CN207663410U - 一种基于模糊pid算法的键盘鼠标加热保温罩装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电脑配件技术领域，提供了一种基于模糊PID算法的键盘鼠标加热保温罩装置，它包括透明盖板、“U”形加热框体、电源开关、电源引入线、微处理器、按键模块、温度传感器、液晶显示器、电加热驱动模块、LED指示灯、弹性托手垫、键盘和鼠标。“U”形加热框体上端安装有透明盖板并构成本装置的框架本体，键盘和鼠标放置于框架本体内，弹性托手垫可拆卸地安装于框架本体前端，电源开关、微处理器、按键模块、温度传感器、液晶显示器、电加热驱动模块和LED指示灯安装在“U”形加热框体的侧面，外部供电由所述电源引入线接入。该装置采用模糊PID算法实现恒温加热和保温功能，具有结构简单，成本较低，恒温节能、实用性强等优点。

Description

一种基于模糊PID算法的键盘鼠标加热保温罩装置

技术领域

本实用新型涉及电脑配件技术领域，具体涉及一种基于模糊PID算法的键盘鼠标加热保温罩装置。

背景技术

随着改革开放的成果不断扩大，人们的生活越来越好，电脑越来越普遍，很多工作和生活都离不开电脑，而使用电脑，主要就是通过鼠标和键盘来操作。在天气寒冷时，长时间使用电脑会导致手部冰凉，影响操作，严重的还会导致手部产生冻疮、关节疼痛等疾病。而戴手套进行手部的保护又会影响操作的手感，使工作效率降低。另外，人在长时间使用键盘和鼠标时，手腕与桌子来回摩擦，手腕长期保持一个姿势得不到放松就极易产生疲劳。因此，人们希望有一种使用起来很舒适的、适合在天气较冷时使用的键盘鼠标加热保温罩装置。

以下描述现有常见的具有加热、保温作用的键盘或鼠标的装置：

在现有技术中，参考中国发明专利申请(申请号：201310523600.1)所描述的“具有加热功能的鼠标”，该发明中公开了一种具有加热功能的鼠标，包括鼠标本体和保温罩，保温罩可旋转地连接鼠标本体，操作手握住鼠标本体，保温罩覆盖在操作手的表面，通过定时器和加热装置定时加热，从而对操作手起到保暖作用。该项发明虽可实现鼠标的加热保温功能，但其不可避免的缺点在于：(1)只能对操作鼠标的手部进行保暖作用，操作员在操作键盘时无法使操作员的两只手部都得到保暖作用；(2)保温罩连接鼠标本体，使鼠标的移动受到限制，操作鼠标变得沉重、不灵活；(3)所述保温罩是否处于工作状态的指示不明显、不直观；(3)定时器和加热装置实现了加热功能，但其加热的温度难于控制，温度过高时需要关闭电源，温度过低时需要打开电源，操作非常不方便。

在现有技术中，参考中国发明专利申请(申请号：201410608972.9)所描述的“一种鼠标保温罩”，该发明公开了一种鼠标保温罩，包括罩体本体和设置于罩体本体边沿的松紧带、USB接头和线缆，所述罩体本体由发热丝、上层绒布、下层绒布及导热绝缘层构成，所述罩体本体覆盖在鼠标本体上。该项发明虽可实现鼠标的加热保温功能，但其不可避免的缺点在于:(1)只能对操作鼠标的手部进行保暖作用，操作员在操作键盘时无法使操作员的两只手部都得到保暖作用；(2)罩体本体覆盖在鼠标本体上，使鼠标本体的体积变大，操作手需要张开更大角度才能握住鼠标，使手感变差；(3)罩体本体覆盖在鼠标本体上，使鼠标的整体重量增加，操作鼠标变得沉重、不灵活；(4)所述保温罩是否处于工作状态的指示不明显、不直观；(5)所述发热丝实现了加热功能，但其加热的温度难于控制，温度过高时需要关闭电源，温度过低时需要打开电源，操作非常不方便。

在现有技术中，参考中国实用新型专利(专利号：ZL201520036187.0)所描述的“计算机电脑用多动能保温鼠标垫组合装置”，该专利中公开了一种计算机电脑用多功能保温鼠标垫组合装置，包括电热桌垫本体、鼠标垫本体、透明保温罩，所述鼠标垫本体嵌入电热桌垫本体内，所述透明保温罩设置于电热桌垫本体上，所述透明保温罩上通过拉链可开合地设置有罩门，所述罩门上开设有两个便于手部伸入的通孔。该项专利虽可实现鼠标的加热保温功能，但其不可避免的缺点在于：(1)只能对操作鼠标的手部进行保暖作用，操作员在操作键盘时无法使操作员的两只手部都得到保暖作用；(2)所述加热体部分设置于电热桌垫本体内，电热桌垫本体上设置有鼠标垫本体，鼠标垫本体一般具有一定的隔热作用，使本装置的加热效果差；(3)本装置是否处于加热状态的指示不明显、不直观；(3)电热桌垫本体上的加热丝实现了加热功能，但其加热的温度难于控制，温度过高时需要关闭电源，温度过低时需要打开电源，操作非常不方便。

在现有技术中，参考中国发明专利申请(申请号：201710113613.X)所描述的“一种新型鼠标”，该发明公开了一种具有加热保温功能的新型鼠标，包括鼠标本体和保温罩，所述鼠标本体包括底座、上盖、滚轮、鼠标左键和鼠标右键，所述底座的底部设置有延伸段，所述延伸段的边缘与所述保温罩连接。该项发明虽可实现鼠标的加热保温功能，但其不可避免的缺点在于：(1)只能对操作鼠标的手部进行保暖作用，操作员在操作键盘时无法使操作员的两只手部都得到保暖作用；(2)所述保温罩是否处于工作状态的指示不明显、不直观；(3)保温罩内的电加热实现了加热功能，但其加热的温度难于控制，温度过高时需要关闭电源，温度过低时需要打开电源，操作非常不方便。

发明内容

本实用新型的目的在于：针对天气较冷时长时间使用键盘和鼠标导致手部冰冷的问题，提供一种基于模糊PID算法的键盘鼠标加热保温罩装置，该装置可以实现对操作员操作键盘和鼠标的区域进行加热和保温功能，并且还具有电源指示、当前温度可测量、加热温度可显示、温度易于调节和保持恒温等功能。

本实用新型采用以下技术方案：

一种基于模糊PID算法的键盘鼠标加热保温罩装置，其特征在于：包括透明盖板、“U”形加热框体、电源开关、电源引入线、微处理器、按键模块、温度传感器、液晶显示器和电加热驱动模块；“U”形加热框体具体包括导热层、电加热层和隔热层，导热层处于“U”形加热框体的内层，电加热层处于“U”形加热框体的中间层，隔热层处于“U”形加热框体的外层；电源开关设置在“U”形加热框体的侧面，外部供电从电源引入线接入，外部供电经过电源引入线和电源开关对整个装置提供电源；微处理器、按键模块、温度传感器、液晶显示器和电加热驱动模块均设置在所述“U”形加热框体的后侧内壁上，按键模块、温度传感器、液晶显示器和电加热驱动模块均与微处理器连接，电加热驱动模块还连接“U”形加热框体的电加热层。按键模块用于控制框架本体的目标温度，电加热驱动模块用于驱动电加热层，液晶显示器用于显示框架本体的当前温度和目标温度，微处理器采集温度传感器的信号并获取装置本体的当前温度。当打开电源开关时，微处理器根据当前温度值和目标温度值并且采用模糊PID算法计算出电加热控制信号，电加热控制信号经过电加热驱动模块作用于电加热层，达到恒温控制效果。

进一步地，按键模块具体包括第一按键、第二按键和第三按键。第一按键为模式切换键，第二按键为数值增加键，第三按键为数值减少键。

进一步地，还包括LED指示灯，LED指示灯安装在“U”形加热框体的左侧外壁上，LED指示灯与电源开关连接。当打开电源开关时，LED指示灯通电，LED指示灯发光，指示“U”形加热框体的电加热层处于工作状态。

进一步地，还包括弹性托手垫，弹性托手垫可拆卸地安装于框架本体前端。弹性托手垫由柔性材料制成，可较好的减轻操作员手部的疲劳，使用户体验好。

更进一步地，还包括键盘和鼠标，键盘和鼠标放置于框架本体内。

本实用新型的原理为：电源开关处于闭合状态时，外部供电对整个装置提供电源，按键模块用于调节整个装置的目标温度，微处理器采集温度传感器的信号并获取装置本体的当前温度，微处理器根据当前温度和目标温度采用模糊PID算法计算出电加热控制信号，该电加热控制信号作用于电加热驱动模块，电加热驱动模块驱动电加热层实现恒温控制。

本实用新型具有以下有益效果：

1、“U”形加热框体分层设置，从左、右、后三个方向向内辐射热量，操作员在操作键盘或鼠标时，本装置都可对操作员的手部进行保暖作用。

2、操作员在操作键盘或鼠标时，本装置可提供较大的手部活动空间，不影响操作员操作键盘或操作鼠标时的手感。

3、LED指示灯和液晶显示器可直观、清楚地指示本装置是否处于工作状态。液晶显示器上显示了本装置本体的当前温度和目标温度，目标温度由按键模块控制，使温度的控制简单明了、人机交互友好。

4、微处理器采集温度传感器的信号并获得当前温度值，微处理器通过模糊PID算法恒温控制保温罩内的温度，用户体验好、节能环保。

5、弹性托手垫可较好的减轻操作员手部的疲劳，用户体验好。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图。

图2是本实用新型的中心截面示意图(侧视)。

图3为本实用新型的电路结构原理框图。

图4为本实用新型的液晶显示器显示内容的示意图。

图5为本实用新型的按键模块的结构示意图。

图6为本实用新型采用的模糊PID算法原理结构示意图。

图中主要元件符号说明：透明盖板(1)；“U”形加热框体(2)，隔热层(2-1)，电加热层(2-2)，导热层(2-3)；电源开关(3)；电源引入线(4)；微处理器(5)；按键模块(6)，第一按键(6-1)，第二按键(6-2)，第三按键(6-3)；温度传感器(7)；液晶显示器(8)；电加热驱动模块(9)；LED指示灯(10)；弹性托手垫(11)；键盘(12)；鼠标(13)。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型并不限于下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本实用新型的一种基于模糊PID算法的键盘鼠标加热保温罩装置，包括透明盖板1、“U”形加热框体2、电源开关3、电源引入线4、微处理器5、按键模块6、温度传感器7、液晶显示器8、电加热驱动模块9、LED指示灯10、弹性托手垫11、键盘12、鼠标13。所述“U”形加热框体2的上端安装有所述透明盖板1，所述“U”形加热框体2和所述透明盖板1构成本装置的框架本体；所述键盘12和所述鼠标13放置于框架本体内，所述弹性托手垫11可拆卸地安装于框架本体前端，所述电源开关3安装在所述“U”形加热框体2的左侧面，所述微处理器5、所述按键模块6、所述温度传感器7、所述液晶显示器8和所述电加热驱动模块9均安装在所述“U”形加热框体2的后侧面，外部供电从所述电源引入线4接入。所述电源引入线4与所述电源开关3连接，外部供电经过所述电源引入线4和所述电源开关3对整个装置提供供电。

如图2所示，所述“U”形加热框体2具体包括隔热层2-1、电加热层2-2和导热层2-3，所述导热层2-3处于所述“U”形加热框体2的最内层，所述电加热层2-2处于所述“U”形加热框体2的中间层，所述隔热层2-1处于所述“U”形加热框体2的最外层。所述电加热层2-2实现了对本装置本体的加热功能，所述导热层2-3可将所述电加热层2-2产生的热量传导至本装置框架本体容纳腔内，所述隔热层实现了对本装置本体的保温功能。

如图3所示，为本具体实施方式的电路结构原理框图，所述按键模块6、所述温度传感器7、所述液晶显示器8和所述电加热驱动模块9均与所述微处理器5连接。所述按键模块6用于控制装置本体的目标温度，所述电加热驱动模块9用于驱动所述电加热层2-2，所述液晶显示器8用于显示装置本体的当前温度和目标温度，所述微处理器5采集所述温度传感器7的信号并获取装置本体的当前温度，所述微处理器5根据所述当前温度值和目标温度值并且采用模糊PID算法计算出电加热控制信号，所述电加热控制信号经过所述电加热驱动模块9作用于所述电加热层2-2，达到恒温控制效果。

如图4所示，为本具体实施方式中所述液晶显示器8显示内容的示意图，所述液晶显示器8显示的内容有：按键功能介绍、预设温度、当前温度和时间等。

如图5所示，所述按键模块6具体包括第一按键6-1、第二按键6-2和第三按键6-3。所述第一按键6-1为模式切换键，按动所述第一按键6-1可使装置在调温模式和设置时间模式之间切换；所述第二按键6-2为数值“+”键，按动所述第二按键6-2可使温度设置的数值或时间设置的数值增大；所述第三按键6-3为数值“-”键，按动所述第三按键6-3可使温度设置的数值或时间设置的数值减小。

用传统算法去控制的话，加热过程中当前温度高于设定值，就要停止加热，低于设定值又要重新开启，不仅使用体验不佳，还浪费很多能源。模糊PID算法结构清晰，参数可调，算法简单高效，可在现场根据实际来调节比例、积分、微分三个参数来达到较好的控制效果。本实用新型采用了模糊PID算法控制策略，模糊PID控制表达式如下：

式中，u(t)为控制量，e(t)为偏差，即目标温度值与当前温度值之差，Kp为比例常数，Ki为积分时间常数，Kd为微分时间常数。模糊PID算法的原理即调节Kp、Ki、Kd三个参数使系统达到稳定。

常规PID控制器对于具有强非线性或不确定性的系统，控制效果并不理想。为了提高控制精度和灵敏度，采用模糊方法根据偏差和偏差的变化率，对常规PID控制器进行修正，通过模糊推理来调整模糊PID参数，构成模糊PID控制，其原理结构如图6所示。

模糊推理环节实质上是模糊控制器，模糊控制器的输入为偏差e和偏差变化率ec，输出为ΔKp，ΔKi和ΔKd。确定模糊PID的三个参数和偏差e和偏差变化率ec之间的模糊关系也就是模糊PID参数模糊自整定的过程。在运行过程中根据e和ec的变化，依据模糊控制原理对三个参数进行在线修改，从而使被控对象具有良好的动态、静态性能。

当进入模糊PID调节子程序时，首先根据目标温度和温度传感器11所采集的温度来计算温度偏差e(t)，在根据积分时间常数Ki和微分时间常数Kd来控制电加热驱动模块13的输出功率。另外，在系统进入稳态后，温度偏差是很小的，如果温度偏差在一个很小的范围内波动，对于本装置的使用寿命不利，所以设定一个输出允许带e0(最小温度偏差)，当|e(t)|<e0时，不改变控制量，使得系统更加稳定。

相比现有技术，本实施例提出的一种基于模糊PID算法的键盘鼠标加热保温罩装置，采用了加热保温罩结构，实现了对键盘和鼠标操作区域的加热功能和保温功能，其结构简单、成本较低、实用性强、用户体验好，还具有以下优点：(1)操作员在操作键盘或鼠标时，本装置都可对操作员的手部进行保暖作用。(2)操作员在操作键盘或鼠标时，本装置可提供较大的手部活动空间，不影响操作员操作键盘或操作鼠标时的手感。(3)液晶显示器可直观、清楚地指示本装置是否处于工作状态。(4)微处理器采集温度传感器的信号并获得当前温度值，微处理器通过模糊PID算法恒温控制保温罩内的温度，用户体验好、节能环保。(5)液晶显示器上显示了本装置本体的当前温度和目标温度，目标温度由按键模块控制，使温度的控制简单明了、人机交互友好。(6)弹性托手垫可较好的减轻操作员手部的疲劳，用户体验好。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于模糊PID算法的键盘鼠标加热保温罩装置，其特征在于：包括透明盖板、“U”形加热框体、电源开关、电源引入线、微处理器、按键模块、温度传感器、液晶显示器和电加热驱动模块；“U”形加热框体具体包括导热层、电加热层和隔热层，导热层处于“U”形加热框体的内层，电加热层处于“U”形加热框体的中间层，隔热层处于“U”形加热框体的外层；电源开关设置在“U”形加热框体的侧面，外部供电经过电源引入线和电源开关对整个装置提供电源；微处理器、按键模块、温度传感器、液晶显示器和电加热驱动模块均设置在“U”形加热框体的后侧内壁上，按键模块、温度传感器、液晶显示器和电加热驱动模块均与微处理器连接，电加热驱动模块还连接“U”形加热框体的电加热层。

2.根据权利要求1所述的基于模糊PID算法的键盘鼠标加热保温罩装置，其特征在于：还包括LED指示灯，LED指示灯安装在“U”形加热框体的左侧外壁上，LED指示灯与电源开关连接。

3.根据权利要求1所述的基于模糊PID算法的键盘鼠标加热保温罩装置，其特征在于：还包括弹性托手垫，弹性托手垫可拆卸地安装于框架本体前端。

4.根据权利要求1所述的基于模糊PID算法的键盘鼠标加热保温罩装置，其特征在于：按键模块具体包括第一按键、第二按键和第三按键。

5.根据权利要求1~4任一权利要求所述的基于模糊PID算法的键盘鼠标加热保温罩装置，其特征在于：还包括键盘和鼠标，键盘和鼠标放置于框架本体内。