一种360°自动追踪电风扇的控制电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种360°自动追踪电风扇的控制电路，包括控制模块、探测范围为0?360°的热释电人体探测模块、电机角度信号采集模块和驱动模块，控制模块通过GPIO端口管脚与热释电人体探测模块相连接，并通过通信管脚与电机角度信号采集模块相连接，驱动模块分别与控制模块的信号输出端和外部的电风扇电机相连接；热释电人体探测模块包括四个沿周向间隔均布的与控制模块相连接的热释电红外传感器。该控制电路通过增设四个周向均布的热释电人体探测模块测出风扇前是否存在使用者，控制模块控制电风扇电机转动至目标区域后在目标区域内循环摇头送风，减少了实际使用中风扇摇头转动的区域角度，极大的增加了风扇的利用率，可满足基本满足一直在面向用户。
【专利说明】
一种360°自动追踪电风扇的控制电路
技术领域
[0001] 本实用新型公开了一种电风扇控制技术，尤其涉及一种360°自动追踪电风扇的控 制电路。
【背景技术】
[0002] 市场上的落地风扇的摇头角度角度有限，一般控制在90度左右，在摇头控制方面 存在设计功能相对单一等缺点。
[0003] 对于目前市面上摇头角度较大的落地风扇，其风扇均必须连续转动，但在实际生 活中，风扇的四周全部存在使用者的现象是微乎其微，这将导致风扇的直接利用率太低，有 时为了更好的吹到风，甚至出现人随风扇的摇头方向追着风扇走的现象。无法做到根据不 同位置站人情况智能化的调节风扇摇头角度，增加实际吹到人体上的时间。
[0004] 因此，亟待解决上述技术难题。 【实用新型内容】
[0005] 实用新型目的:本实用新型的目的是提供一种可实现减少实际使用中风扇摇头转 动角度同时增加风扇实际利用率的360°自动追踪电风扇的控制电路。
[0006] 技术方案:本实用新型公开了一种360°自动追踪电风扇的控制电路，包括控制模 块、探测范围为0-360°的热释电人体探测模块、电机角度信号采集模块和驱动模块，所述控 制模块通过GPI0端口管脚与热释电人体探测模块相连接，并通过通信管脚与电机角度信号 采集模块相连接，所述驱动模块分别与控制模块的信号输出端和外部的电风扇电机相连 接;所述热释电人体探测模块探测范围为〇-360°，该热释电人体探测模块包括四个沿周向 间隔均布的与控制模块相连接的热释电红外传感器。
[0007] 其中，所述热释电人体探测模块与控制模块之间连接有信号放大模块。
[0008] 再者，热释电人体探测模块还包括四个沿周向间隔均布用于扩大感应角度的菲涅 尔透镜，该菲涅尔透镜设置在相应的热释电红外传感器感应端外侧。
[0009] 进一步，所述热释电红外传感器感应角度为120°。
[0010]优选的，电机角度信号采集模块包括壳体、设于壳体内的三轴霍尔传感器和设于 电风扇电机转动轴上的环形磁铁，所述三轴霍尔传感器与控制模块相连接，所述位于三轴 霍尔传感器上方且与三轴霍尔传感器所在平面相平行。
[0011] 再者，环形磁铁的直径大于环形磁铁围绕三轴霍尔传感器中心旋转时相对于感应 单元的径向偏心距离的20倍。
[0012] 特别是，控制模块信号输出端通过功率放大器与驱动模块相连接。
[0013] 本实用新型一种360°自动追踪电风扇的控制方法，包括下述步骤：
[0014] (1)电风扇启动，热释电人体探测模块感应电风扇周围是否存在人体并将检测到 的信号输送至控制模块，控制模块监听锁存与热释电人体探测模块连接的管脚电平信号， 控制模块根据监测的电平信号给出摇头角度范围range，摇头角度范围range为a~b，a = {0°，40°，130°，220°，310°}，b={80°，170°，260°，350°};
[0015] (2)电机角度信号采集模块采集当前电机角度位置Θ，ΘΕ[0°，360°];
[0016] (3)程序开始运行，系统根据摇头角度范围range和当前电机角度位置Θ之间的关 系运行角度控制算法，控制模块根据角度控制算法得出的结果发送信号至驱动模块，驱动 模块根据信号驱动电风扇电机复位至摇头角度范围range中的边界a后，进入循环语句，电 风扇在摇头角度范围range内循环摇头送风；同时，用定时器中断定时监测热释电人体探测 模块的信号，当信号发生变化时，修改摇头角度范围range，并跳出循环，直到电风扇电机复 位至新的摇头角度范围中的边界a后，再进入循环，进行循环送风；
[0017] (4)系统接收到关闭信号，系统断电。
[0018] 其中，步骤（1)具体为：系统启动，热释电人体探测模块中的四个热释电红外传感 器分别检测对应区域内是否存在人体并将检测到的信号输送至控制模块，控制模块监测并 锁存与热释电人体探测模块连接的管脚电平信号，控制模块根据监测到的电平信号给出有 人角度范围α，有人角度范围α为下列十五种情况中的任意一种：30°~90° ;120°~180° ; 210°~270°;300°~360°;30°~180°;120°~270°;210°~360°;300°~90°;30°~90°和 210°~270°;120°~180°和300°~360°;30°~270°;120°~360°;210°~90°;300°~180°; 0°~360°;将有人范围α值修正为摇头角度范围range为下列十五种情况中的任意一种:40° ~80° ; 130° ~170° ; 220° ~260° ; 310° ~350° ;40° ~170° ; 130° ~260° ; 220° ~350° ; 310° ~ 80°;40°~80°;130°~170°;40°~260°;130°~350°;220°~80°;310°~170°;10°~350°。 [0019]进一步，步骤(2)中具体为：电机角度信号采集模块采集当前电机角度位置Θ，ΘΕ [0°，360° ];设在电风扇电机转动轴上的环形磁铁在三轴霍尔传感器上方旋转时，三轴霍尔 传感器感应环形磁铁的绝对角度位置得出当前的电机角度位置Θ，经过编码和解码后以串 行通信方式输出信号到控制模块中。
[0020] 特别是，步骤(3)中的程序算法具体为：利用定时器中断每隔一段时间进行检查， 获取热释电人体探测模块的监测结果，并计算出风扇摇头角度范围range' (a'，b')，与当前 风扇摇头角度range (a，b)比较，若两者不相同，则将"范围变化标志位x"置位，且将range' (a7，t/ )的值赋给range(a，b)。当x = 0时，程序运行在循环语句，控制摇头以一定速率从a顺 时针转到b，再从b逆时针转到a;而x=l时，即在中断中被置位，说明风扇摇头角度范围发生 了变化，则系统跳出循环，并调用函数使得摇头逆时针转到新的初始边界a，在确定摇头已 经转到a后，将"范围变化标志位X"重新清零，之后程序再次进入循环语句，继续控制摇头以 一定速率从a顺时针转到b，再从b逆时针转到a。
[0021] 进一步，步骤(3)控制电机的具体方式为，系统根据当前摇头角度范围range和当 前电机角度位置Θ之间的关系运行角度控制算法，控制模块根据角度控制算法得出的结果 通过发送预编指令控制双极性脉冲宽度调制变化，脉冲宽度调制信号通过功率放大电路发 送至驱动模块，驱动模块根据信号驱动电风扇电机按要求调整摇头角度。
[0022] 有益效果:与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：首先本实用新型通过增设 四个周向均布的热释电人体探测模块测出风扇前的否存在使用者，并将存在人体的范围通 过信号的方式输送到控制模块中，控制模块控制电风扇电机转动至目标区域后在目标区域 内循环摇头送风;其次通过合适的位置放置与软件编程，获得精准的风扇摇头转动区域，减 少了实际使用中风扇摇头转动的区域角度，极大的增加了风扇的利用率，可满足基本满足 一直在面向用户;再者通过热释电人体探测模块可以实现全方位自动检测，确保有人区域 摇头送风的精确性的同时还能有效地减少外界环境因素的干扰;最后避免风扇出现误操作 产生的反向电动势带来安全隐患，降低导致风扇控制大系统瘫痪的可能性，提高控制灵敏 度且通过三轴霍尔传感器能够实现高精度360°旋转位置传感。
【附图说明】
[0023]图1为本实用新型的电路结构不意图；
[0024]图2为本实用新型中热释电人体探测模块检测范围360度参考方向示意图；
[0025]图3为是本实用新型中风扇摇头角度范围range的修正示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。
[0027]如图1、图2所示，本实用新型公开了一种360°自动追踪电风扇的控制电路，包括控 制模块1、用于感应人体红外辐射的热释电人体探测模块2、电机角度信号采集模块3和驱动 模块4，所述控制模块1通过GPI0端口管脚与热释电人体探测模块2相连接，并通过通信管脚 与电机角度信号采集模块3相连接，所述驱动模块4分别与控制模块1的信号输出端和外部 的电风扇电机6相连接;所述热释电人体探测模块2探测范围为0-360°，该热释电人体探测 模块2包括四个沿周向间隔均布的与控制模块1相连接的热释电红外传感器7,控制模块1信 号输出端通过功率放大器5与驱动模块4相连接。
[0028] 其中，热释电人体探测模块2与控制模块1之间连接有信号放大模块8,热释电人体 探测模块2输出的电信号通过信号放大模块放大后输入到控制模块。
[0029] 其中该热释电人体探测模块2还包括四个沿周向间隔均布的用于扩大感应角度的 菲涅尔透镜，该菲涅尔透镜设置在相应的热释电红外传感器7感应端外侧，使得每一个的热 释电红外传感器7的感应角度增加至120°。
[0030]电机角度信号米集模块3包括壳体、设于壳体内的三轴霍尔传感器和设于电风扇 电机转动轴上的环形磁铁，所述三轴霍尔传感器与控制模块1相连接，所述位于三轴霍尔传 感器上方且与三轴霍尔传感器所在平面相平行。环形磁铁的直径大于环形磁铁围绕三轴霍 尔传感器中心旋转时相对于感应单元的径向偏心距离的20倍。
[0031] 本实用新型还公开了一种360°自动追踪电风扇的控制方法，包括下述步骤：
[0032] (1)电风扇启动，热释电人体探测模块感应电风扇周围是否存在人体并将检测到 的信号输送至控制模块，控制模块监听锁存与热释电人体探测模块连接的管脚电平信号， 控制模块根据监听的电平信号给出摇头角度范围range，摇头角度范围range为a~b，a = {0°，40°，130°，220°，310°}，b={80°，170°，260°，350°};其中，系统启动，热释电人体探测 模块中的四个热释电红外传感器分别检测对应区域内是否存在人体并将检测到的信号输 送至控制模块，控制模块监测并锁存与热释电人体探测模块连接的管脚电平信号，控制模 块根据监听的电平信号给出有人角度范围α，有人角度范围α为下列十五种情况中的任意一 种：30° ~90° ; 120° ~180° ; 210° ~270° ; 300° ~360° ; 30° ~180° ; 120° ~270° ; 210° ~360° ; 300° ~90°;30° ~90° 和210° ~270°;120° ~180° 和300° ~360°;30° ~270°;120° ~360°; 210°~90° ;300°~180° ;0°~360° ;将有人范围α值修正为摇头角度范围range为下列十五 种情况中的任意一种：40° ~80° ;130° ~170° ;220° ~260° ;310° ~350° ;40° ~170° ;130° ~ 260° ; 220° ~350° ; 310° ~80° ;40° ~80° ; 130° ~170° ;40° ~260° ; 130° ~350° ; 220° ~80° ; 310° ~170° ; 10° ~350°，如图3所示。
[0033] 本实用新型通过增设四个周向均布的热释电人体探测模块测出风扇前的否存在 使用者，并将存在人体的范围通过信号的方式输送到控制模块中，控制模块控制电风扇电 机转动至目标区域后在目标区域内循环摇头送风。如图2所示，将四个热释电人体探测模块 (1，2,3,4)按两两90°间距放置，并标出了它们的监测区域，以顺时针为角度增大方向。
[0034] 以1表示区域内监测到有人，以0表示区域内监测到没人。控制模块通过4个热释电 人体探测模块的监测结果（电平1或〇表示），可以得到有人区域（用边界表示），并通过一定 原则的修正后得到风扇摇头范围range，用边界a，b表示，其中认为a为起始边界，b为终止边 界。并制成下表，作为控制模块的判断依据一一通过4个热释电人体探测模块的监测结果 (电平1或〇表示)得到风扇摇头范围range(a，b)。上述判断语句可用switch语言编写。
[0035] 备注:下表中区域用两边界的角度值表示，覆盖方向为顺时针。
[0036]
[nn^7l
[0038] 本实用新型采用的修正方案为：
[0039] 因为考虑到电风扇扇面是存在一定面积，所以可以使风扇摇头不完全转到边界位 置，而是在两边各留下10°的余量。如在控制芯片判断出有人角度范围α为30-90°时，我们使 风扇摇头角度范围为range (a，b)为40-80°，进一步减小了面积，提高了利用率。另外根据热 释电人体探测模块的监测结果得到的有人角度范围α存在不连续的情况，如表中的30-90° 和210-270°，且两个分区域刚好成顶角的关系。而在实际中，假设两个人刚好位于风扇的两 面，也的确可能存在这种情况。但是在考虑到这个站位可能性很低，且为保证风扇利用率， 则选择舍弃掉一个分区域，只选择30-90°的区域让风扇摇头进行往复运动。
[0040] (2)电机角度信号采集模块采集当前电机角度位置Θ，其中0￡[0°，360°];设在电 风扇电机转动轴上的环形磁铁在三轴霍尔传感器上方旋转时，三轴霍尔传感器感应环形磁 铁的绝对角度位置得出当前的电机角度位置Θ，经过编码和解码后以串行通信方式输出信 号到控制模块中；环形磁铁的直径大于环形磁铁围绕三轴霍尔传感器中心旋转时相对于感 应单元的径向偏心距离的20倍。
[0041] (3)程序开始运行，系统根据摇头角度范围range和当前电机角度位置Θ之间的关 系运行角度控制算法，控制模块根据角度控制算法得出的结果发送信号至驱动模块，驱动 模块根据信号驱动电风扇电机复位至摇头角度范围range中的a点后，并进入循环语句，电 风扇在摇头角度范围range内循环摇头送风；同时，利用定时器中断每隔一段时间进行检 查，获取热释电人体探测模块的监测结果，并计算出风扇摇头角度范围range' (a7，t/ )，与 当前风扇摇头角度范围range(a，b)比较，若两者不相同，则将"范围变化标志位x"置位，且 将range' (a7，t/ )的值赋给range(a，b);在主程序中，当x = 0时，程序进入循环有，控制摇头 以一定速率从a顺时针转到b，再从b逆时针转到a;而x = l时，即在中断中被置位，说明风扇 摇头角度范围发生了变化，那么跳出循环，并调用函数使得摇头逆时针转到新的初始边界 a，在确定摇头已经转到a后，将"边界变化标志位X"重新清零，程序重新进入循环，控制摇头 以一定速率从a顺时针转到b，再从b逆时针转到a。
[0042] (4)系统接收到关闭信号，系统断电。
[0043] 控制原理:本实用新型中利用电机角度信号采集模块，控制模块可以获得目前摇 头的摇头角度Θ，与计算出的风扇摇头角度范围range(a，b)中的初始边界a和初始边界b比 较，再结合设定的转动方向，利用软件编程输出相应的PWM波形，经过功率放大器后，输给驱 动系统，来调节风扇电机，最终达到控制摇头角度的目的。
[0044]控制编程:利用定时器中断每隔一段时间去检查GPI0,获取热释电人体探测模块 的监测结果，并按表格计算出风扇摇头角度范围range' (a7，t/ )，与当前的风扇摇头角度范 围range(a，b)比较，倘若发生变化，将"范围变化标志位X"置位，且将range' (a7，t/ )的值赋 给range(a，b)。而在主函数中，用while( !x)的循环语句。当x = 0时，程序一直运行在循环语 句中，控制摇头以一定速率从a顺时针转到b，再从b逆时针转到a。而x = 1时，即如上述，它在 中断中被置位，说明风扇摇头角度范围发生了变化，那么程序就跳出循环语句，并调用函数 使得摇头逆时针转到新的初始边界a，在确定摇头已经转到a后，将"范围变化标志位X"重新 清零，于是程序又进入了循环语句，控制摇头以一定速率从a顺时针转到b，再从b逆时针转 到a〇
【主权项】
1. 一种360°自动追踪电风扇的控制电路，其特征在于:包括控制模块（I)、探测范围为 0-360°的热释电人体探测模块(2)、电机角度信号采集模块(3)和驱动模块(4)，所述控制模 块(1)的GPIO端口管脚与热释电人体探测模块(2)相连接，其通信管脚与电机角度信号采集 模块(3)相连接，所述驱动模块(4)分别与控制模块（1)的信号输出端和外部的电风扇电机 (6)相连接;所述热释电人体探测模块(2)包括四个沿周向间隔均布的与控制模块（1)相连 接的热释电红外传感器(7)。2. 根据权利要求1所述360°自动追踪电风扇的控制电路，其特征在于:所述热释电人体 探测模块(2)与控制模块(1)之间连接有信号放大模块(8)。3. 根据权利要求1所述360°自动追踪电风扇的控制电路，其特征在于:所述热释电人体 探测模块(2)还包括四个沿周向间隔均布的用于扩大感应角度的菲涅尔透镜，该菲涅尔透 镜设置在相应的热释电红外传感器(7)感应端外侧。4. 根据权利要求3所述360°自动追踪电风扇的控制电路，其特征在于:所述热释电红外 传感器(7)感应角度为120°。5. 根据权利要求1所述360°自动追踪电风扇的控制电路，其特征在于:所述电机角度信 号米集模块(3)包括壳体、设于壳体内的三轴霍尔传感器和设于电风扇电机转动轴上的环 形磁铁，所述三轴霍尔传感器与控制模块（1)相连接，所述位于三轴霍尔传感器上方且与三 轴霍尔传感器所在平面相平行。6. 根据权利要求5所述的360°自动追踪电风扇的控制电路，其特征在于:所述环形磁铁 的直径大于环形磁铁围绕三轴霍尔传感器中心旋转时相对于感应单元的径向偏心距离的 20倍。7. 根据权利要求1所述360°自动追踪电风扇的控制电路，其特征在于:所述控制模块 (1)信号输出端通过功率放大器(5)与驱动模块(4)相连接。
【文档编号】F04D27/00GK205478483SQ201620180991
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月9日
【发明人】阮晨辉
【申请人】浙江大学