吸尘器用以从空气中除去固体尘粒或其它杂质。这些吸尘器使 污染的空气强行通过一个或多个能捕获杂质的过滤器而进行操作。 该吸尘器通常是自动清洗的并只需最少的人工介入。
然而，为了维修吸尘器，一般需要人工检测。而人工检测习惯于 测定各种操作条件，诸如过滤器堵塞了或开裂了。这些吸尘器可能有 某些系统提供与其它操作条件有关的有限信息，诸如通过过滤器的 温度、气流流率以及空气压差。而且，有些吸尘器采用定时清洗控制 或光电螺旋线结构(photohelics)来实现自动清洗功能。然而，这些系 统并不能将许多功能集合在一个系统内。
因此，需要一种一体化的可编程系统，该系统能以电子技术对吸 尘器进行多种诊断，并相应控制吸尘器，提供与诊断有关的信息。此 外，还需要一种一体化的系统，该系统能例如替换定时清洗控制或 photohelics，用以控制吸尘器内部的清洗功能。
发明概述
本发明是一种一体化的吸尘器诊断和控制系统。该系统能以电 子方法从吸尘器接收对应于吸尘器各种操作条件的信息。该系统以 电子方法处理这类信息以便确定和分析吸尘器的各种操作条件。根 据此数据分析，系统可以将电子控制信号输出到吸尘器，并驱动显示 器面板或计算机显示器，以提供各种操作条件的直观指示。
除了上述功能以外，诊断和控制系统还可以有可编程输入，诸如 设定值或其它参数。这样，系统就可以根据表示理想操作条件的可编 程输入控制吸尘器的操作。
由系统测得的诊断或操作条件可以包括：通过在清洗期间监视 吸尘器内的气压变化测得的清洗故障；通过正常操作期间空气压差 的特定减少测得的过滤器的开裂；通过清洗期间空气压差增大或缺 乏有效减低测得的过滤器的堵塞；以及通过检测施加给电动机的电 流测得的通过吸尘器的气流流率，该电动机用于操作一台作为吸尘 器系统部件的风机。
附图简述
图1为吸尘器正常操作时的示意图。
图2为吸尘器工作于清洗方式时的示意图。
图3为吸尘器典型正常操作时的压差示意图。
图4A—4K为实施本发明的系统的较佳示意图。
图5为用于本发明的一个较佳的显示面板的示意图。
图6为该系统所执行的软件中一个主循环的流程图。
图7为该系统所执行的软件中一个中断循环的流程图。
图8为表示本发明使用多台吸尘器的方框图。
较佳实施例的详细描述
对以下较佳实施例的详细描述是参照附图进行的，这些附图作 为其中的一部分，并且通过说明可以实现本发明的具体实施例。本发 明的实施例将进行足够详细的描述，使本领域的熟练人员能够实施 本发明，当然，在不脱离本发明的范围还可以采用其它的实施例以及 作出结构上或逻辑上的改变。因此，以下的详细描述并不用以限制本 发明，本发明的范围将取决于所附的权利要求书。
吸尘器的操作
图1是表示吸尘器基本部件的示意图。吸尘器典型地包括一个 污秽气室10，用以固定一个或多个过滤部件11。污秽空气人口13接 收待过滤的空气。风机9用以迫使污染通过过滤部件11，后者收集 污染空气中的固体尘粒。清洁气室18接收已过滤的空气，然后，吸尘 器从清洁空气出口14释放已过滤的空气。该系统还包括一个贮尘箱 12，用以收容从过滤部件上清除下来的固体尘粒。
图2为吸尘器在执行清洗功能或操作期间的示意图。由于过滤 部件11收容了较多的固体尘粒，吸尘器内污秽气室与清洁气室之间 的压降增大，从污染空气中收集固体尘粒的空气清洗过程变得极其 低效。因此，吸尘器一般都具有自动清洗功能，它利用一种高压反向 猝发空气或其它机械装置从过滤部件上除去固体尘粒。另一种清洗 方法例如包括：以机械方法“抖动”过滤器；以及将反向猝发的大容量 低压空气引导到过滤部件。
集气管15引导高压猝发空气通过隔膜阀16。该高压猝发空气 从上层一个或多个过滤部件上除去固体尘粒。吸尘器还包括隔膜阀 17，用以在执行清洗功能期间引导高压猝发空气作用于一个或多个 下层过滤部件。
吸尘器典型地依序完成清洗功能，首先打开隔膜阀16，接下来 打开隔膜阀17。一次清洗过程通常重复多次清洗功能次序。在清洗 期间，贮尘箱12从过滤部件11上收集固体尘粒，它可以打开倒掉固 体尘粒。每个过滤部件11都可以人工取下，当其使用寿命到期时，或 例如当其开裂或永久堵塞时进行替换。
图3为典型的吸尘器操作曲线图。该曲线表示在正常操作时，吸 尘器内部污秽气室10与清洁气室18之间的气压差P与时间的关 系。操作期间，当过滤部件从污染空气中除去固体尘粒时，该压差增 大(19)。在达到某一最大气压差20时，利用反向猝发高压空气执行 自动清洗功能，清洗过滤部件。这样将使吸尘器中的气压差减小到点 21，表示清洗功能结束。然后，在整个操作过程中自动重复上述步骤。 如果过滤器堵塞了，那么不管清洗操作如何，曲线22则表明气压差 可能继续增大。
第4443235号和4509960号美国专利披露了两个吸尘器的例 子，它们均已转让给Donaldson公司，并在此作为参考资料引用。
系统硬件
图4A—4K为实施本发明的较佳系统的示意图。系统最好包括 一个微处理器23，它根据存储器IC37中包含的嵌入式软件和存储 器IC38中包含的数据进行操作。当然，该系统也可以用其它方法实 施，例如，采用可编程门阵列或硬接线逻辑电路。
微处理器20通过接口连接到电路39、40、和41，它们是继电器 驱动器，用以控制耦合到吸尘器清洗阀的继电器。电路24、25和26 为发光二极管(LED)驱动器，它控制显示面板中的输出显示部件， 为吸尘器的各种诊断和操作条件提供直观的指示。
微处理器使用的数据由用以转换吸尘器各种物理参数的各个电 路提供。电路27、28和29是三个压力传感器，它们表示由用户确定 的吸尘器的各个操作压力。这些压力典型地包括气压差和集气管15 中的工作气压。电路42为温度传感器，它接收与吸尘器内部温度有 关的温度信号。电路32为电流传感器，它接收来自吸尘器的电流信 号。
其余的集成电路(IC)执行以下功能。IC30为标准电源稳压器。 IC31为系统电源。IC33和34为模拟电压多路转换器。IC35和36为 RS232驱动器，它们接收来自外部设备的数据并将数据传送到外部 设备，诸如用于远距离监视和控制的计算机。
显示面板
图4A—4K所示的系统硬件一般与显示面板接口，用以显示与 吸尘器诊断和操作条件有关100的信息。图5为一个较佳显示面板 100的示意图。显示器103包括指示器111，当电源加到诊断和控制 系统时它被驱动。显示面板100典型地包括指示吸尘器操作条件的 下列特征。
显示器101包括多个指示器109，显示“维修要求”或操作条件。 这些指示器通常采用发光二极管或“指示灯”。显示器101最好包含 下列预定的指示器。
“面板”指示器表示诊断系统本身的故障，故障一般通过检测电 源电压异常测得。
“清洗故障”指示器表示在吸尘器清洗期间所产生的故障，它一 般通过在清洗期间监视工作气体集气管气压或过滤器两端的气压差 而测得。
“过滤器开裂”指示器表示过滤器的开裂，它一般通过在过滤器 两端的气压差出现特定速率的减少而测得。
“过滤器堵塞”指示器表示过滤器的堵塞，它一般通过清洗期间 过滤器两端的压差不能减低而测得。
“温度”指示器表示吸尘器中的温度报警条件，例如温度已经超 过了过滤器的温度额定值。
“维修周期”表示预定的维修周期，它一般为用户所确定的时期， 例如已到了调换吸尘器中贮灰盘的时间。
“送风机过电流”指示器表示电动机驱动吸尘器风机时吸收了过 量电流的一种情况。
“送风机旋转”指示器表示在适合吸尘器操作的三相系统中，风 机未按正确方向旋转的一种情况。
“压缩空气”指示器表示工作空气系统中的故障。在用于清洗功 能时，工作空气系统向集气管15提供高压气源。该工作气压典型地 保持在90至100psi(每平方英寸磅数)，如果工作气压例如降低到 大约70psi以下，系统就点亮该“压缩空气”指示器。
指示器102包括由用户定义故障情况的多个指示器110。用户 可以为系统编程，当吸尘器中发生特殊条件时点亮指示器110中的 任何一个。由用户定义故障情况的例子包括指示：电动机已经停转； 贮尘箱已满；或者在与吸尘器接口的过程中就已发生了故障。
用户最好利用电路板上的几对连接器为用户定义的故障情况编 程序，该电路板包含了图4A—4K所示的电路。电路板为五个指示器 110都提供一对连接器。用户首先通过定位电路板上相应的一对连 接器为一个特定的指示器110编程序。一对连接器中的一个连接器 接地，另一个对应的连接器通常通过开关由一个特定的故障情况可 控制地连接到电压源。因此，当故障发生时，开关闭合，一个电压出现 在该对连接器两端。根据该连接器两端的电压，系统点亮多个指示器 110中相应的一个指示器。
显示器106—108用以指示吸尘器的诊断或操作情况。显示器 106包括一个“系统”指示器125，当吸尘器系统工作时它点亮。“开” 按钮126用以接通吸尘器风机。“关”按钮127用以关断吸尘器风机。 显示器107包括多个指示器128，它们用以显示气压差以及通过指 示气压差设定值为操作条件编程序。显示器108包括多个指示器 109，指示气流流率。
显示器104包括若干按钮和相应的指示器，用于为吸尘器的清 洗过程编程序。当相应功能启用时点亮这些指示器。“常规清洗 (CONSTANT CLEAN)”按钮114和相应的指示器112用于吸尘器 的人工清洗。当用户按下“常规清洗”按钮114时，系统一般不管气压 读数如何，每隔10秒钟由集气管15发出高压清洗脉冲，直至用户再 次按下“常规清洗”按钮114关闭此功能。
“停机清洗”按钮115和相应的指示器113用以在吸尘器非操作 期间对其进行清洗。“维修周期信号灯复位”按钮116用以复位显示 器104中的“维修周期”信号灯。
显示器105包括几个按钮和相应的指示器，允许用户为吸尘器 的操作编程序。显示器105最好包括：“启动清洗”按钮117和相应的 指示器120为系统开始清洗过程时的气压差编程；“停止清洗”按钮 118和相应的指示器121为系统停止清洗过程时的气压差编程；“维 修周期”按钮119和相应的指示器122为系统点亮显示器101中“维 修周期”指示器的各个时间周期编程。
为了对操作条件编程序，用户首先按下按钮117至119中的一 个，相应的指示器120至122被点亮。然后，用户可以操作“减小”按 钮123和“增大”按钮124，为所选的操作条件建立设定值。当用户操 作“增大”和“减小”按钮时，显示器107中的多个指示器128为设定 值的增大或减小提供直观的指示。
系统软件由微处理器23所执行的嵌入式软件最好包括两个程 序循环：主循环和中断循环。
主循环
主循环包含系统的基本功能，中断循环由用于实时中断的微处 理器执行。图6是一个流程图，它表示嵌入式软件的主循环的较佳功 能。主循环最好包含以下程序。
初始化：程序51为执行主循环期间使用的键码寄存器初始化。
开/关：程序52使吸尘器风机接通和关闭。“开”和“关”按钮126 和127的数值或位置从显示面板100读取。然后，程序52向应于 “开”和“关”按钮126和127控制继电器驱动器39至41，使吸尘器风 机接通或关闭。
电压测试：程序53测试吸尘器内部的内部电压。程序53最好测 试用于图4A至4K所示电路的所有电源电压和线路电压。如果任一 被测电压不在合适的操作范围内，则程序53接通显示面板100上的 “面板”指示器。
压差：程序54从压力传感器27至29读取压力读数，后者为吸 尘器内污秽气室10与清洁气室18之间的气压差提供指示。程序54 根据该压力读数计算气压差并存储所产生的数值。
生成条线图显示：程序55以显示器107中的多个指示器128所 产生的条线图格式化和显示气压差和设定值数据。程序55一般用零 至十的数值点亮十个指示器128。数值表示被点亮的指示器的数量。 例如，数值5即指前5个指示器被点亮，数值10即指所有10个指示 器均被点亮。
用以点亮指示器128的数值取决于系统的操作方式，它确定究 竟是气压差还是设定值数据显示在指示器128上。如果系统置于编 程方式，那么当处于编程方式时，该数值根据用户操作“增大”和“减 小”按钮123和124时读取。如果系统未置于编程方式，程序55根据 计算气压差的程序54获得数值。
工作气压：程序56计算工作气压和报警条件。首先从压力传感 器27至29中的一个读取压力读数，它表示集气管15中的工作气 压。然后，程序56较佳地比较所得到的工作气压值与预定的工作气 压值。如果压力读数小于预定值，程序56较佳地点亮显示面板100 上的“压缩空气”指示器。
功能键处理程序：如同以上对显示面板100所作的描述那样，程 序57允许系统设定清洗压力和维修周期设定值。
特定显示：如参照条线图程序55所述的，程序58为格式化数据 执行附加功能，用以双重分辨显示器107中多个设定值指示器128 中的设定值。
气流：程序59根据电动机电流计算气流。程序59较佳地采用一 张表使电动机电流值与相应的气流流率相匹配。程序59从电流传感 器32之一读取电动机电流值，并将它与该表中的气流流率比较，直 至找到匹配。然后，程序59将相应的气流流率存储起来，供条线图程 序60(以下将作解释)进行显示。
当然，也可以采用其它等效的方法根据电动机电流计算气流流 率，诸如用一个公式将电动机电流值转换为相应气流流率值。
生成第二显示：程序60以气流显示器108中多个指示器129产 生的条线图格式化和显示气流数据。如以上参照程序55所述，程序 60也典型地采用从零至十的数值点亮十个指示器129。根据计算气 流程序59获得点亮气流指示器129的数值。
人工清洗：程序61控制吸尘器进行人工清洗。从显示面板100 上读出“常规清洗”按钮114。程序61相应地启动吸尘器的清洗周 期，并最好仅当吸尘器风机接通时对清洗周期初始化。在清洗周期， 程序61控制继电器驱动器39至41，以从集气管15产生反冲的高压 空气，从吸尘器过滤器上清除尘粒。
自动清洗：程序62根据气压差控制吸尘器自动清洗。如以上参 照图3所述，当过滤器逐渐由尘粒堵塞时，该气压差增大。程序62利 用压力传感器27至29监视该气压差。在如图3中点20所示的预定 气压差数值处，程序62通过控制继电器驱动器39至41自动启动清 洗过程，它从集气管15产生反冲的高压空气，清除吸尘器过滤器上 的尘粒。
停机清洗：程序63控制吸尘器进行停机清洗。“停机清洗”按钮 115从显示面板100读出。程序63通过控制继电器驱动器39至41 相应地启动一组清洗周期，以从集气管15产生反冲的高压空气，清 除吸尘器过滤器上的尘粒。
贮灰盘信号灯：程序64点亮和熄灭“贮灰盘”指示器，它一般利 用显示面板100上的“维修周期”指示器实现。程序64存储的一个数 值表示最后点亮“贮灰盘”指示器的时间。如果从最后点亮“贮灰盘” 指示器经过一预定的时间量，程序64就接通“贮灰盘”指示器。如果 已点亮了“维修周期信号灯复位”按钮116，程序64则熄灭“贮灰盘” 指示器。
温度：程序65接收来自温度传感器42的温度信息并确定各个 温度。程序65最好用一张表使温度传感器42的读数与相应的华氏 或摄氏温度匹配。也可以利用一种公式将温度传感器的数值转换为 合适的温度单位。
记录存储：程序66确定记录存储时间是否已经超过，以确定新 的参数是否应当存储在控制和诊断电路板上的存储器内。如果预定 的一段时间已经超过，程序66一般读入和存储三个压力读数、气流、 温度和报警数据。
风机旋转：程序67为三相系统确定风机旋转的方向。程序67最 好通过分析三相电流各相之间的关系来确定该旋转方向。首先从电 流传感器32读得一组三个风机电流值。然后，相互比较电流读数的 数值，以便利用相位关系推算正确或错误的风机旋转方向以及该方 向是否正确适合吸尘器的操作。如果风机未按正确方向旋转，程序 67点亮显示面板100上的“送风机旋转”指示器。
中断循环
图7是一个流程图，它表示一个较佳的中断循环，由微处理器在 收到一个实时中断时执行。该中断循环典型地包含以下程序。
按钮程序：系统一般首先在显示器100上读入按钮(程序70)。
读传感器：系统一般接下来读入各个输入参数：来自压力传感器 27至29的压力传感器读数(程序71)；来自温度传感器42的温度传 感器读数(程序72)；线路电压和电流，包括来自电流传感器32的读 数(程序73)；以及外部输入(程序74)。
继电器设定：程序75一般根据来自接收数据程序70至74的最 后计算结果，利用继电器驱动器39至41修改继电器设定。
风机电流：程序76根据几个读数计算平均风机电流。一个较佳 的程序根据256个读数平均风机电流。程序76连续将风机电流值读 入一个寄存器以累加一个运行总量，然后通过七次右移该寄存器将 总量除以128。这样，所存储的值为平均电流时间2。如果该平均风 机电流超过一个预定的最大值，程序76点亮显示面板100上的“送 风机过电流”指示器。
测试内部电压：程序77执行内部电压测试。程序77最好测试线 路电压和图4A至4K所示电路的所有电源电压。如果任一所测电压 未在合适的操作范围内，程序77最好启动显示面板100上的“面板” 指示器。
更新显示：程序78根据接收数据程序70至74的最后计算结果 更新显示面板100上的指示器。这种更新包括：显示器101中的多个 指示器109；显示器102上供用户所定义的故障情况的多个指示器 110；显示器104上用于清洗功能的指示器112和113；显示器105上 用于设定值调整和维修周期的指示器120至122；以及显示器106 上用于系统操作的指示器125。
清洗周期：程序79如果启动时实现基本清洗周期。程序79控制 继电器39至41以启动集气管15的高压空气反冲，清洗吸尘器的过 滤器。在清洗期间，程序79还读入压力传感器27至29的气压差，检 测清洁气室中的压力增量(10)，它表示一种成功的清洗过程(见图3 中的点21)。通过过滤器两端的压差变化，可以表示被测清洁气室中 的压力增量。如果被测清洁气室中的压力增量未产生，则表示如图3 中曲线22所示的清洗故障，然后，程序79点亮显示面板100上的 “清洗故障”指示器。程序79还可以通过在清洗过程中监视集气管 15内的气压来检测清洗故障。当集气管提供高压空气反冲时，集气 管的气压就暂时减小。程序79可以监视集气管的气压，如果清洗期 间集气管中的气压未见减小，则点亮显示面板100上的“清洗故障” 指示器。
过滤器开裂：程序80执行过滤器开裂计算。程序80最好通过检 测正常操作期间(非清洗期间)在三秒时间内两个气压差单位的下降 来确定过滤器是否开裂。程序80在一秒时间间隔内读入来自压力传 感器27至29的气压差，并将读数存入缓冲器里。为了进行过滤器开 裂计算，程序80最好首先将两个单位加到当前的气压读数。然后，程 序80对增加了两个单位加一的当前气压读数与上述存储在缓冲器 内的三秒时间内的气压读数进行比较。如果比较结果表明两个气压 差读数之差大于两个单位，则程序80点亮显示面板100上的“过滤 器开裂”指示器。
存储程序：程序80和81为数据编程并将其写入EEPROM(电 可擦和可编程序只读存储器)。该数据可以包括来自压力传感器27 至29、温度传感器42以及电流传感器32的读数。
通信：程序83响应于来自内部串行口的信息请求或指令，并允 许在存储器中设置各种参数，控制上述功能的操作。程序84转送来 自内部串行口传输缓冲器的数据。
在完成中断循环后，系统在步骤85返回，进入主循环。
接收器中断
程序97(见图6)指示到已经接收了数据的通信程序。
多台吸尘器控制
图8是一个方框图，它表示本发明如何可以应用于多台吸尘器。 将多台吸尘器90至92的每一台耦合到相应的诊断和控制系统93 至95。吸尘器90至92和相应的诊断和控制系统93至95按菊花链 结构耦合在一起，再耦合到计算机96。除了显示面板100不必用于 每台系统以外，每个诊断和控制系统93至95通常按以上所述操作。
每台吸尘器都分配一个独用的地址。计算机96利用该吸尘器地 址在显示链路通道上对所选的吸尘器的诊断与控制系统发送和接收 数据，监视和控制每台吸尘器。计算机96一般通过编程为吸尘器90 至92排序，依序地监视和控制吸尘器90和92。
尽管本发明已经结合较佳的实施例作了描述，但对于本领域的 熟练人员来说显然还可以作出各种变换，本申请意在覆盖其任何修 改或变化。例如，在不脱离本发明范围的情况下，还可以采用不同的 硬件部分或软件程序。而且，显示面板除了直观指示外还可以为吸尘 器操作条件提供声响或数字指示，或代替直观指示。显然，本发明仅 仅由所附的权利要求书以及相应的内容所限定。