半岛·体育官网《智能家用电器技术》第1章 智能家电基础技术pptx第1章 智能家电基础技术1.1 家用电器智能化及发展家电历史1879年美国T.A.生发明白炽灯，开创了家庭用电时代。20世纪初，美国E.理查森发明的电熨斗投放市场，促使家用电器相继问世。集成电路的发明，使电子技术进入微电子技术时代，使家用电器提高到一个新的水平，家用电器逐渐走入智能化发展时代。1.1.1 智能电器的概念智能电器智能电器就是采用一种或多种智能化技术，并具有一种或多种智能特性的家用和类似用途的电器。 电器智能化，可以说是因为网络技术和通信技术的成熟和广泛应用、信息化水平的不断提高，逐渐达到支持智能电器产业大规模发展的水平而产生。起决定作用的，是用户对高水平的电器的需求。 智能电器涉及的相关技术 包括传感器、数据采集、信号处理、控制、电子、电力电子、人工智能、数字通信、网络技术等 智能电器的基本特点 （1）处理数字化：软硬件一体（2）功能复合化：多种功能集成（3）设备网络化：信息融和和共享（4）自诊断和智能控制：思维和判断微 控 制 器RAM时钟电路ROM人机接口管理单元键盘电路电流信号电流变换器模拟信号调理电路A/D转换器显示与报警电路打印接口电路电压信号电压变换器电平信号数字输出及驱动与隔离电路电磁电器（线路）/执行器（感应机构触点信号/动作信号数字量测量/隔离电路数字接口电路电流信号RS232/RS485总线接口电路现场总线总线总线接收器智能电器的基本结构 电器智能化网络典型结构 智能家电的基本结构 智能家电特点 0102030405网络化功能智能化开放性、兼容性节能化易用性1.1.2 智能家用电器控制技术的智能化1．家电控制技术的智能化交流照明电路直流手电筒电路感温磁钢自动控温电路晶闸管控制电路：将开关换成“晶闸管”晶闸管有三个极：控制极G，主电极T1、T2。给控制极G极一个控制信号，主电极T1、T2就可以导通 控制极G极的控制信号，一般由CPU输出一个脉动信号给它，通过控制晶闸管的通断，来控制工作元件的工作状态，从而实现控制的“智能”化案例：智能空调的设计我们来看一款海尔的空调(做什么？)：怎么做？空调的工作，需要一台压缩机，来带动制冷循环系统工作，用普通开关，电路该怎么设计？这么简单？它会一直运行吧？怎么控制停机？用电脑怎么控制它？一共只要三步：第一步：给压缩机换上电子开关控制；第二步：给电子开关换上CPU控制；第三步：CPU下命令，控制开关通断。CPUCPU凭什么，来控制电子开关的通断？这需要用到一种元件：传感器!温度传感器：告诉CPU，根据温度来控制。湿度传感器：告诉CPU，根据湿度来控制。温 度传感器CPU湿 度传感器红外传感器：告诉CPU，根据人的体感温度、位置来控制风量、风向。空气质量传感器：告诉CPU，根据空气质量来控制，要不要换新风？CPU温 度传感器湿 度传感器红 外传感器空气质量传感器这里面，控制的核心是CPU，电路，则是一个一个模块电路生成的：温度、湿度、红外、空气质量传感器模块，输出功率控制模块。当然，电路要工作，还要有专门的电源电路、时钟电路、复位电路等。不同的电器控制电路，电路模块基本是一样的。温 度传感器CPU湿 度传感器红 外传感器空气质量传感器这一个可控开关，常用的还有继电器控制，它的基本原理图是这样的：现代智能家电，除了工作元件控制过程的智能化外，还增加了很多额外的功能。比如，可实现远程控制的网络化功能，可以跟主人进行语音交流，并实现控制的交互式智能控制功能，具有安防、健康与医疗功能等等。智能家电的控制技术，随着各种新技术的不断涌现，一直不停的进步着，与传统的家用电器，出现了较为明显的区别。1.1.3 智能电器的发展智能家电已成新宠 电信网、互联网、电视网的三网融合，电视、手机、PAD、电脑“四屏合一”，使得空间压缩、时间延伸，智能化是时代发展的必然趋势。三网融合及物联网技术应用后，冰箱、电灯、空调、电视、DVD、音响、微波炉、洗衣机等所有电器都将进入智能时代。通过手机或其他集成设备即可方便地控制所有家电，从而为家电产品互联互通和产品升级带来发展空间。 家居渐兴智能化智能家居的主要功能 (1)智能灯光控制(2)智能电器控制(3)安防监控系统(4)智能背景音乐(5)智能视频共享(6)可视对讲系统(7)家庭影院系统嵌入式系处不在 嵌入式系（Embedded system），是一种“完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统” 嵌入式系统的主要特征 系统内核小 专用性强 系统精简 高实时性的系统软件(OS)多任务的操作系统需要开发工具和环境。具有较长的生命周期软件一般都固化在存储器芯片中应用领域 物联网物联网（Internet of Things）这个词是MIT Auto-ID中心主任Kevin Ashton教授1999年在研究RFID时最早提出来的，现在物联网概念得到了国际普遍的公认。物联网的关键技术三项关键技术(1)传感器技术：(2)RFID标签(3)嵌入式系统技术用途范围 智能家居与物联网 智能家居成为消费者密切关注的物联网应用之一 1.2 家用电器通用器件家用电器基本结构控制元件功率控制温度控制时间控制工作元件电热元件电机微波管等家电基本结构器具结构件如壳体、箱体、支撑架等。1.2.1 电热元件包括电阻式、红外式、电磁感应式和微波式四类。电阻式电热元件 常用的几种电热元件 开启式螺旋形电热元件 云母片式电热元件 金属管电热元件结构 电热板图2-5 绳状电热元件远红外线电热元件 远红外石英辐射管、红外线灯结构图PTC(正温度系数热敏电阻)电热元件 PTC电阻温度特性图1.2.2 家电用控制元件温度控制元件 磁性温控元件 双金属片温控 热电偶 热敏电阻 功率控制元件 开关换接 二极管整流控制 晶闸管调功控制 VT开通后，其阳-阴极间电压降为1V左右，当交流电过零时，VT关断，待下一周期，电容C又充电，重复上述过程。当C两端充电电压达到双向触发二极管VDH的折转电压(约26～40V)时，VDH导通该直流电经灯泡E加到晶闸管VT的阳极与阴极间。调节电位器RP可改变电容C充电时间的快慢，从而可控制灯泡E上电压的平均值，使亮度可调。该直流电经灯泡E加到晶闸管VT的阳极与阴极间。同时，在电源的每个半周期内，通过RP、R1向电容C充电。同时，在电源的每个半周期内，通过RP、R1向电容C充电。220V交流电经VD1～VD4桥式整流成为100Hz脉动直流电C向R2放电，在R2两端即形成尖脉冲加到 VT的门极，使VT开通，E通电发光。C向R2放电，在R2两端即形成尖脉冲加到 VT的门极，使VT开通，E通电发光。时间控制元件 机械式定时器 定时器走时机构时间控制元件 电子式定时器 电动式定时器 1.2.3 家电用电动机家用电器使用单相交流电，所以，家用电器一般使用的是单相电源供电的单相异步电动机，它使用方便，广泛应用于家电、电动工具、医疗器械中。 单相异步电动机的结构 单相异步电动机的原理 单相异步电动机类型 单相电阻分相(启动)异步电动机电机分类12单相电容分相(启动)异步电动机3单相电容运转异步电动机 4单相电容启动兼运转异步电动机5单相罩极式异步电动机。罩极电动机 1.3 智能家电常用技术1.3.1 智能家电用单片机在智能家用电器中，单片机起了智能控制部件作用。它的存在，提高了家用电器的品质，增加了家用电器的功能；并在家用电器中执行模拟人类智能的进程 单片机概念 单片机是单片微型计算机的简称，它是将计算机的中央处理系统(CPU)、存储器（RAM和ROM）、I/O接口器、定时器/计数器以及串行通信接口器等功能电路集成在一块芯片上，组成一个完整的微型计算机，故名单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)，本质叫法应为微（MCU，Micro Control Unit）。单片机的应用 (1)工业过程控制(2)智能仪器仪表(3)信息和通信技术(4)家电领域的应用(5)方面的应用单片机的特点 （1）高集成度，体积小，高可靠性??（2）控制功能强??（3）低电压，低功耗，便于生产便携式产品??（4）易扩展??（5）优异的性能价格比家用电器用单片机 现代家用电器中所采用的单片机，分为通用型和专用型两类。家用电器多采用专用型单片机，如日本NEC公司开发生产的7500系统和MOTOROLA的MC6800系列、INTEL的D8749H、NEC的μPD7500和μPD7800系列、Toshiba公司的TMP4700系列。 μPD7508的管脚及内部结构图 单片机在家用电器控制中的应用 微电脑空调器电路原理图 微电脑基本控制电路 不论哪种型号的微电脑处理器都有这4个端子:+5V电源VDD：为微电脑处理器供电，复位电路REST：使微电脑处理器程序在工作前处于起始状态时钟振荡电路OSC：为微电脑处理器提供基准的时钟信号 微处理器的基本电路 复位电路(a)低电平复位电路 (b)高电压复位电路 (c)上掉电复位电路复位电路可能引起故障：在接通电源后无反应，系统无法正常起动和工作。信号输入电路：温度信号输入电路 温度信号输入电路将通过感温元件将室温、环温和管温转换得到的电信号传递给处理器，处理器根据输入电压的不同，判断室温和管温，并通过程序和设定值来控制空调器的状态 过零检测信号输入电路 过零检测电路一是用于控制室内风扇电动机的风速；二是检测室内供电电压的是否正常 交流电经过整流、分压，在晶体管基极获得脉动直流电。当交流电处于零点，晶体管截止，集电极输出高电平；交流电不在零点，晶体管饱和导通，集电极无输出。在晶体管的集电极获得脉冲信号，与交流电的零点同频同相，将此信号送入微电脑芯片，进行过零控制。过流保护检测电路(防止过载) 电源线穿过电流互感器，互感器线圈输出感应电压，通过二极管和电容整流滤波，经电阻分压送入单片机相应引脚。 当压缩机运行电流过大时，电流互感器输出电压升高，超过设定值时，单片机发出停机指令，切断电源，从而保护负载。简单延时电路AA 初次上电时，电容C充电短路，则A点为低电平，此电平输入单片机经程序运行后使负载运行。如果电源断电后不到设定时间又来电，此时电容C放电还没结束，A点仍然为高电平，负载不工作。 调整C，可调整延时时间。比较延时电路增加了一级运算放大，提高了输入信号的可靠性 驱动电路：简单驱动电路 单片机输出的信号，电流值比较小，不可能驱动执行元件，必须通过驱动电路来使执行元件动作。反相驱动电路集成反相驱动器 单片机输出高电平经集成反相驱动器输出低电平，使继电器线圈通电吸合，控制相应电器元件动作 光耦合器驱动电路当单片机输出高电平时，经限流电阻限流，反相驱动器反相输出低电平。由于光耦合器输入端有5V电压。所以光耦合器输出高电平，使晶体管导通，继电器线圈通电，控制相应的电器元件工作 显示电路 直接驱动的二极管显示电路图 反相驱动的二极管显示电路根据发光二极管正向导通发光的特性，利用单片机直接驱动或通过反相器驱动，使发光二极管发光显示 液晶显示电路 数码管显示电路 蜂鸣器控制电路 直接驱动式蜂鸣器电路图 晶体管驱动蜂鸣器电路图海尔KC-25／C微电脑控制电路分析 1．基本电路(1)电源电路电路中C14、C15、C12、C16为滤波电容+12V直流电压经三端稳压器稳压后得到+5v的直流电压,为微电脑芯片(MC68H05SR3)提供电源T1输出14v的交流电压，经D5～D8桥式整流，输出13V左右的直流电压，通过滤波电容C14后，三端稳压器7805的输入端得到12V的直流电压。交流220V电压，经熔断器FUSE、压敏电阻VR、R4和C13组成的滤波电路进入变压器T1+12V的直流电压输出作为继电器和ULN2003的工作电源(2)时钟振荡电路微处理器的5、6脚接4MHz晶体振荡器OSC，R13为起振电阻，C6为起振电容，它们与微处理器的内部电路组成一定频率的自激振荡电路，为处理器提供工作时钟脉冲。(3)复位电路矩形波发生器12脚持续输出矩形波,即12脚输出高电平，使二极管D1截止，微电脑处理器的复位脚(电容C4的正极)保持高电平。复位电路是低电平复位电路，同时由74LSl23单稳态触发器组成自动复位电路，可实现空调器死机时单片机自动复位。12脚变为低电平，二极管D1正向导通，C4通过单稳态触发器内部电路放电，复位脚被强行拉低，从而使微电脑处理器自动复位。初次通电时，+5V直流电源通过电阻给电容C4充电，C4相当于短路，此时微电脑处理器的复位脚为低电平，复位开始。充电一段时间后，复位脚变为高电平，复位结束。空调器出现死机时，微电脑处理器无脉冲输出，则由单稳态触发器构成的矩形波信号发生器的12脚无矩形波输出。微电脑处理器工作正常时，其12脚输出脉冲信号，送入单稳态触发器74LS123构成的矩形波信号发生器的2脚信号输入电路 (1)三分钟延时信号输入电路 延时超过3min，13脚的电位才会由高变低，压缩机才能重新起动工作。电源断电，电容C1通过电阻R7放电，放电时间约为3min。如果放电未结束又来电，微电脑处理器13脚处于高电平，压缩机不会工作；二极管D2、D3是为了提高电路的抗干扰能力初次上电，+5V直流电源经电阻R6向电容C1充电，微电脑处理器13脚为低电平，压缩机工作；(2)交流电过零点检测信号输入电路220V交流电通过变压器T1降压输出14V的交流电，经整流二极管D9、D1O整流当交流电处于零点时，晶体管基极无电压而截止，从集电极输出高电平；交流电不在零点时，晶体管有基极电流而饱和导通，集电极无输出再经过电阻R20和R21分压、电容C11滤波、电阻R22限流后，在晶体管DQ1的基极上获得一个脉动直流电微电脑处理器40脚获得与交流电的零点同频同相的脉冲信号(3)红外接收信号输入电路REV为红外接收器，它将接收到的红外信号经内部的自动增益控制、电路放大、限幅器稳定幅度、38kHz低通滤波滤除38kHz调制信号，解调出编码指令脉冲然后由整形电路进行放大整形，最后从REV的2脚输出相应的矩形波信号到单片机的遥控信号输入端25脚。电容C10和电阻R5是根据REV的需要，外接的匹配元件。(4)温度信号输入电路RT1为室内温度传感器，为热敏电阻。温度传感器根据温度变化改变自身阻值，从而改变电压点的采样电压然后通过微电脑处理器内置的A/D转换器转换成数字信号，与存储的温度数字值进行比较后确定环境温度值，控制各输出端口，达到控温目的电感L1、L2、L3是为了防止温度传感器电源波动引起微处理器误判断电容C7、C8防止外信号干扰电容C7、C8防止外信号干扰(5)强制开关信号输入电路微电脑处理器的14脚为强制开关信号输入端，实现无遥控器下的强制开机按下开关K1后，14脚直接接地，由高电平变为低电平．整机进行制冷运行。正常工作状态下，14脚为高电平。(1)指示灯控制电路输出控制电路 同样的道理，单片机的27脚控制LED2为定时指示灯，28脚控制LED1为电源指示灯。R1、R2、R3为限流电阻。指示灯控制电路采用单片机直接输出控制。微电脑处理器的26脚控制发光二极管LED3当26脚输出低电平时，LED3正向导通，指示灯亮；输出为高电平时，LED3反向截止，指示灯不亮(2)压缩机控制电路从10脚(Q7)输出变为低电平，继电器JK1的线圈通电，常开触点吸合，压缩机回路导通工作微电脑处理器的35脚输出高电平信号，经反相器ULN2003的7脚(A7)输入压缩机控制电路由微电脑处理器输出信号经过反相器驱动继电器，来实现压缩机电路的通断，达到控制的目的当输出为低电平时，反相器输出高电平，继电器JK1线圈断电，触点断开压缩机回路，压缩机停止工作(3)风扇电动机控制电路当整机通电时，微处理器的37脚输出高电平，输入到反相器uL2003的5脚，从12脚输出低电平这种继电器的触点排列，避免了风扇电动机的两个抽头同时得电带来的故障。风扇电动机由于需要进行风速控制。所以与压缩机控制电路不完全相同。此机型只有两种风速，所以利用两路继电器进行控制。使得继电器JK4的线未通电，其触点位于常闭的右边位置，风扇低速运行按下风速调速开关，微处理器的36脚输出一高电平，同样的这个电平使继电器JK5线圈通电，触点闭合，触点位于常开的左边位置，此时风扇高速运行(4)摆风电动机控制电路摆风电动机的控制电路与压缩机控制电路完全相同。(5)蜂鸣器驱动电路微电脑处理器的16脚输出脉冲信号，信号经DQ2、OQ3、DQ4组成的差分放大电路放大后，驱动蜂鸣器发声。蜂鸣器驱动电路与一般控制电路完全相同，只是微电脑处理器输出为脉冲信号。1.3.2智能家电用传感器 传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节，在现代家电中应用非常广泛。诸如电饭锅、电磁灶、电冰箱、洗衣机等都是靠敏感元件来实现自动控制。 传感器定义 传感器是用于感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用输出信号的电器元件，它把外界非电物理量转换成电信号输出，相当于是智能电器获取信息的“电五官”传感器的定义包括四方面内容：（4）输出和输入有对应关系，并有一定精度 (3）输出是某种物理量（如电量）(1）传感器是测量装置(2）输入量是被测量（物理量、化学量、生物量，如气、光、压力、流量、加速度、温度等）传感器非电量敏感元件非电量转换元件电量转换电路电量传感器系统的组成 传感器的分类 01热工量传感器：温度、热量、比热、压力、流量半岛·体育官网、流速、风速、真空度等。物理量传感器：气/液体成分、浓度、粘度、湿度、密度、比重等。 机械量传感器：位移、尺寸、形状、应力、力矩、加速度、噪声等。生物医学量传感器：心音、血压、体温、气流量、心电流、眼压、脑电波等。按输入被测量分类02变电阻：应变式、压阻式、电位器式传感器。变磁阻：自感式、差动变压器式、涡流式。变电容：电容式、温敏式传感器。变电势：热电偶式、霍尔式传感器。变电荷： 压电式传感器。变谐振频率：霍尔式、热电偶式传感器。按传感器的测量原理分类03流量传感器液位传感器力传感器加速度传感器温度传感器湿度传感器压力传感器位移传感器按被测物理量的用途分类04半导体类（陶瓷/光电/压力/霍尔）光纤类声板波扭矩集成传感器等。按传感器的材料分类传感器的应用现状 传感器的发展趋势 ①高灵敏度 ②集成化/多功能 ③智能化 ④仿生传感器 敏感元件转换电路显示 接口记忆微处理器运算/控制高级机智能传感器 智能传感器带有微处理机，具有采集、处理、交换信息的能力，是传感器集成化与微处理机相结合的产物 家电中常用传感器 温度传感器 气敏传感器光敏传感器 传感器 红外传感器 压敏传感器 湿敏传感器 传感器在家用电器中的应用 传感器在电冰箱与空调中的应用主要包括：温度自动控制、除霜温度控制、流量自动控制、过热及过电流保护等。传感器在自动抽油烟机中的应用 :气敏监控 传感器在电热淋浴器中的应用 防止不完全燃烧的安全装置、熄火安全装置、空烧安全装置及过热安全装置等 传感器在洗衣机中的应用 水位传感器:检测水位的等级 布量传感器:检测洗涤物的重量 光电传感器:检测洗涤净度，判断排水、漂净度及脱水情况 1.3.3 智能家电用新技术模糊控制技术 利用模糊集合理论，把人的控制策略的自然语言转化为计算机能够接受的算法语言所描述的控制算法 模糊量化模糊逆模糊化洗涤强度衣物重量进水、洗涤、漂洗、排水、脱水时间衣物重量全自动洗衣机的模糊控制模型 神经网络控制 由多个非常简单的处理单元彼此按某种方式相互连接而形成的计算系统 它旨在模仿人脑结构及其功能的信息处理系统，能够通过对样本的学习训练不断改变网络的连接权值以及拓扑结构，使得网络的输出不断地接近期望的输出 神经网络的突出优点 (1)可以充分逼近任意复杂的非线)所有定量或定性的信息都等势分布贮存于网络内的各神经元，故有很强的鲁棒性和容错性；(3)采用并行分布处理方法，使得快速进行大量运算成为可能；(4)可学习和自适应不知道或不确定的系统；(5)能够同时处理定量、定性知识。纳米技术 纳米技术（nanotechnology）是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。 通常将纳米材料分为两大类：功能材料和结构材料。功能材料多用于制造器件，催化、杀菌、清洁、隐身和燃料等。 纳米结构材料通常表面具有活性，能起到杀菌、清洁作用 变频技术 变频调速是根据电动机的转速公式为：利用电动机转速 n 与电源频率 f 成正比的原理进行调速的。变频器的基本工作模式有两种：(1)交—交型：(2)交—直—交型变频器组成 变频器的电路由主电路和控制电路组成 主电路：包括整流器、中间直流环节和逆变器 控制电路:主要由控制核心CPU 、输入信号、输出信号和面板操作指示信号、存储器、LSI电路组成。 臭氧技术 它是一种广谱杀菌剂。氧化反应过后，臭氧的最终反应物是氧气，具有无残毒的特性，方便运输.臭氧使水中的杂质沉淀，变得更清澈，将水面“染”上一层漂亮的蓝色。本章结束，谢谢观看

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