基于环境参数和睡眠生理周期的睡眠风控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于环境参数和睡眠生理周期的睡眠风控制装置及方法，其特征在于：它包括转速信号发生装置、驱动电路、逆变电路、静音无刷直流电机和扇叶；转速信号发生装置包括开关电源、环境参数传感器和数字信号处理器；数字信号处理器包括热阻设置模块，睡眠时长设定模块，代谢率生成模块，SET风速计算模块，风速限幅模块，风速-电机转速转换模块和无极调速模块；静音无刷直流电机中包括霍尔传感器。采用环境参数传感器采集实际环境的温度和湿度信息，采用热阻设置模块采集实际的床褥总热阻值信号和代谢率生成模块计算代谢率信号，由SET风速计算模块计算风速值，实现了人体睡眠过程中对热舒适性的要求。本发明专利技术可以广泛应用于风扇制造领域中。

【技术实现步骤摘要】
基于环境参数和睡眠生理周期的睡眠风控制装置及方法
本专利技术涉及风扇制造
，特别是关于一种基于环境参数和睡眠生理周期的睡眠风控制装置及方法。
技术介绍
一般人的一生约有1/3的时间处于睡眠状态，随着现代人工作生活节奏的加快，睡眠变得愈发重要，而一个舒适的睡眠环境无疑是良好睡眠的基本保障，改善人体睡眠环境，提高人体睡眠舒适性具有非常重要的意义。大量的研究成果表明，不利的偏热偏湿睡眠环境会对人体睡眠产生负面影响，例如体温下降被抑制，慢波睡眠(SWS)和快波睡眠(REM)时间减少以及觉醒次数增加等。人们为了改善睡眠，往往会开启空调和风扇，然而随之带来的健康问题屡见不鲜，例如空调房间的空气不流通而且湿度偏低，易引发“空调病”；风扇忘关或者定时时间过长易使人受风寒等。中国技术专利申请号为201020552659.5的“一种基于使用者睡眠状态的智能电扇”，该装置的原理是：先通过生理信息传感器采集和监测使用者睡眠时的各项生理信息参数，随后通过信息挖掘技术判断使用者是正在进入睡眠状态还是醒来状态，是处于慢动眼睡眠(或称慢波睡眠)阶段还是处于快动眼睡眠(或称快波睡眠)阶段，最后通过智能电扇控制器精确控制风扇的转速。该专利技术的特点在于风扇的控制参数是基于使用者的睡眠生理周期，然而家用风扇中的睡眠质量检测手段均不足以获取睡眠生理周期的准确分期结果，而且，风速的大小与其他热环境参数有着不可分割的关系，所以睡眠风的控制还需和环境参数联动，但该装置没有配备环境参数传感器。而市面上带有环境参数传感器的风扇，又未引入人体的睡眠生理周期，依然会带来健康隐患。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种能够满足人体在睡眠过程中对热舒适性需求的基于环境参数和睡眠生理周期的睡眠风控制装置及方法。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种基于环境参数和睡眠生理周期的睡眠风控制装置，其特征在于：它包括一转速信号发生装置、一驱动电路、一逆变电路、一静音无刷直流电机和一扇叶；所述转速信号发生装置分别与所述驱动电路和静音无刷直流电机连接，所述转速信号发生装置输出的PWM信号经所述驱动电路进行功率放大后输出到所述逆变电路，由所述逆变电路将放大功率后的所述PWM信号分配到所述静音无刷直流电机，控制所述静音无刷直流电机转动进而带动所述扇叶吹出睡眠风，同时，所述静音无刷直流电机的实际转速信号反馈到所述转速信号发生装置，实现对所述静音无刷直流电机转速的闭环控制。所述转速信号发生装置包括一开关电源、一环境参数传感器、一DSP和一设置在所述静音无刷直流电机内的霍尔传感器；所述开关电源用于将单相交流电转换为不同的直流电压，分别为所述环境参数传感器、DSP、驱动电路、逆变电路以及静音无刷直流电机内的霍尔传感器提供直流电源；所述环境参数传感器采集空气温度、平均辐射温度和空气湿度信号并输出到所述DSP，所述霍尔传感器采集所述静音无刷直流电机的实际转速信号输出到所述DSP，所述DSP根据接收到的所有信号计算PWM信号。所述环境参数传感器采用±0.1℃精度和±5％湿度精度的传感器。所述DSP包括热阻设置模块、睡眠时长设定模块、代谢率生成模块、SET风速计算模块、风速限幅模块、风速-电机转速转换模块和无极调速模块；所述热阻设置模块采集床褥类型信号转换成热阻信号，并输出到所述SET风速计算模块；所述睡眠时长设定模块采集睡眠时长信号转换成函数缩放系数，并输出到所述代谢率生成模块；所述代谢率生成模块根据函数缩放系数计算代谢率信号，并输出到所述SET风速计算模块；所述SET风速计算模块根据所述环境参数传感器输出的空气温度、平均辐射温度和空气湿度信号、所述热阻设置模块输出的热阻信号、所述代谢率生成模块输出的代谢率信号以及预设的SET值，计算风速预信号并输出到所述风速限幅模块；所述风速限幅模块对风速预信号进行修正后得到风速终信号，并输出到所述风速-电机转速转换模块；所述风速-电机转速转换模块将风速终信号转换为转速信号，并输出到所述无极调速模块；所述无极调速模块将转速信号转换为PWM信号输出；同时，所述无极调速模块将所述霍尔传感器输出的实际转速信号与所述风速-电机转速转换模块计算的转速信号进行比较，根据比较结果对PWM信号进行调整并输出，实现对所述静音无刷直流电机的闭环无极调速。一种基于环境参数和睡眠生理周期的睡眠风控制装置的控制方法，包括以下步骤：1)启动风扇，开启睡眠风模式，初始化DSP，开启环境参数传感器；2)环境参数传感器按照特定频率采集空气温度、平均辐射温度和空气湿度信号输出到SET风速计算模块；3)热阻设置模块根据用户所选择的床褥类型，转换成对应的热阻信号，并输出到SET风速计算模块；4)睡眠时长设定模块采集用户设定的睡眠时长信号计算函数缩放系数，并输出到代谢率生成模块；5)代谢率生成模块根据得到的函数缩放系数计算生成代谢率信号，并输出到SET风速计算模块；6)SET风速计算模块根据接收到的空气温度、平均辐射温度、空气湿度、热阻信号、代谢率信号以及预设的SET值，计算得到风速预信号并输出到风速限幅模块；7)风速限幅模块根据预设的最大风速对接收到的风速预信号进行判断，得到风速终信号，并输出到风速-电机转速转换模块；当风速预信号小于最大风速时，风速限幅模块将风速预信号作为风速终信号直接输出；当风速预信号大于最大风速时，风速限幅模块将风速预信号修正为最大风速，并作为风速终信号输出；8)风速-电机转速转换模块；将风速终信号转化为转速信号，并将转速信号输出到无极调速模块；9)无极调速模块将转速信号转换为PWM信号并输出到驱动电路，驱动电路对接收到的PWM信号进行功率放大后驱动逆变电路，由逆变电路带动静音无刷直流电机转动；10)霍尔传感器采集静音无刷直流电机的实际转速信号，并将实际转速信号输出到无极调速模块；无极调速模块将接收到的实际转速信号与接收到的转速信号进行比较，根据得到的转速偏差调整输出的PWM信号，进而调节静音无刷直流电机的转速，实现对静音无刷直流电机的闭环无级调速，静音无刷直流电机的转动带动扇叶吹出睡眠风。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本专利技术由于采用环境参数传感器采集实际环境的温度和湿度信息，采用热阻设置模块采集实际的床褥总热阻信号和代谢率生成模块计算代谢率信号，由SET风速计算模块计算风速值，实现了人体睡眠过程中对热舒适性的要求，且更加节能环保。2、本专利技术由于采用睡眠时长设定模块供用户选择睡眠时长，睡眠时长由用户自己决定，可以满足不同用户对睡眠时长的不同要求。3、本专利技术由于代谢率生成模块存储的睡眠生理周期更加符合实际人体睡眠情况，同时还可以根据用户设定的睡眠时长调整函数缩放系数，得到人体的代谢率信号，精确地分解使用者的生理需要控制转速以达到控制风速的目的。4、本专利技术由于采用的SET风速计算模块预设有SET风速计算模型，可以根据环境和人员参数计算满足人体热舒适要求的风速信号。5.本专利技术由于采用风速限幅模块对计算的风速预信号进行判别，使得风速能够满足人体睡眠中能够承受的最大风速，避免了风速过大对人体健康造成损害。本专利技术结构简单，吹风感受良好，有效地改善人体睡眠质量和热舒适程度，可以广泛应用于风扇制造领域中。附图说明图1是本专利技术的硬件结构示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于环境参数和睡眠生理周期的睡眠风控制装置，其特征在于：它包括一转速信号发生装置、一驱动电路、一逆变电路、一静音无刷直流电机和一扇叶；所述转速信号发生装置分别与所述驱动电路和静音无刷直流电机连接，所述转速信号发生装置输出的PWM信号经所述驱动电路进行功率放大后输出到所述逆变电路，由所述逆变电路将放大功率后的所述PWM信号分配到所述静音无刷直流电机，控制所述静音无刷直流电机转动进而带动所述扇叶吹出睡眠风，同时，所述静音无刷直流电机的实际转速信号反馈到所述转速信号发生装置，实现对所述静音无刷直流电机转速的闭环控制。

【技术特征摘要】
1.一种基于环境参数和睡眠生理周期的睡眠风控制装置，其特征在于：它包括一转速信号发生装置、一驱动电路、一逆变电路、一静音无刷直流电机和一扇叶；所述转速信号发生装置分别与所述驱动电路和静音无刷直流电机连接，所述转速信号发生装置输出的PWM信号经所述驱动电路进行功率放大后输出到所述逆变电路，由所述逆变电路将放大功率后的所述PWM信号分配到所述静音无刷直流电机，控制所述静音无刷直流电机转动进而带动所述扇叶吹出睡眠风，同时，所述静音无刷直流电机的实际转速信号反馈到所述转速信号发生装置，实现对所述静音无刷直流电机转速的闭环控制；所述转速信号发生装置包括一开关电源、一环境参数传感器、一DSP和一设置在所述静音无刷直流电机内的霍尔传感器；所述开关电源用于将单相交流电转换为不同的直流电压，分别为所述环境参数传感器、DSP、驱动电路、逆变电路以及静音无刷直流电机内的霍尔传感器提供直流电源；所述环境参数传感器采集空气温度、平均辐射温度和空气湿度信号并输出到所述DSP，所述霍尔传感器采集所述静音无刷直流电机的实际转速信号输出到所述DSP，所述DSP根据接收到的所有信号计算PWM信号；所述DSP包括热阻设置模块、睡眠时长设定模块、代谢率生成模块、SET风速计算模块、风速限幅模块、风速-电机转速转换模块和无极调速模块，其中SET为标准有效温度；所述热阻设置模块采集床褥类型信号转换成热阻信号，并输出到所述SET风速计算模块；所述睡眠时长设定模块采集睡眠时长信号转换成函数缩放系数，并输出到所述代谢率生成模块；所述代谢率生成模块根据睡眠时长信息计算代谢率信号，并输出到所述SET风速计算模块；所述SET风速计算模块根据所述环境参数传感器输出的空气温度、平均辐射温度和空气湿度信号、所述热阻设置模块输出的热阻信号、所述代谢率生成模块输出的代谢率信号以及预设的SET值，计算风速预信号并输出到所述风速限幅模块；所述风速限幅模块对风速预信号进行修正后得到风速终信号，并输出到所述风速-电机转速转换模块；所述风速-电机转速转换模块将风速终信号转换为转速信号，并输出到所述无极调速模块；所述无极调速模块将转速信号转换为PWM信号输出；同时，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱颖心，朱旻琳，欧阳沁，马宏伟，罗茂辉，曹彬，黄莉，余娟，赵越，
申请(专利权)人：清华大学，东华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11