基于環(huán)境參數(shù)和睡眠生理周期的睡眠風(fēng)控制裝置及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種基于環(huán)境參數(shù)和睡眠生理周期的睡眠風(fēng)控制裝置及方法，其特征在于：它包括轉(zhuǎn)速信號(hào)發(fā)生裝置、驅(qū)動(dòng)電路、逆變電路、靜音無(wú)刷直流電機(jī)和扇葉；轉(zhuǎn)速信號(hào)發(fā)生裝置包括開(kāi)關(guān)電源、環(huán)境參數(shù)傳感器和數(shù)字信號(hào)處理器；數(shù)字信號(hào)處理器包括熱阻設(shè)置模塊，睡眠時(shí)長(zhǎng)設(shè)定模塊，代謝率生成模塊，SET風(fēng)速計(jì)算模塊，風(fēng)速限幅模塊，風(fēng)速-電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換模塊和無(wú)極調(diào)速模塊；靜音無(wú)刷直流電機(jī)中包括霍爾傳感器。采用環(huán)境參數(shù)傳感器采集實(shí)際環(huán)境的溫度和濕度信息，采用熱阻設(shè)置模塊采集實(shí)際的床褥總熱阻值信號(hào)和代謝率生成模塊計(jì)算代謝率信號(hào)，由SET風(fēng)速計(jì)算模塊計(jì)算風(fēng)速值，實(shí)現(xiàn)了人體睡眠過(guò)程中對(duì)熱舒適性的要求。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于風(fēng)扇制造領(lǐng)域中。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于環(huán)境參數(shù)和睡眠生理周期的睡眠風(fēng)控制裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)扇制造【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是關(guān)于一種基于環(huán)境參數(shù)和睡眠生理周期的睡眠風(fēng)控制裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]一般人的一生約有1/3的時(shí)間處于睡眠狀態(tài)，隨著現(xiàn)代人工作生活節(jié)奏的加快，睡眠變得愈發(fā)重要，而一個(gè)舒適的睡眠環(huán)境無(wú)疑是良好睡眠的基本保障，改善人體睡眠環(huán)境，提高人體睡眠舒適性具有非常重要的意義。大量的研究成果表明，不利的偏熱偏濕睡眠環(huán)境會(huì)對(duì)人體睡眠產(chǎn)生負(fù)面影響，例如體溫下降被抑制，慢波睡眠(SWS)和快波睡眠(REM)時(shí)間減少以及覺(jué)醒次數(shù)增加等。人們?yōu)榱烁纳扑撸鶗?huì)開(kāi)啟空調(diào)和風(fēng)扇，然而隨之帶來(lái)的健康問(wèn)題屢見(jiàn)不鮮，例如空調(diào)房間的空氣不流通而且濕度偏低，易引發(fā)“空調(diào)病”;風(fēng)扇忘關(guān)或者定時(shí)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)易使人受風(fēng)寒等。
[0003]中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?01020552659.5的“一種基于使用者睡眠狀態(tài)的智能電扇”，該裝置的原理是:先通過(guò)生理信息傳感器采集和監(jiān)測(cè)使用者睡眠時(shí)的各項(xiàng)生理信息參數(shù)，隨后通過(guò)信息挖掘技術(shù)判斷使用者是正在進(jìn)入睡眠狀態(tài)還是醒來(lái)狀態(tài)，是處于慢動(dòng)眼睡眠(或稱(chēng)慢波睡眠)階段還是處于快動(dòng)眼睡眠(或稱(chēng)快波睡眠)階段，最后通過(guò)智能電扇控制器精確控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。該發(fā)明的特點(diǎn)在于風(fēng)扇的控制參數(shù)是基于使用者的睡眠生理周期，然而家用風(fēng)扇中的睡眠質(zhì)量檢測(cè)手段均不足以獲取睡眠生理周期的準(zhǔn)確分期結(jié)果，而且，風(fēng)速的大小與其他熱環(huán)境參數(shù)有著不可分割的關(guān)系，所以睡眠風(fēng)的控制還需和環(huán)境參數(shù)聯(lián)動(dòng)，但該裝置沒(méi)有配備環(huán)境參數(shù)傳感器。而市面上帶有環(huán)境參數(shù)傳感器的風(fēng)扇，又未引入人體的睡眠生理周期，依然會(huì)帶來(lái)健康隱患。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠滿足人體在睡眠過(guò)程中對(duì)熱舒適性需求的基于環(huán)境參數(shù)和睡眠生理周期的睡眠風(fēng)控制裝置及方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種基于環(huán)境參數(shù)和睡眠生理周期的睡眠風(fēng)控制裝置，其特征在于:它包括一轉(zhuǎn)速信號(hào)發(fā)生裝置、一驅(qū)動(dòng)電路、一逆變電路、一靜音無(wú)刷直流電機(jī)和一扇葉；所述轉(zhuǎn)速信號(hào)發(fā)生裝置分別與所述驅(qū)動(dòng)電路和靜音無(wú)刷直流電機(jī)連接，所述轉(zhuǎn)速信號(hào)發(fā)生裝置輸出的PWM信號(hào)經(jīng)所述驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行功率放大后輸出到所述逆變電路，由所述逆變電路將放大功率后的所述PWM信號(hào)分配到所述靜音無(wú)刷直流電機(jī)，控制所述靜音無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)所述扇葉吹出睡眠風(fēng)，同時(shí)，所述靜音無(wú)刷直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)反饋到所述轉(zhuǎn)速信號(hào)發(fā)生裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述靜音無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。
[0006]所述轉(zhuǎn)速信號(hào)發(fā)生裝置包括一開(kāi)關(guān)電源、一環(huán)境參數(shù)傳感器、一 DSP和一設(shè)置在所述靜音無(wú)刷直流電機(jī)內(nèi)的霍爾傳感器；所述開(kāi)關(guān)電源用于將單相交流電轉(zhuǎn)換為不同的直流電壓，分別為所述環(huán)境參數(shù)傳感器、DSP、驅(qū)動(dòng)電路、逆變電路以及靜音無(wú)刷直流電機(jī)內(nèi)的霍爾傳感器提供直流電源；所述環(huán)境參數(shù)傳感器采集空氣溫度、平均輻射溫度和空氣濕度信號(hào)并輸出到所述DSP，所述霍爾傳感器采集所述靜音無(wú)刷直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出到所述DSP，所述DSP根據(jù)接收到的所有信號(hào)計(jì)算PWM信號(hào)。
[0007]所述環(huán)境參數(shù)傳感器采用±0.1°C精度和±5%濕度精度的傳感器。
[0008]所述DSP包括熱阻設(shè)置模塊、睡眠時(shí)長(zhǎng)設(shè)定模塊、代謝率生成模塊、SET風(fēng)速計(jì)算模塊、風(fēng)速限幅模塊、風(fēng)速-電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換模塊和無(wú)極調(diào)速模塊；所述熱阻設(shè)置模塊采集床褥類(lèi)型信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱阻信號(hào)，并輸出到所述SET風(fēng)速計(jì)算模塊；所述睡眠時(shí)長(zhǎng)設(shè)定模塊采集睡眠時(shí)長(zhǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成函數(shù)縮放系數(shù)，并輸出到所述代謝率生成模塊；所述代謝率生成模塊根據(jù)函數(shù)縮放系數(shù)計(jì)算代謝率信號(hào)，并輸出到所述SET風(fēng)速計(jì)算模塊；所述SET風(fēng)速計(jì)算模塊根據(jù)所述環(huán)境參數(shù)傳感器輸出的空氣溫度、平均輻射溫度和空氣濕度信號(hào)、所述熱阻設(shè)置模塊輸出的熱阻信號(hào)、所述代謝率生成模塊輸出的代謝率信號(hào)以及預(yù)設(shè)的SET值，計(jì)算風(fēng)速預(yù)信號(hào)并輸出到所述風(fēng)速限幅模塊；所述風(fēng)速限幅模塊對(duì)風(fēng)速預(yù)信號(hào)進(jìn)行修正后得到風(fēng)速終信號(hào)，并輸出到所述風(fēng)速-電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換模塊；所述風(fēng)速-電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換模塊將風(fēng)速終信號(hào)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速信號(hào)，并輸出到所述無(wú)極調(diào)速模塊；所述無(wú)極調(diào)速模塊將轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換為PWM信號(hào)輸出；同時(shí)，所述無(wú)極調(diào)速模塊將所述霍爾傳感器輸出的實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)與所述風(fēng)速-電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換模塊計(jì)算的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果對(duì)PWM信號(hào)進(jìn)行調(diào)整并輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述靜音無(wú)刷直流電機(jī)的閉環(huán)無(wú)極調(diào)速。
[0009]一種基于環(huán)境參數(shù)和睡眠生理周期的睡眠風(fēng)控制裝置的控制方法，包括以下步驟:1)啟動(dòng)風(fēng)扇，開(kāi)啟睡眠風(fēng)模式，初始化DSP，開(kāi)啟環(huán)境參數(shù)傳感器；2)環(huán)境參數(shù)傳感器按照特定頻率采集空氣溫度、平均輻射溫度和空氣濕度信號(hào)輸出到SET風(fēng)速計(jì)算模塊；3)熱阻設(shè)置模塊根據(jù)用戶所選擇的床褥類(lèi)型，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的熱阻信號(hào)，并輸出到SET風(fēng)速計(jì)算模塊；4)睡眠時(shí)長(zhǎng)設(shè)定模塊采集用戶設(shè)定的睡眠時(shí)長(zhǎng)信號(hào)計(jì)算函數(shù)縮放系數(shù)，并輸出到代謝率生成模塊；5)代謝率生成模塊根據(jù)得到的函數(shù)縮放系數(shù)計(jì)算生成代謝率信號(hào)，并輸出到SET風(fēng)速計(jì)算模塊；6)SET風(fēng)速計(jì)算模塊根據(jù)接收到的空氣溫度、平均輻射溫度、空氣濕度、熱阻信號(hào)、代謝率信號(hào)以及預(yù)設(shè)的SET值，計(jì)算得到風(fēng)速預(yù)信號(hào)并輸出到風(fēng)速限幅模塊；7)風(fēng)速限幅模塊根據(jù)預(yù)設(shè)的最大風(fēng)速對(duì)接收到的風(fēng)速預(yù)信號(hào)進(jìn)行判斷，得到風(fēng)速終信號(hào)，并輸出到風(fēng)速-電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換模塊；當(dāng)風(fēng)速預(yù)信號(hào)小于最大風(fēng)速時(shí)，風(fēng)速限幅模塊將風(fēng)速預(yù)信號(hào)作為風(fēng)速終信號(hào)直接輸出；當(dāng)風(fēng)速預(yù)信號(hào)大于最大風(fēng)速時(shí)，風(fēng)速限幅模塊將風(fēng)速預(yù)信號(hào)修正為最大風(fēng)速，并作為風(fēng)速終信號(hào)輸出；8)風(fēng)速-電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換模塊；將風(fēng)速終信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速信號(hào)，并將轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出到無(wú)極調(diào)速模塊；9)無(wú)極調(diào)速模塊將轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換為PWM信號(hào)并輸出到驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路對(duì)接收到的PWM信號(hào)進(jìn)行功率放大后驅(qū)動(dòng)逆變電路，由逆變電路帶動(dòng)靜音無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；10)霍爾傳感器采集靜音無(wú)刷直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)，并將實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出到無(wú)極調(diào)速模塊；無(wú)極調(diào)速模塊將接收到的實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)與接收到的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行比較，根據(jù)得到的轉(zhuǎn)速偏差調(diào)整輸出的PWM信號(hào)，進(jìn)而調(diào)節(jié)靜音無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)靜音無(wú)刷直流電機(jī)的閉環(huán)無(wú)級(jí)調(diào)速，靜音無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)扇葉吹出睡眠風(fēng)。
[0010]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明由于采用環(huán)境參數(shù)傳感器采集實(shí)際環(huán)境的溫度和濕度信息，采用熱阻設(shè)置模塊采集實(shí)際的床褥總熱阻信號(hào)和代謝率生成模塊計(jì)算代謝率信號(hào)，由SET風(fēng)速計(jì)算模塊計(jì)算風(fēng)速值，實(shí)現(xiàn)了人體睡眠過(guò)程中對(duì)熱舒適性的要求，且更加節(jié)能環(huán)保。2、本發(fā)明由于采用睡眠時(shí)長(zhǎng)設(shè)定模塊供用戶選擇睡眠時(shí)長(zhǎng),睡眠時(shí)長(zhǎng)由用戶自己決定,可以滿足不同用戶對(duì)睡眠時(shí)長(zhǎng)的不同要求。3、本發(fā)明由于代謝率生成模塊存儲(chǔ)的睡眠生理周期更加符合實(shí)際人體睡眠情況，同時(shí)還可以根據(jù)用戶設(shè)定的睡眠時(shí)長(zhǎng)調(diào)整函數(shù)縮放系數(shù)，得到人體的代謝率信號(hào)，精確地分解使用者的生理需要控制轉(zhuǎn)速以達(dá)到控制風(fēng)速的目的。4、本發(fā)明由于采用的SET風(fēng)速計(jì)算模塊預(yù)設(shè)有SET風(fēng)速計(jì)算模型，可以根據(jù)環(huán)境和人員參數(shù)計(jì)算滿足人體熱舒適要求的風(fēng)速信號(hào)。5.本發(fā)明由于采用風(fēng)速限幅模塊對(duì)計(jì)算的風(fēng)速預(yù)信號(hào)進(jìn)行判別，使得風(fēng)速能夠滿足人體睡眠中能夠承受的最大風(fēng)速，避免了風(fēng)速過(guò)大對(duì)人體健康造成損害。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，吹風(fēng)感受良好，有效地改善人體睡眠質(zhì)量和熱舒適程度，可以廣泛應(yīng)用于風(fēng)扇制造領(lǐng)域中。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)示意圖
[0012]圖2是本發(fā)明的方法流程示意圖
[0013]圖3是本發(fā)明八小時(shí)睡眠階段劃分和代謝率變化示意圖

【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0015]如圖1所示，本發(fā)明基于環(huán)境參數(shù)和睡眠生理周期的睡眠風(fēng)控制裝置包括一轉(zhuǎn)速信號(hào)發(fā)生裝置1、一驅(qū)動(dòng)電路2、一逆變電路3、一靜音無(wú)刷直流電機(jī)4和一扇葉5。轉(zhuǎn)速信號(hào)發(fā)生裝置I分別與驅(qū)動(dòng)電路2和靜音無(wú)刷直流電機(jī)4連接，轉(zhuǎn)速信號(hào)發(fā)生裝置I輸出的PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路2進(jìn)行功率放大后輸出到逆變電路3，由逆變電路3將放大功率后的PWM信號(hào)分配到靜音無(wú)刷直流電機(jī)4，控制靜音無(wú)刷直流電機(jī)4轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)扇葉5吹出睡眠風(fēng)，同時(shí)，靜音無(wú)刷直流電機(jī)4的實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)反饋到轉(zhuǎn)速信號(hào)發(fā)生裝置I實(shí)現(xiàn)對(duì)靜音無(wú)刷直流電機(jī)4轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。
[0016]轉(zhuǎn)速信號(hào)發(fā)生裝置I包括一開(kāi)關(guān)電源11、一環(huán)境參數(shù)傳感器12、一 DSP (數(shù)字信號(hào)處理器)13以及一設(shè)置在靜音無(wú)刷直流電機(jī)4內(nèi)的霍爾傳感器41。開(kāi)關(guān)電源11用于將單相交流電(220V/50HZ)轉(zhuǎn)換為不同的直流電壓，分別為環(huán)境參數(shù)傳感器12、DSP13、驅(qū)動(dòng)電路2、逆變電路3以及靜音無(wú)刷直流電機(jī)4內(nèi)的霍爾傳感器41提供直流電源。環(huán)境參數(shù)傳感器12采集空氣溫度、平均輻射溫度和空氣濕度信號(hào)并輸出到DSP13，霍爾傳感器41采集靜音無(wú)刷直流電機(jī)4的實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出到DSP13，DSP13根據(jù)接收到的所有信號(hào)計(jì)算PWM信號(hào)。
[0017]DSP13包括熱阻設(shè)置模塊131、睡眠時(shí)長(zhǎng)設(shè)定模塊132、代謝率生成模塊133、SET (標(biāo)準(zhǔn)有效溫度)風(fēng)速計(jì)算模塊134、風(fēng)速限幅模塊135、風(fēng)速-電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換模塊136和無(wú)極調(diào)速模塊137。熱阻設(shè)置模塊131采集床褥類(lèi)型信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱阻信號(hào)，并輸出到SET風(fēng)速計(jì)算模塊134 ;睡眠時(shí)長(zhǎng)設(shè)定模塊132采集睡眠時(shí)長(zhǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成函數(shù)縮放系數(shù)，并輸出到代謝率生成模塊133 ;代謝率生成模塊133根據(jù)函數(shù)縮放系數(shù)計(jì)算代謝率信號(hào)，并輸出到SET風(fēng)速計(jì)算模塊134 ；SET風(fēng)速計(jì)算模塊134根據(jù)環(huán)境參數(shù)傳感器12輸出的空氣溫度、平均輻射溫度和空氣濕度信號(hào)、熱阻設(shè)置模塊131輸出的熱阻信號(hào)、代謝率生成模塊133輸出的代謝率信號(hào)以及預(yù)設(shè)的SET值，計(jì)算風(fēng)速預(yù)信號(hào)并輸出到風(fēng)速限幅模塊135 ;風(fēng)速限幅模塊135對(duì)風(fēng)速預(yù)信號(hào)進(jìn)行修正后得到風(fēng)速終信號(hào)，并輸出到風(fēng)速-電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換模塊136 ；風(fēng)速-電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換模塊136將風(fēng)速終信號(hào)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速信號(hào)，并輸出到無(wú)極調(diào)速模塊137 ；無(wú)極調(diào)速模塊137將轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換為PWM信號(hào)輸出。同時(shí)，無(wú)極調(diào)速模塊137將霍爾傳感器41輸出的實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)與風(fēng)速-電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換模塊136計(jì)算的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果對(duì)PWM信號(hào)進(jìn)行調(diào)整并輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)靜音無(wú)刷直流電機(jī)4的閉環(huán)無(wú)極調(diào)速。
[0018]上述實(shí)施例中，數(shù)字信號(hào)處理器13的工作電壓為+3.3V和+1.8V，環(huán)境參數(shù)傳感器12和霍爾傳感器41的工作電壓均為+5V，驅(qū)動(dòng)電路2的工作電壓為+15V，逆變電路4的工作電壓為+15V。
[0019]上述實(shí)施例中，環(huán)境參數(shù)傳感器12采用±0.1°C精度和±5%濕度精度的傳感器，這是由于經(jīng)實(shí)測(cè)，夏季房間內(nèi)的溫度變化速率大致為1°C /小時(shí)。
[0020]上述實(shí)施例中，靜音無(wú)刷直流電機(jī)4可以采用五葉靜音扇葉和靜音電機(jī)，其產(chǎn)生白躁噪聲級(jí)較小，不會(huì)對(duì)睡眠造成干擾。
[0021]如圖2所示，本發(fā)明基于環(huán)境參數(shù)和睡眠生理周期的睡眠風(fēng)控制方法包括以下步驟:
[0022]I)啟動(dòng)風(fēng)扇，開(kāi)啟睡眠風(fēng)模式，初始化DSP13，開(kāi)啟環(huán)境參數(shù)傳感器12。
[0023]2)環(huán)境參數(shù)傳感器12按照特定頻率(比如可以是I秒，僅以此為例，但不限于此)采集空氣溫度、平均輻射溫度和空氣濕度信號(hào)并輸出到SET風(fēng)速計(jì)算模塊134。
[0024]3)熱阻設(shè)置模塊131根據(jù)用戶所選擇的床褥類(lèi)型，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的熱阻信號(hào)，并輸出到SET風(fēng)速計(jì)算模塊134。
[0025]不同床褥類(lèi)型對(duì)應(yīng)不同的床褥總熱阻，床褥總熱阻是指包括床墊、床單、被子、枕頭、席子、睡衣睡褲以及空氣層的總熱阻。本發(fā)明根據(jù)人工氣候室的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，由采用暖體假人進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)化服裝熱阻實(shí)驗(yàn)得到各床褥類(lèi)型的熱阻值，并選取了三種床褥總熱阻值差異較大的中國(guó)夏季典型床褥類(lèi)型供用戶選擇。
[0026]4)睡眠時(shí)長(zhǎng)設(shè)定模塊132采集用戶設(shè)定的睡眠時(shí)長(zhǎng)信號(hào)計(jì)算函數(shù)縮放系數(shù)，并輸出到代謝率生成模塊133。
[0027]睡眠時(shí)長(zhǎng)設(shè)定模塊132的設(shè)定范圍為I?12小時(shí)，用戶可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定睡眠時(shí)長(zhǎng)。睡眠時(shí)長(zhǎng)設(shè)定模塊132內(nèi)存儲(chǔ)有計(jì)算函數(shù)縮放系數(shù)的模塊，根據(jù)不同睡眠時(shí)長(zhǎng)可對(duì)應(yīng)輸出不同的函數(shù)縮放系數(shù)。睡眠時(shí)長(zhǎng)設(shè)定模塊132根據(jù)用戶設(shè)定的睡眠時(shí)長(zhǎng)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的函數(shù)縮放系數(shù)，并將函數(shù)縮放系數(shù)信號(hào)輸出到代謝率生成模塊133。
[0028]5)代謝率生成模塊133根據(jù)得到的函數(shù)縮放系數(shù)計(jì)算生成代謝率信號(hào)，并輸出到SET風(fēng)速計(jì)算模塊134。
[0029]如圖3所示，代謝率生成模塊133中存儲(chǔ)有八小時(shí)睡眠階段代謝率隨時(shí)間變化的函數(shù)，其是由代謝率在睡眠狀態(tài)下的實(shí)際變化規(guī)律簡(jiǎn)化得到。本發(fā)明將八小時(shí)睡眠階段劃分為四個(gè)階段，每一階段對(duì)應(yīng)不同的代謝率隨時(shí)間變化的函數(shù):第一個(gè)階段為入睡后的30分鐘，輸出步長(zhǎng)為2分鐘；第二個(gè)階段為入睡后30分鐘到3.5小時(shí),輸出步長(zhǎng)為15分鐘；第三個(gè)階段為入睡后4小時(shí)到7小時(shí)內(nèi)，輸出步長(zhǎng)為30分鐘；第四個(gè)階段為最后I小時(shí)，輸出步長(zhǎng)為5分鐘。代謝率生成模塊133根據(jù)接收到的函數(shù)縮放系數(shù)，計(jì)算生成新的代謝率隨實(shí)際睡眠時(shí)長(zhǎng)變化的函數(shù)，得到不同睡眠階段的代謝率信號(hào)和輸出步長(zhǎng)，并按照相應(yīng)睡眠階段的輸出步長(zhǎng)輸出到SET風(fēng)速計(jì)算模塊134。
[0030]6) SET風(fēng)速計(jì)算模塊134根據(jù)接收到的空氣溫度、平均輻射溫度、空氣濕度、熱阻信號(hào)、代謝率信號(hào)以及預(yù)設(shè)的SET值，計(jì)算得到風(fēng)速預(yù)信號(hào)并輸出到風(fēng)速限幅模塊135。[0031 ] SET風(fēng)速計(jì)算模塊134內(nèi)預(yù)存有SET風(fēng)速計(jì)算模型，其是基于人體熱感覺(jué)模型中的二節(jié)點(diǎn)模型建立的，是熱舒適領(lǐng)域中重要的熱感覺(jué)(TSV)評(píng)價(jià)指標(biāo)。SET值能夠合理反映風(fēng)速對(duì)TSV的影響，TSV是評(píng)價(jià)風(fēng)速能否達(dá)到人體對(duì)熱舒適性要求的熱感覺(jué)評(píng)價(jià)指標(biāo)，其取值范圍為-3?+3，當(dāng)TSV = -0.5?+0.5之間時(shí)，表示人處于熱中性狀態(tài)(不冷不熱)。SET值包括六個(gè)環(huán)境和人員參數(shù)的作用，分別為空氣溫度、空氣濕度、風(fēng)速，平均輻射溫度，床褥熱阻和代謝率。因此若已知空氣溫度，空氣濕度，平均輻射溫度，床褥熱阻和代謝率以及睡眠熱中性狀態(tài)下的SET值，就能推算出環(huán)境達(dá)到熱中性時(shí)人體所需的風(fēng)速值。在本實(shí)施例中，SET值根據(jù)不同的床褥熱阻值從小到大(1.5cl0，1.9clo，2.2clo)分別設(shè)定為29°C，28°C，27°C，SET值的確定是參考已有實(shí)驗(yàn)研究成果得到。SET風(fēng)速計(jì)算模塊134根據(jù)接收到的空氣溫度，平均輻射溫度，空氣濕度信號(hào)，熱阻值信號(hào)，代謝率信號(hào)以及預(yù)設(shè)的SET值，計(jì)算得到風(fēng)速預(yù)信號(hào)，并輸出到風(fēng)速限幅模塊135。
[0032]7)風(fēng)速限幅模塊135根據(jù)預(yù)設(shè)的最大風(fēng)速對(duì)接收到的風(fēng)速預(yù)信號(hào)進(jìn)行判斷，得到風(fēng)速終信號(hào)，并輸出到風(fēng)速-電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換模塊136。
[0033]由于SET風(fēng)速計(jì)算模塊134得到的風(fēng)速預(yù)信號(hào)可能會(huì)超出睡眠中人體能夠承受的最大風(fēng)速，即1.2m/s，為了保證健康，風(fēng)速限幅模塊135對(duì)風(fēng)速預(yù)信號(hào)進(jìn)行判斷:
[0034]當(dāng)風(fēng)速預(yù)信號(hào)小于最大風(fēng)速時(shí)，風(fēng)速限幅模塊135將風(fēng)速預(yù)信號(hào)作為風(fēng)速終信號(hào)直接輸出；
[0035]當(dāng)風(fēng)速預(yù)信號(hào)大于最大風(fēng)速1.2m/s時(shí),風(fēng)速限幅模塊135將風(fēng)速預(yù)信號(hào)修正為最大風(fēng)速1.2m/s,并作為風(fēng)速終信號(hào)輸出。
[0036]8)風(fēng)速-電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換模塊136將風(fēng)速終信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速信號(hào)，并將轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出到無(wú)極調(diào)速模塊137。
[0037]9)無(wú)極調(diào)速模塊137將轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換為PWM信號(hào)并輸出到驅(qū)動(dòng)電路2，驅(qū)動(dòng)電路2對(duì)接收到的PWM信號(hào)進(jìn)行功率放大后驅(qū)動(dòng)逆變電路3，由逆變電路3帶動(dòng)靜音無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0038]10)霍爾傳感器41采集靜音無(wú)刷直流電機(jī)4的實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)，并將實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出到無(wú)極調(diào)速模塊137 ;無(wú)極調(diào)速模塊137將接收到的實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)與接收到的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行比較，根據(jù)得到的轉(zhuǎn)速偏差調(diào)整輸出的PWM信號(hào)，進(jìn)而調(diào)節(jié)靜音無(wú)刷直流電機(jī)4的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)靜音無(wú)刷直流電機(jī)4的閉環(huán)無(wú)級(jí)調(diào)速，靜音無(wú)刷直流電機(jī)4的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)扇葉5吹出睡眠風(fēng)。
[0039]上述各實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式和制作工藝等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
【權(quán)利要求】
1.一種基于環(huán)境參數(shù)和睡眠生理周期的睡眠風(fēng)控制裝置，其特征在于:它包括一轉(zhuǎn)速信號(hào)發(fā)生裝置、一驅(qū)動(dòng)電路、一逆變電路、一靜音無(wú)刷直流電機(jī)和一扇葉；所述轉(zhuǎn)速信號(hào)發(fā)生裝置分別與所述驅(qū)動(dòng)電路和靜音無(wú)刷直流電機(jī)連接，所述轉(zhuǎn)速信號(hào)發(fā)生裝置輸出的PWM信號(hào)經(jīng)所述驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行功率放大后輸出到所述逆變電路，由所述逆變電路將放大功率后的所述PWM信號(hào)分配到所述靜音無(wú)刷直流電機(jī)，控制所述靜音無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)所述扇葉吹出睡眠風(fēng)，同時(shí)，所述靜音無(wú)刷直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)反饋到所述轉(zhuǎn)速信號(hào)發(fā)生裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述靜音無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。
2.如權(quán)利要求1所述的基于環(huán)境參數(shù)和睡眠生理周期的睡眠風(fēng)控制裝置，其特征在于:所述轉(zhuǎn)速信號(hào)發(fā)生裝置包括一開(kāi)關(guān)電源、一環(huán)境參數(shù)傳感器、一 DSP和一設(shè)置在所述靜音無(wú)刷直流電機(jī)內(nèi)的霍爾傳感器；所述開(kāi)關(guān)電源用于將單相交流電轉(zhuǎn)換為不同的直流電壓，分別為所述環(huán)境參數(shù)傳感器、DSP、驅(qū)動(dòng)電路、逆變電路以及靜音無(wú)刷直流電機(jī)內(nèi)的霍爾傳感器提供直流電源；所述環(huán)境參數(shù)傳感器采集空氣溫度、平均輻射溫度和空氣濕度信號(hào)并輸出到所述DSP，所述霍爾傳感器采集所述靜音無(wú)刷直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出到所述DSP，所述DSP根據(jù)接收到的所有信號(hào)計(jì)算PWM信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的基于環(huán)境參數(shù)和睡眠生理周期的睡眠風(fēng)控制裝置，其特征在于:所述環(huán)境參數(shù)傳感器采用±0.1°C精度和±5%濕度精度的傳感器。
4.如權(quán)利要求2所述的基于環(huán)境參數(shù)和睡眠生理周期的睡眠風(fēng)控制裝置，其特征在于:所述DSP包括熱阻設(shè)置模塊、睡眠時(shí)長(zhǎng)設(shè)定模塊、代謝率生成模塊、SET風(fēng)速計(jì)算模塊、風(fēng)速限幅模塊、風(fēng)速-電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換模塊和無(wú)極調(diào)速模塊；所述熱阻設(shè)置模塊采集床褥類(lèi)型信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱阻信號(hào)，并輸出到所述SET風(fēng)速計(jì)算模塊；所述睡眠時(shí)長(zhǎng)設(shè)定模塊采集睡眠時(shí)長(zhǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成函數(shù)縮放系數(shù)，并輸出到所述代謝率生成模塊；所述代謝率生成模塊根據(jù)睡眠時(shí)長(zhǎng)信息計(jì)算代謝率信號(hào)，并輸出到所述SET風(fēng)速計(jì)算模塊；所述SET風(fēng)速計(jì)算模塊根據(jù)所述環(huán)境參數(shù)傳感器輸出的空氣溫度、平均輻射溫度和空氣濕度信號(hào)、所述熱阻設(shè)置模塊輸出的熱阻信號(hào)、所述代謝率生成模塊輸出的代謝率信號(hào)以及預(yù)設(shè)的SET值，計(jì)算風(fēng)速預(yù)信號(hào)并輸出到所述風(fēng)速限幅模塊；所述風(fēng)速限幅模塊對(duì)風(fēng)速預(yù)信號(hào)進(jìn)行修正后得到風(fēng)速終信號(hào)，并輸出到所述風(fēng)速-電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換模塊；所述風(fēng)速-電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換模塊將風(fēng)速終信號(hào)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速信號(hào)，并輸出到所述無(wú)極調(diào)速模塊；所述無(wú)極調(diào)速模塊將轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換為PWM信號(hào)輸出；同時(shí)，所述無(wú)極調(diào)速模塊將所述霍爾傳感器輸出的實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)與所述風(fēng)速-電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換模塊計(jì)算的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果對(duì)PWM信號(hào)進(jìn)行調(diào)整并輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述靜音無(wú)刷直流電機(jī)的閉環(huán)無(wú)極調(diào)速。
5.一種采用如權(quán)利要求1或2或3或4所述基于環(huán)境參數(shù)和睡眠生理周期的睡眠風(fēng)控制裝置的控制方法，包括以下步驟: 1)啟動(dòng)風(fēng)扇，開(kāi)啟睡眠風(fēng)模式，初始化DSP，開(kāi)啟環(huán)境參數(shù)傳感器； 2)環(huán)境參數(shù)傳感器按照特定頻率采集空氣溫度、平均輻射溫度和空氣濕度信號(hào)輸出到SET風(fēng)速計(jì)算模塊； 3)熱阻設(shè)置模塊根據(jù)用戶所選擇的床褥類(lèi)型，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的熱阻信號(hào)，并輸出到SET風(fēng)速計(jì)算模塊； 4)睡眠時(shí)長(zhǎng)設(shè)定模塊采集用戶設(shè)定的睡眠時(shí)長(zhǎng)信號(hào)計(jì)算函數(shù)縮放系數(shù)，并輸出到代謝率生成模塊； 5)代謝率生成模塊根據(jù)得到的函數(shù)縮放系數(shù)計(jì)算生成代謝率信號(hào)，并輸出到SET風(fēng)速計(jì)算模塊； 6)SET風(fēng)速計(jì)算模塊根據(jù)接收到的空氣溫度、平均輻射溫度、空氣濕度信號(hào)、熱阻值信號(hào)、代謝率信號(hào)以及預(yù)設(shè)的SET值，計(jì)算得到風(fēng)速預(yù)信號(hào)并輸出到風(fēng)速限幅模塊； 7)風(fēng)速限幅模塊根據(jù)預(yù)設(shè)的最大風(fēng)速對(duì)接收到的風(fēng)速預(yù)信號(hào)進(jìn)行判斷，得到風(fēng)速終信號(hào)，并輸出到風(fēng)速-電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換模塊； 當(dāng)風(fēng)速預(yù)信號(hào)小于最大風(fēng)速時(shí)，風(fēng)速限幅模塊將風(fēng)速預(yù)信號(hào)作為風(fēng)速終信號(hào)直接輸出； 當(dāng)風(fēng)速預(yù)信號(hào)大于最大風(fēng)速時(shí)，風(fēng)速限幅模塊將風(fēng)速預(yù)信號(hào)修正為最大風(fēng)速，并作為風(fēng)速終信號(hào)輸出； 8)風(fēng)速-電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換模塊；將風(fēng)速終信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速信號(hào)，并將轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出到無(wú)極調(diào)速模塊； 9)無(wú)極調(diào)速模塊將轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換為PWM信號(hào)并輸出到驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路對(duì)接收到的PWM信號(hào)進(jìn)行功率放大后驅(qū)動(dòng)逆變電路，由逆變電路帶動(dòng)靜音無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)； 10)霍爾傳感器采集靜音無(wú)刷直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)，并將實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出到無(wú)極調(diào)速模塊；無(wú)極調(diào)速模塊將接收到的實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)與接收到的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行比較，根據(jù)得到的轉(zhuǎn)速偏差調(diào)整輸出的PWM信號(hào)，進(jìn)而調(diào)節(jié)靜音無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)靜音無(wú)刷直流電機(jī)的閉環(huán)無(wú)級(jí)調(diào)速，靜音無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)扇葉吹出睡眠風(fēng)。
【文檔編號(hào)】F04D27/00GK104467563SQ201410709941
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】朱穎心, 朱旻琳, 歐陽(yáng)沁, 馬宏偉, 羅茂輝, 曹彬, 黃莉, 余娟, 趙越 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 東華大學(xué)