家用空调运动机构防夹手功能研究与优化

曾望 张永亮 冯文科 付百强

珠海格力电器股份有限公司 广东珠海 519070

1 引言

随着生产制造技术的飞速发展，光电开关已在较为广泛的领域运用，在家用空调中常作为运动机构传动到位的响应器，或安全防护装置。空调等电子设备在关机复位的过程中，电子设备中的活动部件容易造成夹手的情况，现有技术中采用光电传感器检测是否有障碍物的方式来判断是否存在用户夹手的情况，或者通过判断活动部件的复位过程是否受阻或由于受阻产生减速移动乃至停止移动的情况。但是现有技术利用光电开关进行防夹手检测存在误检测问题，本文对现存问题进行深入分析并给出有效的优化解决方案。

2 工作原理

家用空调一般采用对射式光电开关，其内部电路简单，由一个发射管、一个接收管组成，如图1所示，发射端转换器将输入电流转换为光信号射出，接受端接收后，再将相应的控制指令转化为电信号。利用被检测物对光束的遮挡，测定光信号在两端的传输是否受阻，由回路接通电路，从而检测出特定物理空间是否存在物体。对射式光电开关通常用于检测不透明物体，其光轴固定无需调节，工作精度较高，可稳定检出的最大距离，适合于空间相对狭小的环境中使用。同时基于光电开关的检测原理，该方法能够在被检测物体与检测设备间无摩擦接触情况下进行检测。

图1 对射式光电开关内部电路

利用光电开关来进行夹手检测，其原理是利用被检测物对光束的遮挡或反射来检测物体的有无。正常情况下，光电开关的输出是高低电平进行变化的，如果空调的出风面板在运动过程中，由外力作用出现停止现象，出风面板上的齿条也停止运动，使得光电开关的输出电平由原来的高低变化，变成持续高电平或持续低电平。如果持续高电平或持续低电平的时间超过一定时间，则确定空调的出风面板出现夹手的现象，则控制电机翻转，以防止继续夹手。

3 优化方案

空调电子设备中能够移动的活动部件，其运动轨迹可以是圆周、直线或曲线的。在柜式空调器中，扫风格栅在开机情况下会沿着圆周曲线顺时针或逆时针移动，在关机情况下，扫风格栅会根据用户发出的关机信号等指令回到复位位置，用于检测扫风格栅是否复位闭合的检测轻触开关对格栅所在位置进行判定，如判定复位完成，则空调器可以进入关机状态。如复位未完成，则通过光电开关的电平对面板现在位置与复位位置距离进行判断，执行复位动作。但在关机复位过程中，扫风格栅转动会与周围侧板距离逐渐减小，会出现扫风格栅夹手的情况。故在接收到复位信号之后，首先应检测光电开关是否故障，能否有效检出运转闭合过程异常情况，及时反馈控制避免夹手异常。本方案中光电开关使用位置示意如图2。

图2 光电开关使用位置

3.1 光电开关自检预判程序

空调需优先判定光电开关是否已损坏，后续的判定准确性均基于以上基础。因此，必须尽早判定光电开关损坏以便做相应的动作，比如防夹手、运动故障检测。

在技术上可通过程序增加光电开关自检预判程序，评估最佳的控制策略以实现“尽早”。在柜机圆筒圆周旋转的运转过程中，由于运动部件的齿条经过光电开关会周期性遮挡，此时输出电平在高电平和低电平是周期性变化，如图3所示。在空调开机后，可预设某段周期进行功能预检，柜机圆筒每次打开初始过程中检测光电开关的输入信号，如果信号有高、低变化，连续检测预设次数（如A次），则认为光电开关有信号输出，即没有损坏，并且与结构配合良好，光电开关可用于防夹手功能等检测。若检测过程中一直没有符合预设条件的高、低波形，则判定为此次不符合防夹手检测条件，光电开关存在异常，不再执行相关技术方案进行关机复位。

图3 齿条经过光电开关时的高、低电平信号

3.2 运动部件关机复位检测及反转程序

在光电开光判定功能正常情况下及轻触开关检测到扫风格栅复位未完成时，光电开关对扫风格栅运动情况及距复位点距离进一步检测。当输出电平持续维持高电平，说明光电开关检测部位被遮挡，扫风格栅未露出，位于靠近复位点位置，故不会发生夹手情况，可直接进行运动机构复位。当电平由高电平变为低电平时，则控制扫风格栅向复位方向的反方向运动，旋转B°，并停留C秒，预留用户的手指抽出间隙及时间。当较复位距离较近或完全不会再出现夹手问题时，直接继续旋转复位，空调关机闭合。当较复位距离仍较远时，首先继续旋转复位，再次检测电平异常时仍执行上述判定，直至空调关机闭合。在关机滚筒关闭过程中，如果滚筒打开位置大于预设位置且校准信号反馈为高时，判断此时为易夹手区间，则滚筒关闭到露出约两个格栅的位置后向打开方向转预设角度，停留预设时间，再继续执行完成关闭。在关机滚筒关闭过程中，如果滚筒处于小于等于预设位置且校准信号反馈为低电平时，判断此时为易夹手区间，滚筒关闭到露出约一个格栅的位置后向打开方向转预设角度，停留预设时间，再继续执行完成关闭。关机复位检测及反转程序如图4。

图4 关机复位检测及反转程序

该方法在运动部件关机复位过程中，加入复位检测及反转程序并给出停留时间，在出现夹手情况时，运动部件反向朝复位方向的反方向运转，预留了用户的手指抽出时间，提高了空调的安全性能。而利用光电开关检测运动部件当前距离复位位置的角度，可以在距离复位位置较近的情况下不反转或完全不会出现夹手的情况下，直接沿复位方向移动至复位位置，不进行反转，避免复位过程停留时间较久或次数过多导致用户投诉。

3.3 增加弹性变化夹手检测条件

在防夹手的程序中可增加弹性变化夹手检测条件，可根据功能预判检测过程中光电开关信号的脉宽，调整夹手检测信号预设值，增强适应性；也可通过调整夹手检测周期次数，根据机型特点，设定夹手检测次数，并且在检测过程中调整检测时间，通过检测信号强度实现确认有夹手趋势到发生夹手的过程。同时加长最后一次的夹手检测时间（比如D min），评估人手一般不可能被长时间的夹住，所以如果光电开关的输入信号长时间的处于高或低电平，判断出是机构卡住、电机异常或光电开关异常，而不是发生了夹手，此时报运动机构故障。如图5所示，当滚筒被堵住时，长时间为高电平。

图5 滚筒被堵持续高电平信号图

3.4 优化控制逻辑检测阀值设定，增强抗干扰能力

空调开机后，由于运动配合机构与驱动电机间虚位，故运动机构的动作大概会滞后电机启动时间1 s左右，实际还要考虑电机的速度，即光电开关的信号输出会滞后1 s左右，这样检测光电开关输出信号的时间段就要增长。同时还要考虑因机器自身结构可能存在的卡顿，所以检测时间段的范围需要根据机器机构设定保证合理。可通过优化控制逻辑检测阀值设定，来增强抗干扰能力，高、低电平变化次数的阀值选择为G，即当光电开关的输出信号高、低电平变化超过G次则认为该光电开关正常。阀值太小，可能因为干扰导致结果错误；阀值太大，影响防夹手功能。

4 结论

通过对家用空调运动机构光电开关检测原理及当前防夹手功能的检测原理分析，对于光电开关误报或用户夹手问题，可通过增加光电开关自检预判程序，优先检测电平信号输出及变化，判定光电开关能否有效检出运转闭合，评估最佳控制策略以实现“尽早”。同步可通过逻辑中增加运动部件关机复位检测及反转程序、增加弹性变化夹手检测条件及优化控制逻辑检测阀值设定，增强抗干扰能力，并给出停留时间，有效识别是机器故障还是用户被夹手。在出现夹手情况时，运动部件朝复位方向的反方向运转，预留用户的手指抽出时间，提高了空调的安全性能。而利用光电开关检测运动部件当前距离复位位置的角度，可以在距离复位位置较近的情况下不反转或完全不会出现夹手的情况下，直接沿复位方向移动至复位位置，不进行反转，避免复位过程停留时间较久或次数过多导致用户投诉。