CN110672911A

CN110672911A - 晾衣机负载估算电路及方法

Info

Publication number: CN110672911A
Application number: CN201910795687.5A
Authority: CN
Inventors: 谢岳荣; 谭汝辉
Original assignee: Guangdong Lohua Home Co Ltd
Current assignee: Guangdong Lohua Home Co Ltd
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-08-27
Publication date: 2020-01-10

Abstract

本发明公开了一种晾衣机负载估算电路，包括采样电路、放大电路以及模数转换电路。本发明还公开了一种晾衣机负载估算方法，包括：采集晾衣机的电机母线电流；对采集到的电流进行放大；对放大后的电流进行模数转换以获得数字电流；对数字电流进行滤波；对滤波后的数字电流进行判断，其中，当数字电流小于第一阈值时，晾衣机正常运行，当数字电流大于第一阈值并小于第二阈值时，晾衣机开始报警并继续运行，当数字电流大于第二阈值时，晾衣机报警并停止运行。采用本发明，能够解决在使用采样电阻进行电流测算，使用均值滤波进行信号处理后,得到的电流数字信号会有较大的低频干扰，且并不能完全滤除高频干扰以至不能准确判断晾衣机负载情况的问题。

Description

晾衣机负载估算电路及方法

技术领域

本发明涉及晾衣机领域，尤其涉及晾衣机负载估算电路及方法。

背景技术

随着生活水平的发展，晾衣机的普及率越来越高。市面上的晾衣机通常在提升重量为35kg时，开始进行报警，警示超重，可以衣架可以提升；在提升重量为40kg时，需要停止，并进行报警。一旦长期超重、过载运行对于晾衣机的寿命会有较大影响，容易使部件老化、松脱，从而危害到用户安全，所以需要对晾衣机负载进行准确的测算。

以往的负载测算办法，通过霍尔传感器或电流传感器去测算电机母线电流，测量精度比较高，对软件算法要求较低，但成本较高；相反可以使用采样电阻等低成本的测算方法，将输入信号进行均值滤波。

在使用采样电阻进行电流测算、使用均值滤波进行信号处理后,得到的电流数字信号会有较大的低频干扰，且并不能完全滤除高频干扰。当需要进行过载判断时，电流信号会在阈值附近来回跳动，对过载判断逻辑带来很大的难度。假如要滤除提高滤波深度的话，又会带来巨大的计算量，对于低成本的8位MCU来说，这显然不可取。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种晾衣机负载估算电路及方法，能够解决在使用采样电阻进行电流测算、使用均值滤波进行信号处理后,得到的电流数字信号会有较大的低频干扰，且并不能完全滤除高频干扰的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种晾衣机负载估算电路，包括：采样电路，所述采样电路包括采样电阻和RC低通滤波器，所述采样电路与晾衣机电机母线连接；放大电路，所述放大电路包括运算放大器、第一电阻以及第二电阻，所述运算放大器的正输入端与采样电路相连接，所述运算放大器的负输入端通过第一电阻连接所述运算放大器的输出端，所述运算放大器的负输入端还通过第二电阻接地。微处理器，所述微处理器内设有模数转换电路，所述模数转换电路与所述放大电路连接，所述微处理器通过所述模数转换电路将放大后的电机母线电流转换成数字电流，所述微处理器根据所述数字电流对晾衣机进行负载估算。

优选地，所述RC低通滤波器满足公式：f＝1/(2πRC)，f<500HZ，其中，R为滤波电阻，C为滤波电容，f为滤波器的截止频率。

优选地，所述运算放大电路还包括第一电容，所述第一电容并联在第一电阻的两端。

优选地，所述运算放大电路还包括电压保护电路，所述电压保护电路包括分压电阻与分压电容，其中，

所述分压电阻与运算放大器的输出端连接并通过所述分压电容接地。

本发明还提供了一种晾衣机负载估算方法，包括：通过采样电路采集晾衣机的电机母线电流；通过放大电路对采集到的电机母线电流进行放大；对放大后的电流进行模数转换以获得数字电流；对所述数字电流进行滤波；对滤波后的数字电流进行判断，其中，当数字电流小于第一阈值时，晾衣机正常运行，当数字电流大于第一阈值并小于第二阈值时，晾衣机继续运行并报警，当数字电流大于第二阈值时，晾衣机报警并停止运行。

优选地，所述采样电路包括采样电阻和RC低通滤波器。

优选地，所述运算放大电路包括运算放大器、第一电阻以及第二电阻，其中，所述运算放大器的正输入端与采样电路相连接，所述运算放大器的负输入端通过第一电阻连接所述运算放大器的输出端，所述运算放大器的负输入端还通过第二电阻接地。

优选地，所述滤波器为一阶惯性滤波器，其公式为Y(k)＝a*X(k)+(1-a)*Y(k-1)，其中a为滤波系数，X(k)为当前时刻输入，Y(k)为当前时刻输出，Y(k-1)为上一时刻输出。

实施本发明的有益效果在于：

现有技术中，对于进入运放前的低通滤波器一般使用RC电路(R＝1k,C＝0.1uf)，截止频率fc为1592.4Hz。由于MCU中的ADC采样频率一般不会太高(<1khz)，所以过高的截止频率会导致采样到的数字信号产生混叠，严重影响负载电流的判断；本发明中设定fc小于500hz，避免混叠产生。

现有技术中，数字信号处理方式多为均值滤波，过滤出来的信号容易耦合进低频信号，导致判断时在阈值上下浮动，影响负载电流判断；使用上述的惯性滤波器，可以有效防止耦合进来的低频信号，滤出的波形更为平滑，利于负载大小的判断。

附图说明

图1是本发明提供的晾衣机负载估算电路图；

图2是本发明提供的晾衣机负载估算方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。

如图1所示，本发明提供的晾衣机内部负载估算电路图，包括采样电路与放大电路，R5是采样电阻，R5的一端与晾衣机的电机母线连接，另一端接地，采样电阻还与RC低通滤波器连接。所述放大电路包括运算放大器LM358、第一电阻R2以及第二电阻R3，其中，所述运算放大器的正输入端IN+与采样电路相连接，所述运算放大器的负输入端IN-通过第一电阻R2连接所述运算放大器的输出端OUT1，所述运算放大器的负输入端IN-还通过第二电阻R3接地。通过运放分析可知，Vout1＝(1+R2/R3)Vin+，本发明实施例，取R2＝R3＝1K,因而放大增益为2。图中，CURRENT为放大后的电机母线电流，其与微处理器连接，所述微处理器内设有模数转换电路，所述模数转换电路与所述放大电路连接，所述微处理器通过所述模数转换电路将放大后的电机母线电流转换成数字电流，所述微处理器根据所述数字电流对晾衣机进行负载估算。

具体地，所述RC低通滤波器满足公式：f＝1/(2πRC)，f<500HZ，其中，R为滤波电阻，C为滤波电容，f为滤波器的截止频率。由于后续MCU中的ADC采样频率一般不会太高(<1khz)，所以过高的截止频率会导致采样到的数字信号产生混叠，严重影响负载电流的判断，因此，本发明中设定f<500hz，避免混叠产生。本发明实施例优先选用滤波电阻R4的阻值为1K，滤波电容C3的电容为330nf。

同时，为了去除运算放大电路带来的耦合噪音，本发明在第一电阻两端并联一个第一电容C1，起去耦合的作用，减少测量误差。

优选地，所述运算放大电路还包括电压保护电路，所述电压保护电路包括分压电阻R1与分压电容C2，其中，所述分压电阻R1与运算放大器的输出端OUT1连接并通过所述分压电容C2接地。为了保护主控器MCU，避免过大的电压冲击，因而引入电压保护电路。

因而，通过上述晾衣机负载估算电路能够采集并放大晾衣机电机母线的电流，并且通过RC低通滤波以及第一电容的去耦作用，能够减少噪音以及误差，进而通过微处理器内的模数转换电路转化成数字电流，微处理器根据数字电流的大小进一步估算晾衣机的负载状态。

如图2所示，本发明提供了一种晾衣机负载估算方法，包括：

S101，通过采样电路采集晾衣机的电机母线电流。

本发明采用的采集晾衣机的电机母线电流的方法是通过采样电阻采集晾衣机的电机母线电流。

具体的，R5是采样电阻，R5的一端与晾衣机的电机母线连接，另一端接地。由图可知，采样电阻还与RC低通滤波器连接，所述RC低通滤波器满足公式：f＝1/(2πRC)，f<500HZ，其中，R为滤波电阻，C为滤波电容，f为滤波器的截止频率。由于后续MCU中的ADC采样频率一般不会太高(<1khz)，所以过高的截止频率会导致采样到的数字信号产生混叠，严重影响负载电流的判断，因此，本发明中设定f<500hz，避免混叠产生。本发明实施例优先选用滤波电阻R4的阻值为1K，滤波电容C3的电容为330nf。

S102，通过放大电路对采集到的电流进行放大。

本发明通过运算放大电路对采集到的电流进行放大，所述运算放大电路包括运算放大器LM358、第一电阻R2以及第二电阻R3，其中，所述运算放大器的正输入端IN+与采样电路相连接，所述运算放大器的负输入端IN-通过第一电阻R2连接所述运算放大器的输出端OUT1，所述运算放大器的负输入端IN-还通过第二电阻R3接地。通过运放分析可知，Vout1＝(1+R2/R3)Vin+，本发明实施例，取R2＝R3＝1K,因而放大增益为2。

S103，对放大后的电流进行模数转换以获得数字电流。

采集到的电机母线电流经放大后，需要转换成数字信号才能进行滤波，因而在进行滤波之前，放大后的电机母线电流需要通过MCU中的模数转换模块进行模数转换。

S104，对数字电流进行滤波。

通过滤波器对数字电流进行滤波，其中，所述滤波器为一阶惯性滤波器，公式为Y(k)＝a*X(k)+(1-a)*Y(k-1)，其中，a为滤波系数，X(k)为当前时刻输入，Y(k)为当前时刻输出，Y(k)为上一时刻输出。可通过调整a来设置滤波深度，选择能通过的频段。滤波器类型可作替换，可选择二阶惯性滤波器、IIR滤波器或其他适用于本发明的滤波器。

S105，对滤波后的数字电流进行判断。

具体地，当数字电流小于第一阈值时，晾衣机正常运行，当数字电流大于第一阈值并小于第二阈值时，晾衣机开始报警并继续运行，当数字电流大于第二阈值时，晾衣机报警并停止运行。

由上可知，本发明能够实现晾衣机负载状态的估算。

现有技术中，对于进入运放前的低通滤波器一般使用RC电路(R＝1k,C＝0.1uf)，截止频率fc为1592.4Hz。由于MCU中的ADC采样频率一般不会太高(<1khz)，所以过高的截止频率会导致采样到的数字信号产生混叠，严重影响负载电流的判断；本发明中设定fc小于500hz，避免混叠产生。现有技术中，数字信号处理方式多为均值滤波，过滤出来的信号容易耦合进低频信号，导致判断时在阈值上下浮动，影响负载电流判断；使用上述的惯性滤波器，可以有效防止耦合进来的低频信号，滤出的波形更为平滑，利于负载大小的判断。本发明为降低外部电路的成本，设计中仅使用采样电阻和放大电路组合来进行电机母线电流的采样，将成本分配到软件算法中去；为提取有用的低频段信号，滤除无用频段的信号，引入软件低通滤波器，从而在提升滤波深度的同时减少软件计算量。使用筛选出有效信号进行阈值的判断，就可以准确地判断目前的负载状态。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种晾衣机负载估算电路，其特征在于，包括：

采样电路，所述采样电路包括采样电阻和RC低通滤波器，所述采样电路与晾衣机电机母线连接；

放大电路，所述放大电路包括运算放大器、第一电阻以及第二电阻，所述运算放大器的正输入端与采样电路相连接，所述运算放大器的负输入端通过第一电阻连接所述运算放大器的输出端，所述运算放大器的负输入端还通过第二电阻接地。

微处理器，所述微处理器内设有模数转换电路，所述模数转换电路与所述放大电路连接，所述微处理器通过所述模数转换电路将放大后的电机母线电流转换成数字电流，所述微处理器根据所述数字电流对晾衣机进行负载估算。

2.如权利要求1所述的晾衣机负载估算电路，其特征在于，所述RC低通滤波器满足公式：f＝1/(2πRC)，f<500HZ，其中，R为滤波电阻，C为滤波电容，f为滤波器的截止频率。

3.如权利要求1所述的晾衣机负载估算电路，其特征在于，所述运算放大电路还包括第一电容，所述第一电容并联在第一电阻的两端。

4.如权利要求1所述的晾衣机负载估算电路，其特征在于，所述运算放大电路还包括电压保护电路，所述电压保护电路包括分压电阻与分压电容，其中，所述分压电阻与运算放大器的输出端连接并通过所述分压电容接地。

5.一种晾衣机负载估算方法，其特征在于，包括：

通过采样电路采集晾衣机的电机母线电流；

通过放大电路对采集到的电机母线电流进行放大；

对放大后的电机母线电流进行模数转换以获得数字电流；

对所述数字电流进行滤波；

对滤波后的数字电流进行判断，其中，

当数字电流小于第一阈值时，晾衣机正常运行，

当数字电流大于第一阈值并小于第二阈值时，晾衣机继续运行并报警，

当数字电流大于第二阈值时，晾衣机报警并停止运行。

6.如权利要求5所述的晾衣机负载估算方法，其特征在于，所述采样电路包括采样电阻和RC低通滤波器。

7.如权利要求6所述的晾衣机负载估算方法，其特征在于，所述RC低通滤波器满足公式：f＝1/(2πRC)，f<500HZ，其中，R为滤波电阻，C为滤波电容，f为滤波器的截止频率。

8.如权利要求5所述的晾衣机负载估算方法，其特征在于，所述运算放大电路包括运算放大器、第一电阻以及第二电阻，其中，

所述运算放大器的正输入端与采样电路相连接，所述运算放大器的负输入端通过第一电阻连接所述运算放大器的输出端，所述运算放大器的负输入端还通过第二电阻接地。

9.如权利要求1所述的晾衣机负载估算方法，其特征在于，所述对数字电流进行滤波的步骤包括：通过滤波器对数字电流进行滤波，其中，

所述滤波器为一阶惯性滤波器，其公式为Y(k)＝a*X(k)+(1-a)*Y(k-1)，其中a为滤波系数，X(k)为当前时刻输入，Y(k)为当前时刻输出，Y(k-1)为上一时刻输出。