一种基于智能终端的220V电机调速系统的制作方法

本发明涉及电器产品的智能控制技术领域，特别是一种基于智能终端的220V电机调速系统。

背景技术：

220V电机在家用电器中应用广泛，比如电扇、洗衣机、抽油烟机等电器中。目前，涉及到电机的家用电器的控制大部分还停留在人工控制的阶段，存在调速问题的技术壁垒。目前市场上出现的一些所谓的智能调速控制器，大部分是通过控制电压来实现调速，这样既不能做到对电器实际用电量的监测，也不能从根本上解决家用电器中电机调速的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种节能、高效、安全的基于智能终端的220V电机调速系统，实现依靠智能终端遥控带有电机的家用电器。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于智能终端的220V电机调速系统，包括CPU主控制器，以及与CPU主控制器连接的电源模块、时钟模块、电机驱动模块和通信模块，其中：

所述通信模块，将智能终端发送的时间和速度命令，输入至CPU主控制器；

所述CPU主控制器，接收时间和速度命令之后，对命令进行解码和指令分配；

所述时钟模块，根据CPU主控制器产生的指令，对电机工作的时间进行控制；

所述电机驱动模块，对电机的速度进行控制；

所述电源模块，用于向电机驱动模块、CPU主控制器和通信模块供电。

进一步地，所述电源模块包括三部分：电机供电、CPU主控制器供电、通信模块供电；电机供电是输入电压为220V、输出为5V的变压器模块，CPU主控制器供电的电压为5V，通信模块供电的电压为3.3V，采用5V/3.3V稳压电路，该稳压电路以AMS1117为核心，外围由第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4组成。

进一步地，所述通信模块采用蓝牙4.0模块，使受控模块即CPU主控制器与智能终端建立一对一的通信渠道；所述通信模块包含跳线帽；蓝牙4.0模块的供电是3.3V，通过5V/3.3V稳压电路供电。

进一步地，所述电机驱动模块以过零点触发双硅输出光耦MOC3061为核心；MOC3061控制端的第一接口与第八电阻R8相连接，第二接口与第二电阻R2和S8050构成的输入驱动电路相接，该驱动电路的输入信号由CPU主控制器的PD6口提供；MOC3061输出端的第九电阻R9为触发功率双向可控硅的限流电阻，第十电阻R10为双向可控硅的门极电阻，第十一电阻R11与第十二电容C12构成RC缓冲电路，以在进行PWM调速时抑制电压变化。

进一步地，所述CPU主控制器包括主控芯片ATMEGA328P、第一晶振XTAL、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第一电阻R1、复位开关S4、下载端口J2、Bootload口J4；所述第五电容C5、第六电容C6和第一晶振XTAL构成振荡电路，该振荡电路的两个接口分别接ATMEGA328P的PB6、PB7口；ATMEGA328P的第20口AREE与第八电容C8相接；下载端口P中有五个接口，分别是GND、VCC、RXD、TXD、DTR口，其中RXD、TXD分别与PD0、PD1相连接，DTR通过第七电容C7与ATMEGA328P的PC6相接；复位开关S4为复位按钮，通过按键低电压复位；Bootload口J4的四个口分别与TMEGA328P的PC6、PB3、PB4、PB5相连烧写程序。

进一步地，所述时钟电路模块以DS1302为核心；DS1302供电有两种，第一种是与CPU主控制器共用5V电源输入，第二种是3.3V备用电池输入；DS1302的震荡电路由32.768KHZ的晶振和6PF的第九电容C9、第十电容C10组成；第十一电容C11是高频旁路电容；时钟芯片的输出有三个，分别是时钟总线SCLK、串口总线I/O、复位总线RST，该三个输出端口分别与CPU主控制器的PD7、PB0、PB1相连接；第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7为三根时间输出线的上拉电阻。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)利用PWM无级调速法，可靠、高效地对电机进行调速；(2)将智能终端引入到家用220V电机调速范畴，整个系统包含了人工控制和智能终端控制两种方式，其中智能终端控制可以实现无级调速功能；(3)通过自主设计的定时器模块来实现定时的功能，通过自主协议来控制电机的工作时段，方便灵活，实用性强。

附图说明

图1为本发明基于智能终端的220V电机调速系统的系统框图。

图2为本发明中CPU主控制器的电路图。

图3为本发明中电源模块的电路图。

图4为本发明中定时模块的电路图。

图5为本发明中通信模块的电路图。

图6为本发明中电机驱动模块的电路图。

具体实施方式

本发明基于智能终端的220V电机调速系统，包括智能终端、电源模块、时钟模块、电机驱动模块和通信模块。其中电源模块、时钟模块、电机驱动模块和通信模块与CPU主控制器模块相连接，共同集成在集成电路板上。智能终端部分是寄存于手机或PC端的控制端软件，通过它发送指令给CPU主控模块，CPU主控模块通过解析指令协议，从而控制受控设备。电源模块包括220V转5V的CPU主控模块供电系统和5V转3.3V稳压模块。时钟电路DS1302系统是围绕DS1302芯片搭建的电路系统，其功能是给整个系统制定工作时间，对电机的工作时间进行控制。电机驱动模块是小电压系统控制大电压电路系统的典型装置，通过光耦隔离并且能够实现PWM无级调速的目的。

结合图1，本发明基于智能终端的220V电机调速系统，包括CPU主控制器，以及与CPU主控制器连接的电源模块、时钟模块、电机驱动模块和通信模块，其中：

所述通信模块，将智能终端发送的时间和速度命令，输入至CPU主控制器；

所述CPU主控制器，接收时间和速度命令之后，对命令进行解码和指令分配；

所述时钟模块，根据CPU主控制器产生的指令，对电机工作的时间进行控制；

所述电机驱动模块，对电机的速度进行控制；

所述电源模块，用于向电机驱动模块、CPU主控制器和通信模块供电。

进一步地，所述电源模块包括三部分：电机供电、CPU主控制器供电、通信模块供电；电机供电是输入电压为220V、输出为5V的变压器模块，CPU主控制器供电的电压为5V，通信模块供电的电压为3.3V，采用5V/3.3V稳压电路，该稳压电路以AMS1117为核心，外围由第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4组成。

进一步地，所述通信模块采用蓝牙4.0模块，使受控模块即CPU主控制器与智能终端建立一对一的通信渠道；所述通信模块包含跳线帽；蓝牙4.0模块的供电是3.3V，通过5V/3.3V稳压电路供电。

进一步地，所述电机驱动模块以过零点触发双硅输出光耦MOC3061为核心；MOC3061控制端的第一接口与第八电阻R8相连接，第二接口与第二电阻R2和S8050构成的输入驱动电路相接，该驱动电路的输入信号由CPU主控制器的PD6口提供；MOC3061输出端的第九电阻R9为触发功率双向可控硅的限流电阻，第十电阻R10为双向可控硅的门极电阻，第十一电阻R11与第十二电容C12构成RC缓冲电路，以在进行PWM调速时抑制电压变化。

进一步地，所述CPU主控制器包括主控芯片ATMEGA328P、第一晶振XTAL、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第一电阻R1、复位开关S4、下载端口J2、Bootload口J4；所述第五电容C5、第六电容C6和第一晶振XTAL构成振荡电路，该振荡电路的两个接口分别接ATMEGA328P的PB6、PB7口；ATMEGA328P的第20口AREE与第八电容C8相接；下载端口P中有五个接口，分别是GND、VCC、RXD、TXD、DTR口，其中RXD、TXD分别与PD0、PD1相连接，DTR通过第七电容C7与ATMEGA328P的PC6相接；复位开关S4为复位按钮，通过按键低电压复位；Bootload口J4的四个口分别与TMEGA328P的PC6、PB3、PB4、PB5相连烧写程序。

进一步地，所述时钟电路模块以DS1302为核心；DS1302供电有两种，第一种是与CPU主控制器共用5V电源输入，第二种是3.3V备用电池输入；DS1302的震荡电路由32.768KHZ的晶振和6PF的第九电容C9、第十电容C10组成；第十一电容C11是高频旁路电容；时钟芯片的输出有三个，分别是时钟总线SCLK、串口总线I/O、复位总线RST，该三个输出端口分别与CPU主控制器的PD7、PB0、PB1相连接；第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7为三根时间输出线的上拉电阻。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

结合图1，一种基于智能终端的220V电机调速系统，包括CPU主控制器、电源模块、时钟模块、电机驱动模块和通信模块。所述的电源模块、时钟模块、电机驱动模块和通信模块均与CPU主控制器相连，通过手机等智能终端发送速度和定时的命令，CPU主控制器接收命令之后，对命令进行解码和指令分配，根据指令，时钟模块对电机工作的时间进行控制，电机驱动模块利用PWM调速法保证电机稳定运行及速度控制。电源模块向电机驱动模块、CPU主控制器和通信模块供电。

图2为本发明的CPU主控制器，其中包括主控芯片ATMEGA328P、第一晶振XTAL、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第一电阻R1、复位开关S4、下载端口J2、Bootload口J4。其中第五电容C5、第六电容C6和第一晶振XTAL构成振荡电路，该振荡电路的两个接口分别接ATMEGA328P的PB6、PB7口。ATMEGA328P的第20口AREE与第八电容C8相接，第八电容C8又称为高频旁路电容，作用是把电源中的高频杂波对地短路，降低电源输入对芯片的影响。下载端口P中有五个接口，分别是GND、VCC、RXD、TXD、DTR口，其中RXD、TXD分别与PD0、PD1相连接，DTR通过第七电容C7与ATMEGA328P的PC6相接。复位开关S4为复位按钮，通过按键低电压复位。Bootload口J4的四个口分别与TMEGA328P的PC6、PB3、PB4、PB5相连，对于刚生产出的芯片来说，在进行Bootload之后，才能进行程序烧写。与PC0、PC1和22口相连的三个琴键开关是手动调速模块，优先级高于智能终端调速。

图3是本发明的电源转换模块，包括220V/5V的电源转换模块U1，和5V/3.3V的稳压模块。U1主要是输入为220V、输出为5V的变压器模块，CPU主控制器的供电电压是5V，通信模块的供电电压为3.3V左右，由5V/3.3V稳压电路供电；5V/3.3V稳压电路是以AMS1117为核心，外围由第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4组成。第二电容C2的正极与AMS1117的输入口Vin、输入5V电源连接，第二电容C2的负极与第一电容C1负极连接并接地。第四电容C4的正极与3.3V输出口Vout相连接，负极与第三电容C3的相连接并接地。

图4是本发明的时钟模块，时钟模块是以DS1302为核心，DS1302供电有两种，第一种是与CPU主控模块共用5V电源输入，第二种是3.3V备用电池输入。DS1302的震荡电路是由32.768KHZ的晶振和6PF的第九电容C9、第十电容C10组成。第十一电容C11也是高频旁路电容，它是抑制DS1302内部的高频杂波信号。时钟芯片的输出有三个，分别是时钟总线SCLK、串口总线I/O、复位总线RST，它们分别于CPU主控模块的PD7、PB0、PB1相连接。第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7为三根时间输出线的上拉电阻，由于时钟芯片输出数据对于时序要求严格，在集成的电路系统中，时钟芯片的工作极易受其他电路的干扰，为此增加上拉电阻使时钟芯片能够发出明确信号。时钟模块是通过自主协议来进行设置与操作，经由智能终端发送指令给通信模块，经由CPU主控模块处理，将解码后的定时信息与时钟模块的信息进行比对，在达到指令要求时，CPU主控模块对受控对象发送命令。

图5为本发明的通信模块，为了使通讯效率增高和使通讯结构简单化，本发明采用的是蓝牙4.0模块，它使受控模块与智能终端模块建立一对一的通信渠道，具有效率高、性能稳定等优势。图中，W1为跳线帽，在对CPU主控制器进行程序更新的过程中，需要将蓝牙模块与CPU主控制器的串口接线断开，为此，需要增加此元件。蓝牙4.0的供电是3.3V，由5V/3.3V稳压模块供电。

图6为本发明的电机驱动模块，该模块以过零点触发双硅输出光耦MOC3061为核心。MOC3061具有超强的dv/dt能力，保证了电感负载稳定的开关性能。MOC3061的控制端，第一接口与第八电阻R8相连接，第二接口与第二电阻R2和S8050构成的输入驱动电路相接，该驱动电路的输入信号是由CPU主控制器的PD6口提供。MOC3061输出端，第九电阻R9为触发功率双向可控硅的限流电阻，第十电阻R10为双向可控硅的门极电阻，第十一电阻R11与第十二电容C12构成RC缓冲电路，以抑制在进行PWM调速时抑制电压变化du/dt。采用MOC3061的优点是可以将强电与弱点进行隔离并且可以进行频繁地控制。

本发明的PWM无极调速法，根据CPU主控制器的硬件条件，智能终端可将电机速度值设置成0～255，在操作端可以在这个电机速度值范围内实现调速功能。智能终端发送电机调速指令之后，CPU主控制器将指令进行代码解算，从而得出PD6口的导通闭合周期，经过MOC3061光耦模块来控制双向可控硅TLC336A的工作周期，从而实现PWM无极调速。对于工作在交流220V的家用电机，此方法完全避免了通过硬件调压来控制转速的问题，实现节能、高效、安全的目的。