一種基於超聲波測距的電冰箱散熱機構及其控制方法與流程
2023-06-06 10:57:11 1
本發明屬於電冰箱散熱技術領域，尤其涉及一種基於超聲波測距電冰箱散熱機構以及控制方法。
背景技術：
現有的電冰箱都採用散熱器進行散熱，如中國發明專利cn2639814y中即公開了一種電冰箱的散熱機構，其包括安裝在電冰箱本體背部下方的熱管散熱器和壓縮機，熱管散熱器的一側設有電風扇，以加快散熱器的散熱。這種散熱機構的電風扇是以一個或多個固定功率和轉速進行工作的，無法根據具體的安裝環境和散熱空間的大小對風扇的轉速進行調節。風扇本身雖然能夠提高散熱效果，但是會帶來較大的噪聲，並且消耗電力，增加電冰箱的供電負載，況且風扇本身的電動機也會散發熱量，因此現有技術中很多電冰箱的散熱機構取消了電風扇以追求完全的靜音效果，這樣的弊端也很明顯，對於製冷功率較大的冰箱僅僅依靠散熱片的自然散熱滿足不了需求。
因此，電冰箱的設計安裝人員意識到，電冰箱背部的散熱機構在安裝過程中與牆具有一定距離是必要的。中國發明專利cn201615671u公開了一種電冰箱，其冰箱後部設置了超聲波傳感器，用於感知冰箱後部與牆壁的距離，保證了散熱最佳距離。但是僅僅測量冰箱後部到牆壁的距離是不夠的。在實際的安裝過程中，用戶往往把冰箱安裝在牆壁的拐角處，導致冰箱的側部與牆體的距離也比較近，另外，冰箱還可能安裝在櫥櫃、儲物櫃等家具的旁邊，這些障礙物的存在都阻礙了冰箱的散熱，而現有技術中的冰箱散熱器風扇按照預定的功率進行運轉，無法根據實際的散熱條件進行調節，目前的電冰箱散熱機構的設計人員並沒有意識到冰箱不同的安裝環境對散熱機構的散熱功率的不同要求。部分冰箱散熱器是根據散熱機構的溫度反饋的方式對風扇轉速進行調節，但是這種轉速控制具有滯後性，如果等到溫度已經明顯上升才提高轉速，會影響冰箱的性能。
技術實現要素：
本發明提出了一種冰箱散熱機構，其包括散熱器和風扇，所述散熱器安裝在冰箱本體背部下方，所述風扇安裝在散熱器的側面。所述風扇產生的氣流流過所述散熱器並帶走熱量。
所述散熱機構還包括六個超聲波傳感器，所述超聲波傳感器包括第一超聲波傳感器、第二超聲波傳感器、第三超聲波傳感器、第四超聲波傳感器、第五超聲波傳感器、第六超聲波傳感器。其中所述第一超聲波傳感器設置在冰箱本體背部上方，所述第二超聲波傳感器設置在冰箱本體背部下方，所述第三超聲波傳感器設置在冰箱本體左側部上方，所述第四超聲波傳感器設置在冰箱本體左側部下方，所述第五超聲波傳感器設置在冰箱本體右側部上方，所述第六超聲波傳感器設置在右側部下方。
所述六個超聲波傳感器用於測量冰箱本體到牆體的距離，並產生相應的距離信號，所述散熱機構還包括控制單元，所述超聲波傳感器的距離信號發送給控制單元，所述控制單元從接收到的六個所述距離信號識別冰箱的安裝環境，並產生相應的控制信號，所述控制信號發送給所述風扇並調節風扇的轉速。
本發明還提出一種冰箱散熱機構的控制方法，其基於上述散熱機構，所述第一超聲波傳感器測量冰箱本體背部上方與牆體的距離d1，所述第二超聲波傳感器測量冰箱本體背部下方與牆體的距離d2，所述第三超聲波傳感器測量冰箱本體左側部上方與牆體的距離d3，所述第四超聲波傳感器測量冰箱本體左側部下方與牆體的距離d4，所述第五超聲波傳感器測量冰箱本體右側部上方與牆體的距離d5，所述第六超聲波傳感器測量右側部下方與牆體的距離d6。所述控制單元根據上述di的值確定風扇控制參量di，當第i個超聲波傳感器所測量的距離di大於或等於1米時，di等於1，當第i個超聲波傳感器所測得的冰箱本體與牆體距離di小於1米時，di等於di，單位為米。
控制單元以下列公式計算出風扇的轉速：
其中，f是風扇轉速；f是風扇基礎轉速；p為補償轉速；di為風扇控制參量；ki為比例參數。
通過本發明基於超聲波測距的冰箱散熱機構和控制方法，通過分別獲取冰箱本體背部和兩側部與牆體之間的距離，可以識別出冰箱所處的散熱環境，並根據冰箱所處的散熱環境調節風扇轉速，避免了風扇處於固定轉速下工作，減小了散熱機構的能耗和噪聲，提高了散熱機構的智能化水平以及實用性。
附圖說明：
圖1為本發明冰箱背部示意圖；
圖2為本發明冰箱左側部示意圖；
圖3為本發明冰箱右側部示意圖；
圖4為本發明冰箱第一安裝示意圖(頂視圖)；
圖5為本發明冰箱第二安裝示意圖(頂視圖)；
圖6為本發明冰箱第三安裝示意圖(頂視圖)；
圖7為本發明冰箱第四安裝示意圖(正視圖)；
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明的技術方案進行進一步說明。
在一個實施例中，本發明的冰箱散熱機構，如圖1所示，其包括散熱器2和風扇，所述散熱器2安裝在冰箱本體1背部下方，所述風扇安裝在散熱器2的側面(未示出)。所述風扇產生的氣流流過所述散熱器2並帶走熱量。
所述散熱機構還包括控制單元(未示出)和6個超聲波傳感器，所述超聲波傳感器包括第一超聲波傳感器、第二超聲波傳感器、第三超聲波傳感器、第四超聲波傳感器、第五超聲波傳感器、第六超聲波傳感器。如圖1所示，其中所述第一超聲波傳感器3設置在冰箱本體1背部上方，所述第二超聲波傳感器4設置在冰箱本體1背部下方，如圖2所示，所述第三超聲波5傳感器設置在冰箱本體1左側部上方，所述第四超聲波傳感器6設置在左側部下方，如圖3所示，所述第五超聲波傳感器7設置在冰箱本體1右側部上方，所述第六超聲波傳感器8設置在冰箱本體1右側部下方。
本領域技術人員可以理解，冰箱作為一個近似的長方體，所述上方指冰箱背部或側部長方形表面的上半部分，所述下方指冰箱背部或側部長方形表面的下半部分。可選實施例中，設置在背部或側部上方的超聲波傳感器位於背部或側部長方形表面的上半部分的幾何中心，設置在背部或側部下方的超聲波傳感器位於背部或側部長方形表面的下半部分的幾何中心。
具體地，所述第一超聲波傳感器3用於檢測冰箱本體1背部上方距離牆體的距離，所述第二超聲波傳感器4用於檢測冰箱本體1背部下方距離牆體的距離，所述第三超聲波傳感器5用於檢測冰箱本體1左側部上方距離牆體的距離，所述第四超聲波傳感器6用於檢測冰箱本體1左側部下方距離牆體的距離，所述第五超聲波傳感器7用於檢測冰箱本體1右側部上方距離牆體的距離，所述第六超聲波傳感器8用於檢測冰箱本體1右側部下方距離牆體的距離。本申請中所述牆體不僅包括牆壁，還包括櫥櫃、家具等其他安放在冰箱旁邊並影響冰箱散熱的物體的側壁。通過這樣設置，本發明的散熱機構能夠全方位的感知冰箱所處的散熱環境。實際安裝過程中，現有的冰箱要求在安裝過程中與牆體的距離至少大於10釐米，而在本發明人的測試中發現，冰箱背部或側部與牆體的距離大於等於1米時，對冰箱散熱造成的影響較小，因此在本發明中，默認冰箱背部或側部與牆體的距離大於等於1米時相當於冰箱背部或側部沒有面對牆體，下面以具體的安裝情況進行進一步說明。
在第一安裝示意圖(圖4)中，冰箱本體1背部面對牆體9，牆體與本體1背部距離20釐米，而冰箱本體1兩側部的牆體大於等於1米(未示出)，這種安裝方式是冰箱的一般常見安放方式。所述第一和第二超聲波傳感器測得冰箱本體1背部上方和下方與牆體的距離為20釐米，所述第三、第四、第五、第六超聲波傳感器測得冰箱本體1兩側部與牆體的距離大於或等於1米，所述六個超聲波傳感器將距離信號傳輸給控制單元。控制單元通過六個超聲波傳感器的距離信號判斷冰箱本體1所處的散熱環境，即冰箱本體1背部上方、下方與牆體距離為20釐米，而冰箱本體1兩側部的上下方均沒有面對牆體。所述控制單元根據該散熱環境調節風扇轉速。在本發明中，風扇轉速調節的公式如下：
其中，f是風扇轉速，其小於或等於風扇最大轉速fmax；f是風扇基礎轉速，即冰箱本體1四周沒有牆體或牆體距離大於等於1米時、風扇維持散熱器正常工作溫度時的轉速，其值可以根據冰箱散熱器的發熱功率以及風扇的散熱性能確定，其設定初始值大於等於零，並小於風扇的最大轉速fmax；p為補償轉速，其值根據風扇散熱性能和最大轉速fmax確定；di為風扇控制參量，當第i個超聲波傳感器所測得的冰箱本體1與牆體距離di大於或等於1米時，di等於1，當第i個超聲波傳感器所測得的冰箱本體1與牆體距離di小於1米時，di等於di，單位為米；ki為比例參數，其根據第i個超聲波傳感器所測量的牆體距離對散熱器工作的影響程度進行設定。
在本示例性的實施方式中，fmax＝3000，f＝1000，p＝200，單位轉/分鐘；k2＝2，k3＝1，k5＝1，而根據六個超聲波傳感器測得的牆體距離di，d1＝0.2，d2＝0.2，d3-d6均等於1，將上述參數代入f的計算公式，得到f＝1655.49。
在第二安裝示意圖(圖5)中，冰箱本體1背部和左側部面對牆體9，牆體與本體1背部距離10釐米，冰箱本體1右側部未面對牆體，這種安裝方式常見於冰箱安放在飯廳的拐角處。所述第一、第二、第三和第四超聲波傳感器分別測得冰箱本體1背部和左側部的上下方與牆體的距離為10釐米，所述第五、第六超聲波傳感器測得冰箱本體1右側部與牆體的距離大於或等於1米。根據六個超聲波傳感器測得的牆體距離，d1-d4均等於0.1，d5-d6均等於1，將上述參數代入f的計算公式，得到f＝2013.96。
在第三安裝示意圖中(圖6)，冰箱本體1背部和左右側部均面對牆體9，其中左右側部與牆體距離均為10釐米，背部與牆體距離為20釐米，這種安裝方式常見於冰箱安放在牆壁與高大家具的夾縫中。所述第一、第二超聲波傳感器測得冰箱本體1背部上方和下方與牆體的距離為20釐米，所述第三、第四、第五、第六超聲波傳感器分別測得冰箱本體1兩側部上下方與牆體的距離等於10釐米。根據六個超聲波傳感器測得的牆體距離，d1-d2等於0.2，d3-d6均等於0.1，將上述參數代入f的計算公式，得到f＝2331.46。
在第四安裝示意圖中(圖7)，冰箱本體1背部和左側部均面對牆體9，其中左側部與牆體距離均為10釐米，背部與牆體距離為20釐米，本體1右側部下方面對牆體，其與牆體距離為10釐米，本體1右側部上方與未面對牆體，這種安放方式常見於冰箱安放在廚房，其中一側為較矮的櫥櫃。所述第一、第二超聲波傳感器測得冰箱本體1背部上方和下方與牆體的距離為20釐米，所述第三、第四測得冰箱本體1左側部上下方與牆體的距離等於10釐米，第五超聲波傳感器測得冰箱右側上方與牆體的距離大於或等於1米，第六超聲波傳感器測得右側部下方與牆體的距離等於10釐米。根據六個超聲波傳感器測得的牆體距離，d1-d2等於0.2，d3、d4、d6均等於0.1，d5等於1，將上述參數代入f的計算公式，得到f＝2133.46。
在上述實施例中，控制單元可以為單片機、mcu或冰箱微電腦，所述控制單元通過六個超聲波傳感器發送的距離信號判斷冰箱本體1所處的散熱環境，即冰箱背部上下方、左右側部上下方與牆體的距離，並計算出對應的風扇轉速，產生相應的控制信號對風扇的轉速進行控制，六個超聲波傳感器將距離信號發送給控制單元，其信號的轉換以及距離的計算屬於本領域現有技術，風扇的轉速控制也為現有技術，再此不再贅述。
以上僅為本發明優選的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可想到變化或替換都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。