專利名稱：用彈片式壓力開關的智能節能電熱毯及其溫度控制方法
技術領域：
本發明涉及一種電熱毯，特別涉及一種用彈片壓力丌關矩陣觸點通過CPU 控制的智能節能電熱毯。
背景技術：
世界能源緊缺已經是個全世界各個領域關注很多年的話題了 ，各國眾多科學 家也在致力于能源節約的研究。以往節能降耗都比較重視企業行為，對普通百姓 生活中的節能降耗關注得比較少，但節能降耗與每個人的生活都密切相關，尤其 因為民用品以其極大的使用基數和使用時間上的持續性，使之對資源的使用節約 與否有極大的影響.。提高節能意識，使用節能產品，參與節能行動，讓人人成 為節能降耗的主角，以小我的節約促成全社會的節能顯的刻不容緩了。而民用電 又在民用能源消耗中占了很大的比重，電熱毯作為很多人生活中常用的電驅設 備，由于其被使用的基數大，時間長，從而成為耗電的重要組成部分。
根據中國人口普查公告數據，"截止2005年11總人口為130628萬人，中國 共有家庭戶39519萬戶，平均每個家庭戶的人口為3.13人"，保守計算，如果按 總人數的百分之十使用電熱毯，依據GB4706.1 — 1998《家用和類似用途電器的 安全第一部分通用要求》和GB4706.8—2003《家用和類似用途電器的安全電 熱毯、電熱墊及類似柔性發熱器具的特殊要求》的標準，普通單人毯功率60W, 雙人毯120瓦，按平均一年每毯工作6X 100個小時計算，則每年全國用在家庭 民用電熱毯上的電量為470260.8萬千瓦/時。但是實際使用過程中，比如以雙人 毯150mmX 160mm的規格尺寸為例，不可能毯面所有鋪有發熱絲的角落都有利 用。事實上是有很大一部分發熱絲的能量沒有利用到，處于做無用功的狀態，被 白白浪費掉。如申請號為98231827，申請日為19981216，名稱為"分體式節能 電熱毯"的一種中國專利公開的裝置，其雖然將毯面分開幾部分獨立控制，但仍 然沒有避免邊緣浪費能源的問題，而且其不能實現智能自動控溫，需要手動調節， 增加了使用的麻煩。
發明內容
為了克服普通電熱毯浪費電能及現在某些雖能分塊控制，但尚不能智能控制 各片溫度的電熱毯的缺點，本發明提供一種用彈片式壓力開關的智能節能電熱毯 及其溫度控制方法。
本發明的技術方案是 一種用彈片式壓力開關的智能節能電熱毯包括毯面 層、毯底層，發熱絲，其特點是，在電熱毯內部按矩陣排列置有多個簧片式壓力 開關，并使其與發熱絲無交點，所述的多個彈片式壓力開關一端和5V的直流電 源連接，另一端和單片機控制電路相連接并經電阻接地，單片機控制電路輸出口 和相應矩陣的發熱控制電路連接；根據矩陣中彈片式壓力開關的閉合的組合驅動 發熱絲工作。
一種用彈片式壓力開關的智能節能電熱毯的溫度控制方法，其特征在于，電 熱毯的溫度控制方法的步驟為
1. 將熱絲按排成多列矩陣，并在所述的發熱絲按排成多列矩陣中自上而下 的安置多個彈片式壓力開關，并使其與發熱絲無交點；各個彈片式壓力開關一端 和5V的直流電源連接，另一端和單片機控制電路相連接，單片機控制電路輸出 和相應矩陣的發熱控制電路連接；根據矩陣中擔片式壓力開關的閉合的組合驅動 發熱絲工作；
2. 使單片機控制電路處于自動功能狀態下，當沒有任何一個壓力彈片受足 夠壓力閉合，則單片機控制電路驅動所有發熱片發熱，這樣可以兼容普通毯的功 能和某些使用者的在睡覺前先預熱床鋪的習慣，通過定時控制單元定時4小時， 是當連續4小時單片機控制電路沒有接收到來自任何一點閉合時輸出的高電平，
則所有發熱線自動斷電；
3. 使單片機控制系統處于手動控制狀態下，電熱毯各區同時全部發熱，使 用時相當于普通電熱毯，但具有安全節能作用，其特點在于為了防止用戶起床后 忘記關掉電熱毯的情況，CPU通過定時控制單元定時12小時，當連續通電12 小時后電熱毯自動斷電，這樣就消除了忘記關電熱毯給用戶帶來的安全隱患，給 用戶生活帶來安全保障；
4. 當至少有一個彈片式壓力開關閉合時，根據矩陣中彈片式壓力開關的狀 態組合經單片機控制程序判斷后，控制系統輸出控制信號驅動相應的發熱絲工
作。
所述的彈片式壓力開關包括上蓋和底盤，底盤固定在毯底層上，相對于底盤 的中心兩側彼此分割開固有兩金屬導電片，所述的兩金屬導電片接有導線，上蓋 和底盤由彈性的片狀絕緣材料制成，在上蓋的中心貼有一金屬導電片。 所述的單片機控制電路由單片機、時鐘電路、復位電路連接而成。 所述的發熱控制電路主要由雙向可控硅控制開關及電熱絲組成。 所述的發熱絲按排成多列矩陣，它們相對獨立工作，并在所述的發熱絲按排 成多列矩陣中自上而下的安置彈片式壓力開關，并使其與發熱絲無交點。
本發明的有益效果是由于是由身體的壓力使置于電熱毯內的彈片式壓力開 關的閉合的組合通過單片機控制系統實現智能控溫，在滿足使用者使用正常要求 的前提下最大可能的節省電能。裝置結構簡單，可靠性高，智能化高。
圖1為用彈片式壓力開關的智能節能電熱毯；
圖2為彈片式壓力開關結構示意圖3為彈片式壓力開關結構俯視圖4為彈片式壓力開關在電熱毯上布局示意圖5為單片機控制電路圖6為彈片式壓力開關電路圖7為發熱控制電路圖8為控制程序流程圖。
本發明的基本原理
本發明建立在以形變很小的倒鐘型壓力彈片觸點作為壓力開關的基礎上工 作。在電熱毯的毯內部裝有多個彈片式壓力開關。該彈片式壓力開關的結構包括 上蓋和底盤，底盤固定在毯底層上。底盤固定于電熱毯底層。上蓋從上垂直向下 看形如向日葵，受到壓力的情況下產生彈性變形。其韌性和彈性經實際測試可以 滿足當人體壓在上面時與地盤上的幾何中心接觸。在上蓋的幾何中心貼有導電金 屬片，底盤的幾何中心對應位置彼此分割開固有兩金屬導電片，其兩側連接有導 線，當上蓋內的金屬導電片和底盤上的兩金屬導電片閉合相貼時，該路導通。此
時彈片開關高度共2mm，而且由于設計的外形為扁平鐘型，所以不會對使用者 帶來任何不適感。其作用為傳感開關量，各個彈片相對獨立工作。當彈片受壓時 閉合，則該支控制電路閉合，送出5V高電平給單片機進行數據處理；當彈片上
的壓力小于閾值電壓，則送出低電平OV給CPU。根據多個彈片式壓力開關閉合
組合，通國CPU進行智能判斷處理也即是指該裝置的智能控溫方法，即當有
某些矩陣點閉合而有些沒有閉合時，通過CPU的智能判斷可以按照程序的要求
驅動相應的發熱絲工作。
具體實施例方式
一種用彈片式壓力開關的智能節能電熱毯包括毯面層、毯底層，發熱絲，其 特點是，在電熱毯內部按矩陣排列置有多個彈片式壓力開關。所述的彈片式壓力
開關如圖2、圖3所示，它包括上蓋1和底盤2，底盤2固定在毯底層上，相對 于底盤2的中心兩側彼此分割開固有兩金屬導電片4，所述的兩金屬導電片4接 有導線，上蓋和底盤由彈性的片狀絕緣材料制成，在上蓋1的中心貼有一金屬導 電片3，圖3上5為導線穿孔，6為縫線孔。本實施例以以單人毯80mmX150mm 的規格為例，如圖4所示，將其發熱線按矩陣排布分成五列，它們相對獨立工作。 在第二，第三，第四列自上而下的相應位置裝有所述六個彈片式壓力開關，分別 記為A，B，C，D,E，F，并使其與發熱絲無交點。當其某些點閉合時就將高電平信號 送單片機控制系統進行判斷處理，根據采樣得到的P 口高電平信號，驅動相應矩 陣列發熱電路，當其未閉合時送低電平到單片機控制系統，單片機控制系統控制 該片發熱電路斷開。如圖6所示，6個彈片式壓力開關SA、 SB、 SC、 SD、 SE、 SF —端和5V的VCC直流電源連接，另一端與單片機控制電路相連接并分別經 相應的電阻RA、 RB、 RC、 RD、 RE和RF后接地，當S2向上閉合時，P0.6為 低電平，此時電熱毯進入自動智能控制狀態，當S2向下閉合時，P0.6為高電平， 此時電熱毯進入全熱的普通電熱毯手動安全控制狀態。當壓力彈片SA斷開時， PO.O為低電平，當SA閉合時PO.O變為高電平，其他壓力彈片和SA的作用一樣， 同理相對應的PO 口電平隨著開關的閉開發生變化。通過單片機的智能判斷，單 片機控制電路輸出和相應矩陣的發熱控制電路連接；根據矩陣中彈片式壓力開關 的閉合的組合驅動發熱絲工作。
所述的智能判斷處理是指該裝置的智能溫度控制方法，即當有某些矩陣點 閉合而有些沒有閉合時，通過單片機的智能判斷可以按照軟件程序的要求驅動相
應的發熱絲工作。以單人毯80mmX 150mm的規格為例，具體描述如下在自 動功能狀態下，當沒有任何一個壓力彈片受足夠壓力閉合，則CPU驅動所有發 熱片發熱，這樣可以兼容普通毯的功能和某些使用者的在睡覺前先預熱床鋪的習 慣。通過定時控制單元定時4小時，當連續4小時CPU沒有接收到來自任何一 點閉合時輸出的高電平，則所有發熱線自動斷電，保證安全和節能。自動功能的 所有程序流程及毯面示意如圖4和圖8所示。通過實際統計測試，用概率分布的 所有可能及實際使用過程中的各種可能情況，制定判斷規則，最大程度滿足使用 者的各種睡覺姿勢時的毯面相應片能夠發熱，不會對使用者帶來不舒適感，在此 基礎上，盡最大可能的節能。圖6中的S2是一個可供用戶選擇手動或自動控制 的開關，當用戶使用手動功能時，電熱毯各區全部發熱，并且定時器監控其工作， 當連續工作十二小時，則發熱電路自動關閉，極大程度上保證使用安全和節能。 具體的程序流程由圖8所示，l代表高電平，O代表低電平。ABCDEFG分別表 示P0.0-P0.6的電平，程序流程圖說明如下
當G=l，即P0.6為高電平時，程序轉入手動智能安全狀態控制子程序，12345 區都發熱并且定時器開始計時，當達到程序設定的12小時后，12345區全部關 閉，起到安全和節能作用。
當G=0，即P0.6為低電平時，程序轉入自動控制節能狀態，然后順序判斷A、 B、 C、 D、 E、 F各電平的高低。判斷A時，根據高低電平分為兩個子程序，在 各子程序中再判斷B電平的高低，再次分為兩個判斷C電平的子程序，依次類 推。例如當A=1，B=1,D=1時，123區發熱并且程序返回到判斷A電平；當 A=0,B=1,C=0時，123區發熱并且程序返回到判斷A電平；當 A=1,B=1,C=0,D=0,E=0,F=1時，345區發熱并且程序返回到判斷A電平；當 ABCDEF全為低電平時，12345區全部發熱，并且計時器開始工作，然后程序返 回到判斷A電平。當ABCDEF連續4小時都為低電平時，計時器產生中斷脈沖， 12345區全部關閉。起到智能安全節能作用。
由圖1所示，本發明的控制系統由彈片式壓力開關電路、單片機控制系統、 發熱控制電路、定時器控制單元、復位電路和時鐘電路組成。由圖5所示，單片 機控制電路由時鐘電路7、單片機8和復位電路9連接而成。時鐘電路中XTAL 為晶振產生器，微調電容C1、 C2構成內部震蕩，產生頻率為12MHZ的時鐘脈 沖，由XTAL1， XTAL2引腳接入單片機，為單片機提供工作脈沖。單片機8為 89C51,它是ROM型單片機，內涵4KB掩膜ROM，有很大的程序存儲空間。 采用40引腳雙列直插式封裝形式，P0.0-P0.7八個引腳作為數據輸入輸出口或者 低八位地址輸出口， P1.0-P1.7是八位雙向輸入輸出口， P2.0-P2.7是高八位地址 輸出口， VCC接+5V直流電源，VSS接地。復位電路9提供了手動復位方式， 摁下開關S1時，二極管D1發亮，電容C3通過電阻R1充電，此時，RST端出 現高電平，當高電平持續20ms以上時，就可使單片機復位。
發熱控制電路由圖7所示。主要由雙向可控硅控制開關及電熱絲組成。當對 應的控制P口為高電平時，可控硅導通，控制電熱絲開始發熱。
權利要求
1.一種用彈片式壓力開關的智能節能電熱毯，包括毯面層、毯底層，發熱絲，其特征在于，在電熱毯內部按矩陣排列置有多個彈片式壓力開關，并使其與發熱絲無交點，所述的多個彈片式壓力開關一端和5V的直流電源連接，另一端和單片機控制電路相連接，單片機控制電路輸出和相應矩陣的發熱控制電路連接；根據矩陣中彈片式壓力開關的閉合的組合驅動發熱絲工作。
2. 根據權利要求1所述的一種用彈片式壓力開關的智能節能電熱毯， 其特征在于，所述的彈片式壓力開關包括上蓋和底盤，底盤固定在 毯底層上，相對于底盤的中心兩側彼此分割開固有兩金屬導電片， 所述的兩金屬導電片接有導線，上蓋和底盤由彈性的片狀絕緣材料 制成，在上蓋的中心貼有一金屬導電片。
3. 根據權利要求1所述的一種用彈片式壓力開關的智能節能電熱毯，其特征在于，所述的單片機控制電路由單片機、時鐘電路、復位電 路連接而成。
4. 根據權利要求1所述的一種用彈片式壓力開關的智能節能電熱毯， 其特征在于，所述的發熱控制電路主要由雙向可控硅控制開關及電 熱絲組成。
5. 根據權利要求1所述的一種用彈片式壓力開關的智能節能電熱毯， 其特征在于，所述的發熱絲按排成多列矩陣，它們相對獨立工作， 并在所述的發熱絲按排成多列矩陣中自上而下的安置彈片式壓力開 關，并使其與發熱絲無交點。
6. —種用彈片式壓力開關的智能節能電熱毯的溫度控制方法，其特征在于，電熱毯的溫度控制方法的步驟為1)將發熱絲豎直安置成多列矩陣，并在所述的發熱絲多列矩陣中自上而下的安置多個彈片式壓力開關，并使其與發熱絲無交點； 各個彈片式壓力開關一端和5V的直流電源連接，另一端和CPU 相連接，并經相對應電阻后接地，CPU輸出和相應矩陣的發熱控制電路連接；根據矩陣中彈片式壓力開關的狀態組合經單片 機控制程序判斷后，控制系統輸出控制信號驅動相應的發熱絲 工作；2) 使單片機控制系統處于自動控溫狀態下，當沒有任何一個壓力 彈片受足夠壓力閉合，則CPU驅動所有發熱片發熱，這樣可以 兼容普通毯的功能和某些使用者的在睡覺甜先預熱床鋪的習 慣，通過定時控制單元定時4小時，是當連續4小時CPU沒有 接收到來自任何一點閉合時輸出的高電平，則所有發熱線自動 斷電；3) 使單片機控制系統處于手動控制狀態下，電熱毯各區同時全部 發熱，使用時相當于普通電熱毯，但具有安全節能作用，其特 點在于為了防止用戶起床后忘記關掉電熱毯的情況，CPU通過 定時控制單元定時12小時，當連續通電12小時后電熱毪自動 斷電，這樣就消除了忘記關電熱毯給用戶帶來的安全隱患，給 用戶生活帶來安全保障；4) 當至少有一個彈片式壓力開關閉合時，根據矩陣中彈片式壓力 開關的狀態組合經單片機控制程序判斷后，控制系統輸出控制 信號驅動相應的發熱絲工作。
全文摘要
本發明公開了一種用彈片式壓力開關的智能節能電熱毯及其溫度控制方法，其特點是，在電熱毯內部按矩陣排列置有多個彈片式壓力開關，并使其與發熱絲無交點，所述的多個彈片式壓力開關一端和5V的直流電源連接，另一端和單片機控制電路相連接，單片機控制電路輸出和相應矩陣的發熱控制電路連接；由單片機控制電路通過彈片式壓力開關閉合的組合來控制按矩陣排列的區域加熱接通或斷開。本發明的有益效果是由于是由身體的壓力使置于電熱毯內的彈片式壓力開關的閉合的組合通過單片機控制系統實現智能控溫，在滿足使用者使用正常要求的前提下最大可能的節省電能。裝置結構簡單，可靠性高，智能化高。
文檔編號A47G9/02GK101176608SQ20071004784
公開日2008年5月14日 申請日期2007年11月6日 優先權日2007年11月6日
發明者倩 李, 武永勝, 鄭明華, 馬軍山 申請人:上海理工大學