专利名称：用弹片式压力开关的智能节能电热毯及其温度控制方法
技术领域：
本发明涉及一种电热毯，特别涉及一种用弹片压力丌关矩阵触点通过CPU 控制的智能节能电热毯。
背景技术：
世界能源紧缺已经是个全世界各个领域关注很多年的话题了 ，各国众多科学 家也在致力于能源节约的研究。以往节能降耗都比较重视企业行为，对普通百姓 生活中的节能降耗关注得比较少，但节能降耗与每个人的生活都密切相关，尤其 因为民用品以其极大的使用基数和使用时间上的持续性，使之对资源的使用节约 与否有极大的影响.。提高节能意识，使用节能产品，参与节能行动，让人人成 为节能降耗的主角，以小我的节约促成全社会的节能显的刻不容缓了。而民用电 又在民用能源消耗中占了很大的比重，电热毯作为很多人生活中常用的电驱设 备，由于其被使用的基数大，时间长，从而成为耗电的重要组成部分。
根据中国人口普查公告数据，"截止2005年11总人口为130628万人，中国 共有家庭户39519万户，平均每个家庭户的人口为3.13人"，保守计算，如果按 总人数的百分之十使用电热毯，依据GB4706.1 — 1998《家用和类似用途电器的 安全第一部分通用要求》和GB4706.8—2003《家用和类似用途电器的安全电 热毯、电热垫及类似柔性发热器具的特殊要求》的标准，普通单人毯功率60W, 双人毯120瓦，按平均一年每毯工作6X 100个小时计算，则每年全国用在家庭 民用电热毯上的电量为470260.8万千瓦/时。但是实际使用过程中，比如以双人 毯150mmX 160mm的规格尺寸为例，不可能毯面所有铺有发热丝的角落都有利 用。事实上是有很大一部分发热丝的能量没有利用到，处于做无用功的状态，被 白白浪费掉。如申请号为98231827，申请日为19981216，名称为"分体式节能 电热毯"的一种中国专利公开的装置，其虽然将毯面分开几部分独立控制，但仍 然没有避免边缘浪费能源的问题，而且其不能实现智能自动控温，需要手动调节， 增加了使用的麻烦。
发明内容
为了克服普通电热毯浪费电能及现在某些虽能分块控制，但尚不能智能控制 各片温度的电热毯的缺点，本发明提供一种用弹片式压力开关的智能节能电热毯 及其温度控制方法。
本发明的技术方案是 一种用弹片式压力开关的智能节能电热毯包括毯面 层、毯底层，发热丝，其特点是，在电热毯内部按矩阵排列置有多个簧片式压力 开关，并使其与发热丝无交点，所述的多个弹片式压力开关一端和5V的直流电 源连接，另一端和单片机控制电路相连接并经电阻接地，单片机控制电路输出口 和相应矩阵的发热控制电路连接；根据矩阵中弹片式压力开关的闭合的组合驱动 发热丝工作。
一种用弹片式压力开关的智能节能电热毯的温度控制方法，其特征在于，电 热毯的温度控制方法的步骤为
1. 将热丝按排成多列矩阵，并在所述的发热丝按排成多列矩阵中自上而下 的安置多个弹片式压力开关，并使其与发热丝无交点；各个弹片式压力开关一端 和5V的直流电源连接，另一端和单片机控制电路相连接，单片机控制电路输出 和相应矩阵的发热控制电路连接；根据矩阵中担片式压力开关的闭合的组合驱动 发热丝工作；
2. 使单片机控制电路处于自动功能状态下，当没有任何一个压力弹片受足 够压力闭合，则单片机控制电路驱动所有发热片发热，这样可以兼容普通毯的功 能和某些使用者的在睡觉前先预热床铺的习惯，通过定时控制单元定时4小时， 是当连续4小时单片机控制电路没有接收到来自任何一点闭合时输出的高电平，
则所有发热线自动断电；
3. 使单片机控制系统处于手动控制状态下，电热毯各区同时全部发热，使 用时相当于普通电热毯，但具有安全节能作用，其特点在于为了防止用户起床后 忘记关掉电热毯的情况，CPU通过定时控制单元定时12小时，当连续通电12 小时后电热毯自动断电，这样就消除了忘记关电热毯给用户带来的安全隐患，给 用户生活带来安全保障；
4. 当至少有一个弹片式压力开关闭合时，根据矩阵中弹片式压力开关的状 态组合经单片机控制程序判断后，控制系统输出控制信号驱动相应的发热丝工
作。
所述的弹片式压力开关包括上盖和底盘，底盘固定在毯底层上，相对于底盘 的中心两侧彼此分割开固有两金属导电片，所述的两金属导电片接有导线，上盖 和底盘由弹性的片状绝缘材料制成，在上盖的中心贴有一金属导电片。 所述的单片机控制电路由单片机、时钟电路、复位电路连接而成。 所述的发热控制电路主要由双向可控硅控制开关及电热丝组成。 所述的发热丝按排成多列矩阵，它们相对独立工作，并在所述的发热丝按排 成多列矩阵中自上而下的安置弹片式压力开关，并使其与发热丝无交点。
本发明的有益效果是由于是由身体的压力使置于电热毯内的弹片式压力开 关的闭合的组合通过单片机控制系统实现智能控温，在满足使用者使用正常要求 的前提下最大可能的节省电能。装置结构简单，可靠性高，智能化高。
图1为用弹片式压力开关的智能节能电热毯；
图2为弹片式压力开关结构示意图3为弹片式压力开关结构俯视图4为弹片式压力开关在电热毯上布局示意图5为单片机控制电路图6为弹片式压力开关电路图7为发热控制电路图8为控制程序流程图。
本发明的基本原理
本发明建立在以形变很小的倒钟型压力弹片触点作为压力开关的基础上工 作。在电热毯的毯内部装有多个弹片式压力开关。该弹片式压力开关的结构包括 上盖和底盘，底盘固定在毯底层上。底盘固定于电热毯底层。上盖从上垂直向下 看形如向日葵，受到压力的情况下产生弹性变形。其韧性和弹性经实际测试可以 满足当人体压在上面时与地盘上的几何中心接触。在上盖的几何中心贴有导电金 属片，底盘的几何中心对应位置彼此分割开固有两金属导电片，其两侧连接有导 线，当上盖内的金属导电片和底盘上的两金属导电片闭合相贴时，该路导通。此
时弹片开关高度共2mm，而且由于设计的外形为扁平钟型，所以不会对使用者 带来任何不适感。其作用为传感开关量，各个弹片相对独立工作。当弹片受压时 闭合，则该支控制电路闭合，送出5V高电平给单片机进行数据处理；当弹片上
的压力小于阈值电压，则送出低电平OV给CPU。根据多个弹片式压力开关闭合
组合，通国CPU进行智能判断处理也即是指该装置的智能控温方法，即当有
某些矩阵点闭合而有些没有闭合时，通过CPU的智能判断可以按照程序的要求
驱动相应的发热丝工作。
具体实施例方式
一种用弹片式压力开关的智能节能电热毯包括毯面层、毯底层，发热丝，其 特点是，在电热毯内部按矩阵排列置有多个弹片式压力开关。所述的弹片式压力
开关如图2、图3所示，它包括上盖1和底盘2，底盘2固定在毯底层上，相对 于底盘2的中心两侧彼此分割开固有两金属导电片4，所述的两金属导电片4接 有导线，上盖和底盘由弹性的片状绝缘材料制成，在上盖1的中心贴有一金属导 电片3，图3上5为导线穿孔，6为缝线孔。本实施例以以单人毯80mmX150mm 的规格为例，如图4所示，将其发热线按矩阵排布分成五列，它们相对独立工作。 在第二，第三，第四列自上而下的相应位置装有所述六个弹片式压力开关，分别 记为A，B，C，D,E，F，并使其与发热丝无交点。当其某些点闭合时就将高电平信号 送单片机控制系统进行判断处理，根据采样得到的P 口高电平信号，驱动相应矩 阵列发热电路，当其未闭合时送低电平到单片机控制系统，单片机控制系统控制 该片发热电路断开。如图6所示，6个弹片式压力开关SA、 SB、 SC、 SD、 SE、 SF —端和5V的VCC直流电源连接，另一端与单片机控制电路相连接并分别经 相应的电阻RA、 RB、 RC、 RD、 RE和RF后接地，当S2向上闭合时，P0.6为 低电平，此时电热毯进入自动智能控制状态，当S2向下闭合时，P0.6为高电平， 此时电热毯进入全热的普通电热毯手动安全控制状态。当压力弹片SA断开时， PO.O为低电平，当SA闭合时PO.O变为高电平，其他压力弹片和SA的作用一样， 同理相对应的PO 口电平随着开关的闭开发生变化。通过单片机的智能判断，单 片机控制电路输出和相应矩阵的发热控制电路连接；根据矩阵中弹片式压力开关 的闭合的组合驱动发热丝工作。
所述的智能判断处理是指该装置的智能温度控制方法，即当有某些矩阵点 闭合而有些没有闭合时，通过单片机的智能判断可以按照软件程序的要求驱动相
应的发热丝工作。以单人毯80mmX 150mm的规格为例，具体描述如下在自 动功能状态下，当没有任何一个压力弹片受足够压力闭合，则CPU驱动所有发 热片发热，这样可以兼容普通毯的功能和某些使用者的在睡觉前先预热床铺的习 惯。通过定时控制单元定时4小时，当连续4小时CPU没有接收到来自任何一 点闭合时输出的高电平，则所有发热线自动断电，保证安全和节能。自动功能的 所有程序流程及毯面示意如图4和图8所示。通过实际统计测试，用概率分布的 所有可能及实际使用过程中的各种可能情况，制定判断规则，最大程度满足使用 者的各种睡觉姿势时的毯面相应片能够发热，不会对使用者带来不舒适感，在此 基础上，尽最大可能的节能。图6中的S2是一个可供用户选择手动或自动控制 的开关，当用户使用手动功能时，电热毯各区全部发热，并且定时器监控其工作， 当连续工作十二小时，则发热电路自动关闭，极大程度上保证使用安全和节能。 具体的程序流程由图8所示，l代表高电平，O代表低电平。ABCDEFG分别表 示P0.0-P0.6的电平，程序流程图说明如下
当G=l，即P0.6为高电平时，程序转入手动智能安全状态控制子程序，12345 区都发热并且定时器开始计时，当达到程序设定的12小时后，12345区全部关 闭，起到安全和节能作用。
当G=0，即P0.6为低电平时，程序转入自动控制节能状态，然后顺序判断A、 B、 C、 D、 E、 F各电平的高低。判断A时，根据高低电平分为两个子程序，在 各子程序中再判断B电平的高低，再次分为两个判断C电平的子程序，依次类 推。例如当A=1，B=1,D=1时，123区发热并且程序返回到判断A电平；当 A=0,B=1,C=0时，123区发热并且程序返回到判断A电平；当 A=1,B=1,C=0,D=0,E=0,F=1时，345区发热并且程序返回到判断A电平；当 ABCDEF全为低电平时，12345区全部发热，并且计时器开始工作，然后程序返 回到判断A电平。当ABCDEF连续4小时都为低电平时，计时器产生中断脉冲， 12345区全部关闭。起到智能安全节能作用。
由图1所示，本发明的控制系统由弹片式压力开关电路、单片机控制系统、 发热控制电路、定时器控制单元、复位电路和时钟电路组成。由图5所示，单片 机控制电路由时钟电路7、单片机8和复位电路9连接而成。时钟电路中XTAL 为晶振产生器，微调电容C1、 C2构成内部震荡，产生频率为12MHZ的时钟脉 冲，由XTAL1， XTAL2引脚接入单片机，为单片机提供工作脉冲。单片机8为 89C51,它是ROM型单片机，内涵4KB掩膜ROM，有很大的程序存储空间。 采用40引脚双列直插式封装形式，P0.0-P0.7八个引脚作为数据输入输出口或者 低八位地址输出口， P1.0-P1.7是八位双向输入输出口， P2.0-P2.7是高八位地址 输出口， VCC接+5V直流电源，VSS接地。复位电路9提供了手动复位方式， 摁下开关S1时，二极管D1发亮，电容C3通过电阻R1充电，此时，RST端出 现高电平，当高电平持续20ms以上时，就可使单片机复位。
发热控制电路由图7所示。主要由双向可控硅控制开关及电热丝组成。当对 应的控制P口为高电平时，可控硅导通，控制电热丝开始发热。
权利要求
1.一种用弹片式压力开关的智能节能电热毯，包括毯面层、毯底层，发热丝，其特征在于，在电热毯内部按矩阵排列置有多个弹片式压力开关，并使其与发热丝无交点，所述的多个弹片式压力开关一端和5V的直流电源连接，另一端和单片机控制电路相连接，单片机控制电路输出和相应矩阵的发热控制电路连接；根据矩阵中弹片式压力开关的闭合的组合驱动发热丝工作。
2. 根据权利要求1所述的一种用弹片式压力开关的智能节能电热毯， 其特征在于，所述的弹片式压力开关包括上盖和底盘，底盘固定在 毯底层上，相对于底盘的中心两侧彼此分割开固有两金属导电片， 所述的两金属导电片接有导线，上盖和底盘由弹性的片状绝缘材料 制成，在上盖的中心贴有一金属导电片。
3. 根据权利要求1所述的一种用弹片式压力开关的智能节能电热毯，其特征在于，所述的单片机控制电路由单片机、时钟电路、复位电 路连接而成。
4. 根据权利要求1所述的一种用弹片式压力开关的智能节能电热毯， 其特征在于，所述的发热控制电路主要由双向可控硅控制开关及电 热丝组成。
5. 根据权利要求1所述的一种用弹片式压力开关的智能节能电热毯， 其特征在于，所述的发热丝按排成多列矩阵，它们相对独立工作， 并在所述的发热丝按排成多列矩阵中自上而下的安置弹片式压力开 关，并使其与发热丝无交点。
6. —种用弹片式压力开关的智能节能电热毯的温度控制方法，其特征在于，电热毯的温度控制方法的步骤为1)将发热丝竖直安置成多列矩阵，并在所述的发热丝多列矩阵中自上而下的安置多个弹片式压力开关，并使其与发热丝无交点； 各个弹片式压力开关一端和5V的直流电源连接，另一端和CPU 相连接，并经相对应电阻后接地，CPU输出和相应矩阵的发热控制电路连接；根据矩阵中弹片式压力开关的状态组合经单片 机控制程序判断后，控制系统输出控制信号驱动相应的发热丝 工作；2) 使单片机控制系统处于自动控温状态下，当没有任何一个压力 弹片受足够压力闭合，则CPU驱动所有发热片发热，这样可以 兼容普通毯的功能和某些使用者的在睡觉甜先预热床铺的习 惯，通过定时控制单元定时4小时，是当连续4小时CPU没有 接收到来自任何一点闭合时输出的高电平，则所有发热线自动 断电；3) 使单片机控制系统处于手动控制状态下，电热毯各区同时全部 发热，使用时相当于普通电热毯，但具有安全节能作用，其特 点在于为了防止用户起床后忘记关掉电热毯的情况，CPU通过 定时控制单元定时12小时，当连续通电12小时后电热毪自动 断电，这样就消除了忘记关电热毯给用户带来的安全隐患，给 用户生活带来安全保障；4) 当至少有一个弹片式压力开关闭合时，根据矩阵中弹片式压力 开关的状态组合经单片机控制程序判断后，控制系统输出控制 信号驱动相应的发热丝工作。
全文摘要
本发明公开了一种用弹片式压力开关的智能节能电热毯及其温度控制方法，其特点是，在电热毯内部按矩阵排列置有多个弹片式压力开关，并使其与发热丝无交点，所述的多个弹片式压力开关一端和5V的直流电源连接，另一端和单片机控制电路相连接，单片机控制电路输出和相应矩阵的发热控制电路连接；由单片机控制电路通过弹片式压力开关闭合的组合来控制按矩阵排列的区域加热接通或断开。本发明的有益效果是由于是由身体的压力使置于电热毯内的弹片式压力开关的闭合的组合通过单片机控制系统实现智能控温，在满足使用者使用正常要求的前提下最大可能的节省电能。装置结构简单，可靠性高，智能化高。
文档编号A47G9/02GK101176608SQ20071004784
公开日2008年5月14日 申请日期2007年11月6日 优先权日2007年11月6日
发明者倩 李, 武永胜, 郑明华, 马军山 申请人:上海理工大学