空调器升降门控制方法、微处理器以及空调器升降门装置制造方法
【专利摘要】本发明适用于家电控制领域，提供了一种空调器升降门控制方法、微处理器以及空调器升降门装置，所述方法包括：根据升降门在升降过程中所需的力矩、运行速度以及升降行程，预置步进电机在启动、运行和停止这三个阶段的控制参数，所述控制参数包括电机驱动方式、单拍脉冲频率以及所需脉冲个数；获取升降门的控制方式，包括上升或者下降；根据所述控制方式调用相应的控制参数，在各个阶段对应输出电机控制命令控制升降门上升或下降。本发明技术方案中，可以通过预置控制参数灵活调节步进电机输出力矩和转速，使得升降门运行平稳，有效地改善启动、运行和停止噪音，另一方面，步进电机控制精度高，可以省去限位开关辅助检测部分，节约了成本。
【专利说明】空调器升降门控制方法、微处理器以及空调器升降门装置
【技术领域】
[0001] 本发明属于家电控制领域，尤其涉及一种空调器升降门控制方法、微处理器以及 空调器升降门装置。
【背景技术】
[0002] 传统空调器升降门采用同步电机驱动，通过继电器控制同步电机通电时序实现电 机正反转，同时匹配光电开关以实现限位和位置判断检测，完成控制升降门升降动作，比如 一中国专利(专利号为CN101413708B)公开了一种滑动门控制装置及方法，需要限位开关辅 助检测滑动门运行位置，并通过设定多个预留时间以确保滑动门完全关闭和打开。
[0003] 现有的空调器升降门装置采用了同步电机，输出力矩通常都是不变的，在实际运 行过程中，由于升降门在启动、运行和停止阶段中所需的力矩不同，特别是在启动和停止阶 段时所需的力矩比较大，这样使得升降门工作不平稳、工作噪音大。特别的，当同步电机输 入电压较低时，输出力矩不足以控制升降门动作，由于同步电机输出力矩不可调节，从而导 致在低电压时升降门可能无法正常动作。再者，现有的空调器升降门装置还采用限位开关 辅助检测升降门运行位置，由于位置信号判段精准度差，使得升降门运行速度波动大、运转 不平稳，而且运行时间难以掌控，进一步加剧了升降门在启动和停止阶段时的噪声。
【发明内容】
[0004] 鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种空调器升降门控制方法、微处理器以 及空调器升降门装置，旨在解决现有传统空调器升降装置的启动和运行噪音大、运行不平 稳、运行速度和力矩不可调节、成本高、易受电磁干扰的技术问题。
[0005] -方面，本发明中空调器的升降门的上升和下降都分为启动、运行和停止三个阶 段，所述升降门由步进电机驱动，所述空调器升降门控制方法包括：
[0006] 根据升降门在升降过程中所需的力矩、运行速度以及升降行程，预置步进电机在 启动、运行和停止这三个阶段的控制参数，所述控制参数包括电机驱动方式、单拍脉冲频率 以及所需脉冲个数；
[0007] 获取升降门的控制方式，包括上升或者下降；
[0008] 根据所述控制方式调用相应的控制参数，在各个阶段对应输出电机控制命令控制 升降门上升或下降。
[0009] 另一方面，所述微处理器包括：
[0010] 控制参数预置单元，用于根据升降门在升降过程中所需的力矩、运行速度以及升 降行程，预置步进电机在启动、运行和停止这三个阶段的控制参数，所述控制参数包括电机 驱动方式、单拍脉冲频率以及所需脉冲个数；
[0011] 控制方式获取单元，用于获取升降门的控制方式，包括上升或者下降；
[0012] 控制命令执行单元，用于根据所述控制方式调用相应的控制参数，在各个阶段对 应输出电机控制命令控制升降门上升或下降。
[0013] 最后，所述空调器升降门装置包括：
[0014] 步进电机、安装于步进电机轴上的齿轮、与所述齿轮相啮合的齿条、用于定位齿条 的导轨、由齿条支撑并与之传动连接的升降门，所述步进电机顺次连接有电机驱动芯片和 所述微处理器。
[0015] 本发明技术方案中，用步进电机代替了现有的同步电机，首先根据升降门在升降 过程中所需的力矩、运行速度以及升降行程，预先设置步进电机在启动、运行和停止这三个 阶段的控制参数，包括电机驱动方式、单拍脉冲频率以及所需脉冲个数等，其中电机驱动方 式和单拍脉冲频率决定了步进电机输出力矩和转速，因此可以通过预置控制参数灵活调节 步进电机输出力矩和转速，使得升降门运行平稳，有效地改善启动、运行和停止噪音，并且 由于步进电机在没接收到一个脉冲转过一个步距角，相对于同步电机，步进电机控制精度 高，具有较强抗外界电磁干扰能力，因此可以省去传统空调器升降门装置中限位开关辅助 检测部分，节约了成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1是本发明第一实施例提供的空调器升降门控制方法的流程图；
[0017] 图2是步进电机四相双四拍与四相八拍两种驱动方式的力矩-单拍脉冲频率关系 曲线图；
[0018] 图3是空调器升降门的一种上升控制规则示意图；
[0019] 图4是空调器升降门的一种下降控制规则示意图；
[0020] 图5是本发明第二实施例提供的一种微处理器的结构方框图；
[0021] 图6是本发明第三实施例提供的一种空调器升降门装置的结构图。
【具体实施方式】
[0022] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0023] 实施例一:
[0024] 图1示出了本发明第一实施例提供的空调器升降门控制方法的流程，为了便于说 明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。如图所示：
[0025] 本实施例提供的空调器升降门控制方法包括：
[0026] 步骤S101、根据升降门在升降过程中所需的力矩、运行速度以及升降行程，预置步 进电机在启动、运行和停止这三个阶段的控制参数，所述控制参数包括电机驱动方式、单拍 脉冲频率以及所需脉冲个数。
[0027] 本步骤主要实现的是预置控制参数的过程，所述控制参数包括电机驱动方式、单 拍脉冲频率以及所需脉冲个数等，当步进电机选定时，通过设置不同的电机驱动方式和单 拍脉冲频率就可以决定电机的转速和输出力矩，升降门在升降过程分为启动、运行和停止 这三个阶段，通常在启动和停止阶段需要满力矩足够大、低转速、运转平稳、低噪音的要求， 在运行阶段需要满足力矩较大、较快速度的要求，为了实现上述需求，需要设置升降过程中 不同阶段对应的电机驱动方式和单拍脉冲频率，本实施例不限定各个阶段具体的电机驱动 方式和单拍脉冲频率，只要是满足升降门在升降过程中所需力矩、运行速度以及升降行程 的需求即可，所述电机驱动方式包括四相四拍、四相双四拍、四相八拍等。
[0028] 作为一种优选实施方式，本实施例中，在预置控制参数时，步进电机在启动、运行 和停止这三个阶段电机驱动方式分别为四相八拍、四相双四拍和四相八拍。
[0029] 下面通过图2示出的步进电机四相双四拍与四相八拍两种驱动方式的力矩-单拍 脉冲频率关系曲线进行具体分析，图中线X表示四相双四拍的力矩-单拍脉冲频率关系曲 线，线Y表示四相八拍的力矩-单拍脉冲频率关系曲线。
[0030] 步进电机角速度与单拍脉冲频率的关系式如下：
[0031] 步进电机角速度=360*单拍脉冲频率/(减速比*极对数*驱动拍数）
[0032] 其中驱动拍数等于4 (四相双四拍）或8 (四相八拍)，角速度即步进电机的运行速 度，对相同的步进电机，减速比、极对数是固定值。通过分析图2,我们发现步进电机具有以 下特性：
[0033] (1)对于相同角速度，四相双四拍比四相八拍的力矩大
[0034] 在点2处，驱动方式为四相双四拍驱动，单拍脉冲频率为，角速度Wl=360*fl/(减 速比* 6*4)，力矩为Tb ;
[0035] 在点4处，驱动方式为四相八拍驱动，单拍脉冲频率为f4,角速度W2=360*f4/ (减 速比*6*8)，力矩为Tc ;
[0036] 当设定f4=2*f\时，可保证四相双四拍和四相八拍两种方式具有相同角速度，从图 中可以看出四相双四拍比四相八拍的力矩大，即：Tb>Tc。
[0037] (2)相同单拍脉冲频率，四相双四拍比四相八拍的角速度大，转矩小
[0038] 在点2处，驱动方式为四相双四拍驱动，单拍脉冲频率fl，力矩为Tb ;
[0039] 在点1处，驱动方式为为四相八拍驱动，单拍脉冲频率fl，力矩为Ta ;
[0040] 从图中可看出，相同单拍脉冲频率Π 时，四相双四拍的力矩小于四相八拍的力 矩，即Tb < Ta，另外根据步进电机角速度与单拍脉冲频率的关系式可知四相双四拍比四相 八拍的角速度大。
[0041] 在预置控制参数时，需要结合实际负载的重量、运行噪音要求、升降运行速度、所 需拖动力矩等要素。假若在满足实际负载力矩和速度的前提下，选取点2和点4可以符合 要求，本实施例可以通过图2的曲线特性以及上述特性（1)、特性（2)进一步优化设置控制 参数，具体如下：
[0042] 由于在启动和停止阶段需要足够大的启动力矩并且要求运转平稳、低噪音，点1 与点2相比，角速度慢、力矩大、运转更平稳，因而选取点1取代点2,性能更优，即在启动和 停止阶段将电机驱动方式设置为四相八拍，单拍脉冲频率设置为Π ;
[0043] 由于在运行阶段需要较大力矩和较快角速度，假设图2中转矩Tc为步进电机在运 行阶段需要的最小力矩，点5与点4相比，力矩相等，角速度较快，若点5沿曲线向右移动， 速度加快，但力矩减小，不能满足力矩要求，点2与点5相比，力矩较大，但角速度较慢，为此 为了满足在运行阶段的力矩和角速度要求，可以选取点2和点5之间的点3作为运行阶段 的位置点来取代点4,即在运行阶段将电机驱动方式设置为四相双四拍，单拍脉冲频率设置 为f2,根据实验，f2通常选取范围为fl〈f2〈l. 8Π 。
[0044] 综上，作为一种优选的控制参数预置方式，在上升过程中，启动和停止阶段对应的 电机驱动方式设置为四相八拍，单拍脉冲频率设置为Π ，在运行阶段对应的电机驱动方式 设置为四相双四拍，单拍脉冲频率设置为f2,且fl〈f2〈l. 8Π 。在确定了电机驱动方式和单 拍脉冲频率后，步进电机输出角速度就确定了，控制参数中的所需脉冲个数则与各个阶段 的升降门的运行行程有关，用各阶段的总行程除以单个脉冲升降门所移动的距离即可，为 了方便描述，通常可以将所需脉冲个数换算成脉冲持续时间t (t=所需脉冲个数/单拍脉 冲频率)。同理在下降过程中，启动和停止阶段对应的电机驱动方式设置为四相八拍，单拍 脉冲频率设置为Π '，在运行阶段对应的电机驱动方式设置为四相双四拍，单拍脉冲频率 设置为，且fl' <f2'〈1.8Π '，进一步作为优选的，fT彡f2，fV彡Π 。
[0045] 步骤S102、获取升降门的控制方式，包括上升或者下降；
[0046] 步骤S103、根据所述控制方式调用相应的控制参数，在各个阶段对应输出电机控 制命令控制升降门上升或下降。
[0047] 在升降门装置的各个阶段的控制参数预置完毕后，获取当前升降门的控制方式， 比如上升或者下降，当为上升时，调用预置的上升过程相应的控制参数，在各个阶段对应输 出电机控制命令控制升降门上升；当为下降时，调用预置的升、下降过程相应的控制参数， 在各个阶段对应输出电机控制命令控制升降门下降。
[0048] 具体的，如图3示出的一种空调器升降门上升控制规则示意图。图中[0, tl]时 间段为启动阶段，驱动方式为四相八拍，单拍脉冲频率为Π ;在tl时刻时，立即转为运行阶 段，即在[tl，t2]时间段内，驱动方式为四相双四拍，单拍脉冲频率为f2,稳定运行，在t2时 刻时，立即转为停止阶段，即在[t2，t3]时间段内，驱动方式为四相八拍，在t3时刻时，升降 门停止运行。如图4示出的一种空调器升降门下降控制规则示意图，图中[0, tl ']时间 段为启动阶段，驱动方式为四相八拍，单拍脉冲频率为，在tl'时刻时，立即转为运行 阶段，即在[tP，t2 ']时间段内，驱动方式为四相双四拍，单拍脉冲频率为f2 '，稳定 运行，在t2'时刻时，立即转为停止阶段，即在[t2'，t3']时间段内，驱动方式为四相 八拍，在t3'时刻时，升降门停止运行。
[0049] 如图3和图4所示，为了进一步降低升降门装置在开始和停止阶段的噪声问题，作 为一种优选的实施方式，在启动阶段中，单拍脉冲频率从〇逐渐缓冲增至预置的单拍脉冲 频率，在停止阶段中，单拍脉冲频率从预置的单拍脉冲频率逐渐缓冲减至〇,这样避免了由 于步进电机突然启动和关闭带来的震动噪声。本优选实施例不限定具体的频率缓冲变化方 式，其缓冲曲线可以是斜线、阶梯线、弧线等，比如如图3所示，在启动阶段过程中，单拍脉 冲频率由〇线性增加到Π，并维持至tl时刻，在停止阶段过程中，单拍脉冲频率先维持Π 一段时间，然后线性减小，直至在t3时刻为0。
[0050] 作为一种优选可实现方式，在步骤S101中，根据各阶段所需力矩和角速度来确定 步进电机的单拍脉冲频率：上升过程，启动阶段稳定后单拍脉冲频率fl=100pps (pps，脉冲 每秒)，运行阶段单拍脉冲频率f2=167pps，停止阶段稳定运转后单拍脉冲频率fl=100pps ; 下降过程，启动阶段稳定后单拍脉冲频率Π ' =125pps，运行阶段单拍脉冲频率f2 ' =200pps，停止阶段稳定后单拍脉冲频率Π ' =125pps，然后根据升降门装置行程并确保完 全打开和关闭，确定步进电机的脉冲个数（换算为运行时间），在上升过程，启动阶段运行 时间tl=2s，运行阶段运行时间t2-tl=28s，停止阶段运行时间t3-t2=2s，在下降过程，启动 阶段运行时间tl' =2s，运行阶段运行时间t2' -tl' =22s，停止阶段运行时间=2s。
[0051] 预置参数完毕后，在步骤S102中获取升降门的控制方式，判断到底是上升还是下 降，在步骤S103中，当控制方式为上升时，按照图3控制规则执行，在[0,2]秒内以四相八 拍方式驱动，随着时间的变化单拍脉冲频率线性方式缓慢增加到lOOpps，并稳定运转，2秒 时刻到后立即转为运行阶段，在[2,30]秒内以四相双四拍驱动，单拍脉冲频率为167pps， 稳定运行，30秒时刻后，立即转为停止阶段，在[30,32]秒内以四相八拍方式驱动，随着时 间的变化单拍脉冲频率逐步减小到〇,并稳定运转，30秒时刻到时，升降门停止运行；当控 制方式为下降时，按照图4控制规则执行，在[0,2]秒内以四相八拍方式驱动，随着时间的 变化单拍脉冲频率线性方式缓慢增加到125pps并稳定运转，2秒时刻到，立即转为运行阶 段，在[2,24]秒内以四相双四拍方式驱动，单拍脉冲频率为200pps，稳定运行，24秒时刻 至IJ，立即转为停止阶段，在[24,26]秒内以四相八拍方式驱动，随着时间的变化单拍脉冲频 率逐步降低到0, 26秒时刻到时，升降门停止运行。
[0052] 本实施例提供了一种空调器升降门控制方法，通过预置步进电机在启动、运行和 停止这三个阶段的控制参数，来使得步进电机的输出力矩和角速度可调，适应了升降门在 不同阶段的力矩和速度要求，这样从而实现了控制升降门稳定运行，降低了噪声，同时步进 电机相较于同步电机制精度高，具有较强抗外界电磁干扰能力，因此可以省去传统空调器 升降门装置中限位开关辅助检测部分，节约了成本。
[0053] 实施例二:
[0054] 图5示出了本发明第二实施例提供的微处理器的结构，为了便于说明，仅示出了 与本发明实施例相关的部分。如图所示：
[0055] 本实施例提供的微处理器包括：
[0056] 控制参数预置单元501，用于根据升降门在升降过程中所需的力矩、运行速度以及 升降行程，预置步进电机在启动、运行和停止这三个阶段的控制参数，所述控制参数包括电 机驱动方式、单拍脉冲频率以及所需脉冲个数；
[0057] 控制方式获取单元502,用于获取升降门的控制方式，包括上升或者下降；
[0058] 控制命令执行单元503,用于根据所述控制方式调用相应的控制参数，在各个阶段 对应输出电机控制命令控制升降门上升或下降。
[0059] 本实施例提供的微处理器的功能单元501-503对应实现了实施例以中的步骤 S101-S103,本实施例中，通过控制参数预置单元501预先设置步进电机在各个阶段的控制 参数，控制方式获取单元502在获取到当前升降门的控制方式后，控制命令执行单元503根 据所述控制方式调用相应的控制参数，在各个阶段对应输出电机控制命令控制升降门上升 或下降。
[0060] 实施例三:
[0061] 图6示出了本发明第三实施例提供的空调器升降门装置的结构，为了便于说明， 也仅不出了与本发明实施例相关的部分。
[0062] 如图6所示，本实施提供的空调器升降门装置包括：步进电机61、安装于步进电机 轴上的齿轮62、与所述齿轮相卩齿合的齿条63、用于定位齿条的导轨64、由齿条支撑并与之 传动连接的升降门65,所述步进电机61顺次连接有电机驱动芯片66和如权利要求所述的 微处理器67。在本实施例中，通过微处理器67预置好步进电机61的控制参数后，根据升 降门65控制方式(上升或者下降）在各个阶段对应输出电机控制命令至电机驱动芯片66， 所述电机驱动芯片66再控制步进电机61做出相应动作，从而达到控制升降门65平稳运行 的目的。作为一种可实现方式，所述步进电机61为50系列6对极步进电机，步进电机61 在微处理器67和电机驱动芯片66驱动下电机轴进行转动，通过电机轴上的齿轮62与齿条 63啮合而产生传动，带动升降门65运动，面向电机轴视之，电机顺时针旋转，升降门上升， 电机逆时针旋转，升降门下降。优选的，所述齿条上的齿口位于齿条侧边或中间，且与步进 电机轴上的齿轮相哨合。
[0063] 综上，本实施例提供了一种空调器升降门控制方法、微处理器以及空调器升降门 装置，本发明技术方案中，可以通过预置控制参数灵活调节步进电机输出力矩和转速，使得 升降门运行平稳，有效地改善启动、运行和停止噪音，另一方面，步进电机控制精度高，具有 较强抗外界电磁干扰能力，因此可以省去传统空调器升降门装置中限位开关辅助检测部 分，节约了成本。
[0064] 本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以 通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以在存储于一计算机可读取存储介质 中，所述的存储介质，如R0M/RAM、磁盘、光盘等。
[〇〇65] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，尽管参照前述实 施例对本发明进行了较详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实 施例所记载的技术方案进行修改、或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的 精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种空调器升降门控制方法，所述升降门的上升和下降都分为启动、运行和停止三 个阶段，其特征在于，所述升降门由步进电机驱动，所述控制方法包括： 根据升降门在升降过程中所需的力矩、运行速度以及升降行程，预置步进电机在启动、 运行和停止这三个阶段的控制参数，所述控制参数包括电机驱动方式、单拍脉冲频率以及 所需脉冲个数； 获取升降门的控制方式，包括上升或者下降； 根据所述控制方式调用相应的控制参数，在各个阶段对应输出电机控制命令控制升降 门上升或下降。
2. 如权利要求1所述的空调器升降门控制方法，其特征在于，所述预置的控制参数中， 步进电机在启动、运行和停止这三个阶段中的电机驱动方式分别为四相八拍、四相双四拍 和四相八拍。
3. 如权利要求2所述的空调器升降门控制方法，其特征在于，所述预置的控制参数中， 步进电机在启动和停止阶段的单拍脉冲频率相同，且小于运行阶段的单拍脉冲频率。
4. 如权利要求3所述的空调器升降门控制方法，其特征在于，所述预置的控制参数中， 步进电机在运行阶段的单拍脉冲频率小于启动和停止阶段的单拍脉冲频率的1. 8倍。
5. 如权利要求4所述的空调器升降门控制方法，其特征在于，在各阶段中，控制方式为 下降时的单拍脉冲频率大于或等于控制方式为上升时的单拍脉冲频率。
6. 如权利要求1-5任一项所述的空调器升降门控制方法，其特征在于，在启动阶段中， 单拍脉冲频率从〇逐渐缓冲增至预置的单拍脉冲频率，在停止阶段中，单拍脉冲频率从预 置的单拍脉冲频率逐渐缓冲减至0。
7. 一种微处理器，其特征在于，所述微处理器包括： 控制参数预置单元，用于根据升降门在升降过程中所需的力矩、运行速度以及升降行 程，预置步进电机在启动、运行和停止这三个阶段的控制参数，所述控制参数包括电机驱动 方式、单拍脉冲频率以及所需脉冲个数； 控制方式获取单元，用于获取升降门的控制方式，包括上升或者下降； 控制命令执行单元，用于根据所述控制方式调用相应的控制参数，在各个阶段对应输 出电机控制命令控制升降门上升或下降。
8. -种空调器升降门装置，其特征在于，所述装置包括： 步进电机（61); 安装于所述步进电机（61)轴上的齿轮（62); 与所述齿轮（62)相啮合的齿条（63); 用于定位所述齿条（63)的导轨（64); 由所述齿条（63)支撑并与之传动连接的升降门（65); 所述步进电机（61)顺次连接有电机驱动芯片（66)和如权利要求8所述的微处理器 (67)。
9. 如权利要求8所述的空调器升降门装置，其特征在于，所述齿条（63)上的齿口位于 齿条侧边或中间，且与步进电机（61)轴上的齿轮（62)相啮合。
【文档编号】F24F13/10GK104061649SQ201310086944
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年3月18日 优先权日:2013年3月18日
【发明者】程毅, 许行臻 申请人:广东美的制冷设备有限公司, 美的集团股份有限公司