家用空調(diào)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)防夾手功能研究與優(yōu)化

曾望 張永亮 馮文科 付百?gòu)?qiáng)

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070

1 引言

隨著生產(chǎn)制造技術(shù)的飛速發(fā)展，光電開關(guān)已在較為廣泛的領(lǐng)域運(yùn)用，在家用空調(diào)中常作為運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)到位的響應(yīng)器，或安全防護(hù)裝置?？照{(diào)等電子設(shè)備在關(guān)機(jī)復(fù)位的過(guò)程中，電子設(shè)備中的活動(dòng)部件容易造成夾手的情況，現(xiàn)有技術(shù)中采用光電傳感器檢測(cè)是否有障礙物的方式來(lái)判斷是否存在用戶夾手的情況，或者通過(guò)判斷活動(dòng)部件的復(fù)位過(guò)程是否受阻或由于受阻產(chǎn)生減速移動(dòng)乃至停止移動(dòng)的情況。但是現(xiàn)有技術(shù)利用光電開關(guān)進(jìn)行防夾手檢測(cè)存在誤檢測(cè)問(wèn)題，本文對(duì)現(xiàn)存問(wèn)題進(jìn)行深入分析并給出有效的優(yōu)化解決方案。

2 工作原理

家用空調(diào)一般采用對(duì)射式光電開關(guān)，其內(nèi)部電路簡(jiǎn)單，由一個(gè)發(fā)射管、一個(gè)接收管組成，如圖1所示，發(fā)射端轉(zhuǎn)換器將輸入電流轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接受端接收后，再將相應(yīng)的控制指令轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋，測(cè)定光信號(hào)在兩端的傳輸是否受阻，由回路接通電路，從而檢測(cè)出特定物理空間是否存在物體。對(duì)射式光電開關(guān)通常用于檢測(cè)不透明物體，其光軸固定無(wú)需調(diào)節(jié)，工作精度較高，可穩(wěn)定檢出的最大距離，適合于空間相對(duì)狹小的環(huán)境中使用。同時(shí)基于光電開關(guān)的檢測(cè)原理，該方法能夠在被檢測(cè)物體與檢測(cè)設(shè)備間無(wú)摩擦接觸情況下進(jìn)行檢測(cè)。

圖1 對(duì)射式光電開關(guān)內(nèi)部電路

利用光電開關(guān)來(lái)進(jìn)行夾手檢測(cè)，其原理是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射來(lái)檢測(cè)物體的有無(wú)。正常情況下，光電開關(guān)的輸出是高低電平進(jìn)行變化的，如果空調(diào)的出風(fēng)面板在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由外力作用出現(xiàn)停止現(xiàn)象，出風(fēng)面板上的齒條也停止運(yùn)動(dòng)，使得光電開關(guān)的輸出電平由原來(lái)的高低變化，變成持續(xù)高電平或持續(xù)低電平。如果持續(xù)高電平或持續(xù)低電平的時(shí)間超過(guò)一定時(shí)間，則確定空調(diào)的出風(fēng)面板出現(xiàn)夾手的現(xiàn)象，則控制電機(jī)翻轉(zhuǎn)，以防止繼續(xù)夾手。

3 優(yōu)化方案

空調(diào)電子設(shè)備中能夠移動(dòng)的活動(dòng)部件，其運(yùn)動(dòng)軌跡可以是圓周、直線或曲線的。在柜式空調(diào)器中，掃風(fēng)格柵在開機(jī)情況下會(huì)沿著圓周曲線順時(shí)針或逆時(shí)針移動(dòng)，在關(guān)機(jī)情況下，掃風(fēng)格柵會(huì)根據(jù)用戶發(fā)出的關(guān)機(jī)信號(hào)等指令回到復(fù)位位置，用于檢測(cè)掃風(fēng)格柵是否復(fù)位閉合的檢測(cè)輕觸開關(guān)對(duì)格柵所在位置進(jìn)行判定，如判定復(fù)位完成，則空調(diào)器可以進(jìn)入關(guān)機(jī)狀態(tài)。如復(fù)位未完成，則通過(guò)光電開關(guān)的電平對(duì)面板現(xiàn)在位置與復(fù)位位置距離進(jìn)行判斷，執(zhí)行復(fù)位動(dòng)作。但在關(guān)機(jī)復(fù)位過(guò)程中，掃風(fēng)格柵轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)與周圍側(cè)板距離逐漸減小，會(huì)出現(xiàn)掃風(fēng)格柵夾手的情況。故在接收到復(fù)位信號(hào)之后，首先應(yīng)檢測(cè)光電開關(guān)是否故障，能否有效檢出運(yùn)轉(zhuǎn)閉合過(guò)程異常情況，及時(shí)反饋控制避免夾手異常。本方案中光電開關(guān)使用位置示意如圖2。

圖2 光電開關(guān)使用位置

3.1 光電開關(guān)自檢預(yù)判程序

空調(diào)需優(yōu)先判定光電開關(guān)是否已損壞，后續(xù)的判定準(zhǔn)確性均基于以上基礎(chǔ)。因此，必須盡早判定光電開關(guān)損壞以便做相應(yīng)的動(dòng)作，比如防夾手、運(yùn)動(dòng)故障檢測(cè)。

在技術(shù)上可通過(guò)程序增加光電開關(guān)自檢預(yù)判程序，評(píng)估最佳的控制策略以實(shí)現(xiàn)“盡早”。在柜機(jī)圓筒圓周旋轉(zhuǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于運(yùn)動(dòng)部件的齒條經(jīng)過(guò)光電開關(guān)會(huì)周期性遮擋，此時(shí)輸出電平在高電平和低電平是周期性變化，如圖3所示。在空調(diào)開機(jī)后，可預(yù)設(shè)某段周期進(jìn)行功能預(yù)檢，柜機(jī)圓筒每次打開初始過(guò)程中檢測(cè)光電開關(guān)的輸入信號(hào)，如果信號(hào)有高、低變化，連續(xù)檢測(cè)預(yù)設(shè)次數(shù)（如A次），則認(rèn)為光電開關(guān)有信號(hào)輸出，即沒(méi)有損壞，并且與結(jié)構(gòu)配合良好，光電開關(guān)可用于防夾手功能等檢測(cè)。若檢測(cè)過(guò)程中一直沒(méi)有符合預(yù)設(shè)條件的高、低波形，則判定為此次不符合防夾手檢測(cè)條件，光電開關(guān)存在異常，不再執(zhí)行相關(guān)技術(shù)方案進(jìn)行關(guān)機(jī)復(fù)位。

圖3 齒條經(jīng)過(guò)光電開關(guān)時(shí)的高、低電平信號(hào)

3.2 運(yùn)動(dòng)部件關(guān)機(jī)復(fù)位檢測(cè)及反轉(zhuǎn)程序

在光電開光判定功能正常情況下及輕觸開關(guān)檢測(cè)到掃風(fēng)格柵復(fù)位未完成時(shí)，光電開關(guān)對(duì)掃風(fēng)格柵運(yùn)動(dòng)情況及距復(fù)位點(diǎn)距離進(jìn)一步檢測(cè)。當(dāng)輸出電平持續(xù)維持高電平，說(shuō)明光電開關(guān)檢測(cè)部位被遮擋，掃風(fēng)格柵未露出，位于靠近復(fù)位點(diǎn)位置，故不會(huì)發(fā)生夾手情況，可直接進(jìn)行運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)位。當(dāng)電平由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，則控制掃風(fēng)格柵向復(fù)位方向的反方向運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)B°，并停留C秒，預(yù)留用戶的手指抽出間隙及時(shí)間。當(dāng)較復(fù)位距離較近或完全不會(huì)再出現(xiàn)夾手問(wèn)題時(shí)，直接繼續(xù)旋轉(zhuǎn)復(fù)位，空調(diào)關(guān)機(jī)閉合。當(dāng)較復(fù)位距離仍較遠(yuǎn)時(shí)，首先繼續(xù)旋轉(zhuǎn)復(fù)位，再次檢測(cè)電平異常時(shí)仍執(zhí)行上述判定，直至空調(diào)關(guān)機(jī)閉合。在關(guān)機(jī)滾筒關(guān)閉過(guò)程中，如果滾筒打開位置大于預(yù)設(shè)位置且校準(zhǔn)信號(hào)反饋為高時(shí)，判斷此時(shí)為易夾手區(qū)間，則滾筒關(guān)閉到露出約兩個(gè)格柵的位置后向打開方向轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度，停留預(yù)設(shè)時(shí)間，再繼續(xù)執(zhí)行完成關(guān)閉。在關(guān)機(jī)滾筒關(guān)閉過(guò)程中，如果滾筒處于小于等于預(yù)設(shè)位置且校準(zhǔn)信號(hào)反饋為低電平時(shí)，判斷此時(shí)為易夾手區(qū)間，滾筒關(guān)閉到露出約一個(gè)格柵的位置后向打開方向轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度，停留預(yù)設(shè)時(shí)間，再繼續(xù)執(zhí)行完成關(guān)閉。關(guān)機(jī)復(fù)位檢測(cè)及反轉(zhuǎn)程序如圖4。

圖4 關(guān)機(jī)復(fù)位檢測(cè)及反轉(zhuǎn)程序

該方法在運(yùn)動(dòng)部件關(guān)機(jī)復(fù)位過(guò)程中，加入復(fù)位檢測(cè)及反轉(zhuǎn)程序并給出停留時(shí)間，在出現(xiàn)夾手情況時(shí)，運(yùn)動(dòng)部件反向朝復(fù)位方向的反方向運(yùn)轉(zhuǎn)，預(yù)留了用戶的手指抽出時(shí)間，提高了空調(diào)的安全性能。而利用光電開關(guān)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)部件當(dāng)前距離復(fù)位位置的角度，可以在距離復(fù)位位置較近的情況下不反轉(zhuǎn)或完全不會(huì)出現(xiàn)夾手的情況下，直接沿復(fù)位方向移動(dòng)至復(fù)位位置，不進(jìn)行反轉(zhuǎn)，避免復(fù)位過(guò)程停留時(shí)間較久或次數(shù)過(guò)多導(dǎo)致用戶投訴。

3.3 增加彈性變化夾手檢測(cè)條件

在防夾手的程序中可增加彈性變化夾手檢測(cè)條件，可根據(jù)功能預(yù)判檢測(cè)過(guò)程中光電開關(guān)信號(hào)的脈寬，調(diào)整夾手檢測(cè)信號(hào)預(yù)設(shè)值，增強(qiáng)適應(yīng)性；也可通過(guò)調(diào)整夾手檢測(cè)周期次數(shù)，根據(jù)機(jī)型特點(diǎn)，設(shè)定夾手檢測(cè)次數(shù)，并且在檢測(cè)過(guò)程中調(diào)整檢測(cè)時(shí)間，通過(guò)檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)確認(rèn)有夾手趨勢(shì)到發(fā)生夾手的過(guò)程。同時(shí)加長(zhǎng)最后一次的夾手檢測(cè)時(shí)間（比如D min），評(píng)估人手一般不可能被長(zhǎng)時(shí)間的夾住，所以如果光電開關(guān)的輸入信號(hào)長(zhǎng)時(shí)間的處于高或低電平，判斷出是機(jī)構(gòu)卡住、電機(jī)異常或光電開關(guān)異常，而不是發(fā)生了夾手，此時(shí)報(bào)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)故障。如圖5所示，當(dāng)滾筒被堵住時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間為高電平。

圖5 滾筒被堵持續(xù)高電平信號(hào)圖

3.4 優(yōu)化控制邏輯檢測(cè)閥值設(shè)定，增強(qiáng)抗干擾能力

空調(diào)開機(jī)后，由于運(yùn)動(dòng)配合機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)間虛位，故運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作大概會(huì)滯后電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間1 s左右，實(shí)際還要考慮電機(jī)的速度，即光電開關(guān)的信號(hào)輸出會(huì)滯后1 s左右，這樣檢測(cè)光電開關(guān)輸出信號(hào)的時(shí)間段就要增長(zhǎng)。同時(shí)還要考慮因機(jī)器自身結(jié)構(gòu)可能存在的卡頓，所以檢測(cè)時(shí)間段的范圍需要根據(jù)機(jī)器機(jī)構(gòu)設(shè)定保證合理?？赏ㄟ^(guò)優(yōu)化控制邏輯檢測(cè)閥值設(shè)定，來(lái)增強(qiáng)抗干擾能力，高、低電平變化次數(shù)的閥值選擇為G，即當(dāng)光電開關(guān)的輸出信號(hào)高、低電平變化超過(guò)G次則認(rèn)為該光電開關(guān)正常。閥值太小，可能因?yàn)楦蓴_導(dǎo)致結(jié)果錯(cuò)誤；閥值太大，影響防夾手功能。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)家用空調(diào)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)光電開關(guān)檢測(cè)原理及當(dāng)前防夾手功能的檢測(cè)原理分析，對(duì)于光電開關(guān)誤報(bào)或用戶夾手問(wèn)題，可通過(guò)增加光電開關(guān)自檢預(yù)判程序，優(yōu)先檢測(cè)電平信號(hào)輸出及變化，判定光電開關(guān)能否有效檢出運(yùn)轉(zhuǎn)閉合，評(píng)估最佳控制策略以實(shí)現(xiàn)“盡早”。同步可通過(guò)邏輯中增加運(yùn)動(dòng)部件關(guān)機(jī)復(fù)位檢測(cè)及反轉(zhuǎn)程序、增加彈性變化夾手檢測(cè)條件及優(yōu)化控制邏輯檢測(cè)閥值設(shè)定，增強(qiáng)抗干擾能力，并給出停留時(shí)間，有效識(shí)別是機(jī)器故障還是用戶被夾手。在出現(xiàn)夾手情況時(shí)，運(yùn)動(dòng)部件朝復(fù)位方向的反方向運(yùn)轉(zhuǎn)，預(yù)留用戶的手指抽出時(shí)間，提高了空調(diào)的安全性能。而利用光電開關(guān)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)部件當(dāng)前距離復(fù)位位置的角度，可以在距離復(fù)位位置較近的情況下不反轉(zhuǎn)或完全不會(huì)出現(xiàn)夾手的情況下，直接沿復(fù)位方向移動(dòng)至復(fù)位位置，不進(jìn)行反轉(zhuǎn)，避免復(fù)位過(guò)程停留時(shí)間較久或次數(shù)過(guò)多導(dǎo)致用戶投訴。