一种吹风机及其恒温智能控制电路和方法与流程

本发明涉及智能控制领域，尤其涉及一种吹风机及其恒温智能控制电路和方法。

背景技术：

现在市场上的电吹风在使用过程中，电吹风出来的温度比较单一，档位太少，很难达到满足每个人所需的舒适温度；针对婴儿、宠物使用电吹风，由于其没有语言功能很难表达出电吹风的热度，容易造成对皮肤与毛发的烫伤，长期使用可能导致伤害的累积，造成对皮肤或毛发永久性的损害。

目前，为了防止电吹风温度过高损伤秀发，人们也采取了一些降温措施，主要是采用电热丝达到高温时停止加热、定时加热和定时停止的技术，电热丝达到高温停止加热和电热丝进行定时加热、定时停止加热虽然能在一定范围内防止温度过高，但由于控制方法较粗糙，很难达到精确控制，电吹风吹出来的温度是不定的，无法满足每个人所需的舒适温度，因此使用者在使用过程中很难进行调控，无法满足自己的需求。

现有技术中还有采用扰风板，扰风板可以扰乱产生的热风，使风的热量更均匀，出风口调节旋钮可以调节出风口的出风量，并没有从根本上降低出风口热风的温度，仅仅是降低了出风量，综上所述，人们在使用市场上的电吹风进行吹头发时仍然存在高温伤害皮肤和头发的健康隐患。

此外现有技术中关于温度调节，低温调节较为平顺、准确和稳定，但高温调节，由于电流过大，温度过高，不好控制。

中国发明专利，申请公布号：CN104605603A，申请公布日：2015年5月1日，公开了一种距离感应自动调温电吹风机。主要解决了现有的电吹风机的出风温度不能随同吹风口与头发之间的距离变化自动调温，较高温度的热风易造成头发发质的损伤或烫伤头皮的问题。还包含有单片机、红外线探头及可控硅，红外线探头连接单片机的两个信号输入端(引脚5，引脚6)，单片机的信号输出端串接电阻(R3)后连接可控硅的控制极，加热电路与吹风电路之间连接功能转换开关的常闭触点(K1/2)。该距离感应自动调温电吹风机采用红外线探头检测吹风口与头发(或头皮)之间的距离，智能控制电热丝断电，能有效避免高温度的热风对头发或头皮的损伤。其不足之处是：对于不具备语言表达能力的儿童来说容易造成烫伤，并且未能解决温度精确控制功能，该专利虽然也能够解决高温热风对皮肤和头发损伤的问题，但是并没有从根本上降低温度，而是将高温热风与皮肤和头发的距离变远了，使用者在使用时需要考虑到距离所带来的影响进行不时的调整，体验较差。

中国发明专利，申请公布号：CN 105120558 A，申请公布日：2015年12月2日，公开了恒温恒流LED驱动方法和装置，包括有单片机控制模块、与所述单片机控制模块电性连接的热敏模块，与所述单片机控制模块电性连接的DCDC恒流驱动模块，与所述DCDC恒流驱动模块电性连接的发光二极管LED；通过热敏模块上的热敏电阻获取到散热器上当前温度，进一步，单片机控制模块根据当前温度，通过比例积分微分的恒温恒流LED驱动方法计算出电流控制信号，进而通过DCDC恒流驱动模块控制输出电流的大小。该方法和装置可随当前环境温度变化自动调节LED的输出电流至最优，从而使得LED在适当的温度下工作。其不足之处在于，该专利中的温度调节控制方法是用于LED恒温恒流控制，并不能够直接应用在吹风机的温度控制上，而且该专利中对于LED温度值的检测是间接从散热器上测得的，并不能直观的反应LED的真实温度，对于LED实际温度的控制存在一定的差距；该专利中的控制方法虽然温度控制范围广泛，但存在温度设定不够精准的问题，由加热惯性的存在，会导致实际温度超过设定温度值，一方面设定不准确，另外一方面也存在浪费电能的问题。

技术实现要素：

1.发明要解决的技术问题

针对现有技术中电吹风电热丝粗糙控制加热的不足，本发明提供了一种吹风机及其恒温智能控制电路和方法。它可以有效进行温度连续可调达到个人所需舒适温度，并可以温度显示，安全舒适。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

一种吹风机，包括吹风机本体上的出风口和把手，还包括恒温智能控制电路，恒温智能控制电路包括温度设定旋钮、温度调控电路和温度检测电路，温度检测电路设置在吹风机出风口处，温度调控电路设置在吹风机的把手内，吹风机的把手上设有温度设定旋钮，温度设定旋钮与恒温智能控制电路连接，所述的温度检测电路与温度调控电路连接。

一种吹风机恒温智能控制电路，包括单片机、加热电路、整流电路、稳压电路、开关电源电路、驱动放大电路、温度检测电路和开关管电路，还包括温度调控电路和温度显示电路，其中，加热电路和开关管电路均与整流电路连接，开关管电路与加热电路连接，温度检测电路检测加热电路温度，并传输给单片机，温度调控电路、温度显示电路均与单片机连接，单片机与驱动放大电路连接，驱动放大电路与开关管电路连接，开关电源电路的输入端接电源，开关电源电路的输出分别与单片机和驱动放大电路连接。单片机向驱动放大电路输出PWM控制信号。

其中，开关管电路选择使用MOS开关管电路，也可以用其它功率器件代替，但MOS管价格低，耐用，性价比高。

优选地，开关电源电路包括反激电源电路和稳压电路，反激电源电路的输入端连接电源(220V交流电)，反激电源电路输出端与稳压电路输入端连接，稳压电路输出端分别与单片机和驱动放大电路连接。

反激电源电路输出端分别与5V稳压电路的输入端和20V稳压电路的输入端连接，5V稳压电路的输出端与单片机连接，为单片机提供5V的供电电源，20V稳压电路的输出端与驱动放大电路连接，为驱动放大电路提供20V的供电电源。

优选地，整流电路包括半波整流电路和全波整流电路，其中半波整流电路与加热电路连接，全波整流电路与开关管连接。

优选地，温度调控电路包括温度设定旋钮，温度设定旋钮与单片机连接。

温度设定旋钮为滑动变阻器，滑动变阻器与单片机的AD信号采集端连接，形成连续可调的温度。

优选地，包括激磁式电动机和电热丝加热电路，半波整流电路的输出端与激磁式电动机连接，开关管电路与电热丝连接，半波整流电路调节电机转速以调节风速大小，开关管电路调节电热丝加热与否。

优选地，单片机的输出端与温度显示电路连接，温度显示电路为数码管，将调控的温度显示出来。

一种吹风机恒温智能控制方法，包括以下步骤：

A、通过控制以上所述的一种吹风机上的温度设定旋钮，将温度调控到个人所需温度，并经过单片机的处理将调控的温度通过数码管显示出来；

B、打开电吹风，温度检测电路采集电吹风出口处温度，将采集的温度送至单片机；

C、单片机将设定温度与检测到的温度进行增量式PID控制算法处理，输出不同的PWM占空比；

D、单片机输出的PWM波信号经驱动放大电路处理，传输至开关管的栅极，控制开关管的开启与关断时间；

E、开关管与加热电路连接，从而控制加热电路中电热丝的加热，保证电吹风吹出温度与设定温度始终保持一致。

优选地，步骤C中将设定温度与采样温度的差值进行不同的分段，分为0～20为一段，20～40为一段，40～50为一段，分段进行增量式PID控制算法处理，输出不同的PWM占空比。

优选地，步骤C中通过加热惯性计算得到一组PID的控制参数，调用增量式PID输出PWM波信号。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的吹风机恒温智能控制电路，是一种负反馈式带有显示的电路，极大的提高了电吹风的温度调控范围与准确度，另一方面，扩大了本发明的人群使用范围，操作简单，感觉舒适；

(2)本发明的吹风机恒温智能控制电路，是基于单片控制的可显示、可调控的恒温电吹风智能电路，所加电路体积小易于在原有的电吹风基础上进行局部改造，不需要对吹风机本体外形进行重新设计，吹风机本体保持基本形状不变了，解决了重新设计吹风机外形所带来的麻烦，降低了成本；

(3)本发明的一种吹风机智能恒温控制电路，所述的温度显示电路，采用数码管显示，体积小，易于人们观察，可提高本发明的实用性；

(4)本发明的一种吹风机智能恒温控制电路，所述的温度可调电路，采用连续可调电路一方面可提高调控的准确度；另一方面，可以扩大本发明的电路的使用范围，适合各种人群；

(5)本发明的一种吹风机恒温智能控制方法，对设定温度采用增量式PID算法进行分段控制，实现对不同的温度值进行精准控制，调控温度设定值；

(6)本发明的一种吹风机恒温智能控制方法，将温度调控到个人所需温度，并经过单片机的处理将调控的温度通过数码管显示出来，使用者能够直观的看到温度显示值，能够对温度随时调整，且显示温度误差值较小，较接近温度实际值；

(7)本发明的一种吹风机恒温智能控制方法，通过温度调控电路设定温度，并显示出来，将温度采集电路DS18B20采集的温度信号传至单片机形成反馈，与设定信号进行增量式PID控制算法处理，输出不同的PWM波占空比，从而控制MOS管栅极的开启与关闭，达到精确控制电热丝的加热；

(8)本发明的一种吹风机恒温智能控制方法，采用的是通过单片机AD采集滑动变阻器(温度调节旋钮)的电压，进而通过转换将电压信号变成温度信号，形成20摄氏度至70摄氏度连续可调的电路，AD采样的精度可保证温度控制精度在1摄氏度。

附图说明

图1为本发明的电路结构图；

图2为本发明的电热丝加热图；

图3为驱动信号放大电路图；

图4为本发明的电机供电图；

图5为温度调控电路图；

图6为单片控制的流程图；

图7为升温程序流程图；

图8为增量式PID控制流程图。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。

实施例1

本实施例的一种吹风机，包括吹风机本体上的出风口和把手，还包括恒温智能控制电路，恒温智能控制电路包括温度设定旋钮、温度调控电路和温度检测电路，温度检测电路设置在吹风机出风口处，温度调控电路设置在吹风机的把手内，吹风机的把手上设有温度设定旋钮，温度设定旋钮与恒温智能控制电路连接，所述的温度检测电路与温度调控电路连接。

实施例2

本实施例的一种吹风机恒温智能控制电路，包括单片机、加热电路、整流电路、稳压电路、开关电源电路、驱动放大电路、温度检测电路和开关管电路，还包括温度调控电路和温度显示电路，其中，加热电路和开关管电路均与整流电路连接，开关管电路与加热电路连接，温度检测电路检测加热电路的温度，并传输给单片机，温度调控电路、温度显示电路均与单片机连接，单片机与驱动放大电路连接，驱动放大电路与开关管电路连接，开关电源电路的输入端接电源，开关电源电路的输出分别与单片机和驱动放大电路连接。单片机向驱动放大电路输出PWM控制信号。

实施例3

本实施例的一种吹风机恒温智能控制电路，包括单片机、加热电路、整流电路、稳压电路、开关电源电路、驱动放大电路、温度检测电路和开关管电路，还包括温度调控电路和温度显示电路，其中，加热电路和开关管电路均与整流电路连接，开关管电路与加热电路连接，温度检测电路从加热电路上检测温度，并传输给单片机，温度调控电路、温度显示电路均与单片机连接，单片机与驱动放大电路连接，驱动放大电路与开关管电路连接，开关电源电路的输入端接电源，开关电源电路的输出分别与单片机和驱动放大电路连接。单片机向驱动放大电路输出PWM控制信号。

其中，开关管电路选择使用MOS开关管电路，也可以用其它功率器件代替，但MOS管价格低，耐用，性价比高。

实施例4

本实施例的一种吹风机恒温智能控制电路，包括单片机、加热电路、整流电路、稳压电路、开关电源电路、驱动放大电路、温度检测电路和开关管电路，还包括温度调控电路和温度显示电路，其中，加热电路和开关管电路均与整流电路连接，开关管电路与加热电路连接，温度检测电路从加热电路上检测温度，并传输给单片机，温度调控电路、温度显示电路均与单片机连接，单片机与驱动放大电路连接，驱动放大电路与开关管电路连接，开关电源电路的输入端接电源，开关电源电路的输出分别与单片机和驱动放大电路连接。单片机向驱动放大电路输出PWM控制信号。

开关电源电路包括反激电源电路和稳压电路，反激电源电路的输入端连接电源，反激电源电路输出端与稳压电路输入端连接，稳压电路输出端分别与单片机和驱动放大电路连接。

反激电源电路输出端分别与5V稳压电路的输入端和20V稳压电路的输入端连接，5V稳压电路的输出端与单片机连接，为单片机提供5V的供电电源，20V稳压电路的输出端与驱动放大电路连接，为驱动放大电路提供20V的供电电源。

整流电路包括半波整流电路和全波整流电路，其中半波整流电路与加热电路连接，全波整流电路与开关管连接。

温度调控电路包括温度设定旋钮，温度设定旋钮与单片机连接，温度设定旋钮为滑动变阻器，滑动变阻器与单片机的AD信号采集端连接，形成连续可调的温度。

本实施例的一种吹风机恒温智能控制电路还包括激磁式电动机和电热丝加热电路，半波整流电路的输出端与激磁式电动机连接，以调节电机的转速，进而实现调节电吹风风速的效果，开关管电路与电热丝连接，开关管电路控制电热丝加热与否，单片机的输出端与温度显示电路连接，温度显示电路为数码管，将调控的温度显示出来。

实施例5

本实施例的一种吹风机恒温智能控制电路，是实施例2-4中任意一个技术方案，其中本实施例的一种吹风机恒温智能控制方法，包括以下步骤：

A、通过控制以上所述的一种吹风机上的温度设定旋钮，将温度调控到个人所需温度，并经过单片机的处理将调控的温度通过数码管显示出来；采用数码管显示，体积小，易于人们观察，可提高本发明的实用性。

B、打开电吹风，温度检测电路采集电吹风出口处温度，将采集的温度送至吹风机恒温智能控制电路的单片机；

C、单片机将设定温度与检测到的温度进行增量式PID控制算法处理，输出不同的PWM占空比；将设定温度与采样温度的差值进行不同的分段，分为0～20为一段，20～40为一段，40～50为一段，分段进行增量式PID控制算法处理，输出不同的PWM占空比；其中，PID的控制参数K1，K2，K3通过加热惯性计算得到，调用增量式PID输出PWM波信号。

比如个人所需的实际温度为23度，如果将设定温度设定为23度时，再停止加热并持续维持23度，那么根据加热惯性，温度会上升到23度以上，这和个人所需的实际温度不符，为解决这一问题，可将设定温度设定为23度以下的温度值，当温度达到23度时再停止加热并持续维持23度，那么根据加热惯性，温度会逐步上升至设定温度以上，即可达到23度。

比如，假设温度设定为25度，开始以一定的占空比加热，当温度加热到21度时，根据加热惯性利用余热，通过减小占空比从而逐渐达到设定的温度值25度。

本实施例中，温度设定为25度，经过调控后，实际温度为24度至26度之间，精度能够控制在1度以内。

如图7所示，PID的控制处理方法如下：将设定温度与采样温度做差，将差值进行不同的分段，分为0～20为一段，20～40为一段，40～50为一段；以20～40段为例，当设定温度为50摄氏度时，其差值为30，此时计算得到一组PID的控制参数K1，K2，K3，调用增量式PID输出PWM波进行电热丝加热，当温度加热到47摄氏度时，通过加热惯性，计算得到另一组PID的控制参数K1，K2，K3，调用增量式PID输出PWM波进行加热，最终使温度恒定在设定的温度点。

如图8所示，计算原理如下：

△U(k)＝K₁e(k)-K₂e(k-1)+K₃e(k-2)，

K₁＝Kp(1+T/Ti+Td/T)，

K₂＝Kp(1+2Td/T)，

K₃＝KpTd/T。

其中，△U(k)、e(k)、e(k-1)和e(k-2)，代表不同时刻设定温度与实际温度的差值；在调试中，先通过大量实验统计大致设定一个经验值Kp(不同的分段给定的Kp值是不一样的)，然后根据调节效果修改使加热效果接近设定温度后，确定Kp值依次计算出K₁、K₂、K₃从而达到精确控制温度。其中T是采样周期，Ti、Td分别是积分与微分时间。

D、单片机输出的PWM波信号经驱动放大电路处理，传输至开关管的栅极，控制开关管的开启与关断时间；

E、开关管与加热电路连接，从而控制加热电路中电热丝的加热，保证电吹风吹出温度与设定温度始终保持一致。

实施例6

结合图2，所述的全波整流电路包括整流桥和滤波电容C，所述MOS管开关电路的漏极与整流电路输出端连接，MOS管的源极与电热丝一端连接；电热丝的加热电路，电源通过整流滤波后接到MOS管的漏极，MOS管的源极接到电热丝，通过PWM控制MOS管栅极的开启与关闭，从而达到控制电热丝的精确加热；该驱动信号放大电路，主要器件选用的是如图3，它将来自单片机的PWM控制信号放大，并传至MOS的栅极；

结合图4，激磁式电机的供电方式，通过开关档位(包括停止、强风和弱风)的选择，可以将220V直接接在激磁式电机上吹出强风，也可以通过半波整流后接在激磁式电机上吹出弱风；所述的半波整流电路由一个二极管构成与电源路和激磁式电动机连接，通过切换开关调控弱风(半波整流)与强风(无整流)；

所述的反激式开关电源电路输出端与20V稳压电路和5V稳压电路输入端连接，组成辅助电源系统，向单片机、温度显示电路、温度采集电路、驱动电路等供电。

所述的驱动信号放大电路将来自单片机的PWM信号放大，并传至MOS管开关电路栅极，控制MOS管的开启与关闭；

结合图5，温度调控电路，采用的是通过单片机AD采集滑动变阻器(温度调节旋钮)的电压，进而通过转换将电压信号变成温度信号，形成20摄氏度至70摄氏度连续可调的电路，AD采样的精度可保证温度控制精度在1摄氏度；

结合图6，单片控制的程序流程图，通过温度调控电路设定温度，并显示出来，将温度采集电路DS18B20采集的温度信号传至单片机形成反馈，与设定信号进行增量式PID控制算法处理，输出不同的PWM波占空比，从而控制MOS管栅极的开启与关闭，达到精确控制电热丝的加热。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。