CN217270926U - 一种适用于触摸感应控制电机的风扇控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种适用于触摸感应控制电机的风扇控制电路，风扇控制电路包括主控模块、触摸按键检测模块、电量及风力指示模块、电机位置检测模块、灯光驱动模块、电机驱动模块和电源模块，触摸按键检测模块连接在主控模块上，电量及风力指示模块连接在主控模块上，电机位置检测模块连接在主控模块上，灯光驱动模块和电机驱动模块分别与主控模块连接，灯光驱动模块的输出端上连接有照明灯组，电源模块用于供电。本实用新型采用电容触摸按键来实现对电机、灯光的控制，在一定程度上提升产品级别，相对于传统按键控制，触摸按键具有更加灵敏、不易损坏、成本低的优点。

Description

一种适用于触摸感应控制电机的风扇控制电路

技术领域

本实用新型公开一种风扇控制电路，特别是一种适用于触摸感应控制电机的风扇控制电路。

背景技术

随着电子产品越来越智能化，现在许多由传统机械按键来控制的电子产品、设备可由电容式触摸按键来实现操作。虽然传统机械按键种类多样，但是随着使用时长的增加，难免会产生机械磨损，灵敏度降低，寿命到期等问题。

发明内容

针对上述提到的现有技术中的风扇采用机械按键控制的缺点，本实用新型提供一种适用于触摸感应控制电机的风扇控制电路，其采用电容触摸感应原理为基础，使用较大面积铜箔作为人机交互渠道来代替传统机械按键进行对电机、灯等器件控制，实现电机的启停、速度调节等。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：一种适用于触摸感应控制电机的风扇控制电路，风扇控制电路包括主控模块、触摸按键检测模块、电量及风力指示模块、电机位置检测模块、灯光驱动模块、电机驱动模块和电源模块，触摸按键检测模块连接在主控模块上，电量及风力指示模块连接在主控模块上，电机位置检测模块连接在主控模块上，灯光驱动模块和电机驱动模块分别与主控模块连接，灯光驱动模块的输出端上连接有照明灯组，电源模块用于供电。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：

所述的主控模块的正电源端和接地端之间连接有并联连接的电容C10和和电容C18。

所述的主控模块上连接有调试接口J2。

所述的触摸按键检测模块包括一个以上电容触摸按键，每个电容触摸按键通过一个保护电阻与主控模块的一个数据接口连接。

所述的电量及风力指示模块采用8个LED，每个LED分别通过一个限流电阻与触摸芯片U1的一个数据接口连接。

所述的电机位置检测模块包括接口J5、接口J6、保护电阻R30、保护电阻R31和滤波电容C17，接口J5与红外接收管连接，接口J6与红外发射管连接，接口J6与保护电阻R31串联连接在主控模块的红外管驱动脚和地之间，接口J5与保护电阻R30串联连接在触摸芯片U1的数据接口和地之间，滤波电容C17与保护电阻R30并联连接，接口J5与保护电阻R30的公共端与主控模块的接收引脚连接。

所述的灯光驱动模块采用LED驱动芯片U3，LED驱动芯片U3的输出端上连接有LED照明灯组，LED驱动芯片U3的电源端VIN与+12.6V电源连接，LED驱动芯片U3的电源端VIN与LED驱动芯片U3的接地端GND之间连接有滤波电容C7，LED驱动芯片U3的SW端通过二极管D13与+12.6V电源连接，LED驱动芯片U3的SW端通过电感L3与照明灯组的负极连接，LED驱动芯片U3的CSN端与照明灯组的正极连接，+12.6V电源通过采样电阻R6与照明灯组的正极连接，LED驱动芯片U3的DIM端与主控芯片的LIGHT_PWM引脚连接，LED驱动芯片U3的DIM端与地之间连接有电阻R7。

所述的电机驱动模块包括摇头模块和风机模块，摇头模块包括电容C15、二极管D10、MOS管U5、电阻R3和电阻R22，电容C15和二极管D10并联连接在摇头电机正极和负极之间，MOS管U5的源极接地，MOS管U5的漏极与摇头电机负极连接，MOS管U5的栅极通过保护电阻R3与主控芯片的SWING_PWM控制引脚连接，MOS管U5的栅极与MOS管U5的源极之间连接有下拉电阻R22；风机模块包括风机接口J5、电容C2、电容C8、二极管D12、电阻R16、电阻R38、电阻R17和电阻R25，电容C2、电容C8和二极管D12并联连接在+12.6V电源和地之间，风机接口J5的电源线通过二极管D12与+12.6V电源连接，电阻R16和电阻R38串联连接在+12.6V电源和地之间，电阻R16和电阻R38的公共端与主控芯片的FAN_SPEED_FB端连接，电阻R16和电阻R38的公共端还与风机接口J5的FB引脚连接，电阻R17连接在风机接口J5的PWM引脚和主控芯片的FAN_PWM端连接，电阻R25连接在风机接口J5的PWM引脚与地之间，风机接口J5的GND端接地。

所述的电源模块包括降压模块和低功耗模块，降压模块采用降压芯片U2，低功耗模块包括MOS管U8、电阻R32、电阻R33、三极管U9、电阻R34和电阻R35，MOS管U8的源极与输入电源端连接，MOS管U8的漏极与输出电源端连接，MOS管U8的栅极通过电阻R33与三极管U9的集电极连接，三极管U9的发射极接地，三极管U9的基极通过电阻R35与主控芯片的MOS_CONTROL端连接，三极管U9的基极与三极管U9的发射极之间连接有电阻R34，MOS管U8的源极与MOS管U8的栅极之间连接有电阻R32。

所述的主控模块的数据端上还连接有串口输入/输出模块。

本实用新型的有益效果是：本实用新型采用电容触摸按键来实现对电机、灯光的控制，在一定程度上提升产品级别，相对于传统按键控制，触摸按键具有更加灵敏、不易损坏、成本低的优点。本实用新型无需人体一定要触摸到电容键才可进行操作，只要中间存在介质且该介质厚度在一定范围内即可进行操作，这在一定程度上极大地保护了按键本身，可延长其使用寿命。实用新型低功耗电路实现了降低整体电路功耗的作用，其采用电容触摸按键实现了控制电机、灯等器件，更加灵敏、便捷，降低了需要机械按键的成本。本实用新型利用红外发射、接收管实现对摇头电机当前所处位置的判断，结合软件进行位置及速度调整，灵活方便。

下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型电路方框图。

图2为本实用新型主控模块部分电路原理图。

图3为本实用新型触摸按键检测模块部分电路原理图。

图4为本实用新型电量及风力指示模块部分电路原理图。

图5为本实用新型电机位置检测模块部分电路原理图。

图6为本实用新型调试接口部分电路原理图。

图7为本实用新型串行接口部分电路原理图。

图8为本实用新型板间接口部分电路原理图。

图9为本实用新型充电接口部分原理图。

图10为本实用新型锂电池充电外围电路原理图。

图11为本实用新型低功耗模块部分电路原理图。

图12为本实用新型电压检测部分电路原理图。

图13为本实用新型灯光驱动模块部分电路原理图。

图14为本实用新型降压模块部分电路原理图。

图15为本实用新型电机接口部分电路原理图。

图16为本实用新型板间接口部分电路原理图(用于配合附图8，进行本实用新型不同线路板间的连接)。

图17为本实用新型摇头模块部分电路原理图。

具体实施方式

本实施例为本实用新型优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本实用新型保护范围之内。

请结合参看附图1至附图17，本实用新型主要包括主控模块、触摸按键检测模块、电量及风力指示模块、电机位置检测模块、灯光驱动模块、电机驱动模块和电源模块，触摸按键检测模块连接在主控模块上，用于输入控制信号给主控模块，电量及风力指示模块连接在主控模块上，通过主控模块输出控制电量及风力指示模块工作，显示剩余电量和风力大小等，电机位置检测模块连接在主控模块上，用于输入电机位置信息给主控模块，灯光驱动模块和电机驱动模块分别与主控模块连接，通过主控模块输出控制信息给灯光驱动模块和电机驱动模块，分别进行灯光控制和电机驱动控制，灯光驱动模块的输出端上连接有照明灯组，灯光驱动模块输出控制信号控制照明灯组点亮，电源模块用于供电。

本实用新型在运行过程中，主控模块会一直检测当前摇头电机的位置以及触摸按键是否有人按下，通过软件控制来调节灯光驱动部分，开启、关闭、亮度增加、亮度减小，电机部分同理，可根据按键来控制电机的启停、速度变化、转速大小。利用本实用信息可更加快速来实现对所需设备的控制、调整，灵敏度极高且按键不易损坏、成本低。

本实施例中，主控模块采用型号为SPT2028的触摸芯片U1作为主控芯片，该芯片具有24路触摸检测入口，完全可以满足该实用需求，触摸芯片U1的正电源端和接地端之间连接有并联连接的电容C10和和电容C18，电容C10和和电容C18用于滤波，以便为触摸芯片U1提供稳定电压。主控制块还可以提供多种外设接口和其他外部电路进行通信，主控模块引脚的信号输入输出控制其他模块的电路，并且能够调试软件。

本实施例中，主控模块上连接有调试接口J2，调试接口J2采用SWD方式进行软件调试，将触摸芯片U1的P1.0/P1.1/P1.2/P1.3引脚引出，供调试使用。

本实施例中，触摸按键检测模块采用4个较大面积铜箔作为电容触摸按键，每个电容触摸按键通过一个保护电阻与触摸芯片U1的一个数据接口连接。四个电容触摸按键分别为K1、K2、K3、K4，功能分别是开机、风速/灯光加、风速/灯光减、开启夜灯，电阻R8、电阻R9、电阻R10和电阻R11为保护电阻，分别与触摸芯片U1的电容触摸检测引脚(本实施例中，采用2、3、4、5号引脚)连接，这几个引脚内部都可灵敏的感应到外部微弱的电压变化，通过变化大小来判断当前是否有物体触摸。该按键检测模块无需手指触碰到按键本身，按键上方贴合一块3-5mm厚的亚克力板充当介质即可进行操作，甚至可以以空气作为传输介质进行控制。

本实施例中，电量及风力指示模块采用8个LED，每个LED分别通过一个限流电阻与触摸芯片U1的一个数据接口连接。电量及风力指示模块用于电量指示及当前风速指示，指示器件均使用LED，电量指示采用发光二极管D1、发光二极管D2、发光二极管D3和发光二极管D4，发光二极管D1、发光二极管D2、发光二极管D3和发光二极管D4的负极分别与触摸芯片U1的一个数据接口(本实施例中，选用的为10/11/12/13号引脚)连接，风力等级指示采用发光二极管D16、发光二极管D17、发光二极管D18和发光二极管D19，发光二极管D16、发光二极管D17、发光二极管D18和发光二极管D19的负极分别与触摸芯片U1的一个数据接口(本实施例中，选用的为16/17/18/19号引脚)连接，并且每个LED都配有限流保护电阻。本实用新型采用拉电流方式，利用触摸芯片U1引脚的驱动能力来进行供电。当电量为75％、50％、25％时，通过软件控制会依次熄灭发光二极管D1、发光二极管D2、发光二极管D3，当风力等级达到25％、50％、75％、100％时会依次亮起发光二极管D16、发光二极管D17、发光二极管D18和发光二极管D19。

本实施例中，电机位置检测模块包括接口J5、接口J6、保护电阻R30、保护电阻R31和滤波电容C17，接口J5与红外接收管连接，接口J6与红外发射管连接，接口J6与保护电阻R31串联连接在触摸芯片U1的数据接口(本实施例中，选用触摸芯片U1的7号引脚作为红外管驱动脚，即IR_RS)和地之间，接口J5与保护电阻R30串联连接在触摸芯片U1的数据接口和地之间，滤波电容C17与保护电阻R30并联连接，接口J5与保护电阻R30的公共端与触摸芯片U1的数据接口(本实施例中，选用触摸芯片U1的8号引脚作为接收引脚)连接，该部分主要用来判断当前摇头电机位置。当红外发射管与红外接收管之间无隔档时，此时通过触摸芯片U1的IR_RECEIVE引脚检测到此时AD采样值最大。当发射管与接收管之间有隔档时，此时触摸芯片U1的8脚检测到此时AD采样值最小。记录连续2次检测开关的时间间隔，然后就可以计算归位回程的时间(即t2-t1)来计算摇头归位的位置，也用于根据这个时间，来调整PWM的宽度，从而达到在任何电压下，摇头速度基本保持一致的要求。

本实施例中，灯光驱动模块采用型号为PT4211的LED驱动芯片U3实现LED亮灭、亮度调节等功能，LED驱动芯片U3的输出端上连接有LED照明灯组，LED照明灯组采用8个LED，其中8个LED两两串联，构成4条灯条，4条灯条并联连接在灯光驱动模块的输出端上。LED驱动芯片U3的电源端VIN与+12.6V电源(采用8个由锂电池组经低功耗电路提供)连接，LED驱动芯片U3的电源端VIN与LED驱动芯片U3的接地端GND之间连接有滤波电容C7，LED驱动芯片U3的SW端通过二极管D13与+12.6V电源连接，二极管D13可用于防止外部冲击，LED驱动芯片U3的SW端通过电感L3与照明灯组的负极连接，用来为照明灯组提供驱动，LED驱动芯片U3的CSN端与照明灯组的正极连接，+12.6V电源通过采样电阻R6(用来调节电压)与照明灯组的正极连接，LED驱动芯片U3的DIM端与触摸芯片U1的一个数据端(本实施例中，选用24号引脚，作为LIGHT_PWM使用)连接，用来开启或者关闭LED，以及利用PWM原理调节LED亮度，同时，LED驱动芯片U3的DIM端与地之间连接有电阻R7。

本实施例中，电机驱动模块包括摇头模块和风机模块。其中，摇头电机采用无刷直流电机，额定电压+4V，由锂电池组经降压模块得到。本实施例中，摇头模块包括电容C15、二极管D10、MOS管U5、电阻R3和电阻R22，电容C15和二极管D10并联连接在摇头电机正极(即+4V电源)和负极(即SWING-接口)之间，由于摇头电机是感性器件，电容C15和二极管D10可保护其他器件，防止被冲击损坏，MOS管U5的源极接地，MOS管U5的漏极与摇头电机负极连接，MOS管U5的栅极通过保护电阻R3与触摸芯片U1的一个数据端(本实施例中选用23号引脚，用作SWING_PWM控制引脚)连接，MOS管U5的栅极与MOS管U5的源极之间连接有下拉电阻R22，其配合电机位置检测模块以及软件用来调整摇头电机速度，同样采用PWM原理。

风机模块包括风机接口J5、电容C2、电容C8、二极管D12、电阻R16、电阻R38、电阻R17和电阻R25，风机采用离心风机，该风机有四根线，分别是电源线、测速线FB、调速线PWM、地线，所以风机接口J5也具有四个引脚，电容C2、电容C8和二极管D12并联连接在+12.6V电源和地之间，风机接口J5的电源线通过二极管D12与+12.6V电源连接，电阻R16和电阻R38串联连接在+12.6V电源和地之间，电阻R16和电阻R38的公共端与触摸芯片U1的一个数据端(本实施例中，选用的是21号引脚，作为FAN_SPEED_FB端使用，称为风扇速度反馈端)连接，同时，电阻R16和电阻R38的公共端还与风机接口J5的FB引脚连接，电阻R17连接在风机接口J5的PWM引脚和触摸芯片U1的一个数据端(本实施例中，选用的是22号引脚，作为FAN_PWM端使用，称为风扇调速端)连接，电阻R25连接在风机接口J5的PWM引脚与地之间，风机接口J5的GND端接地。本实施例中，风机采用12V供电，则仍是由锂电池组供电经过低功耗电路提供。FAN_SPEED_FB引脚对风机当前速度进行AD采样，经软件计算，再通过FAN_PWM来进行速度调整，通过此方式来实现对风机风力的控制。电容C2、电容C8和二极管D12用来保护风机电路，防止风机本身产生感应电动势对该电路进行冲击。电阻R16和电阻R38用来分压，便于单片机引脚对风机速度进行AD采样，电阻R17作为保护电阻使用，电阻R25用作下拉电阻，可通过FAN_PWM对风机实现快速调速的效果。

本实施例中，电源模块包括降压模块和低功耗模块，降压模块采用型号为RY8120DC-DC的降压芯片U2，主要用来将锂电池组电压降低至4V，供主芯片和摇头电机部分使用。本实施例中，采用锂电池进行供电，锂电池充电接口和保护电路部分请参看附图9和附图10。

低功耗模块包括MOS管U8、电阻R32、电阻R33、三极管U9、电阻R34和电阻R35，MOS管U8的源极与输入电源端连接，MOS管U8的漏极与输出电源端连接，MOS管U8的栅极通过电阻R33与三极管U9的集电极连接，三极管U9的发射极接地，三极管U9的基极通过电阻R35与触摸芯片的一个数据端(本实施例中，选用的是6号引脚，作为MOS_CONTROL端使用)连接，三极管U9的基极与三极管U9的发射极之间连接有电阻R34，MOS管U8的源极与MOS管U8的栅极之间连接有电阻R32。本实施例中，低功耗电路部分为降低整体电路功耗而设计，+12.6V由锂电池提供，MOS管U8作为开关管，用来开启和切断电机模块的电源，电阻R32和电阻R33用来分压，当触摸芯片U1的MOS_CONTROL脚为高电平时三极管U9导通，电阻R33的2脚处为低电平，此时MOS管U8导通，MOS管U8的3脚处为12.6V，此时可以为电机电路提供电源；反之，触摸芯片U1的MOS_CONTROL脚为低电平时，三极管U9截止，后续电路也无电源。该部分电路主要是为了解决整体电路进入休眠状态后功耗太高的问题，当进入休眠状态，将触摸芯片U1的6脚电平拉低，则后续的灯光驱动模块和电机驱动模块不消耗能量，可明显降低电路功耗。

本实施例中，主控模块的数据端上还连接有串口输入/输出模块，用于通过串行接口输入/输出信号。

本实用新型的应用场景可以是桌面风扇，电机部分由转向电机和风力电机组成，转向电机作用是控制风扇的转向，风力电机作用是给用户提供冷风。灯光部分可由多个LED暖白灯组成，主要作用可以作为氛围灯或者是小夜灯。

本实用新型采用电容触摸按键来实现对电机、灯光的控制，在一定程度上提升产品级别，相对于传统按键控制，触摸按键具有更加灵敏、不易损坏、成本低的优点。本实用新型无需人体一定要触摸到电容键才可进行操作，只要中间存在介质且该介质厚度在一定范围内即可进行操作，这在一定程度上极大地保护了按键本身，可延长其使用寿命。实用新型低功耗电路实现了降低整体电路功耗的作用，其采用电容触摸按键实现了控制电机、灯等器件，更加灵敏、便捷，降低了需要机械按键的成本。本实用新型利用红外发射、接收管实现对摇头电机当前所处位置的判断，结合软件进行位置及速度调整，灵活方便。

Claims (10)

1.一种适用于触摸感应控制电机的风扇控制电路，其特征是：所述的风扇控制电路包括主控模块、触摸按键检测模块、电量及风力指示模块、电机位置检测模块、灯光驱动模块、电机驱动模块和电源模块，触摸按键检测模块连接在主控模块上，电量及风力指示模块连接在主控模块上，电机位置检测模块连接在主控模块上，灯光驱动模块和电机驱动模块分别与主控模块连接，灯光驱动模块的输出端上连接有照明灯组，电源模块用于供电。

2.根据权利要求1所述的适用于触摸感应控制电机的风扇控制电路，其特征是：所述的主控模块的正电源端和接地端之间连接有并联连接的电容C10和和电容C18。

3.根据权利要求1所述的适用于触摸感应控制电机的风扇控制电路，其特征是：所述的主控模块上连接有调试接口J2。

4.根据权利要求1所述的适用于触摸感应控制电机的风扇控制电路，其特征是：所述的触摸按键检测模块包括一个以上电容触摸按键，每个电容触摸按键通过一个保护电阻与主控模块的一个数据接口连接。

5.根据权利要求1所述的适用于触摸感应控制电机的风扇控制电路，其特征是：所述的电量及风力指示模块采用8个LED，每个LED分别通过一个限流电阻与触摸芯片U1的一个数据接口连接。

6.根据权利要求1所述的适用于触摸感应控制电机的风扇控制电路，其特征是：所述的电机位置检测模块包括接口J5、接口J6、保护电阻R30、保护电阻R31和滤波电容C17，接口J5与红外接收管连接，接口J6与红外发射管连接，接口J6与保护电阻R31串联连接在主控模块的红外管驱动脚和地之间，接口J5与保护电阻R30串联连接在触摸芯片U1的数据接口和地之间，滤波电容C17与保护电阻R30并联连接，接口J5与保护电阻R30的公共端与主控模块的接收引脚连接。

7.根据权利要求1所述的适用于触摸感应控制电机的风扇控制电路，其特征是：所述的灯光驱动模块采用LED驱动芯片U3，LED驱动芯片U3的输出端上连接有LED照明灯组，LED驱动芯片U3的电源端VIN与+12.6V电源连接，LED驱动芯片U3的电源端VIN与LED驱动芯片U3的接地端GND之间连接有滤波电容C7，LED驱动芯片U3的SW端通过二极管D13与+12.6V电源连接，LED驱动芯片U3的SW端通过电感L3与照明灯组的负极连接，LED驱动芯片U3的CSN端与照明灯组的正极连接，+12.6V电源通过采样电阻R6与照明灯组的正极连接，LED驱动芯片U3的DIM端与主控芯片的LIGHT_PWM引脚连接，LED驱动芯片U3的DIM端与地之间连接有电阻R7。

8.根据权利要求1所述的适用于触摸感应控制电机的风扇控制电路，其特征是：所述的电机驱动模块包括摇头模块和风机模块，摇头模块包括电容C15、二极管D10、MOS管U5、电阻R3和电阻R22，电容C15和二极管D10并联连接在摇头电机正极和负极之间，MOS管U5的源极接地，MOS管U5的漏极与摇头电机负极连接，MOS管U5的栅极通过保护电阻R3与主控芯片的SWING_PWM控制引脚连接，MOS管U5的栅极与MOS管U5的源极之间连接有下拉电阻R22；风机模块包括风机接口J5、电容C2、电容C8、二极管D12、电阻R16、电阻R38、电阻R17和电阻R25，电容C2、电容C8和二极管D12并联连接在+12.6V电源和地之间，风机接口J5的电源线通过二极管D12与+12.6V电源连接，电阻R16和电阻R38串联连接在+12.6V电源和地之间，电阻R16和电阻R38的公共端与主控芯片的FAN_SPEED_FB端连接，电阻R16和电阻R38的公共端还与风机接口J5的FB引脚连接，电阻R17连接在风机接口J5的PWM引脚和主控芯片的FAN_PWM端连接，电阻R25连接在风机接口J5的PWM引脚与地之间，风机接口J5的GND端接地。

9.根据权利要求1所述的适用于触摸感应控制电机的风扇控制电路，其特征是：所述的电源模块包括降压模块和低功耗模块，降压模块采用降压芯片U2，低功耗模块包括MOS管U8、电阻R32、电阻R33、三极管U9、电阻R34和电阻R35，MOS管U8的源极与输入电源端连接，MOS管U8的漏极与输出电源端连接，MOS管U8的栅极通过电阻R33与三极管U9的集电极连接，三极管U9的发射极接地，三极管U9的基极通过电阻R35与主控芯片的MOS_CONTROL端连接，三极管U9的基极与三极管U9的发射极之间连接有电阻R34，MOS管U8的源极与MOS管U8的栅极之间连接有电阻R32。

10.根据权利要求1所述的适用于触摸感应控制电机的风扇控制电路，其特征是：所述的主控模块的数据端上还连接有串口输入/输出模块。

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