一种具有可控温度功能的家用加湿器的制作方法

本发明涉及一种具有可控温度功能的家用加湿器，属于本发明涉及智能控制与信息工程领域。

背景技术：

随着经济、社会的不断发展，人们越来越注重生活品质和健康。干燥的天气容易诱发很多疾病，如皮肤病、支气管炎等。因此，人们常常使用加湿器来进行室内空气的加湿。但水中含有大量的微生物、病菌和钙镁离子等，随加湿器雾气的扩散而广泛传播。目前国内外市场家用加湿器按其过滤抑菌方式大致分为以下几种：过滤净化式，活性炭净化式，电子集成式及温度抑菌式等。过滤净化式家用加湿器主要是在加湿器的内部放置过滤网，通过过滤网进行过滤、吸附处理杂质等功能，但对水中的异常臭味、病原菌、病毒、微生物根本无法消除且需要定期清洗过滤网。活性炭式家用加湿器具有除尘除锈功能，也可以炭疽杆菌等，但是其存在吸附饱和问题且容易产生效果衰减。电子集成净化式家用加湿器主要是通过使污染物带电，让其吸附在正负极交叉的收集板上，从而改善水质的方法，但需要经常清洗收集板，否则效果会随着使用时间的增加而递减。温度抑菌式家用加湿器主要是通过温度来进行抑菌，因为细菌、病毒等的生长、繁殖需要一定的温度条件，但是传统温度抑菌式家用加湿器温度往往是固定恒一的，不能够通过用户进行人为设置加热温度的大小，除此之外，温度测量的精度、加热时间的快慢不能高效、精确保证，而温度测量的精度、加热时间的快慢却直接影响细菌、病毒的生长和繁殖条件。

技术实现要素：

本发明针对上述不足提供了一种具有可控温度功能的家用加湿器。

本发明采用如下技术方案：

本发明所述的一种具有可控温度功能的家用加湿器，包括超声波底座，水箱，出雾口；超声波底座上设有水箱，水箱上设有出雾口；所述的水箱内设有导风道，导风道内设有反渗透膜，水箱内设有离子树脂滤芯及活性炭滤芯；导风道的顶端与出雾口相连通；导风道的底端与超声波底座相连；所述的超声波底座内设有可控功能模块；超声波底座外侧壁上设有TFTLCD显示屏及指示灯。

本发明所述的具有可控温度功能的家用加湿器，所述的可控功能模块包括微控制器芯片、湿度传感器、高反射率水温传感器、气压传感器、风速传感器、水位感应模块、模数转换模块、隔离模块、电源模块、聚风扇、加湿器、MOS管、加热器、显示模块、时钟模块；所述的湿度传感器、高反射率水温传感器、气压传感器、风速传感器与模数转换模块相连接；电源模块分别与微控制器芯片、模数转换模块相连接；隔离模块分别与模数转换模块、微控制器芯片双向连接；水位感应模块、时钟模块与微控制器芯片相连接；微控制器芯片的信号输出端与加湿器、MOS管、显示模块相连；MOS管与加热器相连。

具有可控温度功能的家用加湿器的控制方法，其特征在于：步骤如下：

1）、利用微控制器通过湿度传感器采集环境实时相对湿度Rg、水温传感器采集实时水温Tg（通过高反射率水温传感器采集水体温度）、气压传感器采集环境大气压Pa，风速传感器采集环境风速Ws；

利用公式Te=f(Ws ,Pa)修正水温传感器采集的实时温度Tg；通过高低温水温试验箱来进行温度调节，FLUKE PPC4气体压力控制器来调节气压，根据L-M算法的搜索定义式 ，当η⁽ⁱ⁾=1时，此时Z⁽ⁱ⁺¹⁾=Z⁽ⁱ⁾+S(Z⁽ⁱ⁾)，设Z(i)是第i 次迭代的阈值和权值组成的向量，Z(i+1)为第i+1次迭代的阈值和权值组成的向量，则迭代式为，其中，并给出训练误差允许值ε ，常数β=10，β_i=0.001，初始化向量Z(0)，Z(0) 为Te= f (Ws, Pa)函数的参数组成的向量赋予的初始值，利用新的阈值和权值组成的变换矩阵计算Z(i)，通过不断迭代并结合获得水体温度Tg和环境风速Ws、大气压强Pa，最终拟合出水体温度Tg函数Te= f ((Ws Pa), 进而实时修正采集到的水体温度，把拟合出的方程通过编程存储到处理器中。实际测量时，将采集到的环境风速Ws、大气压强Pa带入拟合的方程，即可求出需要修正的水体温度值。

2）、根据步骤1）中得到实时相对湿度Rg，设定相对湿度Rw 、实时水体温度Tg及设定的水体温度Tw；微控制器将设计算对所述的相对湿度Rw 、实时水体温度Tg及设定的水体温度Tw进行计算从而得到相对湿度差值系统误差e1和温度差值系统误差e2；微控制器芯片根据相对湿度差值系统e1、温度差值系统误差e2来进行PID占空比调制。

有益效果

本发明提供的具有可控温度功能的家用加湿器，用户对TFTLCD显示屏输入预设的相对湿度Rw、水温温度Tw，微控制器通过Levenberg-Marquardt算法、PID控制算法对超声波家用加湿器进行智能化高精度水温调节，进而对水中微生物、病菌等进行高效杀菌。

本发明提供的具有可控温度功能的家用加湿器，产生的细雾经过反渗透膜，能够把大于0.01纳米的自身物质过滤掉，整个加湿器实现了自动化报警、断电的保护措施。

附图说明

图1是本发明提供的家用加湿器结构示意图。

图2是本发明提供的家用加湿器模块功能框图。

图3是本发明提供的家用加湿器控制结构框图。

具体实施方式

根据图1，一种具有可控温度功能的家用加湿器包括水箱和超声波底座部分，整个装置表面水箱16包括透明水窗25、出雾口17、导风道19、反渗透膜20、离子树脂滤芯21、活性炭滤芯22、指示灯24、TFTLCD显示屏23。

超声波底座18上设有水箱，水箱16上设有出雾口17；所述的水箱16内设有导风道19，导风道19内设有反渗透膜20，水箱16内设有离子树脂滤芯21及活性炭滤芯22；导风道19的顶端与出雾口17相连通；导风道19的底端与超声波底座18相连；所述的超声波底座18内设有可控功能模块；超声波底座18外侧壁上设有TFTLCD显示屏23及指示灯24。

反渗透膜20能够有效去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等。离子树脂滤芯21主要是将水软化，使水能够净化为纯净水。活性炭滤芯22主要是去除水体异味。指示灯24亮绿灯表示加湿器正常工作，亮红灯表示缺水或加湿器装置出问题。TFTLCD显示屏23可以用来显示实时水体温度Tg、实时环境相对湿度Rg。除此之外，用户还可以对TFTLCD显示屏输入预设相对湿度Rw、预设水温温度Tw。

根据图2，一种具有可控温度功能的家用加湿器功能模块包括微控制器芯片1、湿度传感器2、高反射率水温传感器3、气压传感器4、风速传感器5、水位感应模块6、模数转换模块7、隔离模块8、电源模块9、聚风扇10、加湿器11、MOS管12、加热器13、显示模块14、时钟模块15。

其中：湿度传感器2和高反射率水温传感器3、气压传感器4、风速传感器5经模数转换模块7、隔离模块8与微控制器芯片1连接；微控制器芯片1与水位感应模块6、隔离模块8、电源模块9、加湿器11、MOS管12、显示模块14、时钟模块15连接；聚风扇10经电源模块9与微控制器芯片1连接。

微控制器芯片1：主要负责采集外界环境温度、湿度、水位信息和超声波底座上表面水的温度，并通过误差修正方程求出高精度的相对湿度 ，然后分别通过PID控制对 加热器、加湿器进行智能化加热、加湿。

湿度传感器2：用于采集环境实时相对湿度Rg 。

高反射率水温传感器3：由高反射率的材料、不锈钢金属薄膜外壳和A级Pt100薄膜铂电阻组成，能减少辐射误差，提高温度测量精度。

气压传感器4：用于测量室内环境大气压。

风速传感器5：用于测量室内环境风速的大小。

水位感应模块4：用于检测水位的状况，当水位缺水时，整个加湿器将会进行自我断电保护。

模数转换模块7：采用24位Σ/Δ低噪声模数转换器AD7794，主要功能是将高反射率温度传感器和湿度传感器采集到模拟量转化成数字输出的数字量。

隔离模块8：采用光电耦合器，主要作用是对输入、输出电信号进行良好的隔离，保证电绝缘能力和抗干扰能力。

加湿器11：采用具有防辐射屏蔽的超声波加湿器，能够有效阻隔辐射。具有无噪音干扰、无污染、雾化效率高等特点。微控制器芯片通过PID控制算法对加湿器进行控制，从而使空气的湿度达到预设值。

MOS管12：主要起开关的作用，微控制器芯片通过脉宽调制控制MOS管的开关状态，进而控制加热器中加热丝的加热时间。

加热器13：主要是对超声波底座上表面的水进行加热，这样可以降低功耗。通过PID控制算法对加热器进行加热，高温能够抑制细菌生长。

显示模块15：包括指示灯显示、TFTLCD显示屏显示两部分。指示灯亮绿灯表示加湿器正常工作，亮红灯表示缺水或加湿器装置出问题。TFTLCD显示屏可以用来显示水体实时温度Tg、环境实时相对湿度Rg，除此之外，用户还可以对TFTLCD显示屏输入预设的相对湿度值Rw、预设水温温度Tw。

根据图3，一种具有可控温度功能的家用加湿器控制结构包括数据采集装置、Levenberg-Marquardt控制、PID控制、PWM波、加湿装置、MOS管及加热器，数据采集装置包括湿度传感器、高反射率水温传感器、气压传感器、风速传感器，加湿装置包括加湿器，加热装置包括加热器。

整个操作包括如下步骤：

（1）系统上电后，微控制器通过数据采集装置采集环境实时相对湿度Rg（此处没有经过误差修正处理） 、水体实时温度Tg、环境大气压Pa和环境风速Ws，并利用误差修正方程Te=f(Ws ,Pa)求出经误差修正过的高精度环境实时温度Tg 。接着用户可以对TFTLCD显示屏输入预设的相对湿度Rw，水体温度Tw，Te为高低温水温试验箱水体温度与水温传感器采集的实时温度Tg之差。

（2）根据步骤（1）所得到的实时相对湿度Rg、设定相对湿度Rw 、实时水体温度Tg及设定的水体温度Tw ，通过微控制器计算得到相对湿度差值系统误差e1和温度差值系统误差e2。根据相对湿度差值系统e1、温度差值系统误差e2来进行PID占空比调制，进而通过PID控制算法对加湿器、加热器进行加湿、加热控制，从而使家用加湿器工作在一个合理有效范围内。

具体实施时，记录采用Levenberg-Marquardt算法控制和PID控制；Levenberg-Marquardt算法，通过算法拟合出公式，PID算法控制是根据相对湿度差值系统e1、温度差值系统误差e2的偏差，将偏差按比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控制量进行控制。相结合方法的水体温度、相对误差和到达时间，同时记录在相同设定温度下，单独PID控制方法的水体温度、相对误差和到达时间。如表1所示，其中，初始水体温度为47.2℃。

分析所得数据，采用Levenberg-Marquardt算法控制和PID控制相结合的方法能够把温度误差控制在在0.1℃左右，相对误差小于0.5%。本装置在控温方面相比于传统单一的PID控制，具有响应时间快，相对误差小、精确度高等特点。