CN110456720A - 一种智能纳米水离子自适应控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及纳米水离子发生装置技术领域，且公开了一种智能纳米水离子自适应控制系统，包括电源模块、主控制单元、状态指示模块、通信模块、制冷控制模块、温湿度采集模块、风扇控制模块、配置模块和高压模块。该智能纳米水离子自适应控制系统和方法，高压模块自适应控制输出减少了功率开关器件损耗，提高了高压模块转化效率，减少发热，适合长期工作，自适应控制方法保证了纳米水离子发生器在环境条件变化或安装机械误差的情况下保持一个稳定的放电强度，适合大批量生产，纳米水离子发生器可通过智能终端控制方便操作，各相关模块可程序控制，可用户本地交互方便使用，节约能源且智能操作，免去了使用者的烦恼，方便了使用者的使用。

Description

一种智能纳米水离子自适应控制系统和方法

技术领域

本发明涉及纳米水离子发生装置技术领域，具体为一种智能纳米水离子自适应控制系统和方法。

背景技术

纳米水离子技术是带电负离子进化技术中的一种，主要用于空气净化除菌等应用领域，其优点是由发生装置产生的带电水离子能够保持一个时间较长的稳定度和活跃性，这样就能够在一定空间内实现长效净化除菌效果，其吸附在粉尘表面能够帮助过滤网吸附细微粉尘颗粒，而且能够起到加湿空气、风干循环长效使用的作用，产生纳米水离子的装置十精密，由针状电极与对极板组成一对放电电极，针状电极由吸热冷却器降温从而凝聚空气中的水分，在高压放电的作用下，将这些水分逐步分裂成水雾，最终形成纳米尺寸带负电的水微粒，直径大约在5-20nm之间，这就是纳米水离子，相比传统的负离子发生器生成的空气离子，纳米水离子最大的区别是由水形成的负离子水微粒，相比之下含水量就要多出1000倍，所以更保湿更水润，普通负离子由于是空气离子，容易与氮气和氧气发生作用，在生成后的几秒后就会消失，纳米水离子是水微粒组成的，在空气中存在的时间是一般负离子的6倍，在空气循环系统的帮助下，覆盖的范围更大，这就确保纳米水离子在家庭环境中可以大范围产生效果，同时，纳米水离子的体积很小，直径只有5-20nm，比起直径在6000nm水蒸气中的水滴，可以轻松的深入纤维的内部；纳米水离子含有氢氧基(OH-)离子，PH值在5左右，呈弱酸性，这与人的皮肤头发的PH值相近，比普通的水更有亲和力，纳米水离子装置每秒钟可以产生4800亿个纳米水离子，能充分满足人体每天130亿个负离子的需要，由于其包含的氢氧基(OH-)可以将接触到的细菌中的氢(H)抽出，因此纳米水离子可以抑制及去除很多细菌、病毒和过敏源。

传统的纳米水离子发生装置结构简单，产生纳米水离子的速率是固定的，无法调节，在环境温度和湿度发生较大变化后工作不稳定，无法对环境变化进行自适应，不能通过智能终端(包括但不限于智能手机、平板电脑、计算机)设置定时开关机和智能控制，使用不够方便，由于不能智能控制，装置一直以最大功率工作，所以能耗较高，不具备程控和用户本地可交互能力，使用者对此颇为烦恼，故而提出一种智能纳米水离子自适应控制系统和方法。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种智能纳米水离子自适应控制系统和方法，具备可以智能调节设备档位，节约能源等优点，解决了传统的纳米水离子发生装置结构简单，产生纳米水离子的速率是固定的，无法调节，在环境温度和湿度发生较大变化后工作不稳定，无法对环境变化进行自适应，不能通过智能终端(包括但不限于智能手机、平板电脑、计算机)设置定时开关机和智能控制，使用不够方便，由于不能智能控制，装置一直以最大功率工作，所以能耗较高，不具备程控和用户本地可交互能力，使用者对此颇为烦恼的问题。

(二)技术方案

为实现上述可以智能调节设备档位，节约能源的目的，本发明提供如下技术方案：一种智能纳米水离子自适应控制系统，包括电源模块、主控制单元、状态指示模块、通信模块、制冷控制模块、温湿度采集模块、风扇控制模块、配置模块和高压模块，所述主控制单元、状态指示模块、通信模块、制冷控制模块、温湿度采集模块、风扇控制模块、配置模块和高压模块均与电源模块电连接，所述高压模块包括可控电子开关、变压器线圈、整流元件、限压元件H、限压元件L、低通滤波器、主控制单元和倍压整流滤波器。

优选的，所述主控制单元为具有数据处理和程序逻辑控制能力的模块或芯片。

一种智能纳米水离子自适应控制方法，智能远程控制方法为：

1)主控制单元判断通信模块是否接收到控制指令，如果收到控制指令，则做出相关处理；

2)处理方法包括控制相关模块开关、控制相关模块档位、保存开关机时间数据、通信模块上传温湿度数据和上传工作状态数据；

3)做出指令后状态指示模块更新当前工作状态，如果为收到控制指令，则照常工作。

优选的，所述高压模块自适应控制方法为：

1)主控制单元收到控制信息，如果信号为增大档位，则主控单元加大PWM信号占空比；

2)如果信号为减小档位，则主控单元减少PWM信号占空比；

3)如果信号为开机状态无操作，则判断反馈信号电压是否大于上限值，如果大于上限值，则瞬时关闭PWM信号输出，如果小于上限值，则判断反馈信号电压是否小于下限值，如果小于下限值，则瞬时开启PWM信号输出，如果大于下限值，则结束命令返回初始状态；

4)如果信号为关机指令，则永久关闭PWM信号输出。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种智能纳米水离子自适应控制系统和方法，具备以下有益效果：

1、该智能纳米水离子自适应控制系统和方法，通过设置电源模块、主控制单元、状态指示模块、通信模块、制冷控制模块、温湿度采集模块、风扇控制模块、配置模块和高压模块，产生纳米水离子的速率可控制可调节降低了系统整体工作能耗，高压模块自适应控制输出减少了功率开关器件损耗，提高了高压模块转化效率，减少发热，适合长期工作，自适应控制方法保证了纳米水离子发生器在环境条件变化或安装机械误差的情况下保持一个稳定的放电强度，适合大批量生产，纳米水离子发生器可通过智能终端控制方便操作，各相关模块可程序控制，可用户本地交互方便使用，节约能源且智能操作，免去了使用者的烦恼，方便了使用者的使用。

2、该智能纳米水离子自适应控制系统和方法，通过设置高压模块，高压模块包括可控电子开关、变压器线圈、整流元件、限压元件H、限压元件L、低通滤波器、主控制单元和倍压整流滤波器，设备可以调整档位，不必一直以最大档位工作，节约能源，给予使用者自主调节的权利，进一步方便了使用者的使用。

附图说明

图1为本发明提出的一种智能纳米水离子自适应控制系统组成模块示意图；

图2为本发明提出的一种智能纳米水离子自适应控制系统主控制单元和高压模块组合的独立必要组成示意图；

图3为本发明提出的一种智能纳米水离子自适应控制系统智能远程控制流程图；

图4为本发明提出的一种智能纳米水离子自适应控制系统高压模块自适应控制流程图；

图5为本发明提出的一种智能纳米水离子自适应控制系统高压模块组成具体实施例图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：一种智能纳米水离子自适应控制系统，包括电源模块、主控制单元、状态指示模块、通信模块、制冷控制模块、温湿度采集模块、风扇控制模块、配置模块和高压模块，主控制单元、状态指示模块、通信模块、制冷控制模块、温湿度采集模块、风扇控制模块、配置模块和高压模块均与电源模块电连接，高压模块包括可控电子开关、变压器线圈、整流元件、限压元件H、限压元件L、低通滤波器、主控制单元和倍压整流滤波器。

主控制单元为具有数据处理和程序逻辑控制能力的模块或芯片。

电源模块：将220V交流电变换为低压直流电为整个系统各个部分供电。

主控制单元：具有数据处理和程序逻辑控制能力的模块或芯片(如微控制器、CPU处理器、FPGA、PLD等)，控制处理整个系统系统硬件模块协调工作，所有连接到主控制单元的可控模块，都可以进行远程调节和控制，主控制单元可控制整个系统的开机和关机。

状态指示模块：可以通过LED亮灭闪烁方式、显示屏(如LED屏、LCD屏、OLED屏等、可为触摸屏)，其中一种或多种组合方式指示系统工作状态。

通信模块：通信模块为可选的(具体实施时在本系统组合中可有可无)，主控制单元连接到通信模块(带有无线通信能力的模块，如WIFI、蓝牙、GPRS等)通过Internet服务器中转方式或直接方式与智能控制终端连接，实现智能远程控制。

制冷控制模块：制冷控制模块由主控制单元控制输出可调节大小的电流能量用于驱动半导体制冷片，通过调节驱动电流大小改变制冷功率，在一些情况下可由主控制单元发出信号关闭制冷模块以节约能耗。

温湿度采集模块：采集系统所处环境的温湿度数据，主控制单元可在需要的时候读取该模块采集数据并通过本地状态指示模块展示这些数据，或传输到智能控制终端设备上展示，主控制单元可依据当前温湿度数据，动态自动控制调整其它模块工作状态和输出功率大小，温湿度采集模块为可选的(具体实施时在本系统组合中可有可无)。

风扇控制模块：风扇控制模块与主控制单元连接，主控单元通过该模块控制风扇启动、停止、调节风量大小等操作，控制风扇输出的风用于将发生装置产生的纳米水离子吹出并发散到大的空间空气中。

配置模块：配置模块为系统输入设备，可为按键键盘输入、触摸屏操作输入等方式，与主控单元连接，实现系统参数手动配置调节，系统开关机功能。

高压模块：将低压供电通过升压方式变换为几千伏特至几十千伏特的直流高压，该直流高压用于驱动纳米水离子发生装置并配合制冷控制模块产生纳米水离子，高压模块组成包括可控电子开关(包括但不限于MOS管、晶体管、IGBT等具有电控开关特性的器件)、变压器线圈、整流元件(非必须)(具有单向导电特性的器件如硅二极管、肖特基二极管等)、限压元件H(非必须)(限压元件是具有两端电压不随电流变化的二端器件，如稳压二极管、TVS瞬态抑制二极管等)、限压元件L(非必须)、低通滤波器(非必须)、主控制单元、倍压整流滤波器(非必须)组成，其特征在于主控制单元输出PWM电信号控制可控电子开关对变压器线圈初级冲放电，在变压器线圈次级感应出高压交流电，高压交流电经倍压整流滤波器后输出高压直流电，在PWM信号处于无效状态瞬间，在变压器线圈初级组绕的放电电信号通过整流元件、限压元件H、限压元件L限制放电自感应电压，在限压元件L上得到的低压信号通过低通滤波器滤波后反馈到主控制单元，主控制单元根据反馈信号决定当前是否输出PWM信号，这样达到的有益效果是在高压模块负载轻时，反馈信号变强，主控制单元输出PWM信号平均时间短，限制空载功率，减少空载功耗和功率器件的发热，降低无用能耗，主控制单元可根据控制指令改变PWM占空比，调节高压模块输出平均放电电流，达到的有益效果是可通过程序控制改变纳米水离子发生器产生速率。

一种智能纳米水离子自适应控制方法，智能远程控制方法为：

1)主控制单元判断通信模块是否接收到控制指令，如果收到控制指令，则做出相关处理；

2)处理方法包括控制相关模块开关、控制相关模块档位、保存开关机时间数据、通信模块上传温湿度数据和上传工作状态数据；

3)做出指令后状态指示模块更新当前工作状态，如果为收到控制指令，则照常工作。

高压模块自适应控制方法为：

1)主控制单元收到控制信息，如果信号为增大档位，则主控单元加大PWM信号占空比；

2)如果信号为减小档位，则主控单元减少PWM信号占空比；

3)如果信号为开机状态无操作，则判断反馈信号电压是否大于上限值，如果大于上限值，则瞬时关闭PWM信号输出，如果小于上限值，则判断反馈信号电压是否小于下限值，如果小于下限值，则瞬时开启PWM信号输出，如果大于下限值，则结束命令返回初始状态；

4)如果信号为关机指令，则永久关闭PWM信号输出。

高压模块的最小设置包括可控电子开关、变压器线圈、主控制单元、倍压整流滤波器，可控电子开关是具有电控开关特性的器件，包括MOS管、晶体管、IGBT中的至少一种，可控电子开关包含控制端、输入端和输出端，变压器线圈是具有初级组绕线圈和次级组绕线圈进行磁路耦合的器件，包含初级组绕线圈端、次级组绕线圈端，整流元件是具有单向导电特性的器件，包括硅二极管、肖特基二极管、快恢复二极管中的至少一种，整流元件包含输入端和输出端，限压元件H和限压元件L是具有两端电压不随电流变化的二端器件，包括稳压二极管、TVS瞬态抑制二极管、压敏电阻中的至少一种，限压元件H和限压元件L包含限压元件H输入端、限压元件H输出端、限压元件L输入端、限压元件L输出端，低通滤波器包含输入端和输出端，用于对反馈信号滤波，倍压整流滤波器包含输入端和输出端，可控电子开关的控制端为高压模块的PWM控制信号端口，该PWM控制信号端口与主控制单元电连接，可控电子开关的输入端与电源模块电连接，可控电子开关的输出端与变压器线圈的初级组绕线圈端电连接，变压器线圈的初级组绕线圈端与整流元件的输入端电连接，变压器线圈的次级组绕线圈端与倍压整流滤波器的输入端电连接，倍压整流滤波器的输出端输出高压直流电，整流元件的输出端与限压元件H输入端电连接，限压元件H输出端与限压元件L输入端电连接，限压元件L输出端与低通滤波器的输入端电连接，低通滤波器的输出端与主控制单元电连接，控制系统的最小设置包括电源模块、主控制单元、制冷控制模块、风扇控制模块和高压模块，电源模块输入市电输出低压直流电，电源模块输出与系统各模块电连接并为其供电，主控制单元为具有数据处理和程序逻辑控制能力的模块或芯片，包括微控制器、CPU处理器、FPGA、PLD中的至少一种，状态指示模块输入与主控制单元状态输出信号端口电连接，状态指示模块包括LED灯、OLED屏、LED屏、LCD屏、触摸屏中的至少一种，通信模块是带有无线通信能力的模块，包括WIFI、蓝牙、GPRS中的至少一种，通信模块的数据信号端口与主控制单元通信端口电连接，主控制单元通过该电连接与通信模块交换数据，制冷控制模块输入与主控制单元制冷控制信号输出端口电连接，主控制单元通过该电连接调节制冷控制模块的输出电流大小，输出电流用于驱动半导体制冷片对放电电极降温凝聚空气中的水分，温湿度采集模块与主控制单元电连接，主控制单元通过该电连接获取温湿度采集模块采集到的环境温湿度数据，风扇控制模块与主控制单元电连接，主控制单元通过该电连接，输出控制信号操作风扇控制模块对风扇启动、停止、调节风量大小，配置模块为系统输入设备，包括按键键盘、触摸屏中的至少一种，配置模块与主控制单元电连接，主控制单元通过该连接读取从配置模块输入的信号，高压模块包括PWM控制信号端口和反馈信号端口，PWM控制信号端口与主控制单元的PWM输出端口电连接，反馈信号端口与主控制单元的反馈输入端口电连接，高压模块用于将电源模块输出的低压直流电变换为几千至几十千伏特的高压直流电，高压直流电用于驱动纳米水离子发生装置的放电电极并结合制冷凝聚的空气水分产生纳米水离子。

综上，该智能纳米水离子自适应控制系统和方法，通过设置电源模块、主控制单元、状态指示模块、通信模块、制冷控制模块、温湿度采集模块、风扇控制模块、配置模块和高压模块，产生纳米水离子的速率可控制可调节降低了系统整体工作能耗，高压模块自适应控制输出减少了功率开关器件损耗，提高了高压模块转化效率，减少发热，适合长期工作，自适应控制方法保证了纳米水离子发生器在环境条件变化或安装机械误差的情况下保持一个稳定的放电强度，适合大批量生产，纳米水离子发生器可通过智能终端控制方便操作，各相关模块可程序控制，可用户本地交互方便使用，节约能源且智能操作，免去了使用者的烦恼，方便了使用者的使用，通过设置高压模块，高压模块包括可控电子开关、变压器线圈、整流元件、限压元件H、限压元件L、低通滤波器、主控制单元和倍压整流滤波器，设备可以调整档位，不必一直以最大档位工作，节约能源，给予使用者自主调节的权利，进一步方便了使用者的使用，解决了传统的纳米水离子发生装置结构简单，产生纳米水离子的速率是固定的，无法调节，在环境温度和湿度发生较大变化后工作不稳定，无法对环境变化进行自适应，不能通过智能终端(包括但不限于智能手机、平板电脑、计算机)设置定时开关机和智能控制，使用不够方便，由于不能智能控制，装置一直以最大功率工作，所以能耗较高，不具备程控和用户本地可交互能力，使用者对此颇为烦恼的问题。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种智能纳米水离子自适应控制系统，包括电源模块、主控制单元、状态指示模块、通信模块、制冷控制模块、温湿度采集模块、风扇控制模块、配置模块和高压模块，其特征在于：所述主控制单元、状态指示模块、通信模块、制冷控制模块、温湿度采集模块、风扇控制模块、配置模块和高压模块均与电源模块电连接，所述高压模块包括可控电子开关、变压器线圈、整流元件、限压元件H、限压元件L、低通滤波器、主控制单元和倍压整流滤波器。

2.根据权利要求1所述的一种智能纳米水离子自适应控制系统，其特征在于：所述主控制单元为具有数据处理和程序逻辑控制能力的模块或芯片。

3.一种智能纳米水离子自适应控制方法，其特征在于，智能远程控制方法为：

1)主控制单元判断通信模块是否接收到控制指令，如果收到控制指令，则做出相关处理；

2)处理方法包括控制相关模块开关、控制相关模块档位、保存开关机时间数据、通信模块上传温湿度数据和上传工作状态数据；

3)做出指令后状态指示模块更新当前工作状态，如果为收到控制指令，则照常工作。

4.根据权利要求3所述的一种智能纳米水离子自适应控制方法，其特征在于，所述高压模块自适应控制方法为：

1)主控制单元收到控制信息，如果信号为增大档位，则主控单元加大PWM信号占空比；

2)如果信号为减小档位，则主控单元减少PWM信号占空比；

3)如果信号为开机状态无操作，则判断反馈信号电压是否大于上限值，如果大于上限值，则瞬时关闭PWM信号输出，如果小于上限值，则判断反馈信号电压是否小于下限值，如果小于下限值，则瞬时开启PWM信号输出，如果大于下限值，则结束命令返回初始状态；

4)如果信号为关机指令，则永久关闭PWM信号输出。