本實(shí)用新型涉及家用電器領(lǐng)域,具體是一種新型空氣凈化、自動清掃一體機(jī)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù):
空氣凈化器又稱“空氣清潔器”、空氣清新機(jī),是指能夠吸附、分解或轉(zhuǎn)化各種空氣污染物(一般包括粉塵、花粉、異味、甲醛之類的裝修污染、細(xì)菌、過敏原等),有效提高空氣清潔度的產(chǎn)品,以清除室內(nèi)空氣污染的家用和商用空氣凈化器為主。空氣凈化器是用來凈化室內(nèi)空氣的家電產(chǎn)品,一般有中央空調(diào)配套空氣凈化裝置和單機(jī)兩類,主要解決由于裝修或者其他原因?qū)е碌氖覂?nèi)、地下空間、車內(nèi)空氣污染問題。由于相對封閉的空間中空氣污染物的釋放有持久性的特點(diǎn),因此使用空氣凈化器凈化室內(nèi)空氣是國際公認(rèn)的改善室內(nèi)空氣質(zhì)量的方法,但對于落在地面上的灰塵,空氣凈化器就無能為力了。
掃地機(jī)器人是為人類服務(wù)的特種機(jī)器人,主要從事家庭地面衛(wèi)生的清潔工作。按照應(yīng)用范圍和用途的不同,掃地機(jī)器人有不同類型,常用類型為吸塵式掃地機(jī)器人,其原理是在進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口之間設(shè)置過濾袋,這種掃地機(jī)器人的清掃率目前多數(shù)低于95%,甚至有些產(chǎn)品使用一段時(shí)間后,還能看見灰塵從出風(fēng)口排出來,造成空氣污染。另外,一般的清掃機(jī)器人不會選擇合理工作時(shí)間,即使家里地面無灰塵落下,機(jī)器人仍然按照設(shè)定的程序重復(fù)清掃,極大的浪費(fèi)了電能。
科研人員測試發(fā)現(xiàn)室內(nèi)灰塵中存在各種各樣的有毒、有害物質(zhì),如重金屬、殺蟲劑,這些物質(zhì)來源于家居產(chǎn)品、玩具、電器等,人們通過呼吸和皮膚接觸等方式暴露于灰塵中,它們能嚴(yán)重影響到人們的身體健康。為減少室內(nèi)灰塵對人體健康的影響,有人研制出一種智能路徑規(guī)劃的清掃空氣凈化兩用機(jī),這種新型的機(jī)器設(shè)計(jì)具有掃除室內(nèi)垃圾和空氣凈化兩大功能,能有效減少室內(nèi)污染,減少空氣的粉塵和有毒氣體,具有減輕家務(wù)勞動強(qiáng)度和保護(hù)人們健康的雙重功能,實(shí)現(xiàn)了清掃凈化過程中的智能化和實(shí)時(shí)監(jiān)控功能;但在空氣凈化、自動清掃的智能協(xié)同控制化上還有待提高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
為解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問題,本實(shí)用新型提供一種智能凈化清掃一體機(jī)控制系統(tǒng),通過以單片機(jī)為核心的控制子系統(tǒng)協(xié)調(diào)智能凈化清掃一體機(jī)各部件的工作,將一體機(jī)的工作參數(shù)發(fā)送給監(jiān)控終端,并接收監(jiān)控終端下發(fā)的控制命令,完成一體機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。
本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種智能凈化清掃一體機(jī)控制系統(tǒng),所述智能凈化清掃一體機(jī)包括掃地機(jī)和空氣凈化器,空氣凈化器設(shè)有滑動門和伸展門;所述智能凈化清掃一體機(jī)控制系統(tǒng)包括控制子系統(tǒng)、人機(jī)交互子系統(tǒng)、監(jiān)控終端及通信模塊;所述控制子系統(tǒng)包括MCU主控制器,以及分別與MCU主控制器連接的PM2.5傳感器、溫濕度傳感器、步進(jìn)電機(jī);所述MCU主控制器與人機(jī)交互子系統(tǒng)連接,并通過通信模塊與掃地機(jī)、監(jiān)控終端連接;所述步進(jìn)電機(jī)與空氣凈化器的滑動門、伸展門連接。
優(yōu)選地,所述通信模塊包括無線模塊和WiFi模塊;所述MCU主控制器通過WiFi模塊與監(jiān)控終端連接,通過無線模塊與掃地機(jī)連接。
優(yōu)選地,所述無線模塊為2.4G無線模塊。
優(yōu)選地,人機(jī)交互子系統(tǒng)包括分別與MCU主控制器連接的按鍵、顯示屏。
優(yōu)選地,所述控制子系統(tǒng)還包括相連接的關(guān)門檢測模塊和霍爾位置傳感器;關(guān)門檢測模塊與MCU主控制器連接,用于檢測霍爾位置傳感器狀態(tài),以判斷空氣凈化器伸展門和滑動門的開關(guān)門狀態(tài)。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
1、通過以單片機(jī)為核心的控制子系統(tǒng),協(xié)調(diào)智能凈化清掃一體機(jī)各部件的工作,將一體機(jī)的工作參數(shù)發(fā)送給監(jiān)控終端,并接收監(jiān)控終端下發(fā)的控制命令,完成一體機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。
2、對空氣凈化器的控制,除了通過手動模式外,還可從監(jiān)控終端經(jīng)WiFi模塊發(fā)送控制信息,實(shí)現(xiàn)開關(guān)機(jī)控制、定時(shí)控制、風(fēng)速控制、童鎖控制和模式控制。
3、通過溫濕度傳感器、PM2.5傳感器檢測室內(nèi)環(huán)境參數(shù),單片機(jī)對所檢測的室內(nèi)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行處理后,將信息實(shí)時(shí)輸出到顯示屏和監(jiān)控終端上進(jìn)行顯示,從而便于用戶實(shí)時(shí)掌握室內(nèi)環(huán)境,通過監(jiān)控終端或按鍵向一體機(jī)下達(dá)控制命令。
4、人機(jī)交互子系統(tǒng)提供用戶與機(jī)器信息交互,用戶可以通過按鍵或WiFi模塊控制空氣凈化器運(yùn)轉(zhuǎn)和進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,同時(shí)在監(jiān)控終端和顯示屏上顯示工作狀態(tài)。
附圖說明
圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2是步進(jìn)電機(jī)的控制電路圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述,但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
實(shí)施例
如圖1所示,本實(shí)用新型包括控制子系統(tǒng)、人機(jī)交互子系統(tǒng)、監(jiān)控終端及通信模塊;控制子系統(tǒng)為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心,負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)一體機(jī)各部件的整體工作狀態(tài),提供人機(jī)交互信息,輸出控制變量,在結(jié)構(gòu)上包括MCU主控制器,以及分別與MCU主控制器連接的PM2.5傳感器(檢測PM2.5粉塵濃度)、溫濕度傳感器(檢測室內(nèi)溫度和濕度)、霍爾位置傳感器、風(fēng)機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、蜂鳴器、LED燈帶、呼吸燈;人機(jī)交互子系統(tǒng)包括分別與MCU主控制器連接的按鍵、顯示屏;通信模塊包括2.4G無線模塊和WiFi模塊,MCU主控制器通過2.4G無線模塊與掃地機(jī)通信,MCU主控制器通過WiFi模塊與監(jiān)控終端通信。
MCU主控制器可采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn),主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集溫濕度傳感器、PM2.5傳感器等環(huán)境數(shù)據(jù),以控制空氣凈化器和掃地機(jī)工作,并將系統(tǒng)的工作參數(shù)發(fā)送給監(jiān)控終端,同時(shí)可以接收監(jiān)控終端發(fā)送的控制命令。因此,MCU主控制器的控制功能決定了系統(tǒng)的性能,它需要實(shí)現(xiàn)的主要功能包括:控制空氣凈化器、滑動門、伸展門、掃地機(jī)等設(shè)備工作,同時(shí)將系統(tǒng)的工作參數(shù)發(fā)送給監(jiān)控終端以及接收監(jiān)控終端發(fā)送的系統(tǒng)參數(shù)閾值及相關(guān)命令,便于對系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。根據(jù)上述要求,MCU主控制器需要實(shí)現(xiàn)的功能主要包括:
1)傳感器數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集:如對室內(nèi)空氣溫濕度傳感器、PM2.5傳感器、霍爾位置傳感器等的數(shù)據(jù)采集。
2)空氣凈化器支持手動控制和WiFi遙控控制,接收監(jiān)控終端通過WiFi模塊傳來的控制信息,實(shí)現(xiàn)開關(guān)機(jī)控制、定時(shí)控制、風(fēng)速控制、童鎖控制和模式控制。并返回空氣凈化器運(yùn)行狀態(tài),如開關(guān)機(jī)、定時(shí)、風(fēng)速、濾網(wǎng)剩余壽命、PM2.5、溫濕度和報(bào)警等信息。
3)根據(jù)按鍵響應(yīng)執(zhí)行相應(yīng)的命令,掃地機(jī)回充、自動清掃開啟和取消命令,睡眠模式、自動模式設(shè)置、打開和關(guān)閉燈帶和指示燈等。
4)將系統(tǒng)信息實(shí)時(shí)輸出到顯示屏進(jìn)行顯示:能夠?qū)?shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù),如溫濕度、PM2.5數(shù)據(jù)進(jìn)行交替顯示。對時(shí)間、風(fēng)速、灰塵累積量、濾網(wǎng)剩余時(shí)間、電池格、手動清掃、童鎖、回充、睡眠、負(fù)離子、自動清掃、自動凈化、靜電吸附、WiFi信號強(qiáng)弱等圖標(biāo)和數(shù)字進(jìn)行顯示的功能。
5)掃地機(jī)遙控控制,進(jìn)行空氣凈化器伸展門控制,釋放掃地機(jī)進(jìn)行自動清掃和停止,掃地機(jī)回充等命令。
各傳感器主要采集環(huán)境信息,包括PM2.5粉塵濃度、室內(nèi)溫濕度等,PM2.5傳感器與作為MCU主控制器的單片機(jī)的UART口連接,單片機(jī)采用串口通訊方式接收各傳感器所采集的數(shù)據(jù)。溫濕度傳感器采用單總線通訊方式的DHT11。關(guān)門檢測模塊檢測霍爾位置傳感器狀態(tài),以判斷空氣凈化器伸展門和滑動門的開關(guān)門狀態(tài)。當(dāng)粉塵濃度大于設(shè)定最大值時(shí),掃地機(jī)開始工作,此時(shí)PM2.5傳感器和空氣凈化器關(guān)閉,當(dāng)掃地機(jī)完成工作進(jìn)行回充后,PM2.5傳感器打開,空氣凈化器根據(jù)PM2.5傳感器測到的室內(nèi)顆粒物濃度智能調(diào)節(jié)風(fēng)速;當(dāng)室內(nèi)空氣質(zhì)量指數(shù)達(dá)到優(yōu)時(shí)??諝鈨艋鞲鶕?jù)顆粒物濃度值間歇性工作。
人機(jī)交互子系統(tǒng)提供用戶與機(jī)器信息交互,用戶可以通過按鍵或WiFi模塊控制空氣凈化器運(yùn)轉(zhuǎn)和進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,同時(shí)在監(jiān)控終端和顯示屏上顯示工作狀態(tài)。風(fēng)機(jī)加速室內(nèi)空氣流動,靜電吸附和負(fù)離子模塊進(jìn)行靜電吸附除塵和空氣凈化。
步進(jìn)電機(jī)設(shè)有8個(gè),用于控制空氣凈化器滑動門、伸展門的打開和關(guān)閉,其中左邊2對電機(jī)用于控制左側(cè)滑動門和伸展門向左運(yùn)動,右邊2對電機(jī)用于控制右側(cè)滑動門和伸展門向右運(yùn)動。開機(jī)時(shí)先打開滑動門,再打開伸展門,釋放掃地機(jī)進(jìn)行地面清潔,當(dāng)掃地機(jī)回充后關(guān)機(jī),先關(guān)閉伸展門,再關(guān)閉滑動門。滑動門、伸展門電機(jī)控制硬件包括7路集成達(dá)靈頓管IC芯片ULN2003A,它采用集電極開路輸出,輸出電流大,故可直接驅(qū)動步進(jìn)電機(jī),采用永磁式步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行單極性驅(qū)動,步距角為90°;以一對開關(guān)門驅(qū)動電機(jī)為例,左右電機(jī)和控制器I/O口的接線如圖2所示,IO1-IO2-IO3-IO4按順序通電,這樣在ULN2003A驅(qū)動下,左電機(jī)通電順序?yàn)锳-B-C-D,轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)動,打開左側(cè)門。由于右電機(jī)驅(qū)動線反接,則右電機(jī)通電順序?yàn)镈-C-B-A,轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動,打開右側(cè)門。若關(guān)門,則I/O的通電順序?yàn)镮O4-IO3-IO2-IO1。
為了控制滑動門和伸展門的打開和關(guān)閉,需要控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動圈數(shù),對應(yīng)滑動門和伸展門打開的角度。為了避免失步,應(yīng)合理設(shè)置換相時(shí)的延長時(shí)間,即電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度??刂撇竭M(jìn)電機(jī)時(shí),首先設(shè)置轉(zhuǎn)數(shù)和延時(shí)時(shí)間,判斷步進(jìn)電機(jī)是否需要正轉(zhuǎn),若正轉(zhuǎn),則按照A-B-C-D相序加電,步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn),若反轉(zhuǎn),則按照D-C-B-A相序加電,步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn),判斷是否達(dá)到指定轉(zhuǎn)數(shù),若到則復(fù)位,步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動,若未到則重復(fù)走步,直到到達(dá)為止。
本實(shí)用新型的智能凈化清掃一體機(jī)是以arm單片機(jī)為核心來控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行,空氣凈化器上電后,首先進(jìn)行系統(tǒng)的初始化,包括對I/O端口、UART通訊、定時(shí)器、看門狗、FLASH、2.4G無線模塊、顯示屏、RTC時(shí)鐘等進(jìn)行初始化,開機(jī)面板閃爍等待開機(jī)。然后監(jiān)測濾芯復(fù)位狀態(tài)并進(jìn)行復(fù)位,進(jìn)行WiFi一鍵配置,掃地機(jī)對碼,檢測開機(jī)電源按鍵是否按下,若按下,則檢測開機(jī)標(biāo)志位,若置位,則關(guān)閉空氣凈化器風(fēng)機(jī),空氣凈化器恢復(fù)到關(guān)機(jī)前狀態(tài),若開機(jī)標(biāo)志位復(fù)位,則關(guān)閉伸展門、掃地機(jī)、呼吸燈等外設(shè),退出睡眠狀態(tài)。若開機(jī)電源鍵未被按下,則檢測過濾網(wǎng)時(shí)間,顯示屏顯示溫濕度值,根據(jù)相應(yīng)標(biāo)志位,執(zhí)行相應(yīng)的控制功能,根據(jù)相應(yīng)的標(biāo)志位控制蜂鳴器,掃地機(jī)遙控,顯示屏狀態(tài)顯示和定時(shí)關(guān)機(jī)等。
本實(shí)用新型根據(jù)按鍵響應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的按鍵背光和顯示屏顯示標(biāo)志,如果電源鍵打開,則響應(yīng)按鍵背光、指示燈、燈帶亮,如果掃地機(jī)回充按鍵按下,則啟動回充,關(guān)閉清掃。否則關(guān)閉回充。如果掃地機(jī)自動清掃開啟,則打開自動清掃功能,否則關(guān)閉自動清掃功能,打開手動清掃。如果是睡眠模式,則睡眠按鍵背光打開,關(guān)閉指示燈和燈帶,調(diào)整風(fēng)機(jī)速度為低速擋,如果門打開,空氣凈化器電機(jī)才開啟。若睡眠模式按鍵沒按下,則關(guān)閉睡眠按鍵背光燈,如果是清掃自動模式,則負(fù)離子開,判斷PM2.5數(shù)值大小,調(diào)整相應(yīng)的風(fēng)機(jī)速度,如不是自動模式,則關(guān)閉自動模式按鍵背光,如果負(fù)離子打開,則負(fù)離子指示燈亮,否則負(fù)離子指示燈滅。根據(jù)風(fēng)速大小點(diǎn)亮相應(yīng)風(fēng)速指示燈。如果童鎖按鍵打開,則相應(yīng)童鎖按鍵背光打開。
上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式,但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制,其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化,均應(yīng)為等效的置換方式,都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。