发明内容
本发明的目的在于提供一种空调机开闭门的控制方法及装置,用以解决现有空调机的排气口面板升降不平稳的问题。
为了实现上述目的,本发明提供了一种空调机开闭门的控制方法,其中,包括如下步骤:
步骤一,针对空调机开闭门在升降过程中的不同阶段的受力情况和运行速度,确定在各阶段带动开闭门升降的步进电机所需提供的扭矩,并根据所述扭矩确定在各阶段驱动该步进电机所需的脉冲频率;
步骤二,在所述开闭门的升降过程中,输出与所述开闭门所处的阶段相对应的脉冲,来驱动所述步进电机带动所述开闭门升降。
上述的方法,其中,在所述步骤一中,还包括:根据所述开闭门在不同阶段的位移情况来确定在各阶段所述步进电机所需的驱动步数;在所述步骤二中,只根据所述驱动步数来确定向所述步进电机输出的脉冲个数。
上述的方法,其中,所述步进电机采用同步驱动的多个步进电机,以保证所述开闭门均衡受力的方式均匀分布。
上述的方法,其中,当所述开闭门由一个阶段进入另一阶段,脉冲频率按照曲线或斜线的变换方式从转换前的阶段对应的脉冲频率过渡到转换后的阶段对应的脉冲频率。
为了实现本发明的目的,本发明还提供了一种空调机开闭门的控制装置,其中,包括控制单元和步进电机;所述控制单元用于,针对空调机开闭门在升降过程中的不同阶段的受力情况和运行速度,确定在各阶段所述步进电机所需提供的扭矩,并根据所述扭矩确定并存储在各阶段驱动该步进电机所需的脉冲频率;在所述开闭门的升降过程中,向所述步进电机输出与所述开闭门所处的阶段相对应的脉冲;所述步进电机用于,在来自所述控制单元的脉冲的驱动下带动所述开闭门升降。
上述的装置,其中,所述控制单元还用于:根据所述开闭门在不同阶段的位移情况来确定各阶段所述步进电机所需的步数,并且根据所述步数来确定向所述步进电机输出的脉冲个数。
上述的装置,其中,所述步进电机为同步驱动的多个步进电机,以保证所述开闭门均衡受力的方式均匀分布。
上述的装置,其中,所述控制单元包括:中央处理单元、程序存储器、数据存储器、数据随机存储器、输入接口和输出接口;所述程序存储器用于存储与操作选择信号相对应的控制程序;所述数据存储器用于存储对应不同阶段的所述脉冲频率和所述驱动步数;所述数据随机存储器用于存储中央处理单元的临时数据;所述中央处理单元用于,根据从所述输入接口读入操作选择信号,从所述程序存储器中读取与所述操作选择信号相对应的控制程序,并按照所述数据存储器中的所述驱动步数从所述输出接口输出对应不同阶段的所述脉冲频率。
为了实现本发明的目的,本发明又提供了一种空调机,其中,包括开闭门控制装置,所述开闭门控制装置包括:控制单元,用于:针对空调机开闭门在升降过程中的不同阶段的受力情况和运行速度,确定在各阶段带动所述开闭门升降的步进电机所需提供的扭矩,并根据所述扭矩确定并存储在各阶段为驱动该步进电机所需脉冲的脉冲频率;在所述开闭门的升降过程中,向所述步进电机输出与所述开闭门所处的阶段相对应的脉冲;步进电机,用于:在来自所述控制单元的脉冲的驱动下带动所述开闭门升降。
上述的空调机,其中,所述控制单元包括:中央处理单元、程序存储器、数据存储器、数据随机存储器、输入接口和输出接口;所述程序存储器用于存储与操作选择信号相对应的控制程序;所述数据存储器用于存储对应不同阶段的所述脉冲频率和所述驱动步数;所述数据随机存储器用于存储中央处理单元的临时数据;所述中央处理单元用于,根据从所述输入接口读入操作选择信号,从所述程序存储器中读取与所述操作选择信号相对应的控制程序,并按照所述数据存储器中的所述驱动步数从所述输出接口输出对应不同阶段的所述脉冲频率。
本发明的优点在于:
本发明根据步进电机可改变速度及扭矩的特性,在需要扭矩较大时提供较大升降力,能根据空调开闭门的负荷变化而分阶段控制开闭门的速度,使排气口面板平滑升降。
本发明根据开闭门在各阶段的位移情况,预先确定各阶段的步进电机的驱动步数,不用使用位置检测器就能实现很好的定位,结构简单,维护方便。
本发明可用扭矩小的步进电机代替扭矩大的同步电机,并且能够改善空调器的整体外观。
具体实施方式
图1显示了一种适合本发明的开闭门控制方法的空调机,其中图1A显示了空调机排气口13关闭的状态,而图1B显示了排气口13开启的状态。
图2是适合本发明开闭门控制方法的空调机的侧面剖视图,如图2所示,空调机的主体10由箱状的机壳11以及覆盖在机壳11的敞开前方的上部前面板12和下部前面板构成,并备有设于主体10内部用于进行热交换的热交换器15以及用于空气流动的鼓风机16。
在下部前面板上的两侧形成用于将室内空气吸引到主体10内部的吸气口14,在上部前面板12的上部形成用于将调温后的空气排出到室内空间的排气口13,在排气口13的内侧设置了用于调节排出空气的方向的多个水平型风向叶片17和多个垂直型风向叶片18。
另外,为了不使灰尘或异物流入主体10的内部,设置一个排气口开闭装置20,用于在不使用空调机时将排气口13关闭,在使用时将排气口13打开。
空调机排气口开闭装置20如图3及图4所示,为了能够开闭形成于前面板12上的排气口13,配备了与排气口13大小相对应的开闭门21,以及用于对开闭门21的升降动作进行导向的导轨23、24。另外,排气口开闭装置20还配备有带动开闭门21升降的升降装置50,通过连接部件40将开闭门21与升降装置50连接起来并对开闭/门21的升降进行导向。
为了能够安装排气口开闭装置20,在前面板12的后方设置有支承定位用的支承面板30。在支承面板30的上部与排气口13相对应设有用于空气流动的开口31,在其周围设有用于增强支承面板30的刚性并同时将支承面板30固定在前面板12背面的支承部32。
支承部32从支承面板30及开口31的两侧端部、开口31的上端部和支承面板30的下端部,向前面板12的背面凸出一个给定的长度,这样就在前面板12与支承面板30之间形成了一个隔离空间,从而可以把开闭门21和升降装置50等容纳在该隔离空间内。另外,这种结构在两侧的支承部32的内表面形成用于升降开闭门21的导轨23、24,在开口31的周围形成用于设置前述水平及垂直型风向叶片17、18的多个结合孔33、34,并安装了用于驱动风向叶片的叶片驱动电动机18a。
形成于支承部32的导轨23、24可参考图4及图5所示,在支承部32的上部及下部分别设有沿上下方向形成一定长度的上部导轨23及下部导轨24。因为开闭门21被容纳于前面板12之后的隔离空间内,如果开闭门21上升以关闭排气口13时,就要求开闭门21不但要在竖直方向上升,还要在水平方向向前面板12靠近以便在关闭排气口13之后使开闭门21可以与前面板12处于同一外形轮廓,以保持空调外形的美观完整。
因此,上部导轨23并非直上直下的设置,而是由下到上逐渐向排气口13方向倾斜并与竖直方向形成一个夹角,从而使开闭门21的上端部在沿导轨23上升时可以向排气口13移动,最后使开闭门21的上端部进入排气口13并与前面板12的外形轮廓相吻合。下部导轨24的主体部分为竖直方向设置,下部导轨24为了将上升到最后阶段的开闭门21的下端导向排气口13侧,在下部导轨24的最上端设置了向排气口13方向倾斜给定角度的倾斜部24a,从而使开闭门21的下端部也进入排气口13并与前面板12的外形轮廓相吻合。
由上可知,导轨23、24的这种结构是为了在升降装置50带动开闭门21上升时将开闭门21导向排气口13,从而在关闭排气口13的状态下,使开闭门21的前表面以与前面板12的前表面的外形轮廓相一致,使空调机外形美观。
为了使开闭门21沿上部导轨23和下部导轨24升降,在开闭门21上设置了的与上部导轨23和下部导轨24相结合的滑动部件22。另外,开闭门21的下部可自由转动地与连接部件40结合,该连接部件40与升降装置50连接在一起。
连接部件40如图5所示,在连接部件40的上下部的两侧沿横向延长,分别形成与开闭门21及升降部件51的结合环相配合的结合轴。另外,连接部件40具有菱形结构,中间设有十字加强肋。因为对称设置了两个连接部件40,因此连接部件40会把来自升降装置50的力均匀地传递到开闭门21的下部两侧,从而使开闭门21不会产生偏心从而能顺利地进行升降。
升降装置50配备有驱动电动机53。在支承面板30的对称两侧沿上下方向形成供升降部件51上下滑动的导轨36,从而升降部件51可上下自由滑动地设置在导轨36中,在升降部件51的正面中央还形成了齿条部,齿条部能够与小齿轮52啮合,电动机53带动小齿轮52转动从而带动升降部件51升降,这就能使连接在升降部件51上的连接部件40升降,从而进一步带动开闭门21的升降。
下面,对用于以上这种结构的空调机的开闭门的控制方法进行说明。
图6显示了步进电机的速度变化与扭矩变化的对照关系,从图中可知步进电机有以下特性:
1)随着步进电机速度的增加,步进电机输出的扭矩逐渐减小;
2)在同等速度情况下,步进电机在连续运转时输出的扭矩比启动时输出的扭矩大。
如图7所示,排气口13打开时,开闭门21与连接部件40,以及使它们动作的升降部件51全部保持在最下方的状态。这时,上部的滑动部件22置于上部导轨23的下部,下部的滑动部件22置于下部导轨24的下部。此外,连接部件40支承在升降部件51与开闭门21的结合环所形成的空间距离内,转动受到限制。在开闭门21的上升过程中,将会经历以下几个阶段:
启动阶段:利用驱动电动机53的动作,带动与升降部件51的齿条部相啮合的小齿轮52转动,如图8所示,升降部件51上升同时使开闭门21上升。即,升降部件51将连接部件40向上推,连接部件再把开闭门21的下端向上推,从而使开闭门21上升。因为此时处于启动阶段,需要较大的扭矩克服静止摩擦力及开闭门21的惯性,为保证开闭门21上升,从图6可知,此时需要把驱动电动机53的速度设定在较低的区域就能得到合适的较大扭矩。驱动电动机53按照预先设定的速度及步数运转结束后,开闭门21就进入平稳阶段。
平稳阶段:从图6可知驱动电动机53的连续运转扭矩比同速度的启动扭矩大,据此,在保证开闭门上升的前提下,可以适当的降低驱动电动机53的扭矩,也即提高驱动电动机53的速度。从而能提高开闭门21的开闭速度,并且因为扭矩的降低,保证了开闭门21的平稳性。驱动电动机53按照预先设定的速度及步数运转结束后,开闭门21就进入停止前阶段。
停止前阶段:此时,设置于开闭门21下部两侧的滑动部件22是处于刚刚到达下部导轨24的倾斜部24a的状态。通过驱动电动机53,升降部件51进一步上升到给定区间,设置于开闭门21下部两侧的滑动部件22进入倾斜部24a,同时使连接部件40转动,推动开闭门21的下部移动到排气口13侧,从而在到达关闭状态后使开闭门21的前表面与前面板12的前表面的轮廓相一致。此时驱动电动机53按照预先设定的速度及步数运转结束后,开闭门21完全关闭,控制上升的过程结束。在此阶段,驱动电动机53不但要提供一个上升的推力,还要提供一个向前的推力使开闭门21的前表面与前面板12的前表面一致,因此,在此阶段的扭矩就需要特别的大。为此,据图6特性,降低驱动电动机53的速度,从而得到一个特别大的扭矩,使开闭门21的前表面与前面板12的前表面相一致,以顺利地实现关闭排气口。降低驱动电动机53的速度还能使开闭门21的上升更平稳,避免高速度关闭开闭门21带来的冲击。另外,设置于开闭门21上部的滑动部件22沿倾斜的上部导轨23上升,接着向排气口13移动,因而关/闭门21完全关闭时,关/闭门21的上部同样使其前表面与前面板12的前表面一致。由上可知,本发明能在不需要位置检测传感器的情况下,亦能使开闭门21正常的完全关闭。
开闭门21在关闭的状态下打开时,通过驱动电动机53的反转使小齿轮52与前述情况相反地旋转,同时使升降部件51下降,使连接部件40与升降部件51一起下降,同时开闭门21打开。开闭门21的下降过程同样也分为三个阶段:启动阶段、平稳阶段、停止前阶段。
启动阶段:这时,升降部件51的下降带动设置于开闭门21下部两侧的滑动部件22沿下部导轨24滑动的同时,连接部件40进行转动。设置于开闭门21上部两侧的滑动部件22则沿上部导轨23下滑。这时,开闭门21也就自然地打开。设置于开闭门21下部两侧的滑动部件22完全脱离下部导轨24的倾斜部24a后,将直接下降。因为此时处于启动阶段,需要较大的扭矩克服静止摩擦力及开闭门21的惯性,为保证开闭门21下降,从图6可知,此时需要把驱动电动机53的速度设定在较低的区域就能得到较大的扭矩。驱动电动机53按照预先设定的速度及步数运转结束后,开闭门21就进入平稳阶段。
平稳阶段:从图6可知驱动电动机53的连续运转扭矩比同速度的启动扭矩大,据此,在保证开闭门21下降的前提下,可以适当的降低驱动电动机53的扭矩,也即提高驱动电动机53的速度。从而能提高开闭门21的开闭速度,并且因为扭矩的降低,保证了开闭门21的平稳性。驱动电动机53按照预先设定的速度及步数运转结束后,开闭门21就进入停止前阶段。
停止前阶段:此时,降低驱动电动机53的速度,能使开闭门21的下降更平稳,避免高速度打开开闭门21带来的冲击。此时驱动电动机53按照预先设定的速度及步数运转结束后,开闭们21完全开启,控制过程结束。从而在不需要门位置检测传感器的情况下,亦能使开闭门21正常的完全开启。
如图9所示,显示了一种按照本发明的原理控制开闭门运动速度的方法,如图,在启动阶段和停止前阶段采用了较低的脉冲频率从而降低了步进电机的速度增加了扭矩,该控制方法较简单。如图10所示,显示了另一种按照本发明的原理控制开闭门运动速度的方法,该方法虽然采用台形波,但在各阶段的过渡地区采用了脉冲频率的平缓变化来进行过渡,与图9相比,开闭门运动速度的变化较平稳。如图11所示,显示了再一种按照本发明的原理控制开闭门运动速度的方法,该方法使用多次元曲线控制速度,该方法使开闭门运动速度更加平稳。
如图12,显示了本发明的整体控制电路的方框图,此图显示了如何同时驱动开闭门21的两个步进电机的控制方法。如图,控制部103包括一个贮存有控制空调机工作的系统软件的微处理器。
操作选择部101是一个具有多个功能选择键的输入部分,以便选择空调机的工作方式,例如,包括制冷、制热、送风、除湿、停止、预约等功能。
电源102提供控制部103工作时所需要的直流电压。
开闭门电机一的驱动部分104及开闭门电机二的驱动部分105按照来自控制部103的信号同时分别驱动电机一106及电机二107。同样地,压缩机驱动部分108和风扇电机驱动部分109按照来自控制部103的信号分别驱动压缩机110和风扇电机111。在此应予以注意的是,因为开闭门电机一的驱动部分104和开闭门电机二的驱动部分105并联在一起,同时接受来自控制部103的信号,从而能够保证驱动部分104和驱动部分105接受到的信号的一致性,从而能够保证驱动部分104控制的电机一106和驱动部分105控制的电机二107的同时动作,从而达到带动开闭门21的正常升降的目的。
如图13,显示了本发明的驱动控制部103的构成,其内部主要有中央处理单元(CPU)115,ROM(程序存储器)116,E2PROM(数据存储器)117,RAM(数据随机存储器)118,输入接口113,输出接口114和电源119等组成。
其中,ROM 116中存储与控制相关的程序,E2PROM 117存储预先设定的常数,例如启动时的脉冲一及步数一,平稳时的脉冲二及步数二,停止前的脉冲三及步数三等相关数据,RAM 118存储中央处理单元115计算的临时数据比如计数。
控制部103内部的处理过程是,中央处理单元115从输入接口113读入图12中的操作选择部101的信号,然后从ROM 116中读取与操作选择部101相对应的控制程序,之后按照E2PROM 117的设定数据,输出信号到输出接口114以驱动电机一的驱动部分104和电机二的驱动部分105,以及驱动压缩机110及风扇电机111等装置,然后中央处理单元115把从ROM 116中执行的程序临时数据存储在RAM 118,中央处理单元115按照ROM 116的程序设定执行下一步程序,直到ROM 116中的程序执行完毕。而电源119则提供供以上各部件运行所需要的电力。
图14A是本发明空调机的系统控制的流程图,如图,在图14A的步骤300中通过控制部103使空调机系统及入初始化状态,然后在步骤310中当操作选择部101中的功能选择键选定时,执行相应的程序。例如:步骤311是开闭门程序,步骤312是负载驱动程序,步骤313是显示程序,步骤314是遥控程序以及步骤315是报错程序。图14B,14C,14D,14E分别显示了制冷选择,制热选择,送风选择及停止选择的整体驱动流程。由于本发明涉及开闭门操作程序,因此将其他程序看作是空调机的一般操作,略去对它们的详细说明。
在此,详细介绍按照本发明原理的图9的脉冲波型来控制开闭门工作的流程图,如图15:首先从步骤400开始,在步骤410中根据操作选择部101的选择,进入步骤420,在此控制部103根据操作选择部101的输入进行开、闭门判断,如果是闭门,则执行步骤431,如果是开门则执行步骤441。
首先介绍开闭门关闭的流程,本发明在启动阶段所采用适合本阶段脉冲频率的脉冲一,驱动同步电机转动的总步数为步数一,平稳阶段和停止前阶段依此类推。从步骤431开始,中央处理器115根据ROM 116的程序及E2PROM 117的设定数据,以启动时脉冲一向输出接口114输出步数一次,从而同时给电机一的驱动部分104及电机二的驱动部分105驱动信号,分别驱动电机一106及电机二107,带动开闭门21上升。接着步骤432中设置在RAM118上的计数器步数一减1,进入步骤433,判断此时计数器步数一是否为“0”,如果不是,就跳到步骤431,再次按顺序执行步骤432、433,直到步骤433的步数一为0为止,然后跳出此循环到步骤434以E2PROM(数据存储器)117设定的平稳时脉冲二向输出接口114输出步数1次,从而同时给驱动部分104及驱动部分105驱动信号,分别驱动电机一106、电机二107接着带动开闭门21上升。步骤435中设置在RAM(数据随机存储器)118上的计数器步数二减1,接着步骤436判断步数二是否为“0”,不是则循环执行步骤434、435、436,直到步数二为“0”。接着执行步骤437以停止前脉冲三向输出接口114输出步数1次,同时给驱动部分104及驱动部分105驱动信号,分别驱动电机一106、电机二107接着带动开闭门21上升。步骤438中RAM(数据随机存储器)118上的计数器步数三减1,然后步骤439判断步数三是否为“0”,不是则循环执行步骤437、438、439,直到步数三为“0”,进行步骤450开闭门停止。从而在步骤460结束后,开闭门关闭。
接着介绍开闭门开启的流程,也就是从步骤441开始,中央处理器115根据ROM 116的程序及E2PROM 117的设定数据以启动时脉冲四向输出接口114输出步数1次,从而同时给驱动部分104及驱动部分105驱动信号,分别驱动电机一106、电机二107,带动开闭门21下降。接着步骤442中设置在RAM(数据随机存储器)118上的计数器步数四减1,进入步骤443,判断此时步数四是否为“0”,如果不是,就跳到步骤441,再次按顺序执行步骤442、443,直到步数四为0为止,然后跳出此循环到步骤444以平稳时脉冲五向输出接口114输出步数1次,从而同时给电机驱动部分104、105驱动信号,分别驱动电机一106、电机二107接着带动开闭门21下降。步骤445中设置在RAM(数据随机存储器)118上的计数器步数五减1,接着步骤446判断步数五是否为“0”,不是则循环执行步骤444、445、446,直到步数五为“0”。接着执行步骤447以停止前脉冲六向输出接口114输出步数1次,同时给电机驱动部分104、105驱动信号,分别驱动电机一106、电机二107接着带动开闭门21下降。步骤448中RAM(数据随机存储器)118上的计数器步数六减1,然后步骤449判断步数六是否为“0”,不是则循环执行步骤447、448、449,直到步骤449中步数六为“0”,进行步骤450开闭门停止。从而在步骤460结束后,开闭门开启。
由上可知,本发明能达到如下效果:
1)本发明根据步进电机可改变速度及扭矩的特性,在需要扭矩较大时提供较大升降力,能根据空调开闭门的负荷变化而分阶段控制开闭门的速度,使排气口面板平滑升降。
2)本发明根据开闭门在各阶段的位移情况,预先确定各阶段的步进电机的驱动步数,不用使用位置检测器就能实现很好的定位,结构简单,维护方便。
3)本发明可用扭矩小的步进电机代替扭矩大的同步电机,并且能够改善空调器的整体外观。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。