一种空气加湿器的自动控制电路的制作方法

本实用新型属于智能电器技术领域，特别涉及一种基于湿敏元件的空气加湿器的自动控制电路。

背景技术：

空气加湿器是一种通过采用高频震荡(震荡频率为1.7MHz左右，超过人的听觉范围)的方式，通过雾化片的高频谐振，将水抛离水面而产生自然飘逸的水雾的电器设备，在各种工业和民用领域用于对不同环境的空气进行加湿。其主要工作原理是利用包含三极管的电容三点式LC振荡电路、固有频率为1.7Hz左右的控制信号输出电路、包含三极管的水位控制电路、由电容电感组成的正反馈电路四个部分来实现液体震荡分离的目的，进而实现液体雾化、加湿空气的效果。

目前，市场上绝大多数加湿器都是通电后直接利用超声波雾化加湿，安全防护功能一般也只有水位控制，加湿器的工作状态完全没有考虑周围环境的因素(如温度、湿度等)，智能化水平较低，而且不节能，用户体验一般。而适宜的室内体感湿度一般在相对湿度45％-65％RH范围内；个别考虑了环境因素的加湿器价格昂贵，不利于普及。因此，以较低成本实现根据环境湿度自动控制加湿器的启停状态，使得环境湿度保持在用户设定的范围是非常必要的。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种空气加湿器的自动控制电路。本实用新型具有元件少、成本低、结构简单、性能稳定、自动控制灵敏度高等优点，且能够很方便地用于改进市场上现有加湿器(无论是直流5V直流驱动的USB供电微型加湿器还是220V交流加湿器)使其具有自动控制能力，具有很好的应用前景。

本实用新型提出的一种空气加湿器的自动控制电路，该电路由依次相连的交流湿度信号采集单元、整流单元、控制信号输出单元，以及分别与交流湿度信号采集单元和整流单元相连的反馈单元四个单元组成；其中，交流湿度信号采集单元由依次相连的湿度信号电压采集模块、电压信号跟随器和减法器构成，整流单元由依次相连的整流电路、电压信号跟随器和减法器组成。

本实用新型的特点有：

1电路元件少，成本低廉；

2结构简单，接口友好，可以很方便地与现有的加湿器的控制电路进行集成。对于5V直流微型加湿器，本实用新型提出的控制电路可以直接与其工作电路相连，实现自动控制功能；对于用220V电源供电的加湿器，可以将本实用新型提出的控制电路的输出端通过一个低压高电平继电器来控制其工作电源的通断，实现自动控制。

3性能稳定，自动控制灵敏度高。利用湿敏电阻，控制信号可以根据环境湿度实时变化，具有较好的灵敏度；

4考虑了湿敏电阻阻值随环境湿度变化的特性，并利用外围进行调节，从而将室内空气湿度保持在一个相对稳定的范围内，提高用户满意度。本实用新型利用反馈电阻缺省设置加湿器在相对湿度下降至45％RH时开始加湿，相对湿度上升至65％RH时停止加湿。这一范围可调。通过在湿度信号采集加装电位器，用户可以根据环境湿度设置不同的湿度档位，从而校正环境湿度对湿敏电阻阻值的影响，保证湿度始终保持在一个较舒适的范围。

附图说明

图1为本实用新型的电路结构图。

图2为本实用新型中各单元的具体电路结构图。

具体实施方式

本实用新型提出的一种空气加湿器的自动控制电路，下面结合附图及具体实施例进一步详细说明如下：

本实用新型提出的一种空气加湿器的自动控制电路，其结构如图1所示，该电路由依次相连的交流湿度信号采集单元A、整流单元B、控制信号输出单元D，以及分别与交流湿度信号采集单元A和整流单元B相连的反馈单元D四个单元组成；其中，交流湿度信号采集单元由依次相连的湿度信号电压采集模块、电压信号跟随器和减法器构成，整流单元由依次相连的整流电路、电压信号跟随器和减法器组成。

本实用新型的工作原理为：

交流湿度信号采集单元将环境的湿度变化转化为交流电压信号输出至整流单元；整流单元将输入的交流电压信号转化为直流电压信号并输出；整流单元输出的直流电压信号作为反馈信号通过反馈单元控制交流湿度信号采集单元中减法器短路与否，进而调节交流湿度信号采集单元在不同湿度下的输出值，起到滞环控制的作用；控制信号输出单元输出整流单元调理后的直流电压信号。

本实用新型中各单元的具体实现结构，如图2所示，其中：

交流湿度信号采集单元(虚线框A)由1.5V交流电源V1、型号为HR202的湿敏电阻R1、七个定值电阻R2、R7、R21、R22、R23、R24、R25、电位器R3、15V直流电源(V5、V6、V19、V20、V21、V22)和三个LM358型号的运算放大器(U2、U8、U9)构成。其中，湿度信号电压采集模块由交流电源、定值电阻(R21、R7、R2)、湿敏电阻(R1)、电位器(R3)构成。1.5V交流电源V1、第一定值电阻R21、第七定值电阻R7、电位器R3、湿敏电阻R1、第六定值电阻R2依次串联构成闭合回路，在第七定值电阻R7和电位器R3之间接入地线。两个电压信号跟随器由两个运算放大器(U2、U9)、四个15V直流电源(V5、V6、V21、V22)构成；在电位器R3和湿敏电阻R1之间的节点1(该处的电压信号作为采集信号)与第一运算放大器U2A的正相输入端相连，1.5V交流电源V1与第六定值电阻R2之间节点41(该处的电压信号作为采集信号)与第三运算放大器U9的正相输入端相连，第一运算放大器U2的反相输入端与输出端相连，第一运算放大器U2的正供电端与15V直流电源V5的正极相连，15V直流电源V5的负极经过地线与15V直流电源V6的正极相连，15V直流电源V6的负极与第一运算放大器U2的负供电端相连，(构成对节点41电压信号的电压信号跟随器)并由节点45与第五电阻R25相连,R25另一端连接第二运算放大器U8的反相输入端；第三运算放大器U9的反相输入端与输出端相连，第三运算放大器U9的正供电端与15V直流电源V21的正极相连，15V直流电源V21的负极经过地线与15V直流电源V22的正极相连，15V直流电源V22的负极与第三运算放大器U9的负供电端相连，(构成对节点1电压信号的电压跟随器)，并由节点49与第二电阻R22相连。减法器由运算放大器(U8)、定值电阻(R22、R25、R24)与两个15V直流电源(V19、V20)构成。与第二电阻R22另一端连接第二运算放大器U8的正相输入端。U8的正相输入端经第三定值电阻R23与地线相连，第二运算放大器U8的反相输入端经第四定值电阻R24与第二运算放大器U8的输出端相连。第二运算放大器U8的正供电端连接15V直流电源V19的正极，15V直流电源V19负极经地线与15V直流电源V20的正极相连，15V直流电源V19的负极与第二运算放大器U8的负供电端相连。第二运算放大器U8的输出端导出信号(是湿敏电阻R1和定值电阻R2之间的交流电位差信号)，导入整流单元。

整流单元(虚线框B)由包含型号为1N4007的二极管D1、D2、D3、D4和电容C1的整流电路、两个电压信号跟随器和减法器构成。两个电压信号跟随器由两个运算放大器(U1、U4)、四个15V直流电源(V4、V9、V10、V11)构成；减法器是由LM358型号的运算放大器U3、15V直流电源(V2、V8)、定值电阻(R9、R10、R11、R12)构成。其中第一二极管D1的负极和交流湿度信号采集单元中第二运算放大器U8输出端所引出的导线分别与第二二极管D2的正极三端相连，第二二极管D2的负极与第四二极管D4的负级相连，第四二极管D4的正极经地线与第三二极管D3的负极相连，第三二极管D3的正极与第一二极管D1的正极相连构成闭合回路；第三二极管D3的正极通过电容C1与第四二极管D4的负极相连。节点4和节点3分别与第五运算放大器U1和第六运算放大器U4的正相输入端相连。第五运算放大器U1的反相输入端与输出端相连，第五运算放大器U1的正供电端与15V直流电源V4的正极相连，15V直流电源V4的负极经过地线与15V直流电源V9的正极相连，15V直流电源V9的负极与第五运算放大器U1的负供电端相连，(构成对节点4电压信号的电压跟随器)，输出直流正极电压信号，并由节点9与第八定值电阻R9相连，第八定值电阻R9另一端连接第七运算放大器U3的正相输入端；第六运算放大器U4的反相输入端与输出端相连，第六运算放大器U4的正供电端与15V直流电源V10的正极相连，15V直流电源V10的负极经过地线与15V直流电源V11的正极相连，15V直流电源V11的负极与第六运算放大器U4的负供电端相连，(构成对节点3电压信号的电压跟随器)，输出直流负极电压信号，并由节点17与第九定值电阻R12相连，第九定值电阻R12另一端流入第七运算放大器U3的反相输入端。第六运算放大器U3的正相输入端经第十定值电阻R10与地线相连，U3的反相输入端经第十一定值电阻R11与第七运算放大器U3的输出端相连。第七运算放大器U3的正供电端连接15V直流电源V2的正极，15V直流电源V2负极经地线与15V直流电源V8的正极相连，15V直流电源V8的负极则与第七运算放大器U3的负供电端相连。第七运算放大器U3的输出端导出直流电压信号，作为反馈信号和控制信号分别流向反馈单元和控制信号输出单元。

反馈单元(虚线框C)由型号为2N7000的MOSFET(金属氧化物场效应管)开关Q2组成。整流单元输出的电压信号作为反馈信号通过第七运算放大器U3输出端输出，与第二MOSFET开关Q2栅极G相连。同时,第二MOSFET开关Q2的源级S与交流湿度信号采集单元的第七定值电阻R7、电位器R3三端相连于同一节点，并接地；第二MOSFET开关Q2的漏极D与交流湿度信号采集单元的第七定值电阻R7另一端、第一定值电阻R21三端相连于另一节点。

控制信号输出单元(虚线框D)由5V直流电源V7和MOSFET(金属氧化物场效应管)开关Q1构成，可直接连接到加湿器后续工作模块。5V直流电源V7负极与地线相连，正极与加湿器后续工作模块正供电端相连，加湿器后续工作模块负供电端与第一MOSFET开关Q1的漏极D极相连，第一MOSFET开关Q1的栅极G极与整流单元第七运算放大器U3的输出端相连，第一MOSFET开关Q1的源级S极与地线相连。

本实用新型各单元的功能分别详细说明如下：

1交流湿度信号采集单元

该单元在图2中如虚线框A中所示。该单元的工作过程为：湿度信号电压采集模块利用湿敏电阻R1的变化将环境的湿度变化转化为电压信号并由跟随器进行隔离后输出。由于湿敏电阻的工作环境限制，电源设为1000Hz交流的1.5V电压源(幅值可以根据工程需要适当调整)，电压信号的实际输出值为定值电阻R2与湿敏电阻R1的分压之和。利用电位器R3可以校正不同环境湿度对湿敏电阻阻值的影响。

随后的减法器利用运算放大器组成的改进型减法器对湿度信号电压采集模块中湿敏电阻R1和定值电阻R2串联支路两端的交流电压信号进行减法运算以获得定值电阻R2与湿敏电阻R1串联支路两端的电压，即所需的交流湿度信号。其中定值电阻R22、R23、R24、R25取值分别为1k欧、1k欧、1k、1k欧。

2整流单元

该单元在图2中如虚线框B中所示。二极管和电容构成整流电路，将交流湿度信号采集单元采集到的交流电压信号转化为直流电压信号，同时利用电压信号跟随器进行隔离后输出。减法器利用运算放大器组成的改进型减法器对整流电路输出的直流正负极电压信号进行减法和比例运算。其中定值电阻R9、R10、R11、R12取值分别为1k欧、2k欧、2k、1k欧。放大倍数即为2倍(具体倍数可以根据需要适当调整)。

3反馈单元

该单元在图2中的位置如虚线框C中所示。R7与MOSFET开关Q2的DS端口并联，MOSFET开关的通断受反馈信号控制，起到滞环控制的效果，当湿度下降至45％RH时，反馈信号变为高电平，Q2导通，R7被短路，加湿器开始工作，湿度上升，反馈信号持续高电平；当相对湿度上升至65％RH时，反馈信号变为低电平，Q2断开，R7接入电路，加湿器停止工作，湿度下降，反馈信号持续低电平；当环境湿度降至45％RH左右时，加湿器重新开始工作，如此周而复始。在加湿器开通后环境湿度将在该滞环内变化，保证湿度适宜。之后对采集到的交流信号利用电压信号跟随器进行隔离。

4控制信号输出单元

该单元在图2中的位置如虚线框D中所示。该单元主要是利用MOSFET开关Q1将采集、调理后的电压信号输出(节点2、5形成输出端口)，实现对后续超声波加湿电路的控制。