，微处理器540也可安装于外壳118上与通信模块126临近的位置。
通信模块126耦接至微处理器540，用于接收并通过无线传输的方式将计算得到的风扇116的预测剩余寿命发送至客户端。通信模块126固定于灯100的外壳118。在一些实施方式中，通信模块126和客户端之间还包括中继器538，中继器538接收从通信模块126发出的风扇116的预测剩余寿命信号，重新传输至客户段，实现了更高数据速率和更远距离的输出传输。
图6所示为另一种实施方式的灯600的分解图。灯600包括基座602、基座外壳604、散热模块616、至少一个印刷电路板608、驱动模块610、灯具外壳612和风扇模块614。其中，灯具外壳612上安装有显示模块644。
图7所示为又一种实施方式的灯的风扇寿命预测系统700的功能模块图，包括风扇信号检测模块730、微处理器740和显示模块644。其中，风扇信号检测模块730包括电流检测单元732、温度检测单元734和转速检测单元736。微处理器740包括存储单元742，用于存储风扇的寿命模型。
请继续参照图6和图7，其中：
电流检测单元732、温度检测单元734、转速检测单元736的功能与位置与图5中实施例中电流检测单元532、温度检测单元534和转速检测单元536基本一致，在这里不再重复说明。
微处理器740接收电流检测单元732、温度检测单元734和转速检测单元736发出的风扇116的工作电流信号、环境温度信号和工作转速信号，并通过风扇116的寿命模型计算得到的风扇116的预测剩余寿命，并将计算得到的预测剩余寿命发送显示模块644。在一些实施方式中，微处理器740与灯600集成在一起。
显示模块644耦接至微处理器740，用于接收并显示微处理器740计算得到的预测剩余寿命。可以使技术人员清楚且直观的了解风扇616的预测剩余寿命，来决定更换风扇616的时间。
请参照图8，为对图4所示为一种实施方式的灯的风扇116寿命预测的方法800的流程图。该方法800包括如下步骤：
步骤802，检测风扇116的工作电流，并输出工作电流信号。
步骤804，检测风扇116工作的环境温度，并输出环境温度信号。
步骤806，检测并输出风扇116的工作转速信号。
步骤808，接收风扇116的工作电流信号、环境温度信号和工作转速信号，并根据存储的风扇116的寿命模型计算风扇116的预测剩余寿命。
步骤810，设定风扇寿命阈值，当风扇116的预测剩余寿命小于或等于风扇寿命阈值时，发送预测剩余寿命和风扇替换信号至客户端。
在一些实施方式中，步骤808可包括如下子步骤：
步骤8081，接收风扇116的工作电流信号、环境温度信号和工作转速信号并传输上述信号至微处理器。
步骤8082，根据接收到的风扇116的工作电流信号、环境温度信号和工作转速信号与存储的风扇116的寿命模型计算风扇116的预测剩余寿命。
在一些实施方式中，步骤810可包括如下子步骤：
步骤8101，接收风扇116的预测剩余寿命，发送预测剩余寿命发送至客户端或通过显示模块显示该预测剩余寿命。
步骤8102，当风扇116的预测剩余寿命小于或等于风扇寿命阈值时，发送预测剩余寿命和风扇替换信号至客户端。
综上所述的实施方式中可以看出，本申请通过风扇再运行过程中的工作电流、环境温度和工作转速，根据预存的风扇寿命模型计算出该风扇的预测剩余寿命，为风扇维护更换策略提高参考，提高了系统运行的可靠性。
虽然结合特定的实施方式对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于涵盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (13)

1.一种灯的风扇寿命预测系统，其特征在于，其包括：
风扇信号检测模块，用于检测所述风扇的工作参数，包括：
电流检测单元，用于检测所述风扇的工作电流，并输出工作电流信号；
温度检测单元，用于检测所述风扇工作的环境温度，并输出环境温度信号；及
转速检测单元，用于检测并输出所述风扇的工作转速信号；及
微处理器，用于接收所述风扇的所述工作电流信号、所述环境温度信号和所述工作转速信号，所述微处理器包括存储单元，用于存储所述风扇的寿命模型；
其中，所述微处理器根据所述工作电流信号、所述环境温度信号及所述工作转速信号和所述寿命模型计算得到所述风扇的预测剩余寿命。
2.如权利要求1所述的灯的风扇寿命预测系统，其特征在于：还包括伺服器，用于接收所述微处理器计算得到所述预测剩余寿命，并将所述预测剩余寿命发送至客户端。
3.如权利要求2所述的灯风扇寿命预测系统，其特征在于：所述微处理器和所述灯分开设置。
4.如权利要求2所述的灯风扇寿命预测系统，其特征在于：所述微处理器和所述灯集成在一起。
5.如权利要求2所述的灯的风扇寿命预测系统，其特征在于：所述伺服器设置用来在所述预测剩余寿命小于或等于设定的寿命阈值时，将所述预测剩余寿命和风扇替换信号发送至所述客户端。
6.如权利要求1所述的灯的风扇寿命预测系统，其特征在于：还包括通信模块，该通信模块耦接至所述风扇信号检测模块，用于将所述工作电流信号、所述环境温度信号和所述工作转速信号传输至所述微处理器。
7.如权利要求4所述的灯的风扇寿命预测系统，其特征在于：所述微处理器耦接至所述风扇信号检测模块，用于将所述预测剩余寿命通过通信模块发送至所述客户端。
8.如权利要求6或7所述的灯的风扇寿命预测系统，其特征在于：所述通信模块安装于所述灯的外壳上，所述通信模块选自微波通信模块、蓝牙通信模块、Wi-Fi通信模块、移动通信模块、通用分组无线服务技术通信模块和ZigBee通信模块中的一种或几种。
9.如权利要求7所述的灯的风扇寿命预测系统，其特征在于：还包括中继器，用于接收所述通信模块发出的所述预测剩余寿命，并将所述预测剩余寿命发送至所述客户端。
10.如权利要求1所述的灯的风扇寿命预测系统，其特征在于：还包括显示模块，安装在所述灯的外壳上，用于显示所述微处理器计算得到所述预测剩余寿命。
11.一种灯的风扇寿命预测方法，其特征在于，其包括：
检测所述风扇的工作电流，并输出工作电流信号；
检测所述风扇工作的环境温度，并输出环境温度信号；
检测所述风扇的工作转速信号；及
接收所述工作电流信号、所述环境温度信号和所述工作转速信号，并根据存储的所述风扇的寿命模型计算所述风扇的预测剩余寿命。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于：所述方法进一步包括，若所述预测剩余寿命小于或等于设定的寿命阈值时，发送所述预测剩余寿命和风扇替换信号至客户端。
13.一种灯，包括风扇和用于检测所述风扇工作参数的风扇信号检测模块，其特征在于，所述风扇信号检测模块包括：
电流检测单元，用于检测所述风扇的工作电流，并输出工作电流信号；
温度检测单元，用于检测所述风扇工作的环境温度，并输出环境温度信号；及
转速检测单元，用于检测并输出所述风扇的工作转速信号；
其中，所述风扇的所述工作电流信号、所述环境温度信号和所述工作转速信号被微处理器接收，所述微处理器包括存储单元，用于存储所述风扇的寿命模型，所述微处理器根据所述工作电流信号、所述环境温度信号及所述工作转速信号和所述寿命模型计算得到所述风扇的预测剩余寿命。
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