家用空調運動機構防夾手功能研究與優化

曾望 張永亮 馮文科 付百強

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070

1 引言

隨著生產制造技術的飛速發展，光電開關已在較為廣泛的領域運用，在家用空調中常作為運動機構傳動到位的響應器，或安全防護裝置。空調等電子設備在關機復位的過程中，電子設備中的活動部件容易造成夾手的情況，現有技術中采用光電傳感器檢測是否有障礙物的方式來判斷是否存在用戶夾手的情況，或者通過判斷活動部件的復位過程是否受阻或由于受阻產生減速移動乃至停止移動的情況。但是現有技術利用光電開關進行防夾手檢測存在誤檢測問題，本文對現存問題進行深入分析并給出有效的優化解決方案。

2 工作原理

家用空調一般采用對射式光電開關，其內部電路簡單，由一個發射管、一個接收管組成，如圖1所示，發射端轉換器將輸入電流轉換為光信號射出，接受端接收后，再將相應的控制指令轉化為電信號。利用被檢測物對光束的遮擋，測定光信號在兩端的傳輸是否受阻，由回路接通電路，從而檢測出特定物理空間是否存在物體。對射式光電開關通常用于檢測不透明物體，其光軸固定無需調節，工作精度較高，可穩定檢出的最大距離，適合于空間相對狹小的環境中使用。同時基于光電開關的檢測原理，該方法能夠在被檢測物體與檢測設備間無摩擦接觸情況下進行檢測。

圖1 對射式光電開關內部電路

利用光電開關來進行夾手檢測，其原理是利用被檢測物對光束的遮擋或反射來檢測物體的有無。正常情況下，光電開關的輸出是高低電平進行變化的，如果空調的出風面板在運動過程中，由外力作用出現停止現象，出風面板上的齒條也停止運動，使得光電開關的輸出電平由原來的高低變化，變成持續高電平或持續低電平。如果持續高電平或持續低電平的時間超過一定時間，則確定空調的出風面板出現夾手的現象，則控制電機翻轉，以防止繼續夾手。

3 優化方案

空調電子設備中能夠移動的活動部件，其運動軌跡可以是圓周、直線或曲線的。在柜式空調器中，掃風格柵在開機情況下會沿著圓周曲線順時針或逆時針移動，在關機情況下，掃風格柵會根據用戶發出的關機信號等指令回到復位位置，用于檢測掃風格柵是否復位閉合的檢測輕觸開關對格柵所在位置進行判定，如判定復位完成，則空調器可以進入關機狀態。如復位未完成，則通過光電開關的電平對面板現在位置與復位位置距離進行判斷，執行復位動作。但在關機復位過程中，掃風格柵轉動會與周圍側板距離逐漸減小，會出現掃風格柵夾手的情況。故在接收到復位信號之后，首先應檢測光電開關是否故障，能否有效檢出運轉閉合過程異常情況，及時反饋控制避免夾手異常。本方案中光電開關使用位置示意如圖2。

圖2 光電開關使用位置

3.1 光電開關自檢預判程序

空調需優先判定光電開關是否已損壞，后續的判定準確性均基于以上基礎。因此，必須盡早判定光電開關損壞以便做相應的動作，比如防夾手、運動故障檢測。

在技術上可通過程序增加光電開關自檢預判程序，評估最佳的控制策略以實現“盡早”。在柜機圓筒圓周旋轉的運轉過程中，由于運動部件的齒條經過光電開關會周期性遮擋，此時輸出電平在高電平和低電平是周期性變化，如圖3所示。在空調開機后，可預設某段周期進行功能預檢，柜機圓筒每次打開初始過程中檢測光電開關的輸入信號，如果信號有高、低變化，連續檢測預設次數（如A次），則認為光電開關有信號輸出，即沒有損壞，并且與結構配合良好，光電開關可用于防夾手功能等檢測。若檢測過程中一直沒有符合預設條件的高、低波形，則判定為此次不符合防夾手檢測條件，光電開關存在異常，不再執行相關技術方案進行關機復位。

圖3 齒條經過光電開關時的高、低電平信號

3.2 運動部件關機復位檢測及反轉程序

在光電開光判定功能正常情況下及輕觸開關檢測到掃風格柵復位未完成時，光電開關對掃風格柵運動情況及距復位點距離進一步檢測。當輸出電平持續維持高電平，說明光電開關檢測部位被遮擋，掃風格柵未露出，位于靠近復位點位置，故不會發生夾手情況，可直接進行運動機構復位。當電平由高電平變為低電平時，則控制掃風格柵向復位方向的反方向運動，旋轉B°，并停留C秒，預留用戶的手指抽出間隙及時間。當較復位距離較近或完全不會再出現夾手問題時，直接繼續旋轉復位，空調關機閉合。當較復位距離仍較遠時，首先繼續旋轉復位，再次檢測電平異常時仍執行上述判定，直至空調關機閉合。在關機滾筒關閉過程中，如果滾筒打開位置大于預設位置且校準信號反饋為高時，判斷此時為易夾手區間，則滾筒關閉到露出約兩個格柵的位置后向打開方向轉預設角度，停留預設時間，再繼續執行完成關閉。在關機滾筒關閉過程中，如果滾筒處于小于等于預設位置且校準信號反饋為低電平時，判斷此時為易夾手區間，滾筒關閉到露出約一個格柵的位置后向打開方向轉預設角度，停留預設時間，再繼續執行完成關閉。關機復位檢測及反轉程序如圖4。

圖4 關機復位檢測及反轉程序

該方法在運動部件關機復位過程中，加入復位檢測及反轉程序并給出停留時間，在出現夾手情況時，運動部件反向朝復位方向的反方向運轉，預留了用戶的手指抽出時間，提高了空調的安全性能。而利用光電開關檢測運動部件當前距離復位位置的角度，可以在距離復位位置較近的情況下不反轉或完全不會出現夾手的情況下，直接沿復位方向移動至復位位置，不進行反轉，避免復位過程停留時間較久或次數過多導致用戶投訴。

3.3 增加彈性變化夾手檢測條件

在防夾手的程序中可增加彈性變化夾手檢測條件，可根據功能預判檢測過程中光電開關信號的脈寬，調整夾手檢測信號預設值，增強適應性；也可通過調整夾手檢測周期次數，根據機型特點，設定夾手檢測次數，并且在檢測過程中調整檢測時間，通過檢測信號強度實現確認有夾手趨勢到發生夾手的過程。同時加長最后一次的夾手檢測時間（比如D min），評估人手一般不可能被長時間的夾住，所以如果光電開關的輸入信號長時間的處于高或低電平，判斷出是機構卡住、電機異常或光電開關異常，而不是發生了夾手，此時報運動機構故障。如圖5所示，當滾筒被堵住時，長時間為高電平。

圖5 滾筒被堵持續高電平信號圖

3.4 優化控制邏輯檢測閥值設定，增強抗干擾能力

空調開機后，由于運動配合機構與驅動電機間虛位，故運動機構的動作大概會滯后電機啟動時間1 s左右，實際還要考慮電機的速度，即光電開關的信號輸出會滯后1 s左右，這樣檢測光電開關輸出信號的時間段就要增長。同時還要考慮因機器自身結構可能存在的卡頓，所以檢測時間段的范圍需要根據機器機構設定保證合理。可通過優化控制邏輯檢測閥值設定，來增強抗干擾能力，高、低電平變化次數的閥值選擇為G，即當光電開關的輸出信號高、低電平變化超過G次則認為該光電開關正常。閥值太小，可能因為干擾導致結果錯誤；閥值太大，影響防夾手功能。

4 結論

通過對家用空調運動機構光電開關檢測原理及當前防夾手功能的檢測原理分析，對于光電開關誤報或用戶夾手問題，可通過增加光電開關自檢預判程序，優先檢測電平信號輸出及變化，判定光電開關能否有效檢出運轉閉合，評估最佳控制策略以實現“盡早”。同步可通過邏輯中增加運動部件關機復位檢測及反轉程序、增加彈性變化夾手檢測條件及優化控制邏輯檢測閥值設定，增強抗干擾能力，并給出停留時間，有效識別是機器故障還是用戶被夾手。在出現夾手情況時，運動部件朝復位方向的反方向運轉，預留用戶的手指抽出時間，提高了空調的安全性能。而利用光電開關檢測運動部件當前距離復位位置的角度，可以在距離復位位置較近的情況下不反轉或完全不會出現夾手的情況下，直接沿復位方向移動至復位位置，不進行反轉，避免復位過程停留時間較久或次數過多導致用戶投訴。