本發(fā)明涉及一種具有可控溫度功能的家用加濕器，屬于本發(fā)明涉及智能控制與信息工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)、社會的不斷發(fā)展，人們越來越注重生活品質(zhì)和健康。干燥的天氣容易誘發(fā)很多疾病，如皮膚病、支氣管炎等。因此，人們常常使用加濕器來進(jìn)行室內(nèi)空氣的加濕。但水中含有大量的微生物、病菌和鈣鎂離子等，隨加濕器霧氣的擴(kuò)散而廣泛傳播。目前國內(nèi)外市場家用加濕器按其過濾抑菌方式大致分為以下幾種：過濾凈化式，活性炭凈化式，電子集成式及溫度抑菌式等。過濾凈化式家用加濕器主要是在加濕器的內(nèi)部放置過濾網(wǎng)，通過過濾網(wǎng)進(jìn)行過濾、吸附處理雜質(zhì)等功能，但對水中的異常臭味、病原菌、病毒、微生物根本無法消除且需要定期清洗過濾網(wǎng)?；钚蕴渴郊矣眉訚衿骶哂谐龎m除銹功能，也可以炭疽桿菌等，但是其存在吸附飽和問題且容易產(chǎn)生效果衰減。電子集成凈化式家用加濕器主要是通過使污染物帶電，讓其吸附在正負(fù)極交叉的收集板上，從而改善水質(zhì)的方法，但需要經(jīng)常清洗收集板，否則效果會隨著使用時間的增加而遞減。溫度抑菌式家用加濕器主要是通過溫度來進(jìn)行抑菌，因為細(xì)菌、病毒等的生長、繁殖需要一定的溫度條件，但是傳統(tǒng)溫度抑菌式家用加濕器溫度往往是固定恒一的，不能夠通過用戶進(jìn)行人為設(shè)置加熱溫度的大小，除此之外，溫度測量的精度、加熱時間的快慢不能高效、精確保證，而溫度測量的精度、加熱時間的快慢卻直接影響細(xì)菌、病毒的生長和繁殖條件。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對上述不足提供了一種具有可控溫度功能的家用加濕器。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明所述的一種具有可控溫度功能的家用加濕器，包括超聲波底座，水箱，出霧口；超聲波底座上設(shè)有水箱，水箱上設(shè)有出霧口；所述的水箱內(nèi)設(shè)有導(dǎo)風(fēng)道，導(dǎo)風(fēng)道內(nèi)設(shè)有反滲透膜，水箱內(nèi)設(shè)有離子樹脂濾芯及活性炭濾芯；導(dǎo)風(fēng)道的頂端與出霧口相連通；導(dǎo)風(fēng)道的底端與超聲波底座相連；所述的超聲波底座內(nèi)設(shè)有可控功能模塊；超聲波底座外側(cè)壁上設(shè)有TFTLCD顯示屏及指示燈。

本發(fā)明所述的具有可控溫度功能的家用加濕器，所述的可控功能模塊包括微控制器芯片、濕度傳感器、高反射率水溫傳感器、氣壓傳感器、風(fēng)速傳感器、水位感應(yīng)模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、隔離模塊、電源模塊、聚風(fēng)扇、加濕器、MOS管、加熱器、顯示模塊、時鐘模塊；所述的濕度傳感器、高反射率水溫傳感器、氣壓傳感器、風(fēng)速傳感器與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊相連接；電源模塊分別與微控制器芯片、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊相連接；隔離模塊分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、微控制器芯片雙向連接；水位感應(yīng)模塊、時鐘模塊與微控制器芯片相連接；微控制器芯片的信號輸出端與加濕器、MOS管、顯示模塊相連；MOS管與加熱器相連。

具有可控溫度功能的家用加濕器的控制方法，其特征在于：步驟如下：

1）、利用微控制器通過濕度傳感器采集環(huán)境實時相對濕度Rg、水溫傳感器采集實時水溫Tg（通過高反射率水溫傳感器采集水體溫度）、氣壓傳感器采集環(huán)境大氣壓Pa，風(fēng)速傳感器采集環(huán)境風(fēng)速Ws；

利用公式Te=f(Ws ,Pa)修正水溫傳感器采集的實時溫度Tg；通過高低溫水溫試驗箱來進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，F(xiàn)LUKE PPC4氣體壓力控制器來調(diào)節(jié)氣壓，根據(jù)L-M算法的搜索定義式 ，當(dāng)η⁽ⁱ⁾=1時，此時Z⁽ⁱ⁺¹⁾=Z⁽ⁱ⁾+S(Z⁽ⁱ⁾)，設(shè)Z(i)是第i 次迭代的閾值和權(quán)值組成的向量，Z(i+1)為第i+1次迭代的閾值和權(quán)值組成的向量，則迭代式為，其中，并給出訓(xùn)練誤差允許值ε ，常數(shù)β=10，β_i=0.001，初始化向量Z(0)，Z(0) 為Te= f (Ws, Pa)函數(shù)的參數(shù)組成的向量賦予的初始值，利用新的閾值和權(quán)值組成的變換矩陣計算Z(i)，通過不斷迭代并結(jié)合獲得水體溫度Tg和環(huán)境風(fēng)速Ws、大氣壓強Pa，最終擬合出水體溫度Tg函數(shù)Te= f ((Ws Pa), 進(jìn)而實時修正采集到的水體溫度，把擬合出的方程通過編程存儲到處理器中。實際測量時，將采集到的環(huán)境風(fēng)速Ws、大氣壓強Pa帶入擬合的方程，即可求出需要修正的水體溫度值。

2）、根據(jù)步驟1）中得到實時相對濕度Rg，設(shè)定相對濕度Rw 、實時水體溫度Tg及設(shè)定的水體溫度Tw；微控制器將設(shè)計算對所述的相對濕度Rw 、實時水體溫度Tg及設(shè)定的水體溫度Tw進(jìn)行計算從而得到相對濕度差值系統(tǒng)誤差e1和溫度差值系統(tǒng)誤差e2；微控制器芯片根據(jù)相對濕度差值系統(tǒng)e1、溫度差值系統(tǒng)誤差e2來進(jìn)行PID占空比調(diào)制。

有益效果

本發(fā)明提供的具有可控溫度功能的家用加濕器，用戶對TFTLCD顯示屏輸入預(yù)設(shè)的相對濕度Rw、水溫溫度Tw，微控制器通過Levenberg-Marquardt算法、PID控制算法對超聲波家用加濕器進(jìn)行智能化高精度水溫調(diào)節(jié)，進(jìn)而對水中微生物、病菌等進(jìn)行高效殺菌。

本發(fā)明提供的具有可控溫度功能的家用加濕器，產(chǎn)生的細(xì)霧經(jīng)過反滲透膜，能夠把大于0.01納米的自身物質(zhì)過濾掉，整個加濕器實現(xiàn)了自動化報警、斷電的保護(hù)措施。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的家用加濕器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明提供的家用加濕器模塊功能框圖。

圖3是本發(fā)明提供的家用加濕器控制結(jié)構(gòu)框圖。

具體實施方式

根據(jù)圖1，一種具有可控溫度功能的家用加濕器包括水箱和超聲波底座部分，整個裝置表面水箱16包括透明水窗25、出霧口17、導(dǎo)風(fēng)道19、反滲透膜20、離子樹脂濾芯21、活性炭濾芯22、指示燈24、TFTLCD顯示屏23。

超聲波底座18上設(shè)有水箱，水箱16上設(shè)有出霧口17；所述的水箱16內(nèi)設(shè)有導(dǎo)風(fēng)道19，導(dǎo)風(fēng)道19內(nèi)設(shè)有反滲透膜20，水箱16內(nèi)設(shè)有離子樹脂濾芯21及活性炭濾芯22；導(dǎo)風(fēng)道19的頂端與出霧口17相連通；導(dǎo)風(fēng)道19的底端與超聲波底座18相連；所述的超聲波底座18內(nèi)設(shè)有可控功能模塊；超聲波底座18外側(cè)壁上設(shè)有TFTLCD顯示屏23及指示燈24。

反滲透膜20能夠有效去除水中的溶解鹽類、膠體、微生物、有機物等。離子樹脂濾芯21主要是將水軟化，使水能夠凈化為純凈水?；钚蕴繛V芯22主要是去除水體異味。指示燈24亮綠燈表示加濕器正常工作，亮紅燈表示缺水或加濕器裝置出問題。TFTLCD顯示屏23可以用來顯示實時水體溫度Tg、實時環(huán)境相對濕度Rg。除此之外，用戶還可以對TFTLCD顯示屏輸入預(yù)設(shè)相對濕度Rw、預(yù)設(shè)水溫溫度Tw。

根據(jù)圖2，一種具有可控溫度功能的家用加濕器功能模塊包括微控制器芯片1、濕度傳感器2、高反射率水溫傳感器3、氣壓傳感器4、風(fēng)速傳感器5、水位感應(yīng)模塊6、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊7、隔離模塊8、電源模塊9、聚風(fēng)扇10、加濕器11、MOS管12、加熱器13、顯示模塊14、時鐘模塊15。

其中：濕度傳感器2和高反射率水溫傳感器3、氣壓傳感器4、風(fēng)速傳感器5經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊7、隔離模塊8與微控制器芯片1連接；微控制器芯片1與水位感應(yīng)模塊6、隔離模塊8、電源模塊9、加濕器11、MOS管12、顯示模塊14、時鐘模塊15連接；聚風(fēng)扇10經(jīng)電源模塊9與微控制器芯片1連接。

微控制器芯片1：主要負(fù)責(zé)采集外界環(huán)境溫度、濕度、水位信息和超聲波底座上表面水的溫度，并通過誤差修正方程求出高精度的相對濕度 ，然后分別通過PID控制對 加熱器、加濕器進(jìn)行智能化加熱、加濕。

濕度傳感器2：用于采集環(huán)境實時相對濕度Rg 。

高反射率水溫傳感器3：由高反射率的材料、不銹鋼金屬薄膜外殼和A級Pt100薄膜鉑電阻組成，能減少輻射誤差，提高溫度測量精度。

氣壓傳感器4：用于測量室內(nèi)環(huán)境大氣壓。

風(fēng)速傳感器5：用于測量室內(nèi)環(huán)境風(fēng)速的大小。

水位感應(yīng)模塊4：用于檢測水位的狀況，當(dāng)水位缺水時，整個加濕器將會進(jìn)行自我斷電保護(hù)。

模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊7：采用24位Σ/Δ低噪聲模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7794，主要功能是將高反射率溫度傳感器和濕度傳感器采集到模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字輸出的數(shù)字量。

隔離模塊8：采用光電耦合器，主要作用是對輸入、輸出電信號進(jìn)行良好的隔離，保證電絕緣能力和抗干擾能力。

加濕器11：采用具有防輻射屏蔽的超聲波加濕器，能夠有效阻隔輻射。具有無噪音干擾、無污染、霧化效率高等特點。微控制器芯片通過PID控制算法對加濕器進(jìn)行控制，從而使空氣的濕度達(dá)到預(yù)設(shè)值。

MOS管12：主要起開關(guān)的作用，微控制器芯片通過脈寬調(diào)制控制MOS管的開關(guān)狀態(tài)，進(jìn)而控制加熱器中加熱絲的加熱時間。

加熱器13：主要是對超聲波底座上表面的水進(jìn)行加熱，這樣可以降低功耗。通過PID控制算法對加熱器進(jìn)行加熱，高溫能夠抑制細(xì)菌生長。

顯示模塊15：包括指示燈顯示、TFTLCD顯示屏顯示兩部分。指示燈亮綠燈表示加濕器正常工作，亮紅燈表示缺水或加濕器裝置出問題。TFTLCD顯示屏可以用來顯示水體實時溫度Tg、環(huán)境實時相對濕度Rg，除此之外，用戶還可以對TFTLCD顯示屏輸入預(yù)設(shè)的相對濕度值Rw、預(yù)設(shè)水溫溫度Tw。

根據(jù)圖3，一種具有可控溫度功能的家用加濕器控制結(jié)構(gòu)包括數(shù)據(jù)采集裝置、Levenberg-Marquardt控制、PID控制、PWM波、加濕裝置、MOS管及加熱器，數(shù)據(jù)采集裝置包括濕度傳感器、高反射率水溫傳感器、氣壓傳感器、風(fēng)速傳感器，加濕裝置包括加濕器，加熱裝置包括加熱器。

整個操作包括如下步驟：

（1）系統(tǒng)上電后，微控制器通過數(shù)據(jù)采集裝置采集環(huán)境實時相對濕度Rg（此處沒有經(jīng)過誤差修正處理） 、水體實時溫度Tg、環(huán)境大氣壓Pa和環(huán)境風(fēng)速Ws，并利用誤差修正方程Te=f(Ws ,Pa)求出經(jīng)誤差修正過的高精度環(huán)境實時溫度Tg 。接著用戶可以對TFTLCD顯示屏輸入預(yù)設(shè)的相對濕度Rw，水體溫度Tw，Te為高低溫水溫試驗箱水體溫度與水溫傳感器采集的實時溫度Tg之差。

（2）根據(jù)步驟（1）所得到的實時相對濕度Rg、設(shè)定相對濕度Rw 、實時水體溫度Tg及設(shè)定的水體溫度Tw ，通過微控制器計算得到相對濕度差值系統(tǒng)誤差e1和溫度差值系統(tǒng)誤差e2。根據(jù)相對濕度差值系統(tǒng)e1、溫度差值系統(tǒng)誤差e2來進(jìn)行PID占空比調(diào)制，進(jìn)而通過PID控制算法對加濕器、加熱器進(jìn)行加濕、加熱控制，從而使家用加濕器工作在一個合理有效范圍內(nèi)。

具體實施時，記錄采用Levenberg-Marquardt算法控制和PID控制；Levenberg-Marquardt算法，通過算法擬合出公式，PID算法控制是根據(jù)相對濕度差值系統(tǒng)e1、溫度差值系統(tǒng)誤差e2的偏差，將偏差按比例、積分和微分通過線性組合構(gòu)成控制量，對被控制量進(jìn)行控制。相結(jié)合方法的水體溫度、相對誤差和到達(dá)時間，同時記錄在相同設(shè)定溫度下，單獨PID控制方法的水體溫度、相對誤差和到達(dá)時間。如表1所示，其中，初始水體溫度為47.2℃。

分析所得數(shù)據(jù)，采用Levenberg-Marquardt算法控制和PID控制相結(jié)合的方法能夠把溫度誤差控制在在0.1℃左右，相對誤差小于0.5%。本裝置在控溫方面相比于傳統(tǒng)單一的PID控制，具有響應(yīng)時間快，相對誤差小、精確度高等特點。