自適應溫度調節器的研發與設計

摘 要:本文從市場現狀分析市場需求，定位了自適應溫度調節器的研究目標，即具有自然風、暖風、加濕、除濕四位一體，并可以根據環境溫濕度條件進行自適應調節的日常小電器。根據目標確定了產品的功能實現原理和控制方法，并對自適應溫度調節器進行了外觀設計和使用說明。

關鍵詞:自適應 溫濕度 功能設計 外觀設計

中圖分類號:TP2文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)10(c)-0002-01

1 市場現狀及發展需求分析

當今，人們對居住生活環境的要求日益提高，促使了具環境調節功能電器的不斷發展，其中以空調和電風扇最為廣泛。生活中，空調的使用已非常普遍，但其耗電量較大。隨著節能減排的觀念日益深入，電風扇因能耗較低而受到重視。且價格低廉，可工作在開放的環境中，更加健康。目前市場上大部分電風扇仍比較傳統，功能上較為單一，缺少“一專多能”的新型產品。自適應溫度調節器正是以功能全面，能耗較低，方便使用，能將空調和風扇的優點有機結合為目標進行的設計。

2 產品研究目標

基于以上的產品需求分析，自適應溫度調節器定位于能將自然風、暖風、加濕、除濕四種功能集于一體，小巧輕便，針對于小空間的多功能電器。即是自適應溫度調節器集合了在天氣炎熱時有電風扇能吹自然風，在寒冷的時候空調具有暖風能升溫，在干燥的時候加濕器能給空氣加濕，在潮濕的時候除濕器能降低空氣濕度的特點，將四種不同的電器功能集于一體，能在一個電器上通過用戶選擇實現所需要功能，也能在空氣中的濕度偏離用戶設定的濕度標準時，自動調節使之達到標準值(若大于設定值，則啟動除濕功能;反之，若小于設定值，則啟動加濕功能)，但實現這些功能卻只占用一個電器的空間甚至更小。而這種電器將用于如企業個人小辦公隔間的小空間，滿足例如公司辦事員、公共宿舍學生等用戶的需求，這些用戶的共有特點為具有各自特有的小型空間。

3 產品運用原理

3.1 功能實現原理與方法

3.1.1 自然風的實現

利用風扇的現有的基本功能，通過風扇葉片的旋轉，擾動空氣使空氣定向流動，形成自然風。

3.1.2 暖風的實現

在自然風的基礎上，在風扇前方放置一個加熱器，加熱器通電工作時，使空氣溫度升高，形成暖風。考慮到不同情況下對暖風溫度的不同要求，設定多個加熱器的工作檔位。檔位設置通過多條電阻絲串并聯實現，電阻絲全部并聯時發熱功率最大，全部串聯時發熱功率最小，并設定多種不同的中間工作狀態，以此改變加熱器的功率。

3.1.3 加濕功能的實現

利用晶振器的高頻振蕩將液態水霧化為小水滴，風扇將水霧擴散到周圍的空氣中，以增加小范圍空間內濕度。為防止加濕器干燒而使元件損壞，必須保證在它工作的時候儲水箱中有足夠量的水。因此在加濕器上附加防干燒裝置，其作用是當儲水箱水位低于允許值時，加濕設備停止工作。

3.1.4 除濕功能的實現

利用半導體片在通電工作狀態下其前后兩面能形成較大的溫度差的特點，在它的較冷的一面可以將室溫中的水蒸氣冷卻凝結成液態的水。將半導體片兩面各與一塊金屬散熱片相連接，增大換熱面積，并將凝結出來的水導入儲水箱中。當風扇工作時，風扇吹出的風流過金屬散熱片，其中所含的部分水蒸氣凝結下來，以降低小范圍空間內濕度。

3.2 自動控制部分

采集環境溫度和濕度參數，根據這些信息，自動實現對降溫部分、加熱部分、加濕部分、除濕部分的啟停和選檔控制。對于調檔，風扇采用交交變頻電路為其提供不同頻率的正弦波以改變轉速;發熱絲采用交流調功控制改變其平均功率;加濕和除濕部分也采用晶閘管等開關器件控制其工作狀態。總體特點為:采用電力電子電路和器件，用單片機為其提供PWM波作為器件的觸發控制信號。因此具有節能、可精確調節、自動化程度高等特點。

3.2.1 電力電子電路應用

(1)交交變頻電路控制風扇

采用晶閘管電路，改變交流頻率以調節電機轉速。

為使其輸出電壓波形基本為正弦波，可采用余弦交點法，計算出各晶閘管所需觸發信號，使負載兩端電壓為目標頻率。

(2)交流調功電路控制發熱

通過改變負載與交流電源接通周波數與斷開周波數的比值來調節負載所消耗的平均功率。采用雙向導通的晶閘管作為開關器件，以占空比可變的矩形波作為其觸發信號，改變占空比實現調檔。

3.2.2 單片機過程

(1)溫濕度信號采集和模數轉換

利用兩端集成溫濕度傳感器AD590作為轉換元件，以實現將現場的溫濕度信號轉換成模擬的電信號。該傳感器是一個輸出電流與溫濕度成比例的電流源。由于電流能很容易地轉變成電壓，因此應用方便。完成這一模擬量的轉換之后，再利用AD363轉換成數字信號。傳給單片機使用。

(2)溫度信號比較和控制信號輸出

采用有級調檔的方法。例如，風扇設低中高三檔，發熱絲也設低中高三檔，當氣溫在8℃以下時選擇發熱高檔，在8℃～12℃時選擇發熱中檔，在12℃～15℃時選擇發熱低檔。同理，當氣溫分別在28℃～32℃，32℃～35℃，35℃以上時，分別選擇風扇低中高檔。

方法如下:由采集到的溫度信號與上述門限值比較，確定當前溫度的范圍，由單片機某I/O接口輸出占空比為1/2、3/4或1的矩形波給電壓型雙向晶閘管，實現發熱絲功率的調控。同理，單片機的另外一些I/O接口，輸出交交變頻電路中產生30Hz、40Hz、50Hz電壓波所需觸發信號控制風扇檔位。

(3)濕度信號比較和控制信號輸出

濕度調節不設檔位，僅控制其啟停。以溫度信號與設定值比較，當濕度低于門檻值時，控制加濕器的I/O口輸出高電平開啟加濕器，高于該值時輸出低電平關閉加濕器。同理由另外一門檻值和I/O口控制除濕器的啟停。

4 產品使用說明

產品功能為:自然風、暖風和濕度調節。

自然風:使用主體部分(底座和風扇)，通過開關調檔選擇風速。

暖風:啟動加熱功能，主體部分與加熱絲配合使用。自適應溫度調節器感應周圍環境溫度，進行多檔自適應調節，使室溫保持在設定溫度附近。

濕度調節:當環境濕度低于設定濕度，由調節器主體進行加濕。當環境濕度高于設定濕度時，制冷片自動從收納槽中彈出，進行除濕。在不需使用制冷片時，可將其手動按回收納槽中。

5 結語

以上便是我們對自適應溫度調節器的研究與設計。其能有效的實現不同的功能，且占用空間小，相比于購買多種電器降低了成本，較好的迎合了市場需求，具有良好的市場開發潛力。

參考文獻

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①作者簡介:陳茜(1991～)，女，高中學歷，華北電力大學本科在讀，電氣工程及其自動化專業，電力系統自動化方向。