帶飲水機放水檢測和自學習功能的飲水機節電控制技術的製作方法

2023-04-30 16:56:36

專利名稱：帶飲水機放水檢測和自學習功能的飲水機節電控制技術的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種帶飲水機放水檢測和自學習功能的飲水機節電控制技術， 具體地說是一種安裝於飲水機內部的節電控制器。
背景技術：
飲水機自誕生以來，已成為人們日常生活中不可或缺的夥伴，可以隨時提供 冷熱飲用水，全世界的市場保有量高達幾億臺。飲水機的加熱原理就是通過一 個感溫雙金屬片，在需要的時候接通電源，對飲水機保溫箱裡的水進行加熱， 加熱功率達到幾百瓦。製冷的原理也一樣，只是將加熱部件換成了壓縮機或半 導體致冷部件，製冷同樣有溫度控制器，有感溫雙金屬片或熱敏電阻。由於本 專利控制器的實現原理和飲水機是否具有製冷功能沒有直接關係，所以，以下 僅用加熱過程來說明本專利控制器的工作原理。
飲水機無論在家庭使用還是辦公場所使用，目前均存在一個節約用電的問 題。家中無人或辦公場所下班後，人們經常忘記隨手關閉飲水機，使得飲水機 在待機狀態經常出現無效加熱。飲水機完成一次加熱後，過一段時間，熱水自 然冷卻到一定溫度，加熱裝置又會自動接通電源，再次實施加熱。特別是夜晚 到第二天早晨這段時間，飲水機完全處於閒置狀態，如果沒有關閉電源，在這 段時間裡，加熱耗費的電能完全是一種浪費。初步估算， 一臺飲水機一年中在
閒置狀態因無效加熱耗費的電能達到180度左右。
按現有電價計算，家庭用戶一年需多支出100元左右電費，單位用戶一臺飲 水機一年需多支出超過180元。如果進行全國或全球範圍的統計，這一項能源 浪費的總和絕對是觸目驚心的。

發明內容
本發明的目的是設計一種帶智能判斷和自學習功能的飲水機節電控制器， 在飲水機上使用這種控制器後，可以在飲水機較長時間不用後自動切斷飲水機 的電源，從而有效地節約電能，並能通過自學習，實現智能定時開機。
按照本發明提供的方案，帶飲水機放水檢測和自學習功能的飲水機節電控 制技術，包括記錄飲水機放水閥是否有放水動作並進行自學習的MCU (微控 制器)控制模塊，MCU控制模塊的輸入端連接用於檢測飲水機放水閥是否有放 水動作的放水檢測電路，以及飲水機的電源；MCU控制模塊的輸出端連接用於 控制飲水機加熱部件或者加熱和製冷部件是否工作的繼電器；所述繼電器的觸 點串聯在飲水機加熱部件或加熱和製冷部件的供電線路上。
所述MCU控制模塊包括單片機、單片機電源電路、把飲水機開關機動作傳 遞給單片機的光電耦合器電路，以及將單片機輸出的控制信號傳遞給繼電器， 控制其開合的繼電器控制電路。
如果是只有加熱功能的飲水機，所述放水檢測電路包括與飲水機熱水閥聯動的第一開關S1，第一開關S1 —端連接MCU控制模塊的工作電源地GND引 腳，另一端分別連接MCU控制模塊的Kcool引腳和通過第十電阻R10連接+5 伏電源。
如果是兼有加熱和製冷功能的飲水機，所述放水檢測電路包括和飲水機熱 水閥聯動的第一開關Sl和與飲水機冰水閥聯動的第二開關S2，第一開關Sl — 端連接MCU控制模塊的工作電源地GND引腳，另一端分別連接MCU控制模 塊的Kcool弓I腳和通過第十電阻Rl0連接+5伏電源;第二開關S2 —端連接MCU 控制模塊的工作電源地GND引腳，另一端分別連接MCU控制模塊的Kwarm 弓I腳和通過第i^一電阻Rl 1連接+5伏電源。
本發明的優點是可以隨時檢測到用戶的放水動作，放水意味著用戶使用 飲水機，利用這一檢測功能，MCU控制模塊可以了解用戶在一天內使用飲水機 的精確時間規律，並作出相應控制。首先，當發現用戶連續較長時間不使用飲 水機後，MCU控制模塊可以通過繼電器立即切斷飲水機加熱或製冷部件的供電， 防止更長時間的無效加熱或製冷，較長時間的定義可以軟體設定；其次，在一 天24小時內，通過自學習，控制器了解了用戶使用飲水機的習慣，也就是使用 飲水機的時間規律，在進入用戶不用飲水機的時間段時，控制器及時斷開繼電 器，切斷向加熱部件和製冷部件的供電，為了更加方便用戶使用飲水機，控制 器可以在用戶每天常用時間段到來前，提前恢復飲水機加熱和製冷部件的供電。 在上述兩個控制功能基礎上，飲水機也就具備了較長時間不用即自動關機和智 能定時開機的功能，既節約了電能，又防止熱膽中的水在用戶不使用飲水機的 時間段內被反覆無效加熱，避免出現人人詬病的"千滾水"。


圖l是本發明原理框圖。
圖2是本發明電路原理圖。
具體實施例方式
如圖l所示本發明包括MCU控制模塊，MCU控制模塊的輸入端連接放 水檢測電路，以及飲水機的電源；MCU控制模塊的輸出端連接繼電器；繼電器 的觸點串聯在飲水機加熱部件或加熱和製冷部件的供電線路上。
放水檢測電路包括兩個和飲水機放水閥聯動的開關，檢測用戶是否使用飲 水機，開關的狀態在用戶從飲水機放水時將發生改變，此改變告知MCU控制模 塊用戶正在使用飲水機；繼電器用於導通或斷開飲水機加熱部件或半導體製冷 部件的電源，繼電器的輸出觸點連接到飲水機的溫控器輸入端，如果飲水機採 用電子製冷方式，有可能不使用類似加熱部件的溫控器，改用熱敏電阻，此時， 繼電器的輸出觸點連接用於給電子製冷部件提供直流電的開關電源的交流輸入 端°
如圖2所示，MCU控制模塊包括單片機、單片機電源電路、把飲水機開關 機動作傳遞給單片機的光電耦合器電路，以及將單片機輸出的控制信號傳遞給 繼電器，控制其開合的繼電器控制電路。MCU的Kwarm和Kcool兩個引腳分 別對+5V電源接一上拉電阻，同時分別通過開關Sl、 S2接工作電源地GND，以電平高低判別是否有放水動作。Sl檢測熱水閥，S2檢測冷水閥，對於只有加 熱功能的飲水機，MCU只檢測S1， S2隻在帶製冷的飲水機上起作用。
單片機電源電路包括降壓電容C1、組成整流橋堆的二極體D1、 D2、 D3、 D4、用於限流保護的電阻R3、用於放電的電阻R4、穩壓管D6和濾波電容C2。 交流市電正半周時，電流經限流保護電阻R3，降壓電容C1，整流二極體D1， 繼電器K1線包，穩壓管D6，整流二極體D4，形成迴路，對並接在D6上的電 源濾波電容C2充電，提供單片機的工作電源；交流市電負正半周時，電流經整 流二極體D2，繼電器K1線包，穩壓管D6，整流二極體D3，降壓電容C1，限 流保護電阻R3，形成迴路，對並接在D6上的電源濾波電容C2充電，提供單片 機的工作電源；
光電耦合器電路包括一個光敏三極體和一個發光二極體。當光電耦合器U2 的l、 2腳，也就是發光二極體的一側流過一定電流的時候，光敏三極體將隨著 發光二極體亮度的變化，改變導通狀態。假如發光二極體的亮度足夠強，也就 是發光二極體中的電流足夠大時，光敏三極體將處於飽和狀態，完成輸出電平 的轉換；當發光二極體亮度不夠大時，光敏三極體將處於線性工作狀態。利用 光電耦合器的這一特性，MCU控制模塊的ON/OFF引腳可以感知飲水機的開關 機狀態，便於用戶通過開關機讓飲水機退出閒置狀態，強制恢復飲水機工作。
繼電器K1受MCU控制模塊的控制，根據軟體控制規則導通或斷開，以達 到合理控制飲水機加熱或製冷的目的。
如圖1所示，打開飲水機，節電控制器首先進入自學習周期，MCU控制部 分保持繼電器K1導通，不幹預溫控器的工作，飲水機在溫控器的控制下，按傳 統模式工作。在此過程中，MCU控制模塊通過檢測和放水閥聯動的開關Sl、 S2， 感知用戶的使用習慣，知道什麼時候放過水，什麼時候沒放水；通過一定時間 的自學習，運行在MCU控制部分內的軟體，通過人工智慧模糊算法，自動識別 用戶使用飲水機的習慣，統計出飲水機每一天固定的閒置時間段，重新智能規 劃飲水機合理的開關機周期，最大限度地壓縮飲水機的閒置時間。根據自學習 的結果，MCU控制部分決定將飲水機在一天的某一固定時間段內設定為閒置狀 態。此時，MCU控制部分的RELAYout引腳輸出一個高電平，通過電阻R12給 三極體Q2注入基極電流，三極體Q2隨之導通，再引起三極體Q1的導通，於 是繼電器K1吸合線包兩端電壓迅速降至三極體Ql的飽和壓降，繼電器K1的 常開觸點由導通變為斷開，切斷了對溫控器的供電，此時即使飲水機的溫控器 吸合，由於繼電器K1的斷開，製冷或加熱部件無法獲得電壓，不能正常工作， 於是，飲水機進入閒置狀態。
閒置時間段行將結束的時候，MCU控制部分的RELAYout引腳輸出由高變 低，三極體Q2隨即截止，三極體Q1同時也截止，經二極體D1、 D2、 D3、 D4 整流過的電流再次流經繼電器K1的吸合線包，此電流使繼電器K1的常開觸點 吸合導通，電壓又一次加給飲水機溫控器，飲水機恢復製冷和加熱功能，於是， 本次閒置周期宣告結束，飲水機進入正常工作狀態。等下次MCU控制部分認為 飲水機需要再次進入閒置周期時，再重複上述過程。如果飲水機開著，用戶很長時間不通過放水閥取水，為了節約能源，也為
了防止出現千滾水，控制器在檢測到飲水機一定時間不被使用時，直接通過MCU 的RELAYout引腳關閉繼電器K1，強制飲水機進入閒置狀態。
假如MCU控制模塊已經將飲水機設定進入閒置狀態，萬一用戶臨時需要喝 熱水，用戶只需關斷一次飲水機電源開關，再打開飲水機電源開關，由於繼電 器Kl已經斷開，光電耦合器能夠檢測到一次電平轉換，並將此信號變化傳給 MCU， MCU控制部分判斷到這次開關機動作後，立即控制繼電器K1吸合，結 束飲水機當前的閒置狀態，進入工作狀態，本時間段的閒置周期就此取消。或 者，用戶也可以通過按壓放水閥取水，控制器檢測到用戶的用水需求，MCU控 制模塊同樣立即控制繼電器K1吸合，結束飲水機當前的閒置狀態，進入工作狀 態。
飲水機使用本節電控制器後，大大節約了飲水機處於閒置狀態的電能消耗。 經粗略計算， 一般情況下， 一臺飲水機365天累計節電180度左右。 本發明具備下述特點
1、通過檢測聯動於冷熱放水閥的開關S1、 S2，直接感知用戶何時使用飲水 機。2、通過24小時的檢測，初步完成對用戶習慣的自學習，實施節電控制。3、 通過更長時間的自學習，判斷出每周的使用習慣，更合理地規劃飲水機工作周 期。4、節電控制器中有一個繼電器K1，繼電器K1受節電控制器上MCU控制 模塊的控制，MCU控制部分內的軟體根據規劃好的開關機周期，控制繼電器 Kl的接通和斷開，保證飲水機處於常用時段是保持正常工作，當預期飲水機將 要進入閒置狀態時，繼電器K1保持斷開，切斷飲水機的供電，不讓其無效工作。 5、開關機信號判斷當節電控制器已經將飲水機設定為閒置狀態，如果出現用 戶需要熱水的情況，只需開關一次飲水機的電源，節電控制器將判斷出用戶的 這次開關機，結束飲水機當前閒置狀態，立即為飲水機供電。6、 MCU控制部 分採取低功耗設計，全年耗電不超過5度。7、每次用戶按壓放水閥取水時，和 放水閥聯動的開關可以將用戶的放水動作立即告知單片機。
權利要求
1、帶飲水機放水檢測和自學習功能的飲水機節電控制技術，包括記錄飲水機放水閥是否有放水動作並進行自學習的MCU控制模塊，其特徵是MCU控制模塊的輸入端連接用於檢測飲水機放水閥是否有放水動作的放水檢測電路，以及飲水機的電源；MCU控制模塊的輸出端連接用於控制飲水機加熱部件或者加熱和製冷部件是否工作的繼電器；所述繼電器的觸點串聯在飲水機加熱部件或者加熱和製冷部件的供電線路上。
2、 如權利要求1所述的帶飲水機放水檢測和自學習功能的飲水機節電控制 技術，其特徵是所述MCU控制模塊包括單片機、單片機電源電路、把飲水機 開關機動作傳遞給單片機的光電耦合器電路，以及將單片機輸出的控制信號傳 遞給繼電器，控制其開合的繼電器控制電路。
3、 如權利要求1所述的帶飲水機放水檢測和自學習功能的飲水機節電控制 技術，其特徵是所述放水檢測電路包括與飲水機熱水閥聯動的第一開關(S1)， 第一開關(Sl) —端連接MCU控制模塊的工作電源地(GND)引腳，另一端 分別連接MCU控制模塊的Kcool引腳和通過第十電阻(R10)連接+5伏電源。
4、 如權利要求1所述的帶飲水機放水檢測和自學習功能的飲水機節電控制 技術，其特徵是所述放水檢測電路包括和飲水機熱水閥聯動的第一開關(Sl) 和與飲水機冰水閥聯動的第二開關(S2)，第一開關(Sl) —端連接MCU控制 模塊的工作電源地(GND)引腳，另一端分別連接MCU控制模塊的Kcool引腳 和通過第十電阻(R10)連接+5伏電源；第二開關(S2) —端連接MCU控制模 塊的工作電源地(GND)引腳，另一端分別連接MCU控制模塊的Kwarm引腳 和通過第十一電阻(R11)連接+5伏電源。
全文摘要
本發明涉及一種帶飲水機放水檢測和自學習功能的飲水機節電控制技術，具體地說是一種安裝於飲水機內部的節電控制器，其包括記錄飲水機放水閥是否有放水動作並進行自學習的MCU控制模塊，MCU控制模塊的輸入端連接用於檢測飲水機放水閥是否有放水動作的放水檢測電路，以及飲水機的電源；MCU控制模塊的輸出端連接用於控制飲水機加熱部件或加熱和製冷部件是否工作的繼電器；所述繼電器的觸點串聯在飲水機加熱部件或加熱和製冷部件的供電線路上。通過實時監測飲水機的放水閥的開通和閉合，判斷出用戶的取水動作，判斷出飲水機處於閒置狀態的時間規律，依此確定飲水機合理的開啟和關閉周期。該裝置節能、簡單可靠、成本低廉。
文檔編號A47J31/00GK101441450SQ20081023526
公開日2009年5月27日 申請日期2008年11月13日 優先權日2008年11月13日
發明者袁小平 申請人:袁小平