专利名称：多功能电风扇控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电风扇的控制装置，特别是利用时钟和温度控制电风扇转速、用户可自编风型、具有多种功能及智能化的电风扇控制器。
背景技术：
电风扇是一种广泛应用的家用电器。目前，高性能的电风扇多采用微控制器和三抽头单相调速电动机，使电风扇具有高、中、低三档风速，以适应不同用户及气温变化的要求。采用微控制器的电风扇具有多变的风类，如常风、自然风、睡眠风等，用电子定时代替机械定时，从而消除机械定时的噪声，提高电风扇的性能。采用跌落保护开关，使电风扇具有跌倒断电自动停止的保护作用。与传统的触点控制电风扇相比较，微控制器控制的电风扇具有更优良的性能。但是，目前的电风扇仍有许多不足之处，主要表现在①电风扇的调速能力不足。电风扇仅有高，中，低三档转速，大气温度连续变化及人体产热状况的昼夜变化，电风扇不能提供更合适于用户的风速，达到舒适和节能的目的。②电风扇的风速改变由用户决定，即手动控制，不具备根据气温和时间自动调节风速的功能。当气温较高或用户产热较大时，用户必须操作风扇，使风扇高速运行，反之，用户必须操作风扇使风扇低速运行或关掉电风扇。手动控制的特点使电风扇不能为用户提供优良的送风服务，特别是夜间送风，用户入眠后，电风扇不能随气温自动调速转速，造成用户纳凉不足或着凉生病。值得注意的是定时控制不能较好的解决这个问题，因为用户不能预见气温的变化，设定的定时时间不能保证良好的控制效果。③电风扇不具备感温能力，气温过低时不能自动停止扇风并发出报警信号，使用户采取防寒措施。气温低于一定程度时，电风扇自动停止扇风并发出报警信号，这是保证用户健康的重要功能，但目前电风扇不具备这个功能，以致大量用户在使用电风扇过程中着凉生病。④电风扇没有防范长时间空转的能力。用户出门时忘记关掉电风扇，则电风扇会长时间空转，造成损失，如风扇寿命减短、电费等，甚至出现意外事故。
发明内容
本实用新型的目的就是为了解决电风扇调速能力不足、不具备随气温和时间自动调节风速、气温过低无自动报警、长时间空转无防范能力等问题，而研制一种融合时钟和电子温控于一起的多功能电风扇控制器。本实用新型还在此基础上开发了用户自编风型控制的新功能。
本实用新型的多功能电风扇控制器由操作电路、测温电路、同步信号电路、电源及上电复位电路、报警电路、显示输出电路、电机控制及保护电路分别与微控制器连接构成，其中微控制器是单片机或其它数字信息处理装置；操作电路将按键和微控制器连接，通过控制按键实现功能选择、风类选择、显示选择等；测温电路由测温元件和多谐振荡器构成；同步信号电路由稳压管、电阻和门电路构成；电源及上电复位电路向整个控制电路供电并向微控制器提供电压过零信号。
图1是本实用新型的多功能电风扇控制器的电路原理图，由操作电路1、测温电路2、同步信号电路3、电源及上电复位电路4、显示输出电路5、电机控制及保护电路6、报警电路7和微控制器8连接构成，各部分的组成和工作原理如下操作电路1，操作电路与微控制器的并行口相连接，它具有七个微动按键SW1～SW7，其中SW1为功能选择按键，SW2为风级选择按键，SW3为风类选择按键，SW4为显示选择按键，SW5为编程/时按键，SW6为导风/分按键，SW7为暂停按键。每个按键都有两种操作方式单点操作和连续操作。
测温电路2，测温电路由测温元件和多谐振荡器组成。气温变化时，振荡器的输出信号的脉冲周期发生改变。脉冲信号输入微控制器后，由微控制器实时测量信号，解算出当前气温的数值，用于温度控制及显示气温。
同步信号电路3，同步信号电路由一个稳压二极管、两个电阻和一个非门组成，其作用在于电源电压过零时，产生一个脉冲信号，向微控制器申请中断，从而使微控制器应用分时接通的算法调节电风扇的转速，提高三抽头单相电动机的调速能力。
电源及上电复位电路4，直流电源向整个控制电路供电，电源的性能应满足微控制器的要求。交流电源电压经变压器降压后，由整流电路整流为直流，向集成稳压电路供电，稳压电路输出稳定的电压，向整个电路供电。R8C8组成上电复位电路。当电源上电时，R8C8电路向微控制器发出一个复位脉冲，使控制程序从初始位置开始运行。
显示输出电路5，本系统采用动态显示，显示位由P2口低3位输出，显示内容由P0口输出。显示位与译码器相连接，经译码后驱动晶体管V1～V6，使四个共阳极数码显示器和13个发光二极管显示操作状态和有关数据。
电机控制及保护电路6，风扇电动机采用三抽头单相调速电动机，导风电动机采用单相同步电动机。风扇电动机各抽头的通断由双向晶闸管TL、TM、TH控制，导风电动机由TD控制。风扇电动机和导风电动机经跌落开关后与电源连接，使电风扇无意跌落时自动停止扇风和导风。由于风扇跌落后仅切断电动机的电源，并没有切断控制电路的电源，因此，风扇扶正后，立即按原有的状态运行，不必重新操作。
报警电路7，微控制器的报警声音信号从P1.7端输出，经过反相器隔离放大后驱动单管放大电路，使蜂鸣器HA发出报警信号或闹钟、报时的声音。
针对目前电风扇的调速能力不足，本实用新型采用分时接通的调速方法，使三抽头单相电动机具有四十二档转速的能力，提高了电风扇的调速性能，其工作原理如下三抽头单相电动机有高速抽头、中速抽头、低速抽头三个调速抽头，当TH导通时，电动机的高速抽头和电源连通，电动机高速运转，同样，TM导通时，电动机中速运转，TL导通时电动机低速运转。设调速周期Ts＝16T(T为电源周期)，低速调速时，在调速周期内不接通任何一个晶闸管，则电动机的转速为零。调速周期内全接通TL，则电动机低速运行，如果在调速周期内，N个电源周期接通TL(0≤N≤16)，其他周期不接通，那么，在电动机的低速下可获得16档更低的转速。同理，中速调速时，在16个电源周期内，N个周期接通TM，(16-N)个周期接通TL，那么在电动机低速和中速之间又可获得16档转速。同样，在中速和高速之间可获得16档转速。由此可见，采用分时接通的方法可使三抽头单相电动机具有四十八档转速。分时接通的调速方法已得到实验证实。由于低速调速中接通比例较小时，电风扇的风速过低，不能正常送风，故本实用新型仅取较高的四十二档转速。
本实用新型采用微控制器控制，结合电子测温和电脑时钟，使电风扇具有感温的能力和识别时间的能力，实现电风扇的转速随气温和时间自动调节的功能，同时具备气温过低自动报警和长时间空转自动停止保护，使电风扇智能化。另外，本实用新型还具有气温数字显示、时钟、闹钟、整点报时等多种功能。
本实用新型的多功能电风扇控制器具有三种主要功能时钟控制、温度控制和用户自编风型控制，分别简称钟控、温控和程控。钟控要求电风扇的风速能随时间变化而变化，温控要求电风扇的风速随气温变化而变化，程控要求电风扇的风速随用户自编风型而变化。钟控和温控都具有三种风类，即定级风、随机风和周期风，每种风类下设三个风级，即弱风、中风和强风。时钟和温度对风速的控制如下列公式
定级风S＝CD(i)*RATE(i＝0，1，2)随机风S＝CS(i)*RND*RATE(i＝0，1，2)周期风S＝CZ(i，j)*RATE(i＝0，1，2；j＝0，1，2，……，n)其中，S为转速，RND为随机函数，CD(i)为定级风常定值，i表示风级(i＝0表示弱风，i＝1表示中风，i＝2表示强风)(下同)，CS(i)为随机风常定值，CZ(i，j)为周期风常定矩阵，RATE为调制比率。当RATE为钟控调制比率时，反映时钟对风速的自动控制，当RATE为温控调速比率时，反映温度对转速的控制。设计温控调制比率与气温的对应关系时，应以人体的产热散热模型为根据，结合不同类型的用户的生理特征进行计算，使温控适合人体的要求；设计钟控调制比率与时间的对应关系时，除考虑不同类型用户的生理特征外，还要考虑产品使用地域的典型夏季日气温变化的规律。调制比率是反映时钟和温度对电风扇自动控制的重要数据，各类型的电风扇应精心设计钟控调制比率和温控调制比率，才能真正体现本实用新型的优越性能。钟控和温控程序流程图如图2所示。程序中，钟控调制比率固化于0746H～0776H单元中，温控调制比率固化于0780H～07A7H单元中。钟控调制比率和温控调制比率由专门的子程序计算，分别记录于RAM中44H和43H单元，钟控和温控程序直接采用这两个数据。
本实用新型的多功能电风扇控制器具有用户自编风型控制的功能，用户可以根据自己的喜爱制造风型，然后电风扇重现用户的风型。本实用新型采用记录的方法生成用户自编的风型，当用户选择自编风型状态时，微控制器自动记录用户操作的风级和时间，存贮在RAM特定的区域里，编程结束后，微控制器保存用户的风型记录(直到用户再编风型)，当用户选择程控时，电风扇自动按原有的风型记录运行，复现用户自编的风型。在微控制器的RAM中用于记录用户风型的区间为50H～7FH，共48个单元，风型记录采用8位数据，运行时间用5位表示，每单位表示1S，故每单元最长可记录31S，最长自编风型时间为24分钟。用户自编风型时，风扇不受过低温保护的控制，因此用户可采用自编风型使电风扇在气温较低时运行。
本实用新型由于引入电子测温和电脑时钟，使电风扇具有气温过低自动报警和长时间空转自动停止保护。根据各类型用户的人体产热散热模型，计算出报警临界气温(白天、夜晚各不相同，固化于程序中077EH和077FH单元之中，当微控制器实时测得的气温小于或等于报警临界气温时，电风扇自动停止扇风、导风，使过低温度指示发光二极管发亮，并发出报警信号，使用户采取防寒保暖的措施，保护用户的健康，这是本实用新型的另一个重要特征。过低温报警时间长达2分钟，2分钟之后自动停止报警，2分钟之内如用户清醒，只要按下任何按键，微控制器即可确认用户已清醒，自动停止报警。另外，为了防止用户出门时忘记关闭电风扇，以致电风扇长时间运转造成损失，本实用新型开发了长时间空转自动停止的保护功能。白天期间，电风扇从最后一次操作起连续运行3～4小时后(连续运行期间无任何操作)，微控制器将认为电风扇已无人看管，自动停止扇风、导风，并显示长时间空转自动停止保护的标志。用户需用电风扇时，按下任何按键，电风扇将自动恢复运行。长时间空转自动停止保护仅在白天期间(6点～22点)起作用，夜晚期间不设该保护。
本实用新型除了具有上述主要功能和特征外，由于采用了微控制器，使电风扇具有多种附加的功能，如时钟显示、温度显示、闹钟、整点报时等，使电风扇集时钟、温度计于一身，一物多用。时间、温度、设定闹钟值都通过数码显示器显示，用户可以通过显示选择按键使数码显示器显示所需要的数值。当显示时间和设定闹钟值时，可以通过分或时按键校正时钟或设定闹时值。闹钟除零点零分外，全天侯工作，即时钟值和闹时值相等时，电风扇发出闹钟信号，唤醒用户，不必担心舒适的风会使用户忘记时间。整点报时仅在白天期间(6点～22点)工作，碰整点报时，夜晚期间，为了不打扰用户睡眠，不予整点报时。
控制系统的主程序流程图如图3所示。整个控制程序采用模块化结构，有利于更改和调试，程序长度为0000H～07FFH，共2K字节，其中控制程序占0000H～06FFH，系统所需数据固化于0700H～07FFH，对不同类型用户的电风扇，只需更改系统数据即可达到目的。
本实用新型与现有技术相比有如下的优点和有益效果①采用分时接通的调速方法使三抽头单相交流电动机具有四十二档转速，使电风扇能提供更适合于用户的风速。②引入电子测温和电脑时钟，使电风扇能够按时间和温度自动调节风速。③开发电风扇的用户自编风型控制的新功能，增加电风扇的趣味性。④具有气温过低自动报警和长时间空转自动停止保护。⑤融合温度计、时钟、电风扇于一身，具有多种用途的功能。
图1为多功能电风扇控制器电路原理图；图2为时钟控制和温度控制子程序流程图；图3为控制系统主程序流程图。
具体实施方式
按图1绘制印刷电路板，并筛选适当的电子元件进行安装。其中风扇电动机不允许转子轴向移动，应采用防转子轴向移动的轴承。
产生各类型用户的系列产品时，应根据人体产热散热模型精心计算控制器使用的数据，连同控制程序固化于微控制器内，形成本实用新型所需的微控制器，或由专业厂家批量生产微控制器。注意，由于人体形态不断进化，每10年应重新确定数据。
按有关要求生产电风扇的外壳和有关机械部件，组装成本微控制器控制的多功能电风扇，即能实施本实用新型。
权利要求1.一种多功能电风扇控制器，其特征在于由操作电路、测温电路、同步信号电路、电源及上电复位电路、报警电路、显示输出电路、电机控制及保护电路分别与微控制器连接构成，其中微控制器是单片机或其它数字信息处理装置；操作电路将按键和微控制器连接；测温电路由测温元件和多谐振荡器构成；同步信号电路由稳压管、电阻和门电路构成。
2.根据权利要求1所述的多功能电风扇控制器，其特征在于操作电路与微控制器的并行口相连接，它具有功能选择按键、风级选择按键、风类选择按键、显示选择按键、编程/时按键、导风/分按键、暂停按键。
3.根据权利要求1所述的多功能电风扇控制器，其特征在于测温电路由测温元件和多谐振荡器组成。
4.根据权利要求1所述的多功能电风扇控制器，其特征在于同步信号电路由一个稳压二极管、两个电阻和一个非门组成。
专利摘要一种多功能电风扇控制器由操作电路、测温电路、同步信号电路、电源及上电复位电路、报警电路、显示输出电路、电机控制及保护电路分别与微控制器连接构成,其中微控制器是单片机或其它数字信息处理装置;操作电路将按键和微控制器连接;测温电路由测温元件和多谐振荡器构成;同步信号电路由稳压管、电阻和门电路构成。本实用新型引入电子测温和电脑时钟,使电风扇能够按时间和温度自动调节风速;具有气温过低自动报警和长时间空转自动停止保护。
文档编号G05D23/19GK2498794SQ01255778
公开日2002年7月3日 申请日期2001年9月19日 优先权日2001年9月19日
发明者李汉 申请人:李汉