一种音频曲线检测电磁炉沸水的控制系统和方法
【专利摘要】本发明公开了一种音频曲线检测电磁炉沸水的控制系统和方法，利用水在煮沸过程中的音频曲线变化规律，在音频曲线经历一组波峰至波谷时到达水的沸腾点，这种方法巧妙的将沸水的温度变化规律与噪音大小变化规律结合起来，解决了在电磁炉做温度检测时存在滞后性的弊端，以噪音检测的间接检测法替代温度传感器直接检测，噪音检测具有不受电磁炉面板限制的优势，能够及时的检测出水的沸腾点，以切断电源防止电能浪费。
【专利说明】一种音频曲线检测电磁炉沸水的控制系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电磁炉，尤其是一种音频曲线检测电磁炉沸水的控制系统和方法。
【背景技术】
[0002]随着家用电器的智能化，其功能越来越多样化，如电磁炉，就包括蒸、煮、煎、炒、炸等功能，这些功能一般都是基于温度控制，即都有一个温度检测、温度反馈、实施控制的过程。
[0003]本发明所针对的技术问题是电磁炉煮沸水时的开关控制，现有的做法是，水壶放上电磁炉后，用户按下沸水的按键，电磁炉线圈上电，水壶锅底产生涡流加热壶中的水直到沸腾之后自动切断电源或停止加热，这里的自动开关控制是基于上述的一个温度检测过程，温度检测采用的是温度传感器，传感器设置于电磁炉内，故传感器与电磁炉上的水壶相隔有电磁炉的面板，面板的导热性能较差，元器件、锅具、生产工艺等分散性原因；传感器实际检测温度的灵敏性底，容易导致水沸腾之后很久才能检测到水沸腾，或者水未烧开就停止加热，继而切断电源，这种温度传感技术由于检测的滞后性造成了很大的电能浪费或健康隐患。
【发明内容】
[0004]为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种音频曲线检测电磁炉沸水的控制系统和方法。
[0005]本发明采用的技术方案是:
一种音频曲线检测电磁炉沸水的控制系统，包括:
一音频采集模块，该模块用于采集水煮沸过程中所发出的噪音大小；
一信号放大模块，该模块的输入端与音频采集模块的输出端电性连接，用以对音频采集模块所检测的噪音信号进行滤波与信号放大；
一单片机，其输入端与信号放大模块的输出端电性连接，该单片机针对经信号放大模块滤波与信号放大后的噪音信号进行分析，当噪音信号大小值G (t)-G (t+Λ USTtl时，判断水已沸腾，输出切断电源的开关信号；其中，G (t)为t时刻的噪音信号大小值，Λ t为设定的时间间隔，T0为判断水沸腾时的噪音信号差值。
[0006]进一步，该系统还包括一开关控制模块，其输入端与单片机的输出控制端连接，受所述单片机的开关信号来控制电源的断开。
[0007]其中，所述音频采集模块为分贝测试仪。
[0008]所述音频采集模块为麦克风MIC。
[0009]进一步，所述开关控制模块为继电器控制电路，该继电器控制电路用于受所述单片机控制，以切换电磁炉线圈的通电与否。
[0010]本发明还包括基于上述系统同一个发明构思的技术方案，一种应用于所述控制系统的音频曲线检测电磁炉沸水的方法，包括以下步骤 A、采集水煮沸过程中所发出的噪音信号；
B、噪音信号的滤波与信号放大处理；
C、利用噪音信号形成的音频曲线，分析出水的沸腾点；
D、停止加热。
进一步，所述步骤C的第一实施方案，当步骤C中噪音信号大小值G (t) -G (t+ Δ t)^ T0时，判断水已沸腾，时刻t+Λ t即为水的沸腾点；其中，G (t)为t时刻的噪音信号大小值，Λ t为设定的时间间隔，T0为判断水沸腾时的噪音信号差值。
[0011]进一步，所述步骤C的第二实施方案，所述步骤C中分析沸腾点为，以过零检测电路判断出在噪音信号音频曲线一个周期内波峰和波谷，并比较该波峰和波谷的噪音信号差值Λ Τ，当Δ Τ>Τ1时，判断为冷水状态，当Δ Τ〈Τ2时，判断为预沸腾状态，当第二次检测到Δ Τ>Τ1时,判断为沸腾状态,该时间点为沸腾点。
[0012]本发明还包括基于上述系统和方法同一个发明构思的技术方案，一种音频曲线检测电磁炉沸水以及延时控制的方法，包括以下步骤
a、采集水煮沸过程中所发出的噪音信号；
b、噪音信号的滤波与信号放大处理；
C、利用噪音信号形成的音频曲线，分析出水的预沸腾点Ql，Ql点为音频曲线的波峰，该波峰的噪音信号大小值G (t),满足G (t-1) ^ G (t)& G (t+1)(t)；
d、延时Λ t后，停止加热。
[0013]进一步，所述步骤d中延时Λ t与c中波峰的时间t成正比，即水量越多，预沸时间越长，延时越长。
[0014]本发明的有益效果:
本发明利用水在煮沸过程中噪音的音频曲线变化规律，在音频曲线经历一组波峰至波谷时到达水的沸腾点，这种方法巧妙的将沸水的温度变化规律与噪音大小变化规律结合起来，解决了在电磁炉做温度检测时存在滞后性的弊端，以噪音检测的间接检测法替代温度传感器直接检测，噪音检测具有不受电磁炉面板限制的优势，能够及时的检测出水的沸腾点，以停止加热或切断电源或进入保温调控防止电能浪费。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步的说明。
[0016]图1是煮水过程中的温度与噪音变化曲线的波形图；
图2是本发明控制系统的原理框图；
图3是信号放大模块的电路图图4是本发明控制方法的第一实施例流程图；
图5是本发明控制方法的第二实施例流程图。
【具体实施方式】
[0017]如图1所示，SI为水的温度变化曲线，S2为水煮沸过程的噪音变化曲线，正如我们日常所熟知的，水温在加热过程中，Si初始时上升较慢，在一定时间后呈稳定的线性上升，并在快煮沸时到达最高温度，即水的沸点100° C，然后趋于平缓；相应的，S2在水加热过程中，初始噪音较低，在快达到沸点时突然变大，到达一个波峰，然后随着水中气泡的逐渐减少，噪音也减少，直到一个较低的噪音值，即波谷，波谷时刻水也就沸腾了，这是我们所知道的日常生活规律，本发明正是利用这个规律，来控制电磁炉的开水自动关断，以节约电能；参考图2，为本发明的一种音频曲线检测电磁炉沸水的控制系统，包括:
一音频采集模块10，该模块用于采集水煮沸过程中所发出的噪音大小；其中，音频采集模块10可以选择分贝测试仪、麦克风MIC中的一种，本实施例选择MIC ；
一信号放大模块20，该模块的输入端与音频采集模块10的输出端电性连接，用以对音频采集模块10所检测的噪音信号进行滤波与信号放大；图3所示为信号放大模块20的具体实施电路，但不仅于该放大电路，其他常规的放大电路均适用于本发明；
一单片机30，其输入端与信号放大模块20的输出端电性连接，该单片机30针对经信号放大模块20滤波与信号放大后的噪音信号进行分析，当噪音信号大小值G (t)-G (t+At)^ T0时，判断水已沸腾，输出切断电源的开关信号；其中，G (t)为t时刻的噪音信号大小值，Λ t为设定的时间间隔，T0为判断水沸腾时的噪音信号差值；
一开关控制模块40，其输入端与单片机30的输出控制端连接，受所述单片机30的开关信号来控制电源的断开；本实施例中开关控制模块40为继电器控制电路，该继电器控制电路用于受所述单片机控制，以切换电磁炉线圈50的通电与否。
[0018]当然，开关控制模块40仅作为本发明的一个优选实施例，检测到水沸腾后停止加热的方式也可以由单片机30以软件直接控制电磁炉关机。或者，在检测到水沸腾后，利用调温程序对沸水进行保温控制。
[0019]此外，本系统还可集成现有的温度传感器来辅助噪音检测装置，一起实施沸水检测。
[0020]如图4所示，本发明还包括基于上述系统同一个发明构思的技术方案，一种应用于所述控制系统的音频曲线检测电磁炉沸水的方法，包括以下步骤
A、采集水煮沸过程中所发出的噪音信号；
B、噪音信号的滤波与信号放大处理；
C、利用噪音信号形成的音频曲线，分析出水的沸腾点；
D、停止加热。
[0021]其中，步骤C检测沸腾点包括两个实施方案:
第一实施方案，当步骤C中音频曲线上设定相同间隔两点的噪音信号大小值G (t)-G(t+ At) ^ T0时，判断水已沸腾，时刻t+ Δ t即为水的沸腾点；其中，G (t)为t时刻的噪音信号大小值，Λ t为设定的时间间隔，T0为判断水沸腾时的噪音信号差值。
[0022]步骤C的第二实施方案从另一角度出发，即因为电磁炉一般工作的频率众所周知为20K — 36KHz之间，其加热原理是高频交变磁场穿过铁质锅底产生涡流发热。也就是说在线圈盘上产生相应频率的交变磁场(磁力线)，交变的磁力线穿过锅底会产生微弱的振动，其振动会产生相应频率的噪音，噪音值的大小也和磁力线强度成正比。(这个噪音频率一般情况下都超过20KHz，人耳基本无法感知。)也就是说经过处理放大的振动噪音值是和电磁炉线盘的电压和电流的变化曲线是同步的，是对应磁场的频率的10Hz (交流电频率的2倍)包络曲线，其波峰和波谷有明显区别(我们可以通过过零检测电路判断波峰和波谷的时间点)。以上是完全冷水的加热状态，当水接近沸腾时，水内气泡破裂的声音会叠加在原有的超声波的噪音值之上，此时的噪音值并非规则的10Hz包络曲线，其波峰和波谷的噪音信号差值相比之前变小了。
[0023]因此本发明第二实施方案采用的具体方法为:以过零检测电路判断出在噪音信号音频曲线一个周期内波峰和波谷，并比较该波峰和波谷的噪音信号差值Λ Τ，当Λ Τ>Τ1时，判断为冷水状态，当Λ Τ〈Τ2时，判断为预沸腾状态，当第二次检测到Λ Τ>Τ1时，判断为沸腾状态，该时间点为沸腾点。
[0024]如图5所示，本发明还包括基于上述系统和方法同一个发明构思的技术方案，一种音频曲线检测电磁炉沸水以及延时控制的方法，包括以下步骤
a、采集水煮沸过程中所发出的噪音信号；
b、噪音信号的滤波与信号放大处理；
C、利用噪音信号形成的音频曲线，分析出水的预沸腾点Ql，Ql点为音频曲线的波峰，该波峰的噪音信号大小值G (t),满足G (t-1) (t)& G (t+1)(t)；
d、延时Λ t后，停止加热。
[0025]其中，所述步骤d中延时Λ t与c中波峰的时间t成正比，即水量越多，预沸时间越长，延时越长。
[0026]如上所述，本发明利用水在煮沸过程中的音频曲线变化规律，在音频曲线经历一组波峰至波谷时到达水的沸腾点，这种方法巧妙的将沸水的温度变化规律与噪音大小变化规律结合起来，解决了在电磁炉做温度检测时存在滞后性的弊端，以噪音检测的间接检测法替代温度传感器直接检测，噪音检测具有不受电磁炉面板限制的优势，能够及时的检测出水的沸腾点，以切断电源防止电能浪费。
[0027]以上所述仅为本发明的优先实施方式，本发明并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种音频曲线检测电磁炉沸水的控制系统，其特征在于包括: 一音频采集模块，该模块用于采集水煮沸过程中所发出的噪音大小； 一信号放大模块，该模块的输入端与音频采集模块的输出端电性连接，用以对音频采集模块所检测的噪音信号进行滤波与信号放大； 一单片机，其输入端与信号放大模块的输出端电性连接，该单片机针对经信号放大模块滤波与信号放大后的噪音信号进行分析，当噪音信号大小值G (t)-G (t+Λ USTtl时，判断水已沸腾，输出切断电源的开关信号；其中，G (t)为t时刻的噪音信号大小值，Λ t为设定的时间间隔，T0为判断水沸腾时的噪音信号差值。
2.根据权利要求1所述的一种音频曲线检测电磁炉沸水的控制系统，其特征在于:其还包括一开关控制模块，其输入端与单片机的输出控制端连接，受所述单片机的开关信号来控制电源的断开。
3.根据权利要求1所述的一种音频曲线检测电磁炉沸水的控制系统，其特征在于:所述音频采集模块为分贝测试仪。
4.根据权利要求1所述的一种音频曲线检测电磁炉沸水的控制系统，其特征在于:所述音频采集模块为麦克风MIC。
5.根据权利要求2所述的一种音频曲线检测电磁炉沸水的控制系统，其特征在于:所述开关控制模块为继电器控制电路，该继电器控制电路用于受所述单片机控制，以切换电磁炉线圈的通电与否。
6.一种应用于权利要求1所述控制系统的音频曲线检测电磁炉沸水的方法，其特征在于:包括以下步骤 A、采集水煮沸过程中所发出的噪音信号； B、噪音信号的滤波与信号放大处理； C、利用噪音信号形成的音频曲线，分析出水的沸腾点； D、停止加热。
7.根据权利要求6所述的音频曲线检测电磁炉沸水的方法，其特征在于:当步骤C中噪音信号大小值G (t)-G (t+At)彡Ttl时，判断水已沸腾，时刻t+At即为水的沸腾点；其中，G (t)为t时刻的噪音信号大小值，Λ t为设定的时间间隔，T0为判断水沸腾时的噪音信号差值。
8.根据权利要求6所述的音频曲线检测电磁炉沸水的方法，其特征在于:所述步骤C中分析沸腾点为，以过零检测电路判断出在噪音信号音频曲线一个周期内波峰和波谷，并比较该波峰和波谷的噪音信号差值Λ Τ，当Δ Τ>Τ1时，判断为冷水状态，当Δ Τ〈Τ2时，判断为预沸腾状态，当第二次检测到Λ Τ>Τ1时，判断为沸腾状态，该时间点为沸腾点。
9.一种音频曲线检测电磁炉沸水以及延时控制的方法，其特征在于:包括以下步骤 a、采集水煮沸过程中所发出的噪音信号； b、噪音信号的滤波与信号放大处理； C、利用噪音信号形成的音频曲线，分析出水的预沸腾点Ql，Ql点为音频曲线的波峰，该波峰的噪音信号大小值G (t),满足G (t-1) (t)& G (t+1) G (t)； d、延时At后，停止加热。
10.根据权利要求9所述的一种音频曲线检测电磁炉沸水以及延时控制的方法，其特征在于:所述步骤d中延时Λ t与c中波峰的时间t成正比，即水量越多，预沸时间越长，延时越长。
【文档编号】F24C7/08GK104251502SQ201410499574
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】邓锦标, 周晓明, 欧曾, 成涛, 吴锴奇, 江海涛 申请人:中山市法兰宝电业有限公司