专利名称：一种吸油烟机活动集烟罩防夹系统及其防夹控制方法
技术领域：
本发明涉及一种吸油烟机电气控制及其方法，特别是一种吸油烟机活动集烟罩防夹系统及其防夹控制方法。
背景技术：
集烟罩能够自动开合的吸油烟机具有时尚、美观、动感等优点，受到许多消费者尤其是年轻消费者的喜爱，但这种吸油烟机的集烟罩由于采用电机驱动，在集烟罩关闭时存在夹伤人或夹坏物品的安全隐患。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种结构简单、成本低廉、可靠性好， 不存在夹伤人或夹坏物品现象的一种吸油烟机活动集烟罩防夹系统及其防夹控制方法。为了达到上述目的，本发明的一种技术方案是这样实现的一种吸油烟机活动集烟罩防夹系统，包括机身、活动集烟罩、开合机构及防夹控制电路组成，其特征在于所述的防夹控制电路包括为下述电路提供直流工作电压的电源电路，位置检测电路、防夹检测电路及按键及显示电路，还包括分别接收位置检测电路、防夹检测电路及按键及显示电路的信号并进行处理的微控制器电路，接收微控制器电路输出信号的直流电机驱动电路，受直流电机驱动电路驱动的直流电机。上述微控制器电路包括微控制器、陶瓷振荡器、第二、三电容、第四至第六电阻；其中，微控制器的电源管脚Vss和Vdd分别与GND和+5V连接，微控制器的复位管脚RESET 同时与第二电容和第四电阻的一端连接，第二电容的另一端接GND，第四电阻的另一端接 +5V,微控制器的外部振荡器接口 Xin和Xout分别与陶瓷振荡器的1、3管脚连接，陶瓷振荡器的2管脚接GND，微控制器的P0. 0、P0. 1管脚分别与第五电阻和第六电阻的一端连接，第五、六电阻的另一端与按键及显示电路连接，第三电容并联于第五电阻的另一端和GND之间。所述位置检测电路包括第一微动开关、第二微动开关、第一接线座、第一至第三电阻及第一电容；其中，第一、二两个微动开关的COM端同时与第三电阻的一端电连接，第三电阻的另一端直接接GND，第一电容并联于微动开关COM端与GND之间，第二微动开关的常开触点NO与第一电阻电连接后与+5V连接，第一微动开关的常开触点NO与第二电阻连接后与+5V连接，两微动开关的COM端同时与微控制器电路中微控制器的P0. 4连接。上述直流电机驱动电路包括达林顿阵列、下拉排阻、第一继电器、第二继电器、晶体三极管、第四电容、第七至第九电阻；其中所述的达林顿阵列的8、9号管脚分别接GND和 +12V，4、5号管脚与下拉排阻的两端电连接，其12、13号管脚分别连接第一、二继电器的一输入端，下拉排阻的公共端接GND，第二、二继电器的另一输入端均连接+12V，第一继电器的两个常开触点分别与直流电机的“ + ”、“_”接线端子连接，第二继电器的两个常开触点则分别与直流电机的“_”、“ + ”接线端子连接，第九电阻和第四电容串联后并联接于直流电机的“ + ”、“-”接线端子上，晶体三极管的基极接第八电阻后与达林顿阵列的4号管脚连接，晶体三极管的集电极同时与第七电阻和达林顿阵列的5号管脚连接，第七电阻的另一端与微控制器电路中微控制器的P2. 1连接，晶体三极管Ql的发射极直接接GND。上述防夹检测电路包括采样电阻、限流电阻、稳压二极管和滤波电容；其中，采样电阻的一端接GND，另一端接第一、二继电器的公共端子，限流电阻一端接第一、二继电器的公共端子，另一端接微控制器电路中微控制器的P0. 7，稳压二极管和滤波电容均并联接于采样电阻的两端。其防夹方法为，当防夹检测电路检测的参数为直流电机的电流值时，活动集烟罩的关闭过程从时间上划分成三个区域，分隔点为能有效避开电机启动电流的时刻tl和触发关闭到位微动开关的时刻t2，上述防夹有效区域是指tl和t2之间的区域，在防夹有效区域内防夹控制算法有如下两种
算法A 预先设定一个阈值Imax，，实时检测直流电机的电流值I，对每K个样本取一次算术平均值Iav，以减小电流噪声的影响，当IavMmax时，微控制器即判断为夹到人或物品，立即控制电机驱动集烟罩停止或先停止后开启；
算法B 预先设定一个阈值Dmax，实时检测直流电机的电流值I，对每K个样本取一次算术平均值Iav，以减小电流噪声的影响，对每一组样本的平均值与上一组样本的平均值做差得到D，若差值D大于设定的阈值Dmax时，微控制器即判断为夹到人或物品，立即控制电机驱动集烟罩停止或先停止后开启。当活动集烟罩关闭时，防夹检测电路实时检测集烟罩的工作状态参数并反馈给微控制器，在防夹有效区域内，集烟罩与机身间夹到异物且夹紧力超过一定值时，该值需根据实际情况进行调整，在保证防夹功能不误判，且考虑机器老化阻力会自然增大的情况下，选出一个最小的值，微控制器能准确判断其为故障状态并迅速控制直流减速电机停止或停止后反转。上述防夹检测电路实时检测的参数可以为能反映活动集烟罩与机身之间夹紧力度的参数，如直流电机的电流值、集烟罩端部受到的压力值、电机输出扭矩值等模拟量信号，或者是微动开关提供的开关量信号，活动集烟罩可以是翻转、平移、升降、伸缩或复合运动。本发明能以非常低廉的成本实现产品性能的大幅提高，具有很强的实用价值和经济价值，使用安全、可靠，不存在夹伤人或夹坏物品的现象。
图1为防夹控制电路组成示意图2为本发明实施例位置检测电路原理图； 图3为本发明实施例微控制器电路原理图。图4为本发明实施例直流电机驱动及防夹检测电路原理图； 图5为本发明实施例电源电路原理图6为本发明实施例按键及显示电路原理图； 图7为本发明实施例防夹有效区域分布示意图； 图8为本发明实施例在集烟罩完全关闭的结构示意图；图9是为本发明实施例在集烟罩完全开启时的结构示意图； 图10为集烟罩相对箱体翻转运动方式示意图； 图11为集烟罩相对箱体平移运动方式示意图； 图12为集烟罩相对箱体升降运动方式示意图； 图13为集烟罩相对箱体伸缩运动方式示意图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明作进一步详述。实施例一
如图1、8、9所示，其是一种吸油烟机活动集烟罩防夹系统，包括机身1、活动集烟罩2、 开合机构3及防夹控制电路组成，本发明的特点是所述的防夹控制电路包括为下述电路提供直流工作电压的电源电路，位置检测电路、防夹检测电路及按键及显示电路，还包括分别接收位置检测电路、防夹检测电路及按键及显示电路的信号并进行处理的微控制器电路， 接收微控制器电路输出信号的直流电机驱动电路，受直流电机驱动电路驱动的直流电机。 活动集烟罩指关闭时能隐藏或遮盖进风口，开启时能露出进风口、加强拢烟效果、方便拆洗内部零件(如油网、叶轮等)的部件，其开合运动由电机驱动。直流电机采用直流12V永磁电机，额定输出功率6. 8W，减速器采用减速比为268. 8 的涡轮蜗杆减速器。如图5所示，电源电路采用开关电源模块，输入交流220V，输出+5V和+12V，额定功率30W。如图3所示，微控制器电路包括微控制器U1、陶瓷振荡器0SC1、第二、三电容C2、 C3、第四至第六电阻R4、R5和R6。微控制器的电源管脚Vss和Vdd分别与GND和+5V连接， 微控制器的复位管脚RESET同时与第二电容C2和第四电阻R4的一端连接，第二电容C2的另一端接GND，第四电阻R4的另一端接+5V，微控制器的外部振荡器接口 Xin和Xout分别与陶瓷振荡器的1、3管脚连接，陶瓷振荡器的2管脚接GND，微控制器的P0. 0、P0. 1管脚分别与第五电阻R5和第六R6的一端连接，第五电阻R5及第六电阻R6的另一端与按键及显示电路连接，第三电容C3并联于第五电阻R5的另一端和GND之间，微控制器的P0. 4、P0. 7、 P2. 1、P2. 2分别与位置检测电路中的第三R3、防夹检测电路中的限流电阻R11、直流电机驱动电路中的第七电阻R7和第八电阻R8连接。微控制器采用S3F9454，陶瓷振荡器频率为 8MHz。如图2所示，位置检测电路包括第一微动开关SMI、第二微动开关SM2、接线座CN1、 第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3及第一电容Cl。其中，两个微动开关的COM端同时与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端直接接GND，第一电容Cl并联于微动开关 COM端与GND之间，第一微动开关的常开触点NO与第一电阻Rl连接后与+5V连接，第二微动开关的常开触点NO与第二电阻R2连接后与+5V连接，两微动开关的COM端同时与微控制器电路中微控制器的P0. 4连接。如图4所示，直流电机驱动电路包括达林顿阵列U2、下拉排阻RP1、第一继电器 REL1、第二继电器REL2、晶体三极管Q1、第四电容C4、第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻 R9。其中，达林顿阵列的8、9号管脚分别接GND和+12V，4、5号管脚与下拉排阻连接，12、13号管脚分别连接第一、二继电器REL1、REL2的一输入端，下拉排阻的公共端接GND，第一、二继电器REL1、REL2的另一输入端均连接+12V，第一继电器RELl的两个常开触点分别与直流电机Ml的“ + ”、“_”接线端子连接，第一继电器RELl的两个公共端子分别接+12V和防夹检测电路中的采样电阻RlO后接GND，第二继电器REL2的两个常开触点则分别与直流电机Ml 的“-”、“ + ”接线端子连接，第二继电器REL2的两个公共端子分别接+12V和防夹检测电路中的采样电阻RlO后接GND，第九电阻R9和第四电容C4串联后并联接于直流电机的“ + ”、 “_”接线端子上，晶体三极管Ql的基极接第八电阻R8后与达林顿阵列的4号管脚连接，晶体三极管Ql的集电极同时与第七电阻R7和达林顿阵列的5号管脚连接，第七电阻R7的另一端与微控制器电路中微控制器的P2. 1连接，晶体三极管Ql的射极直接接GND，达林顿阵列选用ULN2003A。 如图4所示，防夹检测电路包括采样电阻R10、限流电阻R11、稳压二极管ZDl和滤波电容C5。其中，采样电阻RlO的一端接GND，另一端接第一、二继电器REL1、REL2的公共端子，限流电阻Rll —端接第一、二继电器REL1、REL2的公共端子，另一端接微控制器电路中微控制器的P0. 7，稳压二极管ZDl和滤波电容C5均并联接于采样电阻RlO的两端，采用电阻阻值为0.2欧姆。如图6所示，按键及显示电路由感应弹簧Kl K6、触摸按键检测芯片U3、微控制器U4、LED驱动芯片U5、LED显示器LEDl、陶瓷振荡器0SC2、电阻R12 R18及电容C6 C12组成。由于微控制器的I/O 口已内部自带上拉电阻，按键检测芯片输出口不再设置上拉电阻，触摸按键检测芯片采用TS08N，微控制器采用S3F9454，LED驱动芯片采用TM1268，陶振频率为8MHz，其它外围电路均按照各芯片典型应用电路设计，不再赘述。
吸油烟机活动集烟罩防夹系统的防夹控制方法，本发明的特点是当防夹检测电路检测的参数为直流电机的电流值时，活动集烟罩的关闭过程从时间上划分成三个区域，分隔点为能有效避开电机启动电流的时刻tl和触发关闭到位微动开关的时刻t2，上述防夹有效区域是指tl和t2之间的区域，在防夹有效区域内防夹控制算法有如下两种
算法A 预先设定一个阈值Imax，实时检测直流电机的电流值I，对每K个样本取一次算术平均值Iav，以减小电流噪声的影响，当IavMmax时，微控制器即判断为夹到人或物品，立即控制电机驱动集烟罩停止或先停止后开启；下面的举例中简称夹到，
例如取 K=3 时得到三组样本为 0. 3Α, 0. 4Α，0. 5Α ；0. 7Α，0. 8Α，0. 9Α ；1. OA, 1. ΙΑ, 1. 2k ； 阈值Imax取0. 8A。第一组Iav= (0. 3+0. 4+0. 5)/3=0. 4A, Iav<Imax,判断为正常； 第二组 Iav= (0. 7+0. 8+0. 9)/3=0. 8A, Iav=Imax,判断为正常； 第三组 Iav= (1. 0+1. 1+1. 2)/3=1. IA ；Iav>Imax,判断为夹到；
当集烟罩未夹到人或物，而系统判断为夹到，则为误判。阈值Imax的在系统调试阶段采用试凑的方法得到，Imax从0开始，以0. IA递增试凑(本方法采用的是8位AD转换器，AD转换器的参考电压为5V，采样电阻阻值为0. 2欧， 故选择以0. IA递增，若AD转换器的位数、AD转换参考电压及采样电阻阻值与本方法中的不同，可适当调整递增量)，直至系统第一次出现整个防夹有效区域内系统不误判，在此基础上加一个安全值，以保证不会因系统老化的导致误判，例如系统第一出现整个防夹有效区域内系统不误判的Imax为1A，安全值取0. 2A，则最终的阈值Imax取1. 2A，调试完成后 Imax即为一个确定的值。算法B 预先设定一个阈值Dmax，实时检测直流电机的电流值I，对每K个样本取一次算术平均值Iav，以减小电流噪声的影响，对每一组样本的平均值与上一组样本的平均值做差，若差值大于设定的阈值Dmax时，微控制器即判断为夹到人或物品，立即控制电机驱动集烟罩停止或先停止后开启。下面的举例中简称夹到。例如取K=4 时得到四组样本为 0. 5Α, 0. 6Α，0· 7Α ；0. 7Α，0· 8Α，0· 9Α ；1. OA, 1. ΙΑ, 1. 2k ； 1. 5A, 1. 6A, 1. 7A 阈值 Dmax 取 0. 3A。
第一、二组D= (0. 7+0. 8+0. 9)/3_(0· 5+0. 6+0. 7)/3=0. 2A, D<Dmax,判断为正常； 第二、三组 D= (1. 0+1. 1+1. 2)/3-(0· 7+0. 8+0. 9)/3=0. 3A, D=Dmax,判断为正常； 第三、四组 D=(l. 5+1. 6+1. 7)/3-(1· 0+1. 1+1. 2)/3=0. 5Α ；Iav>Imax,判断为夹到； 第一组数据前面没有可供做差的数据，可以不做判断。当集烟罩未夹到人或物，而系统判断为夹到，则为误判。阈值Dmax的在系统调试阶段采用试凑的方法得到，Dmax从0开始，以0. IA递增试凑(本方法采用的是8位AD转换器，AD转换器的参考电压为5V，采样电阻阻值为0. 2欧， 故选择以0. IA递增，若AD转换器的位数、AD转换参考电压及采样电阻阻值与本方法中的不同，可适当调整递增量)，直至系统第一次出现整个防夹有效区域内系统不误判，在此基础上加一个安全值，以保证不会因系统老化的导致误判，例如系统第一出现整个防夹有效区域内系统不误判的DmaxSO. 3A，安全值取0. 2A，则最终的阈值Dmax取0. 5A，调试完成后 Dmax即为一个确定的值。本实施例中采用的是算法A，样本数K取值为50，阈值Imax取值为1. 2A。活动集烟罩关闭时，防夹检测电路实时检测集烟罩的工作状态参数并反馈给微控制器，在防夹有效区域内，集烟罩与机身间夹到异物且夹紧力超过一定值时，根据实际情况进行调整，在保证防夹功能不误判，且考虑机器老化阻力会自然增大的情况下，选出一个最小的值，微控制器能准确判断其为故障状态并迅速控制直流减速电机停止或停止后反转。上述防夹检测电路实时检测的参数可以为能反映活动集烟罩与机身之间夹紧力度的参数，如直流电机的电流值、集烟罩端部受到的压力值、电机输出扭矩值等模拟量信号，或者是微动开关提供的开关量信号，本实施例中为直流电机的电流值，活动集烟罩可以是翻转、平移、升降、伸缩或复合运动，本实施例为翻转加升降的复合运动。本发明的工作原理如下
位置检测电路用于实时检测集烟罩所处的位置信号并反馈给微控制器，位置信号可以是开关量信号或模拟量信号，微控制器Ul根据这些信号即可判断出第一、二微动开关的状态进而判断出集烟罩所处的位置，对应关系如下表所示。
= 表1徽动fffr瞀与奪烟1位罾对同表 权利要求
1.一种吸油烟机活动集烟罩防夹系统，包括机身(1)、活动集烟罩(2)、开合机构(3) 及防夹控制电路组成，其特征在于所述的防夹控制电路包括为下述电路提供直流工作电压的电源电路，位置检测电路、防夹检测电路及按键及显示电路，还包括分别接收位置检测电路、防夹检测电路及按键及显示电路的信号并进行处理的微控制器电路，接收微控制器电路输出信号的直流电机驱动电路，受直流电机驱动电路驱动的直流电机。
2.根据权利要求1所述的吸油烟机活动集烟罩防夹系统，其特征在于上述微控制器电路包括微控制器(U1)、陶瓷振荡器(0SC1)、第二、三电容(C2)、(C3)、第四至第六电阻(R4)、 (R5)、(R6);其中，微控制器的电源管脚Vss和Vdd分别与GND和+5V连接，微控制器的复位管脚RESET同时与第二电容(C2)和第四电阻(R4)的一端连接，第二电容(C2)的另一端接 GND，第四电阻(R4)的另一端接+5V，微控制器的外部振荡器接口 Xin和Xout分别与陶瓷振荡器的1、3管脚连接，陶瓷振荡器的2管脚接GND，微控制器的PO. 0、P0. 1管脚分别与第五电阻(R5)和第六电阻(R6)的一端连接，第五、六电阻(R5)、(R6)的另一端与按键及显示电路连接，第三电容(C3)并联于第五电阻(R5)的另一端和GND之间。
3.根据权利要求1或2所述的吸油烟机活动集烟罩防夹系统，其特征在于所述位置检测电路包括第一微动开关(SM1)、第二微动开关(SM2)、第一接线座(CN1)、第一至第三电阻 (R1)、(R2)、(R3)及第一电容(Cl)；其中，第一、二两个微动开关的COM端同时与第三电阻 (R3)的一端连接，第三电阻(R3)的另一端直接接GND，第一电容(Cl)并联于微动开关COM 端与GND之间，第二微动开关的常开触点NO与第一电阻(Rl)电连接后与+5V连接，第一微动开关的常开触点NO与第二电阻(R2)连接后与+5V连接，两微动开关的COM端同时与微控制器电路中微控制器(Ul)的PO. 4连接。
4.根据权利要求1或2所述的吸油烟机活动集烟罩防夹系统，其特征在于上述直流电机驱动电路包括达林顿阵列(U2)、下拉排阻(RP1)、第一继电器(REL1)、第二继电器 (REL2)、晶体三极管(Q1)、第四电容(C4)、第七至第九电阻(R7)、(R8)、(R9)；其中所述的达林顿阵列的8、9号管脚分别接GND和+12V，4、5号管脚与下拉排阻的两端电连接，其12、13 号管脚分别连接第一、二继电器(REL1)、(REL2)的一输入端，下拉排阻的公共端接GND，第二、二继电器(REL1)、(REL2)的另一输入端均连接+12V，第一继电器(REL1)的两个常开触点分别与直流电机(Ml)的“ + ”、“_”接线端子连接，第二继电器(REL2)的两个常开触点则分别与直流电机(Ml)的“-”、“ + ”接线端子连接，第九电阻(R9)和第四电容(C4)串联后并联接于直流电机(Ml)的“ + ”、“_”接线端子上，晶体三极管(Ql)的基极接第八电阻(R8)后与达林顿阵列的4号管脚连接，晶体三极管(Ql)的集电极同时与第七电阻(R7)和达林顿阵列的5号管脚连接，第七电阻(R7)的另一端与微控制器电路中微控制器(Ul)的P2. 1连接，晶体三极管Ql的发射极直接接GND。
5.根据权利要求4所述的吸油烟机活动集烟罩防夹系统，其特征在于上述防夹检测电路包括采样电阻(R10)、限流电阻(R11)、稳压二极管(ZDl)和滤波电容(C5)；其中，采样电阻(RlO)的一端接GND，另一端接第一、二继电器(REL1)、(REL2)的公共端子，限流电阻 (Rll)—端接第一、二继电器(REL1)、(REL2)的公共端子，另一端接微控制器电路中微控制器(Ul)的PO. 7，稳压二极管(ZDl)和滤波电容(C5)均并联接于采样电阻(RlO)的两端。
6.根据权利要求1所述的吸油烟机活动集烟罩防夹系统的防夹控制方法，其特征在于当防夹检测电路检测的参数为直流电机的电流值时，活动集烟罩的关闭过程从时间上划分成三个区域，分隔点为能有效避开电机启动电流的时刻tl和触发关闭到位微动开关的时亥Ij t2，上述防夹有效区域是指tl和t2之间的区域，在防夹有效区域内防夹控制法有如下两种算法A 预先设定一个阈值Imax，实时检测直流电机的电流值I，对每K个样本取一次算术平均值Iav，以减小电流噪声的影响，当IavMmax时，微控制器即判断为夹到人或物品，立即控制电机驱动集烟罩停止或先停止后开启；算法B 预先设定一个阈值Dmax，实时检测直流电机的电流值I，对每K个样本取一次算术平均值Iav，以减小电流噪声的影响，对每一组样本的平均值与上一组样本的平均值做差，若差值大于设定的阈值Dmax时，微控制器即判断为夹到人或物品，立即控制电机驱动集烟罩停止或先停止后开启。
7.根据权利要求6所述的吸油烟机活动集烟罩防夹系统的防夹控制方法，其特征在于活动集烟罩关闭时，防夹检测电路实时检测集烟罩的工作状态参数并反馈给微控制器，在防夹有效区域内，集烟罩与机身间夹到异物且夹紧力超过一定值时，该值需根据实际情况进行调整，在保证防夹功能不误判，且考虑机器老化阻力会自然增大的情况下，选出一个最小的值，微控制器能准确判断其为故障状态并迅速控制直流减速电机停止或停止后反转。
8.根据权利要求6所述的吸油烟机活动集烟罩防夹系统的防夹控制方法，其特征在于上述防夹检测电路实时检测的参数可以为能反映活动集烟罩与机身之间夹紧力度的参数， 如直流电机的电流值、集烟罩端部受到的压力值、电机输出扭矩值等模拟量信号，或者是微动开关提供的开关量信号，活动集烟罩可以是翻转、平移、升降、伸缩或复合运动。
全文摘要
本发明涉及一种吸油烟机活动集烟罩防夹系统及其防夹控制方法，包括机身、活动集烟罩、开合机构及防夹控制电路组成，其特征在于所述的防夹控制电路包括为下述电路提供直流工作电压的电源电路，位置检测电路、防夹检测电路及按键及显示电路，还包括分别接收位置检测电路、防夹检测电路及按键及显示电路的信号并进行处理的微控制器电路，接收微控制器电路输出信号的直流电机驱动电路，受直流电机驱动电路驱动的直流电机。本发明具有结构简单、成本低廉、可靠性高、实用性强等优点。
文档编号F24C15/20GK102155753SQ20111009195
公开日2011年8月17日 申请日期2011年4月13日 优先权日2011年4月13日
发明者李志强, 覃有升, 郭军波 申请人:美的集团有限公司