專利名稱：用彈片式壓力開關(guān)的智能節(jié)能電熱毯及其溫度控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電熱毯，特別涉及一種用彈片壓力丌關(guān)矩陣觸點通過CPU 控制的智能節(jié)能電熱毯。
背景技術(shù)：
世界能源緊缺已經(jīng)是個全世界各個領(lǐng)域關(guān)注很多年的話題了 ，各國眾多科學(xué) 家也在致力于能源節(jié)約的研究。以往節(jié)能降耗都比較重視企業(yè)行為，對普通百姓 生活中的節(jié)能降耗關(guān)注得比較少，但節(jié)能降耗與每個人的生活都密切相關(guān)，尤其 因為民用品以其極大的使用基數(shù)和使用時間上的持續(xù)性，使之對資源的使用節(jié)約 與否有極大的影響.。提高節(jié)能意識，使用節(jié)能產(chǎn)品，參與節(jié)能行動，讓人人成 為節(jié)能降耗的主角，以小我的節(jié)約促成全社會的節(jié)能顯的刻不容緩了。而民用電 又在民用能源消耗中占了很大的比重，電熱毯作為很多人生活中常用的電驅(qū)設(shè) 備，由于其被使用的基數(shù)大，時間長，從而成為耗電的重要組成部分。
根據(jù)中國人口普查公告數(shù)據(jù)，"截止2005年11總?cè)丝跒?30628萬人，中國 共有家庭戶39519萬戶，平均每個家庭戶的人口為3.13人"，保守計算，如果按 總?cè)藬?shù)的百分之十使用電熱毯，依據(jù)GB4706.1 — 1998《家用和類似用途電器的 安全第一部分通用要求》和GB4706.8—2003《家用和類似用途電器的安全電 熱毯、電熱墊及類似柔性發(fā)熱器具的特殊要求》的標(biāo)準(zhǔn)，普通單人毯功率60W, 雙人毯120瓦，按平均一年每毯工作6X 100個小時計算，則每年全國用在家庭 民用電熱毯上的電量為470260.8萬千瓦/時。但是實際使用過程中，比如以雙人 毯150mmX 160mm的規(guī)格尺寸為例，不可能毯面所有鋪有發(fā)熱絲的角落都有利 用。事實上是有很大一部分發(fā)熱絲的能量沒有利用到，處于做無用功的狀態(tài)，被 白白浪費掉。如申請?zhí)枮?8231827，申請日為19981216，名稱為"分體式節(jié)能 電熱毯"的一種中國專利公開的裝置，其雖然將毯面分開幾部分獨立控制，但仍 然沒有避免邊緣浪費能源的問題，而且其不能實現(xiàn)智能自動控溫，需要手動調(diào)節(jié)， 增加了使用的麻煩。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服普通電熱毯浪費電能及現(xiàn)在某些雖能分塊控制，但尚不能智能控制 各片溫度的電熱毯的缺點，本發(fā)明提供一種用彈片式壓力開關(guān)的智能節(jié)能電熱毯 及其溫度控制方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種用彈片式壓力開關(guān)的智能節(jié)能電熱毯包括毯面 層、毯底層，發(fā)熱絲，其特點是，在電熱毯內(nèi)部按矩陣排列置有多個簧片式壓力 開關(guān)，并使其與發(fā)熱絲無交點，所述的多個彈片式壓力開關(guān)一端和5V的直流電 源連接，另一端和單片機控制電路相連接并經(jīng)電阻接地，單片機控制電路輸出口 和相應(yīng)矩陣的發(fā)熱控制電路連接；根據(jù)矩陣中彈片式壓力開關(guān)的閉合的組合驅(qū)動 發(fā)熱絲工作。
一種用彈片式壓力開關(guān)的智能節(jié)能電熱毯的溫度控制方法，其特征在于，電 熱毯的溫度控制方法的步驟為
1. 將熱絲按排成多列矩陣，并在所述的發(fā)熱絲按排成多列矩陣中自上而下 的安置多個彈片式壓力開關(guān)，并使其與發(fā)熱絲無交點；各個彈片式壓力開關(guān)一端 和5V的直流電源連接，另一端和單片機控制電路相連接，單片機控制電路輸出 和相應(yīng)矩陣的發(fā)熱控制電路連接；根據(jù)矩陣中擔(dān)片式壓力開關(guān)的閉合的組合驅(qū)動 發(fā)熱絲工作；
2. 使單片機控制電路處于自動功能狀態(tài)下，當(dāng)沒有任何一個壓力彈片受足 夠壓力閉合，則單片機控制電路驅(qū)動所有發(fā)熱片發(fā)熱，這樣可以兼容普通毯的功 能和某些使用者的在睡覺前先預(yù)熱床鋪的習(xí)慣，通過定時控制單元定時4小時， 是當(dāng)連續(xù)4小時單片機控制電路沒有接收到來自任何一點閉合時輸出的高電平，
則所有發(fā)熱線自動斷電；
3. 使單片機控制系統(tǒng)處于手動控制狀態(tài)下，電熱毯各區(qū)同時全部發(fā)熱，使 用時相當(dāng)于普通電熱毯，但具有安全節(jié)能作用，其特點在于為了防止用戶起床后 忘記關(guān)掉電熱毯的情況，CPU通過定時控制單元定時12小時，當(dāng)連續(xù)通電12 小時后電熱毯自動斷電，這樣就消除了忘記關(guān)電熱毯給用戶帶來的安全隱患，給 用戶生活帶來安全保障；
4. 當(dāng)至少有一個彈片式壓力開關(guān)閉合時，根據(jù)矩陣中彈片式壓力開關(guān)的狀 態(tài)組合經(jīng)單片機控制程序判斷后，控制系統(tǒng)輸出控制信號驅(qū)動相應(yīng)的發(fā)熱絲工
作。
所述的彈片式壓力開關(guān)包括上蓋和底盤，底盤固定在毯底層上，相對于底盤 的中心兩側(cè)彼此分割開固有兩金屬導(dǎo)電片，所述的兩金屬導(dǎo)電片接有導(dǎo)線，上蓋 和底盤由彈性的片狀絕緣材料制成，在上蓋的中心貼有一金屬導(dǎo)電片。 所述的單片機控制電路由單片機、時鐘電路、復(fù)位電路連接而成。 所述的發(fā)熱控制電路主要由雙向可控硅控制開關(guān)及電熱絲組成。 所述的發(fā)熱絲按排成多列矩陣，它們相對獨立工作，并在所述的發(fā)熱絲按排 成多列矩陣中自上而下的安置彈片式壓力開關(guān)，并使其與發(fā)熱絲無交點。
本發(fā)明的有益效果是由于是由身體的壓力使置于電熱毯內(nèi)的彈片式壓力開 關(guān)的閉合的組合通過單片機控制系統(tǒng)實現(xiàn)智能控溫，在滿足使用者使用正常要求 的前提下最大可能的節(jié)省電能。裝置結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，智能化高。


圖1為用彈片式壓力開關(guān)的智能節(jié)能電熱毯；
圖2為彈片式壓力開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖3為彈片式壓力開關(guān)結(jié)構(gòu)俯視圖4為彈片式壓力開關(guān)在電熱毯上布局示意圖5為單片機控制電路圖6為彈片式壓力開關(guān)電路圖7為發(fā)熱控制電路圖8為控制程序流程圖。
本發(fā)明的基本原理
本發(fā)明建立在以形變很小的倒鐘型壓力彈片觸點作為壓力開關(guān)的基礎(chǔ)上工 作。在電熱毯的毯內(nèi)部裝有多個彈片式壓力開關(guān)。該彈片式壓力開關(guān)的結(jié)構(gòu)包括 上蓋和底盤，底盤固定在毯底層上。底盤固定于電熱毯底層。上蓋從上垂直向下 看形如向日葵，受到壓力的情況下產(chǎn)生彈性變形。其韌性和彈性經(jīng)實際測試可以 滿足當(dāng)人體壓在上面時與地盤上的幾何中心接觸。在上蓋的幾何中心貼有導(dǎo)電金 屬片，底盤的幾何中心對應(yīng)位置彼此分割開固有兩金屬導(dǎo)電片，其兩側(cè)連接有導(dǎo) 線，當(dāng)上蓋內(nèi)的金屬導(dǎo)電片和底盤上的兩金屬導(dǎo)電片閉合相貼時，該路導(dǎo)通。此
時彈片開關(guān)高度共2mm，而且由于設(shè)計的外形為扁平鐘型，所以不會對使用者 帶來任何不適感。其作用為傳感開關(guān)量，各個彈片相對獨立工作。當(dāng)彈片受壓時 閉合，則該支控制電路閉合，送出5V高電平給單片機進行數(shù)據(jù)處理；當(dāng)彈片上
的壓力小于閾值電壓，則送出低電平OV給CPU。根據(jù)多個彈片式壓力開關(guān)閉合
組合，通國CPU進行智能判斷處理也即是指該裝置的智能控溫方法，即當(dāng)有
某些矩陣點閉合而有些沒有閉合時，通過CPU的智能判斷可以按照程序的要求
驅(qū)動相應(yīng)的發(fā)熱絲工作。
具體實施例方式
一種用彈片式壓力開關(guān)的智能節(jié)能電熱毯包括毯面層、毯底層，發(fā)熱絲，其 特點是，在電熱毯內(nèi)部按矩陣排列置有多個彈片式壓力開關(guān)。所述的彈片式壓力
開關(guān)如圖2、圖3所示，它包括上蓋1和底盤2，底盤2固定在毯底層上，相對 于底盤2的中心兩側(cè)彼此分割開固有兩金屬導(dǎo)電片4，所述的兩金屬導(dǎo)電片4接 有導(dǎo)線，上蓋和底盤由彈性的片狀絕緣材料制成，在上蓋1的中心貼有一金屬導(dǎo) 電片3，圖3上5為導(dǎo)線穿孔，6為縫線孔。本實施例以以單人毯80mmX150mm 的規(guī)格為例，如圖4所示，將其發(fā)熱線按矩陣排布分成五列，它們相對獨立工作。 在第二，第三，第四列自上而下的相應(yīng)位置裝有所述六個彈片式壓力開關(guān)，分別 記為A，B，C，D,E，F(xiàn)，并使其與發(fā)熱絲無交點。當(dāng)其某些點閉合時就將高電平信號 送單片機控制系統(tǒng)進行判斷處理，根據(jù)采樣得到的P 口高電平信號，驅(qū)動相應(yīng)矩 陣列發(fā)熱電路，當(dāng)其未閉合時送低電平到單片機控制系統(tǒng)，單片機控制系統(tǒng)控制 該片發(fā)熱電路斷開。如圖6所示，6個彈片式壓力開關(guān)SA、 SB、 SC、 SD、 SE、 SF —端和5V的VCC直流電源連接，另一端與單片機控制電路相連接并分別經(jīng) 相應(yīng)的電阻RA、 RB、 RC、 RD、 RE和RF后接地，當(dāng)S2向上閉合時，P0.6為 低電平，此時電熱毯進入自動智能控制狀態(tài)，當(dāng)S2向下閉合時，P0.6為高電平， 此時電熱毯進入全熱的普通電熱毯手動安全控制狀態(tài)。當(dāng)壓力彈片SA斷開時， PO.O為低電平，當(dāng)SA閉合時PO.O變?yōu)楦唠娖剑渌麎毫椘蚐A的作用一樣， 同理相對應(yīng)的PO 口電平隨著開關(guān)的閉開發(fā)生變化。通過單片機的智能判斷，單 片機控制電路輸出和相應(yīng)矩陣的發(fā)熱控制電路連接；根據(jù)矩陣中彈片式壓力開關(guān) 的閉合的組合驅(qū)動發(fā)熱絲工作。
所述的智能判斷處理是指該裝置的智能溫度控制方法，即當(dāng)有某些矩陣點 閉合而有些沒有閉合時，通過單片機的智能判斷可以按照軟件程序的要求驅(qū)動相
應(yīng)的發(fā)熱絲工作。以單人毯80mmX 150mm的規(guī)格為例，具體描述如下在自 動功能狀態(tài)下，當(dāng)沒有任何一個壓力彈片受足夠壓力閉合，則CPU驅(qū)動所有發(fā) 熱片發(fā)熱，這樣可以兼容普通毯的功能和某些使用者的在睡覺前先預(yù)熱床鋪的習(xí) 慣。通過定時控制單元定時4小時，當(dāng)連續(xù)4小時CPU沒有接收到來自任何一 點閉合時輸出的高電平，則所有發(fā)熱線自動斷電，保證安全和節(jié)能。自動功能的 所有程序流程及毯面示意如圖4和圖8所示。通過實際統(tǒng)計測試，用概率分布的 所有可能及實際使用過程中的各種可能情況，制定判斷規(guī)則，最大程度滿足使用 者的各種睡覺姿勢時的毯面相應(yīng)片能夠發(fā)熱，不會對使用者帶來不舒適感，在此 基礎(chǔ)上，盡最大可能的節(jié)能。圖6中的S2是一個可供用戶選擇手動或自動控制 的開關(guān)，當(dāng)用戶使用手動功能時，電熱毯各區(qū)全部發(fā)熱，并且定時器監(jiān)控其工作， 當(dāng)連續(xù)工作十二小時，則發(fā)熱電路自動關(guān)閉，極大程度上保證使用安全和節(jié)能。 具體的程序流程由圖8所示，l代表高電平，O代表低電平。ABCDEFG分別表 示P0.0-P0.6的電平，程序流程圖說明如下
當(dāng)G=l，即P0.6為高電平時，程序轉(zhuǎn)入手動智能安全狀態(tài)控制子程序，12345 區(qū)都發(fā)熱并且定時器開始計時，當(dāng)達(dá)到程序設(shè)定的12小時后，12345區(qū)全部關(guān) 閉，起到安全和節(jié)能作用。
當(dāng)G=0，即P0.6為低電平時，程序轉(zhuǎn)入自動控制節(jié)能狀態(tài)，然后順序判斷A、 B、 C、 D、 E、 F各電平的高低。判斷A時，根據(jù)高低電平分為兩個子程序，在 各子程序中再判斷B電平的高低，再次分為兩個判斷C電平的子程序，依次類 推。例如當(dāng)A=1，B=1,D=1時，123區(qū)發(fā)熱并且程序返回到判斷A電平；當(dāng) A=0,B=1,C=0時，123區(qū)發(fā)熱并且程序返回到判斷A電平；當(dāng) A=1,B=1,C=0,D=0,E=0,F=1時，345區(qū)發(fā)熱并且程序返回到判斷A電平；當(dāng) ABCDEF全為低電平時，12345區(qū)全部發(fā)熱，并且計時器開始工作，然后程序返 回到判斷A電平。當(dāng)ABCDEF連續(xù)4小時都為低電平時，計時器產(chǎn)生中斷脈沖， 12345區(qū)全部關(guān)閉。起到智能安全節(jié)能作用。
由圖1所示，本發(fā)明的控制系統(tǒng)由彈片式壓力開關(guān)電路、單片機控制系統(tǒng)、 發(fā)熱控制電路、定時器控制單元、復(fù)位電路和時鐘電路組成。由圖5所示，單片 機控制電路由時鐘電路7、單片機8和復(fù)位電路9連接而成。時鐘電路中XTAL 為晶振產(chǎn)生器，微調(diào)電容C1、 C2構(gòu)成內(nèi)部震蕩，產(chǎn)生頻率為12MHZ的時鐘脈 沖，由XTAL1， XTAL2引腳接入單片機，為單片機提供工作脈沖。單片機8為 89C51,它是ROM型單片機，內(nèi)涵4KB掩膜ROM，有很大的程序存儲空間。 采用40引腳雙列直插式封裝形式，P0.0-P0.7八個引腳作為數(shù)據(jù)輸入輸出口或者 低八位地址輸出口， P1.0-P1.7是八位雙向輸入輸出口， P2.0-P2.7是高八位地址 輸出口， VCC接+5V直流電源，VSS接地。復(fù)位電路9提供了手動復(fù)位方式， 摁下開關(guān)S1時，二極管D1發(fā)亮，電容C3通過電阻R1充電，此時，RST端出 現(xiàn)高電平，當(dāng)高電平持續(xù)20ms以上時，就可使單片機復(fù)位。
發(fā)熱控制電路由圖7所示。主要由雙向可控硅控制開關(guān)及電熱絲組成。當(dāng)對 應(yīng)的控制P口為高電平時，可控硅導(dǎo)通，控制電熱絲開始發(fā)熱。
權(quán)利要求
1.一種用彈片式壓力開關(guān)的智能節(jié)能電熱毯，包括毯面層、毯底層，發(fā)熱絲，其特征在于，在電熱毯內(nèi)部按矩陣排列置有多個彈片式壓力開關(guān)，并使其與發(fā)熱絲無交點，所述的多個彈片式壓力開關(guān)一端和5V的直流電源連接，另一端和單片機控制電路相連接，單片機控制電路輸出和相應(yīng)矩陣的發(fā)熱控制電路連接；根據(jù)矩陣中彈片式壓力開關(guān)的閉合的組合驅(qū)動發(fā)熱絲工作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用彈片式壓力開關(guān)的智能節(jié)能電熱毯， 其特征在于，所述的彈片式壓力開關(guān)包括上蓋和底盤，底盤固定在 毯底層上，相對于底盤的中心兩側(cè)彼此分割開固有兩金屬導(dǎo)電片， 所述的兩金屬導(dǎo)電片接有導(dǎo)線，上蓋和底盤由彈性的片狀絕緣材料 制成，在上蓋的中心貼有一金屬導(dǎo)電片。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用彈片式壓力開關(guān)的智能節(jié)能電熱毯，其特征在于，所述的單片機控制電路由單片機、時鐘電路、復(fù)位電 路連接而成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用彈片式壓力開關(guān)的智能節(jié)能電熱毯， 其特征在于，所述的發(fā)熱控制電路主要由雙向可控硅控制開關(guān)及電 熱絲組成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用彈片式壓力開關(guān)的智能節(jié)能電熱毯， 其特征在于，所述的發(fā)熱絲按排成多列矩陣，它們相對獨立工作， 并在所述的發(fā)熱絲按排成多列矩陣中自上而下的安置彈片式壓力開 關(guān)，并使其與發(fā)熱絲無交點。
6. —種用彈片式壓力開關(guān)的智能節(jié)能電熱毯的溫度控制方法，其特征在于，電熱毯的溫度控制方法的步驟為1)將發(fā)熱絲豎直安置成多列矩陣，并在所述的發(fā)熱絲多列矩陣中自上而下的安置多個彈片式壓力開關(guān)，并使其與發(fā)熱絲無交點； 各個彈片式壓力開關(guān)一端和5V的直流電源連接，另一端和CPU 相連接，并經(jīng)相對應(yīng)電阻后接地，CPU輸出和相應(yīng)矩陣的發(fā)熱控制電路連接；根據(jù)矩陣中彈片式壓力開關(guān)的狀態(tài)組合經(jīng)單片 機控制程序判斷后，控制系統(tǒng)輸出控制信號驅(qū)動相應(yīng)的發(fā)熱絲 工作；2) 使單片機控制系統(tǒng)處于自動控溫狀態(tài)下，當(dāng)沒有任何一個壓力 彈片受足夠壓力閉合，則CPU驅(qū)動所有發(fā)熱片發(fā)熱，這樣可以 兼容普通毯的功能和某些使用者的在睡覺甜先預(yù)熱床鋪的習(xí) 慣，通過定時控制單元定時4小時，是當(dāng)連續(xù)4小時CPU沒有 接收到來自任何一點閉合時輸出的高電平，則所有發(fā)熱線自動 斷電；3) 使單片機控制系統(tǒng)處于手動控制狀態(tài)下，電熱毯各區(qū)同時全部 發(fā)熱，使用時相當(dāng)于普通電熱毯，但具有安全節(jié)能作用，其特 點在于為了防止用戶起床后忘記關(guān)掉電熱毯的情況，CPU通過 定時控制單元定時12小時，當(dāng)連續(xù)通電12小時后電熱毪自動 斷電，這樣就消除了忘記關(guān)電熱毯給用戶帶來的安全隱患，給 用戶生活帶來安全保障；4) 當(dāng)至少有一個彈片式壓力開關(guān)閉合時，根據(jù)矩陣中彈片式壓力 開關(guān)的狀態(tài)組合經(jīng)單片機控制程序判斷后，控制系統(tǒng)輸出控制 信號驅(qū)動相應(yīng)的發(fā)熱絲工作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用彈片式壓力開關(guān)的智能節(jié)能電熱毯及其溫度控制方法，其特點是，在電熱毯內(nèi)部按矩陣排列置有多個彈片式壓力開關(guān)，并使其與發(fā)熱絲無交點，所述的多個彈片式壓力開關(guān)一端和5V的直流電源連接，另一端和單片機控制電路相連接，單片機控制電路輸出和相應(yīng)矩陣的發(fā)熱控制電路連接；由單片機控制電路通過彈片式壓力開關(guān)閉合的組合來控制按矩陣排列的區(qū)域加熱接通或斷開。本發(fā)明的有益效果是由于是由身體的壓力使置于電熱毯內(nèi)的彈片式壓力開關(guān)的閉合的組合通過單片機控制系統(tǒng)實現(xiàn)智能控溫，在滿足使用者使用正常要求的前提下最大可能的節(jié)省電能。裝置結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，智能化高。
文檔編號A47G9/02GK101176608SQ20071004784
公開日2008年5月14日 申請日期2007年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月6日
發(fā)明者倩 李, 武永勝, 鄭明華, 馬軍山 申請人:上海理工大學(xué)