一种温度可调智能加热器及其控制方法

文档序号:8503323阅读:1073来源:国知局
一种温度可调智能加热器及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于家用电器中加热器的技术领域,具体涉及一种温度可调智能加热器及 其控制方法。
【背景技术】
[0002] 电热水壶作为最常用的家用电器,应用及其广泛,可用于婴幼儿配方奶粉的冲泡、 家用泡茶等功能。目前,广泛使用的电热水壶主要采用功率加热管加热水温,利用感温开关 自动断电,从而实现控制水温,以适应我们的家用生活领域需要不同的水温,比如:40度用 于果汁冲泡、50度、60度用于幼儿配方奶粉的冲泡、70度用于咖啡的冲泡、90度用于泡茶 等。配方奶粉作为母乳的替代,在冲泡时对水温有着严格的要求,水温过高或过低都会造成 奶粉营养成分的流失、影响婴幼儿的身体发育和营养健康水平。
[0003] 目前人们对婴幼儿配方奶粉的冲调主要采用以下2种方法:1、直接用冷开水加沸 水冲调,或将沸水冷却,然后利用人的感官(手背或嘴)对温度进行感知。2、采用冲奶器进 行奶粉冲泡。
[0004] 在配方奶粉与温水冲对时,温度不准确将导致奶粉的营养的流失,现有冲奶方法, 存在以下不足:
[0005] 1、人工试温,这一方法冲泡奶粉,水温高低靠个人感觉,偏差大,操作麻烦,等待时 间长,既不科学也不准确,一不小心还会烫伤。
[0006] 2、冲奶器冲奶,目前用于婴幼儿市场的冲奶器采用机械式控温的方法或模拟电路 控温,恒温效果不好,温度偏差较大。
[0007] 3、目前市场上还没有一款可以实现任意温度(沸点以下)可调,且能快速加热、精 确恒温的多用途电热水壶或冲奶器。
[0008] 4、为了得到适当冲调温度,所需等待时间长。

【发明内容】

[0009] 本发明的目的是要解决上述电热水壶温控不准确、加热温度固定的技术问题,提 供一种温控精度高、加热温度可任意设定的温度可调智能加热器。
[0010] 为了解决上述问题,本发明按以下技术方案予以实现的:
[0011] 本发明所述温度可调的智能加热器,包括人机接口模块、温度测量模块、控制模块 和输出功率控制模块,所述人机接口模块用于设定水的恒定温度;
[0012] 所述控制模块用于接收温度测量模块的温度数据,并与设定的恒定温度数据进行 变参数PID运算,得到加热功率脉冲宽度调制(PWM)数据,并将加热功率PWM数据输出至输 出功率控制模块;所述变参数PID运算的参数包括加热升温PID参数和恒温PID参数;所述 输出功率控制模块用于加热水。
[0013] 进一步地,所述加热升温PID参数中比例系数为12~15,优选14,积分系数为 0. 2~0. 5,优选0. 3 ;微分系数为0 ;所述恒温PID参数中比例系数为3~5,优选4 ;积分 系数为0. 1~0. 2,优选0.I;微分系数为I. 5~3,优选2。
[0014] 进一步地,所述人机接口模块包括用于录入数据的按键和用于显示温度数据的显 示单元,方便随时修改恒定温度,并将定时刷新水的温度,方便用户观察温度数据。
[0015] 进一步地,所述输出功率控制模块包括光耦合器、可控硅和加热元件;
[0016] 所述控制模块输出的加热功率PWM数据控制光耦合器的导通时间,从而控制可 控硅导通的时间,从而控制加热元件的加热时间;所述可控硅用于控制加热元件通电或断 电;
[0017] 所述加热元件用于释放热量,加热水。
[0018] 进一步地,所述温度测量模块包括温度传感器、用于将传感器检测到的电信号转 换成电压信号的变换电路和将电压模拟信号转换成数字信号的模/数转换器。
[0019] 进一步地,所述控制模块包括微型控制器、PID算法单元和输出温度控制单元。
[0020] 一种温度可调的智能加热器的控制方法,其步骤包括:
[0021] (1)、通过人机接口模块,设定恒定温度;
[0022](2)、通过控制温度测量模块定时测量水的温度,并将水的温度数据传输至控制模 块;
[0023] (3)、控制模块接收到水的当前温度数据,与步骤(1)中设定的恒定温度进行变参 数PID运算,所述变参数PID运算的变参数包括加热升温PID参数和恒温PID参数,所述控 制模块通过Qx =CmAT计算水加热到设定温度所需要的能量,其中,C是水的比热容,m是
【主权项】
1. 一种温度可调的智能加热器,包括人机接口模块、温度测量模块、控制模块和输出功 率控制模块,其特征在于: 所述人机接口模块用于设定水的恒定温度; 所述控制模块用于接收温度测量模块的温度数据,并与设定的恒定温度数据进行变参 数PID运算,得到加热功率脉冲宽度调制数据,并将加热功率脉冲宽度调制数据输出至输 出功率控制模块;所述变参数PID运算的参数包括加热升温PID参数和恒温PID参数; 所述输出功率控制模块用于加热水。
2. 根据权利要求1所述温度可调的智能加热器,其特征在于:所述加热升温PID参数 中比例系数为12~15,积分系数为0. 2~0. 5,微分系数为O ;所述恒温PID参数中比例系 数为3~5,积分系数为0. 1~0. 2,微分系数为1. 5~3。
3. 根据权利要求2所述温度可调的智能加热器,其特征在于:所述加热升温PID参数 中比例系数为14,积分系数为0. 3,微分系数为0 ;所述恒温PID参数中比例系数为4,积分 系数为〇. 1,微分系数为2。
4. 根据权利要求1所述温度可调的智能加热器,其特征在于:所述人机接口模块包括 用于录入数据的按键和用于显示温度数据的显示单元。
5. 根据权利要求3所述温度可调的智能加热器,其特征在于:所述输出功率控制模块 包括光稱合器、可控娃和加热兀件; 所述控制模块输出的加热功率脉冲宽度调制数据控制光耦合器的导通时间,从而控制 可控娃导通的时间; 所述可控硅用于控制加热元件通电或断电; 所述加热元件用于释放热量,加热水。
6. 根据权利要求3所述温度可调的智能加热器,其特征在于:所述温度测量模块包括 温度传感器、用于将传感器检测到的电信号转换成电压信号的变换电路和将电压模拟信号 转换成数字信号的模/数转换器。
7. 根据权利要求1至6任一项所述温度可调的智能加热器,其特征在于:所述控制模 块包括微型控制器、PID算法单元和输出温度控制单元。
8. -种如权利要求1至7任一项所述温度可调的智能加热器的控制方法,其步骤包 括: (1) 、通过人机接口模块,设定恒定温度; (2) 、通过控制温度测量模块定时测量水的温度,并将水的温度数据传输至控制模块; (3) 、控制模块接收到水的当前温度数据,与步骤(1)中设定的恒定温度进行变参数 PID运算,所述变参数PID运算的变参数包括加热升温PID参数和恒温PID参数,所述控制 模块通过Qx = CmAT计算水加热到设定温度所需要的能量,其中,C是水的比热容,m是水 的质量,Λ T是温差;通过W 十算加热电能值,其中qi为脉冲宽度调制的占空比, /:1 Ptl为加热元件的额定功率,At为脉冲宽度调制输出时间片的时长; 若加热电能值W低于水升温所需能量Qx的90 %,采用加热升温PID参数进行PID运 算; 若加热电能值W高于水升温所需能量Qx的90 %,采用恒温PID参数进行PID运算; 若水的目前温度与设定的恒定温度值之差Λ T小于4摄氏度,采用恒温PID参数进行 PID运算; (4) 、通过PID运算得到加热功率脉冲宽度调制数据,并定时将加热功率脉冲宽度调制 数据输出至输出功率控制模块; (5) 、输出功率控制模块接收到加热功率脉冲宽度调制数据,控制加热的时间,给水加 热。
9. 根据权利要求8所述温度可调的智能加热器的控制方法,其特征在于:所述加热升 温PID参数中比例系数为12~15,积分系数为0. 2~0. 5,微分系数为O ;所述恒温PID参 数中比例系数为3~5,积分系数为0. 1~0. 2,微分系数为1. 5~3。
10. 根据权利要求8所述温度可调的智能加热器的控制方法,其特征在于:所述步骤 (3)中,所述控制模块接收到温度测量模块传输的温度数据,通过计算一定时间内的温度平 均值来进行PID运算; 所述控制模块采用去最值算术平均值滤波法和限幅滤波法处理水的温度数据,所述去 最值算术平均值滤波法是控制模块将一定时间内连续接收的温度数据的最大值和最小值 去掉,再计算温度的平均值; 所述限幅滤波法是控制模块检测将接收到相邻两个温度值差距大于3. 0摄氏度的温 度值舍弃,再计算温度的平均值。
【专利摘要】本发明公开了一种温度可调的智能加热器,包括人机接口模块、温度测量模块、控制模块和输出功率控制模块,所述人机接口模块用于设定恒定温度和显示水的温度;所述温度测量模块用于测量水的温度,并将温度数据传输至控制模块;所述控制模块用于接收温度测量模块的温度数据,并进行变参数PID运算,得到加热功率PWM数据,并将加热功率PWM数据输出至输出功率控制模块;所述输出功率控制模块用于加热水温,控制水温。本发明采用变参数的PID运算,根据不同的温差控制加热元件的加热时间,将水温准确控制在室温与沸点温度间的任意温度,温度偏差控制在1.5摄氏度内,而且加热升温快速,温度控制精准,有效防止加热过程中的热过冲。
【IPC分类】A47J31-00, A47J31-44, A47J31-56, A47J27-21
【公开号】CN104825052
【申请号】CN201410412774
【发明人】江丽, 刘志斌
【申请人】江丽, 刘志斌
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2014年8月20日
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