氣壓傳感型真空吸塵器的製作方法

2023-07-05 03:04:36

專利名稱：氣壓傳感型真空吸塵器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種家用電器，特別是涉及一種新型節能技術的家用真空吸塵器。
現有技術現有的家用真空吸塵器，是運用電風機高速旋轉所產生的真空吸力(負壓氣流)來收集塵埃、清潔環境的。因此，吸塵器在使用過程中，吸具與被清潔處的接觸，其吸口的狀態就會隨機變化，使吸入機內的空氣流量或流速也將隨之改變。當吸具離開被清潔處時，吸口面敞開，氣流量增大，使機內的電風機功率增大；當吸具貼近被清潔處時，吸口面變窄，氣流量減小，空氣負壓大增，使機內的電風機功率下降。這一風量/真空度與功率的變化規律，是吸塵器空氣動力的固有特性。仔細分析這種風機特性，就發現了這樣一個問題即吸塵器在吸塵時，由於吸具要與被清潔處相貼近，此時的風機功率隨之下降；反之，當吸具離開被清潔處時，此時的風機功率反而上升。或者說，吸塵器在運行期間，不清掃時，電機的功率消耗反而大。因此可以說，這樣的風機特性不節能。
從節能角度考慮，吸塵器是否可以按我們的要求，在運行期間不清掃時，電機的運行功率自動下降，以減少電能的消耗；而在清掃時，電機的運行功率就自動上升，以提高清潔除塵的效果。在當今世界能源緊張的大背景下，這一節能新技術，將會得到快速發展。

發明內容
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種新型節能技術的家用真空吸塵器。它採用氣壓傳感檢測技術和單片機控制技術，使吸塵器具有智能化節能控制能力，電能的利用效率明顯提高。
為實現上述目的，本發明的技術方案為所述的氣壓傳感型吸塵器包括外殼塑件、塵埃收集過濾裝置、吸具附件、電風機等；所述吸塵器還包括有一個用以控制電風機運行狀態的電風機調速控制器，該電風機調速控制器的一端與吸塵器的集塵倉氣道相連通，將該集塵倉氣道內的空氣負壓測量值進行運算放大之後輸出控制信號，用於驅動電風機按不同功率運行。
所述的電風機調速控制器包括氣壓傳感器、壓力檢測電路、單片機控制電路、LED狀態顯示電路、操作指令按鍵、電機驅動電路、降壓整流電路等，所述的氣壓傳感器及壓力檢測電路集成於氣壓檢測PCB板上，該氣壓檢測PCB板設置在所述吸塵器的集塵倉氣道內並對集塵倉氣道內的空氣負壓進行檢測，其輸出的壓力信號經進一步放大後，送由單片機控制電路進行壓力數據運算處理，並按設定程序和來自操作指令按鍵的指令將相應的驅動信號輸送到電機驅動電路，進而驅動電風機按照不同的運行功率運行，所述單片機控制電路中，單片機的程序控制指令經由LED狀態顯示電路同時送到LED狀態顯示器，用以顯示機器的工作運行狀態，而直流電源通過降壓整流電路為單片機控制電路提供穩定電能。
本發明的真空吸塵器，在電風機調速控制器單元中增設了以氣壓傳感檢測技術、單片機控制技術等組成的智能控制系統。此項新技術的運用，使吸塵器的運行參數或狀態能夠根據優化設置的運行程序自動完成，可以按要求，在吸塵器運行期間不清掃時，其電機的運行功率自動下降，從而達到了高效節能的目的，且改善和降低了不清掃時吸塵器的運行噪聲。


圖1為本發明的結構示意圖。
圖2為本發明的電風機調速控制器方框圖。
圖3為本發明的氣壓傳感器、壓力檢測電路原理圖。
圖4為本發明的單片機控制電路及外圍電路原理圖。
圖5為本發明的電機驅動電路原理圖。
圖6為本發明的降壓整流電路原理圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。
如圖1所示本發明提供的一種新型節能技術的的真空吸塵器，其基本結構與普通機型差異不大，整機均由外殼塑件1、塵埃收集過濾裝置3、吸具附件2、電風機6、電風機調速控制器等構成。
本發明的真空吸塵器，在電風機調速控制器單元中，增設了以氣壓傳感檢測技術、單片機控制技術等組成的智能控制系統。新技術的運用，使吸塵器的運行參數或狀態，根據優化設置的運行程序自動完成，從而達到高效節能和降低噪聲的目的。
圖2為本發明的電風機調速控制器方框圖。它由氣壓傳感器5、壓力檢測電路、單片機控制電路、LED狀態顯示電路、操作指令按鍵、電機驅動電路、降壓整流電路等組成。
所述的氣壓傳感器5及壓力檢測電路集成於氣壓檢測PCB板4上，該氣壓檢測PCB板4設置在所述吸塵器的集塵倉氣道10內並對集塵倉氣道10內的空氣負壓進行檢測，其輸出的壓力信號經進一步放大後，送由單片機控制電路進行壓力數據運算處理，並按設定程序和來自操作指令按鍵7的指令將相應的驅動信號輸送到電機驅動電路，進而驅動電風機6按照不同的運行功率運行，所述單片機控制電路中，單片機的程序控制指令經由LED狀態顯示電路同時送到LED狀態顯示器，用以顯示機器的工作運行狀態，而直流電源通過降壓整流電路為單片機控制電路提供穩定電能。
在圖1整機結構示意圖上，電風機調速控制器由氣壓檢測PCB板4、操作指令按鍵板7、單片機控制PCB板8、LED狀態顯示板9構成。氣壓傳感器5安裝在氣壓檢測PCB板4上，氣壓檢測PCB板4設置在吸塵器的集塵倉氣道10附近，氣壓傳感器5的中心有一壓力孔，它與吸塵器集塵倉氣道10的一隻輸氣孔11相通，用以檢測集塵倉氣道10內的空氣負壓。
在本發明的真空吸塵器中，所述的氣壓傳感檢測技術，是採用一片壓力傳感器5來檢測吸塵器集塵倉氣道內的空氣負壓。該氣壓傳感器5採用了最新矽片微機械技術，應用壓阻應變片離子注入在惠斯通橋路結構內。壓阻應變片能感知集塵倉氣道10內空氣負壓的變化。由四隻壓阻應變片組成的惠斯通橋路方式輸出壓力電位信號，實現了將壓力變化轉化為電量變化的過程，也就是氣/電轉換。空氣壓力越大，惠斯通橋路輸出的電位差越大。
氣壓傳感器輸出的空氣壓力信號電壓只有毫伏級(mV)，不足以使單片機進行數據採樣運算，因此，還須將壓力信號進一步放大。
壓力檢測電路由一片雙運放358與外圍元件集成於氣壓檢測PCB板4上，如圖3為本發明的氣壓傳感器、壓力檢測電路原理圖。它將氣壓傳感器輸出的毫伏級電壓，放大100倍以上，使單片機能進行數據採樣和運算處理。
所述的壓力檢測電路包括一片集成電路358雙運放U1和外圍的數隻電阻R1至R7、兩隻可調電阻RW1和RW2等，在所述氣壓傳感器5內，惠斯通橋路的壓差信號經由電阻R1與電阻R2輸入至運放U1:A的2腳與3腳之間進行放大，電阻R1與R4的比值和電阻R2與R3的比值相等，決定了運放U1:A的電壓放大係數，用於調節零壓值的可調電阻RW1接於惠斯通橋路的一臂，運放U1:A的輸出端1腳輸出放大了壓差信號電壓，經電阻R5輸入至運放U1:B的同相端5腳，運放U1:B與電阻R6構成了信號電壓跟隨器，它有較高的輸入電阻和較低的輸出阻抗，可調電阻RW2接於運放U1:B的輸出端7腳，是用於調節滿度壓力值的，信號電壓值由可調電阻RW2調定後送入單片機進行數據處理。
在本發明的真空吸塵器中，通過氣壓傳感檢測技術，單片機就可監測到吸塵器集塵倉氣道10內的真空負壓變化狀況及過程。當設定吸塵器運行在自動檔時，單片機將自動根據吸具附件2貼近地面(被清潔處)與否，自動調節電風機6的運行功率。
自動運行機制是這樣實現的將吸具附件2貼近地面(或被清潔處)時，集塵倉氣道10內負壓值大增的這一變量參數，作為電風機6運行功率的提升指令；將吸具附件2離開地面(或被清潔處)時，集塵倉氣道10內負壓值大減的這一變量參數，作為電風機6運行功率的降低指令。單片機將自動跟蹤氣壓檢測數據的變化並進行邏輯運算後，自動調節吸塵器電風機6的運行狀態。
在本發明的真空吸塵器中，單片機控制電路由單片機與外圍元件構成。圖4為本發明的單片機控制電路及外圍電路原理圖。所述的單片機控制電路，包括單片機U2以及相應的外圍電路，上述元件被集成於單片機控制PCB板8上，該單片機U2的2腳、3腳外接一隻晶振B1，與單片機內部電路共同構成系統的時鐘基準，單片機U2的7腳I/O口經電阻R21與電源N端相接，引入市電過零信號，為可控矽Q2的同步控制提供基準時間，氣壓信號電壓經電阻R8輸入到單片機U2的11腳I/O口，由單片機內部系統進行氣壓數據運算後，由5腳I/O口輸出電機的驅動信號，使電風機6按程序控制運行，所述單片機U2的12、13、14、15、16腳I/O口接LED狀態顯示電路。
所述的LED狀態顯示電路包括集成於LED狀態顯示板9上的LED1至LED9氣壓強度指示燈，LED狀態顯示板9設置在吸塵器的後部上方，以便於使用者觀察。其中LED1至LED5為氣壓強度指示燈，這5隻LED依次排列，用以顯示集塵倉氣道10內的真空負壓等級。吸塵器在運行時，由於吸口狀態的變化，以及集塵倉內的集塵情況所形成的不同氣壓狀態，氣壓傳感器都將如實地檢測出來，並將檢測數據送給單片機進行運算，單片機根據運算結果依次點亮LED指示燈。因此，使用者可以很方便地從LED的動態顯示中，了解吸塵器的當前運行情況。
在運行程序中，還設置有塵滿報警保護功能，單片機將自動跟蹤氣壓檢測數據並進行邏輯運算，當出現塵滿狀態時，單片機接收到氣壓傳感器檢測的高氣壓數據大於數十秒後，自動降低吸塵器電風機6的運行功率，並驅動LED狀態顯示板9上的警示燈LED5為閃爍狀態。提醒使用者(用戶)需要清理集塵倉內的集塵了。
在本發明的真空吸塵器中還設定了吸塵器的不同運行方式，有低、中、高三檔可供選擇，在所述的單片機控制電路內，其程序設計可設定吸塵器運行在如下狀態①低功率(L)運行狀態、②中功率(M)運行狀態、③高功率(H)運行狀態、④自動檔(AUT)運行狀態；由單片機U2的17、18、19、6腳I/O口，分別點亮LED6、LED7、LED8、LED9運行狀態指示燈；由單片機(U2)的8、9腳I/O口外接的兩隻按鍵SW1和SW2，作為吸塵器運行程序切換的人工指令操作鍵7。
單片機將根據人工設置的運行程序工作。吸塵器的運行模式，可通過機外的操作指令按鍵板7進行人工設置，也可以通過安裝在吸塵軟管上的紅外遙控器，進行運行程序的切換，在吸塵器主機上安裝有紅外遙控接收器，可將運行程序指令經由單片機U2的10腳I/O口輸入，單片機將按指令要求自動控制吸塵器運行。單片機將按運行指令以及氣壓檢測數據、市電過零信號進行邏輯運算，由單片機的一組I/O口輸出移相觸發脈衝到電機驅動電路，用以控制電風機的運行狀態；另一方面，單片機的另一組I/O口驅動相應的LED狀態顯示板9，以表示當前吸塵器的運行狀態。
如圖5為本發明的電機驅動電路原理圖。所述的電機驅動電路包括驅動三極體Q1、雙向可控矽Q2及外圍電阻R22、R23、R24和電容C6，吸塵器在運行時，由單片機U2的5腳輸出的移相觸發信號，經電阻R20、R22、驅動三極體Q1的b-e結，使驅動三極體Q1飽和導通，為雙向可控矽Q2提供導通觸發電流，電阻R23為限流電阻，單片機U2的7腳I/O口經電阻R21引入市電過零同步信號，為可控矽Q2的過零移相觸發控制提供基準。
圖6為本發明的降壓整流電路原理圖。所述的降壓整流電路由抗幹擾電容C11、降壓電容C10、限流電阻R26、穩壓管V3、整流二極體V2、儲能電容C9、電子穩壓源等依次連接，所述電子穩壓源由三極體Q3、穩壓管V1、基極偏流電阻R25組成，該電子穩壓源輸出5V電壓，為單片機控制電路及周邊電路提供電能。
在本發明的真空吸塵器中，由於在電風機調速控制器單元中，增設了以氣壓傳感檢測技術、單片機控制技術等的智能控制系統。新技術的運用，使吸塵器的運行參數或狀態，能根據優化設置的運行程序自動完成，吸塵器可以按我們的要求，在運行期間不清掃時，電機的運行功率自動下降，以減少電能的消耗，達到了高效節能和降低噪聲的目的。在當今世界能源緊張的大背景下，這一節能新技術，將會得到快速發展。
權利要求
1.一種氣壓傳感型真空吸塵器，包括外殼塑件(1)、塵埃收集過濾裝置(3)、吸具附件(2)、電風機(6)等，其特徵在於所述吸塵器還包括有一個用以控制電風機運行狀態的電風機調速控制器，該電風機調速控制器的一端與吸塵器的集塵倉氣道(10)相連通，將該集塵倉氣道(10)內的空氣負壓測量值進行運算放大之後輸出控制信號，用於驅動電風機(6)按不同功率運行。
2.根據權利要求1所述的真空吸塵器，其特徵在於所述的電風機調速控制器包括氣壓傳感器(5)、壓力檢測電路、單片機控制電路、LED狀態顯示電路、操作指令按鍵(7)、電機驅動電路、降壓整流電路等，所述的氣壓傳感器(5)及壓力檢測電路集成於氣壓檢測PCB板(4)上，該氣壓檢測PCB板(4)設置在所述吸塵器的集塵倉氣道(10)內並對集塵倉氣道(10)內的空氣負壓進行檢測，其輸出的壓力信號經進一步放大後，送由單片機控制電路進行壓力數據運算處理，並按設定程序和來自操作指令按鍵(7)的指令將相應的驅動信號輸送到電機驅動電路，進而驅動電風機(6)按照不同的運行功率運行，所述單片機控制電路中，單片機的程序控制指令經由LED狀態顯示電路同時送到LED狀態顯示器，用以顯示機器的工作運行狀態，而直流電源通過降壓整流電路為單片機控制電路提供穩定電能。
3.根據權利要求1或2所述的真空吸塵器，其特徵在於所述的氣壓傳感器(5)採用最新矽片微機械技術，應用於壓阻應變片離子注入在惠斯通橋路結構內，該氣壓傳感器(5)中心有一壓力孔，它與吸塵器集塵倉氣道(10)的一隻輸氣孔(11)相通，氣壓傳感器(5)內的壓阻應變片隨壓力的變化改變自身的電阻值，惠斯通橋路將該壓力電阻值轉化為電量信號輸出。
4.根據權利要求1或2所述的真空吸塵器，其特徵在於所述的壓力檢測電路包括一片集成電路(358)雙運放(U1)和外圍的數隻電阻(R1)至(R7)、兩隻可調電阻(RW1)和(RW2)等，在所述氣壓傳感器(5)內，惠斯通橋路的壓差信號經由電阻(R1)與電阻(R2)輸入至運放(U1A)的2腳與3腳之間進行放大，電阻(R1)與(R4)的比值和電阻(R2)與(R3)的比值相等，決定了運放(U1A)的電壓放大係數，用於調節零壓值的可調電阻(RW1)接於惠斯通橋路的一臂，運放(U1A)的輸出端1腳輸出放大了壓差信號電壓，經電阻(R5)輸入至運放(U1B)的同相端5腳，運放(U1B)與電阻(R6)構成了信號電壓跟隨器，它有較高的輸入電阻和較低的輸出阻抗，可調電阻(RW2)接於運放(U1B)的輸出端7腳，是用於調節滿度壓力值的，信號電壓值由可調電阻(RW2)調定後送入單片機進行數據處理。
5.根據權利要求1或2所述的真空吸塵器，其特徵在於所述的單片機控制電路，包括單片機(U2)以及相應的外圍電路，上述元件被集成於單片機控制PCB板(8)上，該單片機(U2)的2腳、3腳外接一隻晶振(B1)，與單片機內部電路共同構成系統的時鐘基準，單片機(U2)的7腳I/O口經電阻(R21)與電源N端相接，引入市電過零信號，為可控矽(Q2)的同步控制提供基準時間，氣壓信號電壓經電阻(R8)輸入到單片機(U2)的11腳I/O口，由單片機內部系統進行氣壓數據運算後，由5腳I/O口輸出電機的驅動信號，使電風機(6)按程序控制運行，所述單片機(U2)的12、13、14、15、16腳I/O口接LED狀態顯示電路。
6.根據權利要求1或2所述的真空吸塵器，其特徵在於所述的LED狀態顯示電路包括集成於LED狀態顯示板(9)上的LED1至LED9氣壓強度指示燈，吸塵器在運行時，單片機將氣壓傳感器(5)的氣壓數據進行運算後，依次點亮LED1至LED5氣壓強度指示燈。
7.根據權利要求6所述的真空吸塵器，其特徵在於當單片機接收到氣壓傳感器檢測的高氣壓數據大於數十秒後，吸塵器自動轉入低功率運行，並使LED5燈閃爍報警。
8.根據權利要求5所述的真空吸塵器，其特徵在於所述的單片機控制電路，其程序設計可設定吸塵器運行在如下狀態①低功率(L)運行狀態、②中功率(M)運行狀態、③高功率(H)運行狀態、④自動檔(AUT)運行狀態；由單片機(U2)的17、18、19、6腳I/O口，分別點亮LED6、LED7、LED8、LED9運行狀態指示燈；由單片機(U2)的8、9腳I/O口外接的兩隻按鍵(SW1)和(SW2)，作為吸塵器運行程序切換的人工指令操作鍵(7)。
9.根據權利要求5所述的真空吸塵器，其特徵在於所述的單片機控制電路，其吸塵器運行程序的切換，還可以通過安裝在吸塵軟管上的紅外遙控器，進行運行程序的切換，在吸塵器主機上安裝有紅外遙控接收器，可將運行程序指令經由單片機(U2)的10腳I/O口輸入，單片機將按指令要求自動控制吸塵器運行。
10.根據權利要求1或2所述的真空吸塵器，其特徵在於所述的電機驅動電路包括驅動三極體(Q1)、雙向可控矽(Q2)及外圍電阻(R22)、(R23)、(R24)和電容(C6)，吸塵器在運行時，由單片機(U2)的5腳輸出的移相觸發信號，經電阻(R20)、(R22)、驅動三極體(Q1)的b-e結，使驅動三極體(Q1)飽和導通，為雙向可控矽(Q2)提供導通觸發電流，電阻(R23)為限流電阻，單片機(U2)的7腳I/O口經電阻(R21)引入市電過零同步信號，為可控矽(Q2)的過零移相觸發控制提供基準。
11.根據權利要求1或2所述的真空吸塵器，其特徵在於所述的降壓整流電路由抗幹擾電容(C11)、降壓電容(C10)、限流電阻(R26)、穩壓管(V3)、整流二極體(V2)、儲能電容(C9)、電子穩壓源等依次連接，所述電子穩壓源由三極體(Q3)、穩壓管(V1)、基極偏流電阻(R25)組成，該電子穩壓源輸出5V電壓。
全文摘要
一種氣壓傳感型吸塵器，包括外殼塑件、塵埃收集過濾裝置、吸具附件、電風機等；所述吸塵器還包括有一個用以控制電風機運行狀態的電風機調速控制器，該電風機調速控制器的一端與吸塵器的集塵倉氣道相連通，將該集塵倉氣道內的空氣負壓測量值進行運算放大之後輸出控制信號，用於驅動電風機按不同功率運行。本發明在電風機調速控制器單元中增設了以氣壓傳感檢測技術、單片機控制技術等組成的智能控制系統。此項新技術的運用，使吸塵器的運行參數或狀態能夠根據優化設置的運行程序自動完成，可以按要求，在吸塵器運行期間不清掃時，其電機的運行功率自動下降，從而達到了高效節能的目的，且改善和降低了不清掃時吸塵器的運行噪聲。
文檔編號A47L9/28GK1864616SQ20061008117
公開日2006年11月22日 申請日期2006年5月24日 優先權日2006年5月24日
發明者田吉傳, 俞建福, 周倫舜, 唐德亮 申請人:寧波富達電器有限公司