摘 要:本文从市场现状分析市场需求,定位了自适应温度调节器的研究目标,即具有自然风、暖风、加湿、除湿四位一体,并可以根据环境温湿度条件进行自适应调节的日常小电器。根据目标确定了产品的功能实现原理和控制方法,并对自适应温度调节器进行了外观设计和使用说明。
关键词:自适应 温湿度 功能设计 外观设计
中图分类号:TP2文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)10(c)-0002-01
1 市场现状及发展需求分析
当今,人们对居住生活环境的要求日益提高,促使了具环境调节功能电器的不断发展,其中以空调和电风扇最为广泛。生活中,空调的使用已非常普遍,但其耗电量较大。随着节能减排的观念日益深入,电风扇因能耗较低而受到重视。且价格低廉,可工作在开放的环境中,更加健康。目前市场上大部分电风扇仍比较传统,功能上较为单一,缺少“一专多能”的新型产品。自适应温度调节器正是以功能全面,能耗较低,方便使用,能将空调和风扇的优点有机结合为目标进行的设计。
2 产品研究目标
基于以上的产品需求分析,自适应温度调节器定位于能将自然风、暖风、加湿、除湿四种功能集于一体,小巧轻便,针对于小空间的多功能电器。即是自适应温度调节器集合了在天气炎热时有电风扇能吹自然风,在寒冷的时候空调具有暖风能升温,在干燥的时候加湿器能给空气加湿,在潮湿的时候除湿器能降低空气湿度的特点,将四种不同的电器功能集于一体,能在一个电器上通过用户选择实现所需要功能,也能在空气中的湿度偏离用户设定的湿度标准时,自动调节使之达到标准值(若大于设定值,则启动除湿功能;反之,若小于设定值,则启动加湿功能),但实现这些功能却只占用一个电器的空间甚至更小。而这种电器将用于如企业个人小办公隔间的小空间,满足例如公司办事员、公共宿舍学生等用户的需求,这些用户的共有特点为具有各自特有的小型空间。
3 产品运用原理
3.1 功能实现原理与方法
3.1.1 自然风的实现
利用风扇的现有的基本功能,通过风扇叶片的旋转,扰动空气使空气定向流动,形成自然风。
3.1.2 暖风的实现
在自然风的基础上,在风扇前方放置一个加热器,加热器通电工作时,使空气温度升高,形成暖风。考虑到不同情况下对暖风温度的不同要求,设定多个加热器的工作档位。档位设置通过多条电阻丝串并联实现,电阻丝全部并联时发热功率最大,全部串联时发热功率最小,并设定多种不同的中间工作状态,以此改变加热器的功率。
3.1.3 加湿功能的实现
利用晶振器的高频振荡将液态水雾化为小水滴,风扇将水雾扩散到周围的空气中,以增加小范围空间内湿度。为防止加湿器干烧而使元件损坏,必须保证在它工作的时候储水箱中有足够量的水。因此在加湿器上附加防干烧装置,其作用是当储水箱水位低于允许值时,加湿设备停止工作。
3.1.4 除湿功能的实现
利用半导体片在通电工作状态下其前后两面能形成较大的温度差的特点,在它的较冷的一面可以将室温中的水蒸气冷却凝结成液态的水。将半导体片两面各与一块金属散热片相连接,增大换热面积,并将凝结出来的水导入储水箱中。当风扇工作时,风扇吹出的风流过金属散热片,其中所含的部分水蒸气凝结下来,以降低小范围空间内湿度。
3.2 自动控制部分
采集环境温度和湿度参数,根据这些信息,自动实现对降温部分、加热部分、加湿部分、除湿部分的启停和选档控制。对于调档,风扇采用交交变频电路为其提供不同频率的正弦波以改变转速;发热丝采用交流调功控制改变其平均功率;加湿和除湿部分也采用晶闸管等开关器件控制其工作状态。总体特点为:采用电力电子电路和器件,用单片机为其提供PWM波作为器件的触发控制信号。因此具有节能、可精确调节、自动化程度高等特点。
3.2.1 电力电子电路应用
(1)交交变频电路控制风扇
采用晶闸管电路,改变交流频率以调节电机转速。
为使其输出电压波形基本为正弦波,可采用余弦交点法,计算出各晶闸管所需触发信号,使负载两端电压为目标频率。
(2)交流调功电路控制发热
通过改变负载与交流电源接通周波数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。采用双向导通的晶闸管作为开关器件,以占空比可变的矩形波作为其触发信号,改变占空比实现调档。
3.2.2 单片机过程
(1)温湿度信号采集和模数转换
利用两端集成温湿度传感器AD590作为转换元件,以实现将现场的温湿度信号转换成模拟的电信号。该传感器是一个输出电流与温湿度成比例的电流源。由于电流能很容易地转变成电压,因此应用方便。完成这一模拟量的转换之后,再利用AD363转换成数字信号。传给单片机使用。
(2)温度信号比较和控制信号输出
采用有级调档的方法。例如,风扇设低中高三档,发热丝也设低中高三档,当气温在8℃以下时选择发热高档,在8℃～12℃时选择发热中档,在12℃～15℃时选择发热低档。同理,当气温分别在28℃～32℃,32℃～35℃,35℃以上时,分别选择风扇低中高档。
方法如下:由采集到的温度信号与上述门限值比较,确定当前温度的范围,由单片机某I/O接口输出占空比为1/2、3/4或1的矩形波给电压型双向晶闸管,实现发热丝功率的调控。同理,单片机的另外一些I/O接口,输出交交变频电路中产生30Hz、40Hz、50Hz电压波所需触发信号控制风扇档位。
(3)湿度信号比较和控制信号输出
湿度调节不设档位,仅控制其启停。以温度信号与设定值比较,当湿度低于门槛值时,控制加湿器的I/O口输出高电平开启加湿器,高于该值时输出低电平关闭加湿器。同理由另外一门槛值和I/O口控制除湿器的启停。
4 产品使用说明
产品功能为:自然风、暖风和湿度调节。
自然风:使用主体部分(底座和风扇),通过开关调档选择风速。
暖风:启动加热功能,主体部分与加热丝配合使用。自适应温度调节器感应周围环境温度,进行多档自适应调节,使室温保持在设定温度附近。
湿度调节:当环境湿度低于设定湿度,由调节器主体进行加湿。当环境湿度高于设定湿度时,制冷片自动从收纳槽中弹出,进行除湿。在不需使用制冷片时,可将其手动按回收纳槽中。
5 结语
以上便是我们对自适应温度调节器的研究与设计。其能有效的实现不同的功能,且占用空间小,相比于购买多种电器降低了成本,较好的迎合了市场需求,具有良好的市场开发潜力。
参考文献
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①作者简介:陈茜(1991～),女,高中学历,华北电力大学本科在读,电气工程及其自动化专业,电力系统自动化方向。