專利名稱：多功能電風(fēng)扇控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電風(fēng)扇的控制裝置，特別是利用時鐘和溫度控制電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、用戶可自編風(fēng)型、具有多種功能及智能化的電風(fēng)扇控制器。
背景技術(shù)：
電風(fēng)扇是一種廣泛應(yīng)用的家用電器。目前，高性能的電風(fēng)扇多采用微控制器和三抽頭單相調(diào)速電動機(jī)，使電風(fēng)扇具有高、中、低三檔風(fēng)速，以適應(yīng)不同用戶及氣溫變化的要求。采用微控制器的電風(fēng)扇具有多變的風(fēng)類，如常風(fēng)、自然風(fēng)、睡眠風(fēng)等，用電子定時代替機(jī)械定時，從而消除機(jī)械定時的噪聲，提高電風(fēng)扇的性能。采用跌落保護(hù)開關(guān)，使電風(fēng)扇具有跌倒斷電自動停止的保護(hù)作用。與傳統(tǒng)的觸點(diǎn)控制電風(fēng)扇相比較，微控制器控制的電風(fēng)扇具有更優(yōu)良的性能。但是，目前的電風(fēng)扇仍有許多不足之處，主要表現(xiàn)在①電風(fēng)扇的調(diào)速能力不足。電風(fēng)扇僅有高，中，低三檔轉(zhuǎn)速，大氣溫度連續(xù)變化及人體產(chǎn)熱狀況的晝夜變化，電風(fēng)扇不能提供更合適于用戶的風(fēng)速，達(dá)到舒適和節(jié)能的目的。②電風(fēng)扇的風(fēng)速改變由用戶決定，即手動控制，不具備根據(jù)氣溫和時間自動調(diào)節(jié)風(fēng)速的功能。當(dāng)氣溫較高或用戶產(chǎn)熱較大時，用戶必須操作風(fēng)扇，使風(fēng)扇高速運(yùn)行，反之，用戶必須操作風(fēng)扇使風(fēng)扇低速運(yùn)行或關(guān)掉電風(fēng)扇。手動控制的特點(diǎn)使電風(fēng)扇不能為用戶提供優(yōu)良的送風(fēng)服務(wù)，特別是夜間送風(fēng)，用戶入眠后，電風(fēng)扇不能隨氣溫自動調(diào)速轉(zhuǎn)速，造成用戶納涼不足或著涼生病。值得注意的是定時控制不能較好的解決這個問題，因?yàn)橛脩舨荒茴A(yù)見氣溫的變化，設(shè)定的定時時間不能保證良好的控制效果。③電風(fēng)扇不具備感溫能力，氣溫過低時不能自動停止扇風(fēng)并發(fā)出報(bào)警信號，使用戶采取防寒措施。氣溫低于一定程度時，電風(fēng)扇自動停止扇風(fēng)并發(fā)出報(bào)警信號，這是保證用戶健康的重要功能，但目前電風(fēng)扇不具備這個功能，以致大量用戶在使用電風(fēng)扇過程中著涼生病。④電風(fēng)扇沒有防范長時間空轉(zhuǎn)的能力。用戶出門時忘記關(guān)掉電風(fēng)扇，則電風(fēng)扇會長時間空轉(zhuǎn)，造成損失，如風(fēng)扇壽命減短、電費(fèi)等，甚至出現(xiàn)意外事故。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就是為了解決電風(fēng)扇調(diào)速能力不足、不具備隨氣溫和時間自動調(diào)節(jié)風(fēng)速、氣溫過低無自動報(bào)警、長時間空轉(zhuǎn)無防范能力等問題，而研制一種融合時鐘和電子溫控于一起的多功能電風(fēng)扇控制器。本實(shí)用新型還在此基礎(chǔ)上開發(fā)了用戶自編風(fēng)型控制的新功能。
本實(shí)用新型的多功能電風(fēng)扇控制器由操作電路、測溫電路、同步信號電路、電源及上電復(fù)位電路、報(bào)警電路、顯示輸出電路、電機(jī)控制及保護(hù)電路分別與微控制器連接構(gòu)成，其中微控制器是單片機(jī)或其它數(shù)字信息處理裝置；操作電路將按鍵和微控制器連接，通過控制按鍵實(shí)現(xiàn)功能選擇、風(fēng)類選擇、顯示選擇等；測溫電路由測溫元件和多諧振蕩器構(gòu)成；同步信號電路由穩(wěn)壓管、電阻和門電路構(gòu)成；電源及上電復(fù)位電路向整個控制電路供電并向微控制器提供電壓過零信號。
圖1是本實(shí)用新型的多功能電風(fēng)扇控制器的電路原理圖，由操作電路1、測溫電路2、同步信號電路3、電源及上電復(fù)位電路4、顯示輸出電路5、電機(jī)控制及保護(hù)電路6、報(bào)警電路7和微控制器8連接構(gòu)成，各部分的組成和工作原理如下操作電路1，操作電路與微控制器的并行口相連接，它具有七個微動按鍵SW1～SW7，其中SW1為功能選擇按鍵，SW2為風(fēng)級選擇按鍵，SW3為風(fēng)類選擇按鍵，SW4為顯示選擇按鍵，SW5為編程/時按鍵，SW6為導(dǎo)風(fēng)/分按鍵，SW7為暫停按鍵。每個按鍵都有兩種操作方式單點(diǎn)操作和連續(xù)操作。
測溫電路2，測溫電路由測溫元件和多諧振蕩器組成。氣溫變化時，振蕩器的輸出信號的脈沖周期發(fā)生改變。脈沖信號輸入微控制器后，由微控制器實(shí)時測量信號，解算出當(dāng)前氣溫的數(shù)值，用于溫度控制及顯示氣溫。
同步信號電路3，同步信號電路由一個穩(wěn)壓二極管、兩個電阻和一個非門組成，其作用在于電源電壓過零時，產(chǎn)生一個脈沖信號，向微控制器申請中斷，從而使微控制器應(yīng)用分時接通的算法調(diào)節(jié)電風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，提高三抽頭單相電動機(jī)的調(diào)速能力。
電源及上電復(fù)位電路4，直流電源向整個控制電路供電，電源的性能應(yīng)滿足微控制器的要求。交流電源電壓經(jīng)變壓器降壓后，由整流電路整流為直流，向集成穩(wěn)壓電路供電，穩(wěn)壓電路輸出穩(wěn)定的電壓，向整個電路供電。R8C8組成上電復(fù)位電路。當(dāng)電源上電時，R8C8電路向微控制器發(fā)出一個復(fù)位脈沖，使控制程序從初始位置開始運(yùn)行。
顯示輸出電路5，本系統(tǒng)采用動態(tài)顯示，顯示位由P2口低3位輸出，顯示內(nèi)容由P0口輸出。顯示位與譯碼器相連接，經(jīng)譯碼后驅(qū)動晶體管V1～V6，使四個共陽極數(shù)碼顯示器和13個發(fā)光二極管顯示操作狀態(tài)和有關(guān)數(shù)據(jù)。
電機(jī)控制及保護(hù)電路6，風(fēng)扇電動機(jī)采用三抽頭單相調(diào)速電動機(jī)，導(dǎo)風(fēng)電動機(jī)采用單相同步電動機(jī)。風(fēng)扇電動機(jī)各抽頭的通斷由雙向晶閘管TL、TM、TH控制，導(dǎo)風(fēng)電動機(jī)由TD控制。風(fēng)扇電動機(jī)和導(dǎo)風(fēng)電動機(jī)經(jīng)跌落開關(guān)后與電源連接，使電風(fēng)扇無意跌落時自動停止扇風(fēng)和導(dǎo)風(fēng)。由于風(fēng)扇跌落后僅切斷電動機(jī)的電源，并沒有切斷控制電路的電源，因此，風(fēng)扇扶正后，立即按原有的狀態(tài)運(yùn)行，不必重新操作。
報(bào)警電路7，微控制器的報(bào)警聲音信號從P1.7端輸出，經(jīng)過反相器隔離放大后驅(qū)動單管放大電路，使蜂鳴器HA發(fā)出報(bào)警信號或鬧鐘、報(bào)時的聲音。
針對目前電風(fēng)扇的調(diào)速能力不足，本實(shí)用新型采用分時接通的調(diào)速方法，使三抽頭單相電動機(jī)具有四十二檔轉(zhuǎn)速的能力，提高了電風(fēng)扇的調(diào)速性能，其工作原理如下三抽頭單相電動機(jī)有高速抽頭、中速抽頭、低速抽頭三個調(diào)速抽頭，當(dāng)TH導(dǎo)通時，電動機(jī)的高速抽頭和電源連通，電動機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，同樣，TM導(dǎo)通時，電動機(jī)中速運(yùn)轉(zhuǎn)，TL導(dǎo)通時電動機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)。設(shè)調(diào)速周期Ts＝16T(T為電源周期)，低速調(diào)速時，在調(diào)速周期內(nèi)不接通任何一個晶閘管，則電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為零。調(diào)速周期內(nèi)全接通TL，則電動機(jī)低速運(yùn)行，如果在調(diào)速周期內(nèi)，N個電源周期接通TL(0≤N≤16)，其他周期不接通，那么，在電動機(jī)的低速下可獲得16檔更低的轉(zhuǎn)速。同理，中速調(diào)速時，在16個電源周期內(nèi)，N個周期接通TM，(16-N)個周期接通TL，那么在電動機(jī)低速和中速之間又可獲得16檔轉(zhuǎn)速。同樣，在中速和高速之間可獲得16檔轉(zhuǎn)速。由此可見，采用分時接通的方法可使三抽頭單相電動機(jī)具有四十八檔轉(zhuǎn)速。分時接通的調(diào)速方法已得到實(shí)驗(yàn)證實(shí)。由于低速調(diào)速中接通比例較小時，電風(fēng)扇的風(fēng)速過低，不能正常送風(fēng)，故本實(shí)用新型僅取較高的四十二檔轉(zhuǎn)速。
本實(shí)用新型采用微控制器控制，結(jié)合電子測溫和電腦時鐘，使電風(fēng)扇具有感溫的能力和識別時間的能力，實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速隨氣溫和時間自動調(diào)節(jié)的功能，同時具備氣溫過低自動報(bào)警和長時間空轉(zhuǎn)自動停止保護(hù)，使電風(fēng)扇智能化。另外，本實(shí)用新型還具有氣溫?cái)?shù)字顯示、時鐘、鬧鐘、整點(diǎn)報(bào)時等多種功能。
本實(shí)用新型的多功能電風(fēng)扇控制器具有三種主要功能時鐘控制、溫度控制和用戶自編風(fēng)型控制，分別簡稱鐘控、溫控和程控。鐘控要求電風(fēng)扇的風(fēng)速能隨時間變化而變化，溫控要求電風(fēng)扇的風(fēng)速隨氣溫變化而變化，程控要求電風(fēng)扇的風(fēng)速隨用戶自編風(fēng)型而變化。鐘控和溫控都具有三種風(fēng)類，即定級風(fēng)、隨機(jī)風(fēng)和周期風(fēng)，每種風(fēng)類下設(shè)三個風(fēng)級，即弱風(fēng)、中風(fēng)和強(qiáng)風(fēng)。時鐘和溫度對風(fēng)速的控制如下列公式
定級風(fēng)S＝CD(i)*RATE(i＝0，1，2)隨機(jī)風(fēng)S＝CS(i)*RND*RATE(i＝0，1，2)周期風(fēng)S＝CZ(i，j)*RATE(i＝0，1，2；j＝0，1，2，……，n)其中，S為轉(zhuǎn)速，RND為隨機(jī)函數(shù)，CD(i)為定級風(fēng)常定值，i表示風(fēng)級(i＝0表示弱風(fēng)，i＝1表示中風(fēng)，i＝2表示強(qiáng)風(fēng))(下同)，CS(i)為隨機(jī)風(fēng)常定值，CZ(i，j)為周期風(fēng)常定矩陣，RATE為調(diào)制比率。當(dāng)RATE為鐘控調(diào)制比率時，反映時鐘對風(fēng)速的自動控制，當(dāng)RATE為溫控調(diào)速比率時，反映溫度對轉(zhuǎn)速的控制。設(shè)計(jì)溫控調(diào)制比率與氣溫的對應(yīng)關(guān)系時，應(yīng)以人體的產(chǎn)熱散熱模型為根據(jù)，結(jié)合不同類型的用戶的生理特征進(jìn)行計(jì)算，使溫控適合人體的要求；設(shè)計(jì)鐘控調(diào)制比率與時間的對應(yīng)關(guān)系時，除考慮不同類型用戶的生理特征外，還要考慮產(chǎn)品使用地域的典型夏季日氣溫變化的規(guī)律。調(diào)制比率是反映時鐘和溫度對電風(fēng)扇自動控制的重要數(shù)據(jù)，各類型的電風(fēng)扇應(yīng)精心設(shè)計(jì)鐘控調(diào)制比率和溫控調(diào)制比率，才能真正體現(xiàn)本實(shí)用新型的優(yōu)越性能。鐘控和溫控程序流程圖如圖2所示。程序中，鐘控調(diào)制比率固化于0746H～0776H單元中，溫控調(diào)制比率固化于0780H～07A7H單元中。鐘控調(diào)制比率和溫控調(diào)制比率由專門的子程序計(jì)算，分別記錄于RAM中44H和43H單元，鐘控和溫控程序直接采用這兩個數(shù)據(jù)。
本實(shí)用新型的多功能電風(fēng)扇控制器具有用戶自編風(fēng)型控制的功能，用戶可以根據(jù)自己的喜愛制造風(fēng)型，然后電風(fēng)扇重現(xiàn)用戶的風(fēng)型。本實(shí)用新型采用記錄的方法生成用戶自編的風(fēng)型，當(dāng)用戶選擇自編風(fēng)型狀態(tài)時，微控制器自動記錄用戶操作的風(fēng)級和時間，存貯在RAM特定的區(qū)域里，編程結(jié)束后，微控制器保存用戶的風(fēng)型記錄(直到用戶再編風(fēng)型)，當(dāng)用戶選擇程控時，電風(fēng)扇自動按原有的風(fēng)型記錄運(yùn)行，復(fù)現(xiàn)用戶自編的風(fēng)型。在微控制器的RAM中用于記錄用戶風(fēng)型的區(qū)間為50H～7FH，共48個單元，風(fēng)型記錄采用8位數(shù)據(jù)，運(yùn)行時間用5位表示，每單位表示1S，故每單元最長可記錄31S，最長自編風(fēng)型時間為24分鐘。用戶自編風(fēng)型時，風(fēng)扇不受過低溫保護(hù)的控制，因此用戶可采用自編風(fēng)型使電風(fēng)扇在氣溫較低時運(yùn)行。
本實(shí)用新型由于引入電子測溫和電腦時鐘，使電風(fēng)扇具有氣溫過低自動報(bào)警和長時間空轉(zhuǎn)自動停止保護(hù)。根據(jù)各類型用戶的人體產(chǎn)熱散熱模型，計(jì)算出報(bào)警臨界氣溫(白天、夜晚各不相同，固化于程序中077EH和077FH單元之中，當(dāng)微控制器實(shí)時測得的氣溫小于或等于報(bào)警臨界氣溫時，電風(fēng)扇自動停止扇風(fēng)、導(dǎo)風(fēng)，使過低溫度指示發(fā)光二極管發(fā)亮，并發(fā)出報(bào)警信號，使用戶采取防寒保暖的措施，保護(hù)用戶的健康，這是本實(shí)用新型的另一個重要特征。過低溫報(bào)警時間長達(dá)2分鐘，2分鐘之后自動停止報(bào)警，2分鐘之內(nèi)如用戶清醒，只要按下任何按鍵，微控制器即可確認(rèn)用戶已清醒，自動停止報(bào)警。另外，為了防止用戶出門時忘記關(guān)閉電風(fēng)扇，以致電風(fēng)扇長時間運(yùn)轉(zhuǎn)造成損失，本實(shí)用新型開發(fā)了長時間空轉(zhuǎn)自動停止的保護(hù)功能。白天期間，電風(fēng)扇從最后一次操作起連續(xù)運(yùn)行3～4小時后(連續(xù)運(yùn)行期間無任何操作)，微控制器將認(rèn)為電風(fēng)扇已無人看管，自動停止扇風(fēng)、導(dǎo)風(fēng)，并顯示長時間空轉(zhuǎn)自動停止保護(hù)的標(biāo)志。用戶需用電風(fēng)扇時，按下任何按鍵，電風(fēng)扇將自動恢復(fù)運(yùn)行。長時間空轉(zhuǎn)自動停止保護(hù)僅在白天期間(6點(diǎn)～22點(diǎn))起作用，夜晚期間不設(shè)該保護(hù)。
本實(shí)用新型除了具有上述主要功能和特征外，由于采用了微控制器，使電風(fēng)扇具有多種附加的功能，如時鐘顯示、溫度顯示、鬧鐘、整點(diǎn)報(bào)時等，使電風(fēng)扇集時鐘、溫度計(jì)于一身，一物多用。時間、溫度、設(shè)定鬧鐘值都通過數(shù)碼顯示器顯示，用戶可以通過顯示選擇按鍵使數(shù)碼顯示器顯示所需要的數(shù)值。當(dāng)顯示時間和設(shè)定鬧鐘值時，可以通過分或時按鍵校正時鐘或設(shè)定鬧時值。鬧鐘除零點(diǎn)零分外，全天侯工作，即時鐘值和鬧時值相等時，電風(fēng)扇發(fā)出鬧鐘信號，喚醒用戶，不必?fù)?dān)心舒適的風(fēng)會使用戶忘記時間。整點(diǎn)報(bào)時僅在白天期間(6點(diǎn)～22點(diǎn))工作，碰整點(diǎn)報(bào)時，夜晚期間，為了不打擾用戶睡眠，不予整點(diǎn)報(bào)時。
控制系統(tǒng)的主程序流程圖如圖3所示。整個控制程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，有利于更改和調(diào)試，程序長度為0000H～07FFH，共2K字節(jié)，其中控制程序占0000H～06FFH，系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)固化于0700H～07FFH，對不同類型用戶的電風(fēng)扇，只需更改系統(tǒng)數(shù)據(jù)即可達(dá)到目的。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果①采用分時接通的調(diào)速方法使三抽頭單相交流電動機(jī)具有四十二檔轉(zhuǎn)速，使電風(fēng)扇能提供更適合于用戶的風(fēng)速。②引入電子測溫和電腦時鐘，使電風(fēng)扇能夠按時間和溫度自動調(diào)節(jié)風(fēng)速。③開發(fā)電風(fēng)扇的用戶自編風(fēng)型控制的新功能，增加電風(fēng)扇的趣味性。④具有氣溫過低自動報(bào)警和長時間空轉(zhuǎn)自動停止保護(hù)。⑤融合溫度計(jì)、時鐘、電風(fēng)扇于一身，具有多種用途的功能。


圖1為多功能電風(fēng)扇控制器電路原理圖；圖2為時鐘控制和溫度控制子程序流程圖；圖3為控制系統(tǒng)主程序流程圖。
具體實(shí)施方式
按圖1繪制印刷電路板，并篩選適當(dāng)?shù)碾娮釉M(jìn)行安裝。其中風(fēng)扇電動機(jī)不允許轉(zhuǎn)子軸向移動，應(yīng)采用防轉(zhuǎn)子軸向移動的軸承。
產(chǎn)生各類型用戶的系列產(chǎn)品時，應(yīng)根據(jù)人體產(chǎn)熱散熱模型精心計(jì)算控制器使用的數(shù)據(jù)，連同控制程序固化于微控制器內(nèi)，形成本實(shí)用新型所需的微控制器，或由專業(yè)廠家批量生產(chǎn)微控制器。注意，由于人體形態(tài)不斷進(jìn)化，每10年應(yīng)重新確定數(shù)據(jù)。
按有關(guān)要求生產(chǎn)電風(fēng)扇的外殼和有關(guān)機(jī)械部件，組裝成本微控制器控制的多功能電風(fēng)扇，即能實(shí)施本實(shí)用新型。
權(quán)利要求1.一種多功能電風(fēng)扇控制器，其特征在于由操作電路、測溫電路、同步信號電路、電源及上電復(fù)位電路、報(bào)警電路、顯示輸出電路、電機(jī)控制及保護(hù)電路分別與微控制器連接構(gòu)成，其中微控制器是單片機(jī)或其它數(shù)字信息處理裝置；操作電路將按鍵和微控制器連接；測溫電路由測溫元件和多諧振蕩器構(gòu)成；同步信號電路由穩(wěn)壓管、電阻和門電路構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能電風(fēng)扇控制器，其特征在于操作電路與微控制器的并行口相連接，它具有功能選擇按鍵、風(fēng)級選擇按鍵、風(fēng)類選擇按鍵、顯示選擇按鍵、編程/時按鍵、導(dǎo)風(fēng)/分按鍵、暫停按鍵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能電風(fēng)扇控制器，其特征在于測溫電路由測溫元件和多諧振蕩器組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能電風(fēng)扇控制器，其特征在于同步信號電路由一個穩(wěn)壓二極管、兩個電阻和一個非門組成。
專利摘要一種多功能電風(fēng)扇控制器由操作電路、測溫電路、同步信號電路、電源及上電復(fù)位電路、報(bào)警電路、顯示輸出電路、電機(jī)控制及保護(hù)電路分別與微控制器連接構(gòu)成,其中微控制器是單片機(jī)或其它數(shù)字信息處理裝置;操作電路將按鍵和微控制器連接;測溫電路由測溫元件和多諧振蕩器構(gòu)成;同步信號電路由穩(wěn)壓管、電阻和門電路構(gòu)成。本實(shí)用新型引入電子測溫和電腦時鐘,使電風(fēng)扇能夠按時間和溫度自動調(diào)節(jié)風(fēng)速;具有氣溫過低自動報(bào)警和長時間空轉(zhuǎn)自動停止保護(hù)。
文檔編號G05D23/19GK2498794SQ01255778
公開日2002年7月3日 申請日期2001年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月19日
發(fā)明者李漢 申請人:李漢