CN104832444B - 一种智能风扇 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能风扇，包括风扇和风向控制***，所述风扇的送风范围包括若干个送风区域；所述风向控制***包括：用户检测模块，用于检测各个送风区域的用户信息；风向检测模块，用于检测风扇当前的送风信息，所述的送风信息包括风扇的风向和旋转方向；主控模块，用于根据各个送风区域的用户信息和当前的风向调整风扇的送风模式，所述的送风模式包括风扇的风向、旋转方向以及在各个送风区域的旋转速度。本发明将风扇的送风范围划分为若干个送风区域，根据各个送风区域的用户信息实时调整风扇的送风模式，在有使用者的区域风向改变慢，在无使用者的区域风向改变快，以达到最大的节能效果。

Description

一种智能风扇

技术领域

本发明涉及家用电器技术领域，具体涉及一种智能风扇。

背景技术

电风扇(风扇)是我们常见的家电，是炎炎夏日驱赶燥热的工具。空调的产生使电风扇受到了一定冲击，但与空调相比，电风扇有着它独特的优势，依然是室内最常见的降温电器。例如，电风扇价格低廉而且更加节能；其次，使用电风扇时可以打开窗户，避免空气长时间不与外界交换，污染物增多，感染疾病。

但现有电风扇也存在着一些弊端，很多人熟睡时使用风扇，气温波动较大时容易造成鼻塞头痛等身体不适，所以设计出更加智能化、人性化的电风扇可进一步扩大风扇的应用范围。

此外，现有的电风扇功能单一，只能通过使用者设定，在固定的角度内改变送风方向并送风，不能感应使用者特别是多个使用者的位置而自动面向使用者送风。这一不足，给使用者带来不便。

针对该问题，公开号为CN 104088805 A的中国专利申请公开了一种智能风扇，通过在风扇上安装红外传感器感应使用者的位置，根据感应到的使用者的位置调整风向。

尽管该专利申请能够根据使用者位置自动调整风向。但是，当同一台电风扇的多个使用者所处的位置较分散，则电风扇匀速改变风向送风时，将在无使用者的区域内浪费送风量，这就等同于浪费电量。这一不足，不仅让使用者不能最大限度的享受电风扇送出的风量，也于环保不利。

此外，目前有许多智能电风扇产品及其相关研究。有的根据环境温度调节叶片转动速度；有的通过热释电红外传感器感应室内有无人在，进而自动启停风扇；有的通过距离传感器监测到小孩误入危险距离时，会自动发出警报。

尤其是近年来，随着人们对生活质量追求的不断提高，现有的电风扇功能单一，不能满足使用者的要求。已研制出的一些新型电风扇也无法根据使用者的位置和人数改变送风范围和方向，同时在有人与无人的地方送风量并无差异，这在一定程度上造成了送风量和电能的浪费，不满足节能减排低碳环保的要求。

发明内容

为了弥补现有的电风扇不能自动感应使用者的位置而造成的使用不便以及在无使用者的区域内浪费送风量的问题，本发明提供了一种智能风扇。

一种智能风扇，包括风扇和风向控制***，所述风扇的送风范围包括若干个送风区域；

所述风向控制***包括：

用户检测模块，用于检测各个送风区域的用户信息；

风向检测模块，用于检测风扇当前的送风信息，所述的送风信息包括风扇的风向和旋转方向；

主控模块，用于根据各个送风区域的用户信息和当前的风向调整风扇的送风模式，所述的送风模式包括风扇的风向、旋转方向以及在各个送风区域的旋转速度。

在实际应用时，首选需要确定风扇的送风范围，然后再将送风范围划分为若干个送风区域。送风范围可以通过主控制***中的风向检测模块检测得到，通常风扇的送风范围采用风扇的旋转角度范围来衡量。

划分送风区域时，可以根据实际应用情况设定，例如可以采用平均等分划分法，即使各个送风区域大小相等，也可以采用非等分划分法，即根据用户需求习惯任意设定各个送风区域的大小，任意两个送风区域的大小相互之间不影响，只要保证所有送风区域的大小之和等于送风范围即可。

送风区域的个数无特殊要求，由于风扇的风向以及旋转速度通常通过电机控制实现，考虑到精度以及可操作性，作为优选，所述风扇的送风范围包括3～6个送风区域。进一步优选，所述风扇的送风范围包括5个送风区域。

由于确定送风模式时，通常只需要考虑送风区域中是否有用户即可，相应的，所述的用户信息包括各个送风区域是否存在用户。

为便于实现，所述用户检测模块包括若干个与各个送风区域一一对应的红外传感器。

红外传感器的检测范围通常较大，为能够与相应的送风区域重合，首先设定红外传感器在风扇上的安装位置，然后对红外传感器进行特殊处理。本发明中处理方法如下：

将红外传感器上的菲涅尔透镜的边缘四周用不透明的材料遮挡住，遮挡范围根据所需的检测范围确定。

所述主控模块根据如下方法调整风扇的送风模式：

若当前风向对应的送风区域不存在用户，且当前风向之后对应的所有送风区域均不存在用户时，改变旋转方向使其与当前的旋转方向相反；

否则，不改变旋转方向。

本发明中当前风向之后对应的所有送风区域指风扇的风向从当前风向开始，按照当前的旋转方向依次经过的所有送风区域。

所述主控模块根据如下方法调整风扇的送风模式：

针对任意一个不存在用户的送风区域，使该送风区域中风扇的旋转速度大于存在用户的送风区域中风扇的旋转速度。

在有使用者(用户)的送风区域风向改变慢(即旋转速度小)，在无使用者的送风区域风向改变快(即旋转速度大)。进一步优选，针对不存在用户的送风区域，使该送风区域中风扇的旋转速度为存在用户的送风区域中风扇的旋转速度的2～3倍。

为能够实现最大限度的节能，必须保证送风模式与用户信息的实时性，本发明中用户检测模块每隔设定的时间间隔自动检测用户信息，根据检测到的用户信息实时调整送风模式。

作为优选，所述的时间间隔根据各个送风区域的大小以及设定的旋转速度调节进行设定，为实现跟踪送风，通常要保证在每个送风区域内(风向经过的每个送风区域时)至少检测一次。

此外，通过定期检测用户信息调整送风模式，当只有一个用户时，可以对该用户的位置进行实时跟踪，进而能够实现对该用户进行跟踪送风。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

将风扇的送风范围划分为若干个送风区域，根据各个送风区域的用户信息实时调整风扇的送风模式，在有使用者的区域风向改变慢，在无使用者的区域风向改变快，以达到最大的节能效果。当有多名使用者时，该电风扇可根据使用者的所处位置自动调整其送风的范围以及风向改变的速度，可以让使用者最大限度的享受送风量，同时减少在无使用者的区域的无用送风以达到环保、节电的目的。

附图说明

图1为本实施例的风扇控制电路原理示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

一种智能风扇，包括风扇和风向控制***，风扇的送风范围包括若干个送风区域。

本实施例的风扇为摆页扇，通过直流电动机带动连接件、连杆的移动，从而带动支架的左右移动，使风扇的摆页摆动，从而改变风向。

本实施例的风扇的送风范围(即摆页摆动的角度范围)为150°，采用均匀等分法将该送风范围划分为5个送风区域，分别为区域一、区域二、区域三、区域四和区域五。每个送风区域的大小为30°，各个送风区域之间相互连续，但是无重合。

本实施例的风向控制***包括：

用户检测模块，用于检测各个送风区域的用户信息，用户信息包括各个送风区域是否存在用户；

本实施例中用户检测模块包括5个与各个送风区域一一对应的红外传感器。当对应的送风区域中有用户时，对应的红外传感器输出高电平。

具体实现方法如下：

首先，在每个送风区域设定红外传感器的安装位置，然后对红外传感器进行处理，使各个红外传感器的测量范围与对应的送风区域重合并安装到设定的安装位置上。

风向检测模块，用于检测风扇当前的送风信息，送风信息包括风扇的风向和旋转方向；

本实施例中风向检测模块基于霍尔元件传感器模块实现，其中霍尔传感器安装在风扇摆页的支架上。通过霍尔传感器间接感应摆页的摆动，进而完成对当前的风向和旋转方向(即摆页的摆动方向)的检测。

主控模块，用于根据各个送风区域的用户信息和当前的风向调整风扇的送风模式，本实施例中送风模式包括风扇的风向、旋转方向以及在各个送风区域的旋转速度。

本实施例中主控模块根据如下方法调整风扇的送风模式：

针对任意一个不存在用户的送风区域，使该送风区域中风扇的旋转速度大于存在用户的送风区域中风扇的旋转速度(本实施例中为存在用户的送风区域中风扇旋转速度的2倍)。

若当前风向对应的送风区域不存在用户，且当前风向之后对应的所有送风区域均不存在用户时，改变旋转方向使其与当前的旋转方向相反；

否则，不改变旋转方向。

本实施例的主控制模块基于数字信号处理器(DSP处理器)实现，能够提高处理速度，且与逻辑电路相比，易于实现，大大降低了电路复杂度。

风向控制***控制风扇的送风模式最终是通过对驱动风扇摆页摆动的电机控制实现，基于如图1所示的电路实现。

如图1所示，用户检测模块(本实施例中包括5个红外传感器)的5个输出引脚与数字信号处理器的GPIO1到GPIO5引脚(分别为GPIO1、GPIO2、GPIO3、GPIO4和GPIO5)相连。风向检测模块(本实施例中即两个霍尔传感器)与数字信号处理器的AD1与AD2引脚相连。直流电机控制模块采用H桥式驱动板，型号为L298N，其上的in1、in2、GND、VCC引脚分别与数字信号处理器的PWM1、PWM2、VCC、GND引脚相连。

同时，直流电机控制模块的Vin、GND引脚与电源变换器(AC/DC模块，即图中AC/DC)相连。直流电机控制模块的M+与M-引脚与直流电动机M相连。其中，直流电机控制模块的M+与M-引脚与直流电动机M之间还连接有开关KM相连。

电路工作时，电源变换器外接市电(即AC 220V交流电)，将220V交流电转变为15V直流电，为直流电机控制模块提供基础供电。直流电机控制模块内部可将这一15V的直流电转变为5V直流电，为数字信号处理器提供基础供电。

数字信号处理器中运行有风向控制程序，通过该风向控制程序调整送风模式。下面，通过一个例子，描述这一控制程序，也描述整个电路的工作原理。

用户检测模块(即五个红外传感器)将风扇的送风范围从左向右划分为五个区域，每一个红外传感器代表一个区域。每个区域的边界都以两个数字信号为标志，这些边界标志已存入数字信号处理器。假设现在区域一与区域三中有使用者，且区域一的两个边界标志为d1、d2，区域二的边界标志为d2、d3，区域三的边界标志为d3、d4。代表区域一与区域三的红外传感器将输出3.3V高电平，使数字信号处理器的GPIO1与GPIO3引脚接收到高电平，这一高电平信号将被转换为数字信号“1”，记为GPIO1＝1，GPIO3＝1，GPIO2＝GPIO4＝GPIO5＝0。霍尔元件可以实时间接检测当前风向，风向不同时，霍尔元件的输出模拟电压大小不同，这一模拟电压输入到数字信号处理器的AD1与AD2引脚，数字信号处理器内部可将这一代表当前风向信息的模拟电压量转换为一数字量，记为d。

数字信号处理器实时将d与d1、d2、d3、d4进行比较。若现在d>d4，GPIO1＝1，GPIO3＝1，GPIO2＝GPIO4＝GPIO5＝0，代表当前风向位于使用者的右侧，则控制程序将使数字信号处理器的PWM1引脚上输出占空比较大的PWM信号，PWM2引脚输出始终保持0V。这一PWM信号输入到直流电机控制模块，直流电机控制模块将这一PWM信号转变为可以驱动直流电动机的功率信号，从直流电机控制模块的M+与M-引脚输出，使直流电动机顺向快速旋转(本实施例中快速旋转的速度为8转每分钟)，使风向快速到达区域三。

当d3<d<d4,代表风向到达区域三，由于GPIO3＝1，控制程序将使数字信号处理器的PWM1引脚上输出占空比较小的PWM信号，PWM2引脚输出始终保持0V。这一PWM信号经直流电机控制模块使直流电动机顺向缓慢旋转(本实施例中慢速旋转的速度为4转每分钟)，使风向较慢的摆过区域三。

随后，d2<d<d3，代表风向到达区域二，由于GPIO2＝0，控制程序将使数字信号处理器的PWM1引脚上输出占空比较大的PWM信号(即脉冲宽度调制信号)，PWM2引脚输出始终保持0V。这一PWM信号经直流电机控制模块使直流电动机顺向快速旋转，使风向较快的扫过区域二。随后，d1<d<d2，代表风向到达区域一，由于GPIO1＝1，控制程序将使数字信号处理器的PWM1引脚上输出占空比较小的PWM信号，PWM2引脚输出始终保持0V。这一PWM信号经直流电机控制模块使直流电动机顺向慢速旋转，使风向缓慢的摆过区域一。

当d小于或等于d1，控制程序将使数字信号处理器的PWM1引脚输出保持0V，PWM2引脚输出占空比较小的PWM信号，这一PWM信号经直流电机控制模块使直流电动机逆向慢速旋转，使风向缓慢的摆过区域一，同样的，风向将快速扫过区域二，再慢速摆过区域三。由于GPIO4＝GPIO5＝0，控制程序将使风向摆过区域三后再向区域一移动，不会向区域四与区域五送风。

本实施例所采用的技术方案是：使用数字信号处理器将红外传感器、霍尔传感器模块、直流电机控制模块相连，联合控制电风扇。在现有的电风扇的外壳上安装五个红外传感器，这样可以将电风扇的送风范围划分为五个区域，每一个红外传感器代表一个区域。当一个或多个使用者进入某一个或某几个区域时，相应区域的红外人体感应模块将输出信号至数字信号处理器。同时，霍尔传感器模块也将实时感应到风扇当前的送风方向，并将这一方向信号传至数字信号处理器。数字信号处理器根据以上两个信号判断出需要的送风范围以及下一时刻风向改变的速度(即旋转速度)，并将这些判断转换成PWM信号(即脉冲宽度调制信号)输送至直流电机控制模块。随后，直流电机控制模块将控制电动机的运行，从而控制风扇的送风范围以及风向改变的速度。

本发明的有益效果是，当只有一个使用者使用该电风扇时，该电风扇可以感应到使用者的位置并针对其送风，若此时使用者在走动，该电风扇可对其跟踪送风。当有多名使用者时，该电风扇可根据使用者的所处位置自动调整其送风的范围以及风向改变的速度。例如，若区域一和区域三有使用者，该电风扇将只在区域一到区域三送风，同时，在区域一中，风向改变慢；在区域二中，风向改变快；在区域三中，风向改变慢。这样，可以让使用者最大限度的享受送风量，同时减少在无使用者的区域的无用送风以达到环保、节电的目的。

以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种智能风扇，包括风扇和风向控制***，其特征在于，所述风扇的送风范围包括若干个送风区域；

所述风向控制***包括：

用户检测模块，用于检测各个送风区域的用户信息；用户检测模块基于红外传感器实现；

风向检测模块，用于检测风扇当前的送风信息，所述的送风信息包括风扇的风向和旋转方向；

风向检测模块基于霍尔元件传感器模块实现，所述的霍尔元件传感器模块包括两个霍尔传感器，所述的霍尔传感器安装在风扇摆页的支架上；

主控模块，用于根据各个送风区域的用户信息和当前的风向调整风扇的送风模式，所述的送风模式包括风扇的风向、旋转方向以及在各个送风区域的旋转速度；

主控制模块基于数字信号处理器实现；

数字信号处理器将红外传感器、霍尔传感器、直流电机控制模块相连，直流电机控制模块控制直流电机的运行；

调整风扇的送风模式通过对驱动风扇摆页摆动的直流电机控制实现；

所述的用户检测模块每隔设定的时间间隔自动检测用户信息，所述的时间间隔根据各个送风区域的大小以及设定的旋转速度调节进行设定，保证在每个送风区域内至少检测一次；

所述的用户信息包括各个送风区域是否存在用户；

所述用户检测模块包括若干个与各个送风区域一一对应的红外传感器；

所述主控模块根据如下方法调整风扇的送风模式：

若当前风向对应的送风区域不存在用户，且当前风向之后对应的所有送风区域均不存在用户时，改变旋转方向使其与当前的旋转方向相反；

否则，不改变旋转方向。

2.如权利要求1所述的智能风扇，其特征在于，所述风扇的送风范围包括3～6个送风区域。

3.如权利要求1所述的智能风扇，其特征在于，所述风扇的送风范围包括5个送风区域。

4.如权利要求1所述的智能风扇，其特征在于，所述主控模块根据如下方法调整风扇的送风模式：

针对任意一个不存在用户的送风区域，使该送风区域中风扇的旋转速度大于存在用户的送风区域中风扇的旋转速度。

5.如权利要求4所述的智能风扇，其特征在于，针对不存在用户的送风区域，使该送风区域中风扇的旋转速度为存在用户的送风区域中风扇的旋转速度的2～3倍。