一种基于云平台的热水器智能加热控制系统的制作方法

本发明涉及一种热水器加热系统，具体涉及到一种基于云平台的热水器智能加热控制系统。

背景技术：

电热水器是指以电作为能源进行加热的热水器。电热水器划分为储水式(又称容积式或储热式)、即热式、速热式三种，其中储水式电热水器是指将水加热的固定式器具，它可长期或临时储存热水，并装有控制或限制水温的装置，家庭常用储水式电热水器，其安装方便，但需加热较长时间，达到一定温度后方可使用。

由于家庭成员数量不同，每个家庭洗澡等所需用的热水量不同，当加热温度过高，热水一次消耗不完，下次使用热湿，又重新加热，造成储水箱中剩余的水反复加热，反复加热水质易发生变化，增加了储水箱中水垢，为细菌提供合适的生长环境、促进细菌滋生，且导致能源浪费，增加电量消耗，当加热热水不足时，无法为家庭用户提供适量的热水需求，导致热水供应不足的问题，进而无法根据家庭成员的用水习惯合理、准确的设置电热水器加热所需达到的温度，以降低能源的损耗，另外，无法根据家庭成员人数的变化动态调节家庭用水习惯，以准确根据人数变化进行加热温度的自适应式调节操作。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供的一种基于云平台的热水器智能加热控制系统，解决了现有技术中存在的无法家庭成员以往的所用的热水量控制热水器加热的温度，导致电热水器加热的水温过高，热水过剩或电热水器加热的水温不足无法满足用户的正常使用等问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于云平台的热水器智能加热控制系统，包括温度检测终端、进水温度采集单元、出水温度采集单元、用水量检测单元、热量转换处理单元、热量损耗平台分析单元、储水箱温度弹性调节单元和加热温控单元；

所述温度检测终端分别与热量损耗平台分析单元和热量转换处理单元连接，热量转换处理单元分别与进水量温度采集单元、出水温度采集单元、用水量检测单元、热量损耗平台分析单元连接，储水箱温度弹性调节单元分别与热量损耗平台分析单元、加热温控单元连接；

所述温度检测终端包括若干温度传感器，自上而下等间距分布在储水箱内壁上，用于采集储水箱中不同水位高度的水温,并将采集的处于不同水位高度的水温发送至热量损耗平台分析单元，将位于储水箱上端的水温发送至热量转换处理单元；

所述进水温度采集单元安装在电热水器混合阀的进水管道处，采用温度传感器，用于采集流入电热水器混合阀进水管内的自来水的温度，并将采集的自来水的温度发送至热量转换处理单元；

所述出水温度采集单元安装在电热水器混合阀的出水管道处，用于采集混合阀出水管道流出的水温，并将采集的混合阀出水管道处的水温发送至热量转换处理单元；

所述用水量检测单元安装在电热水器混合阀的出水管道处，用于统计出水管道在不同温度范围下的用水量，并将检测的各温度范围下的用水量发送至热量转换处理单元；

所述热量转换处理单元，分别与温度检测终端、进水温度采集单元和出水温度采集单元连接，用于提取储水箱中的水温、自来水的水温以及电热水器混合阀出水管道处的水温，并接收用水量检测单元发送的电热水器出水管道在各温度范围下的用水量，采用热量转换递推公式，统计出用户因使用消耗的电热水器内水温t1的质量，并将统计的用户消耗储水箱中水温t1的热水质量分别发送至热量损耗平台分析单元和储水箱温度弹性调节单元；

所述热量损耗平台分析单元用于接收温度检测终端发送的储水箱中不同水位高度的水温，分析出使用完成后电热水器中剩余的水温热量q剩，并接收热量转换处理单元发送的电热水器内消耗的热水质量，根据消耗的热水质量统计消耗的储水箱中的热水体积，由于电热水器中的储水箱体积固定，统计出电热水器储水箱理论剩余的水温热量q理，热量损耗平台分析单元根据用户使用完热水后电热水中实际剩余的水温热量以及理论剩余的水温热量进行对比，分析出热量损耗比例系数并将电热水器的热量损耗比例系数发送至储水箱温度弹性调节单元；

所述储水箱温度弹性调节单元，分别与热量转换处理单元和热量损耗平台分析单元连接，用于接收热量损耗平台分析单元发送的电热水器的热量损耗比例系数，接收热量转换处理单元发送的用户消耗储水箱中水温t1的热水质量m1，并通过等效替换模型分析出储水箱中的温度受自来水干扰下以及季节影响下的所需加热到的水温数值t″，水温温度弹性调节单元将弹性调控后的电热水器加热所需达到的水温数值发送至加热温控单元；

加热温控单元用于接收水温温度弹性调节单元发送的经弹性调控后的电热水器加热所需达到的水温数值，并自动控制电热水器加热的水温至电热水器加热所需达到的水温数值。

优选地，所述热量转换递推公式为m1为用户消耗的电热水器内水温t1的质量，t1为电热水器加热后的储水箱中的水温，t2为自来水的水温，t′i为电热水器混合阀出水管道处流出第i个温度范围的平均水温，vi为第i个温度范围下的用水量，ρ为水的密度。

优选地，所述热量损耗平台分析单元通过储水箱中不同水位高度的水温进行分析出电热水器的能量损耗比例系数，具体步骤如下：

w1、将储水箱中不同水位高度的水温，分别与第1个温度范围的平均水温进行对比；

w2、筛选出大于等于第1个温度范围的平均水温的水温所对应的温度传感器编号l，不同的温度传感器编号对应的水位高度不同，编号数值越大，水位高度越大；

w3、统计出使用完成后储水箱中剩余的水温热量q剩表示为电热水器中储水箱内水对应的剩余水温热量，c表示为水的比热容，tf表示为第f个温度传感器检测的水温，mf表示为第f-1个温度传感器所在的高度到第f个温度传感器所在的高度间的水的质量，mf＝ρ*vf，vf表示为第f-1个温度传感器所在的高度到第f个温度传感器所在的高度间储水箱体积；

w4、提取用户消耗的热水质量，根据质量与体积计算公式获得电热水器内消耗的热水体积，并统计出储水箱理论剩余的水温热量q理＝c(v′ρ-m1)*(t1-t2)，q理为储水箱理论剩余的水温热量，v′为储水箱的储水体积，m1为用户消耗的电热水器内水温t1的质量，ρ为水的密度，t1为电热水器加热后的储水箱中的水温，t2为自来水的水温；

w5、依次提取步骤w3中的储水箱中剩余的水温热量以及步骤w4中储水箱理论剩余的水温热量，分析出电热水的热量损耗比例系数。

优选地，所述等效温度替换模型的表达式为t″表示为电热水器储水箱中的水经加热所需达到的温度数值，r表示为季节干扰系数，夏季对应的季节干扰系数为1.08，春季和秋季对应的季节干扰系数为1.125，冬季对应的季节干扰系数为1.218，t1表示为用户消耗储水箱中热水质量m1所对应的温度，t2表示为自来水的温度，γ表示为电热水器的热量损耗比例系数，v′为储水箱的储水体积，m1为用户消耗的电热水器内水温t1的质量，ρ为水的密度。

优选地，所述热水器加热智能控制系统还包括水温动态分析单元和按键输入单元，所述加热温控单元通过水温动态分析单元与按键输入单元连接；

所述按键输入单元，安装在电热水器的控制面板上，当家庭成员减少或增加后，手动在电热水器控制面板上输入现人员数量以及原人员数量；

所述水温动态分析单元用于接收按键输入单元输入的现人员数量和原人员数量，判断人员变动率，并提取原人员数量所需消耗的水温t1的质量m1，通过等效替换温度模型重新分析出人员数量变动后的电热水器加热所需达到的温度，并将人员数量变动后的电热水器加热所需达到的温度发送至加热温控单元；

所述加热温控单元接收水温动态分析单元发送的人员数量变动后的电热水器加热所需达到的温度，并自动控制电热水器加热的水温至电热水器加热所需达到的水温数值。

优选地，所述水温动态分析单元根据人员数量变动，动态分析电热水器因人员变动所需达到的水温，具体步骤如下：

p1、获取现人员数量和原人员数量，统计人员变动率x1为现人员数量，x2为原人员数量；

p2、统计人员数量变动后所需消耗水温t1的质量m′＝(1+nb)m1；

p3、采用等效替换温度模型的表达式并将m′替代m1，重新计算获得人员变动后的电热水器加热所需加热的温度。

本发明的有益效果：

本发明提供的基于云平台的热水器加热智能控制系统，通过进水温度采集单元、出水温度采集单元、用水量检测单元以及热量转换处理单元，能够准确家庭用户洗澡所需消耗的总热量，以统计出储水箱在当前温度下所消耗的储水箱中的热水量，储水箱中的热水量为用户洗澡过程所需使用的热水器中的热水量，为电热水器进行热量损耗程度的统计提供可靠的热量数据。

本发明通过热量损耗平台分析单元对储水箱中不同水位高度的水温进行对比处理，分析出储水箱中大于等于最低洗澡要求的实际水温所对应的热量，并根据热量转换模块统计的用户洗澡后理论剩余的水温热量，将实际水温的热量与理论剩余的水温热量进行处理，以分析出电热水器中的热水受到冷水干扰而造成热量损耗比例系数，可准确统计出随着用户使用后剩余电热水器中热水受自来水温度的干扰而造成的衰减程度，进而能够准确分析出电热水器中热水所对应的能量损耗比例系数，为后期根据用户所使用的热水热量来对电热水器中水加热的温度进行自适应式调节，提供可靠的指定加热温度，以减少电能的损耗。

本发明通过水温弹性调节单元根据用户洗澡所需的热，且结合储水箱中的温度受自来水干扰下以及季节影响下，综合分析出电热水器所需加热到的水温数值，能够保证储水箱中的水温满足家庭用户的热水供应需求，能够根据家庭成员的用水习惯进行准确控制加热的温度，避免能源浪费或加热温度不足等问题，同时避免储水箱中的水反复加热而导致的水质问题，减少储水箱中的细菌含量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中一种基于云平台的热水器智能加热控制系统的示意图；

图2为本发明中温度检测终端中各温度传感器的分布示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1和2所示，一种基于云平台的热水器智能加热控制系统，包括温度检测终端、进水温度采集单元、出水温度采集单元、用水量检测单元、热量转换处理单元、热量损耗平台分析单元、储水箱温度弹性调节单元、按键输入单元、水温动态分析单元和加热温控单元。

温度检测终端分别与热量损耗平台分析单元和热量转换处理单元连接，热量转换处理单元分别与进水量温度采集单元、出水温度采集单元、用水量检测单元、热量损耗平台分析单元连接，储水箱温度弹性调节单元分别与热量损耗平台分析单元、加热温控单元连接，加热温控单元通过水温动态分析单元与按键输入单元连接。

温度检测终端包括若干温度传感器，自上而下等间距分布在储水箱内壁上，用于采集储水箱中不同水位高度的水温,并将采集的处于不同水位高度的水温发送至热量损耗平台分析单元，将位于储水箱上端的水温发送至热量转换处理单元，其中，对温度传感器按照从下到上的顺序依次进行排序编号，分别为1,2,3,...,f,...,y，相邻两温度传感器间的高度差相同；

进水温度采集单元安装在电热水器混合阀的进水管道处，采用温度传感器，用于采集流入电热水器混合阀进水管内的自来水的温度，并将采集的自来水的温度发送至热量转换处理单元。

出水温度采集单元安装在电热水器混合阀的出水管道处，用于采集混合阀出水管道流出的水温，并将采集的混合阀出水管道处的水温发送至热量转换处理单元。

用水量检测单元安装在电热水器混合阀的出水管道处，用于统计出水管道在不同温度范围下的用水量，并将检测的各温度范围下的用水量发送至热量转换处理单元，用水量为体积，不同温度范围包括第一温度范围k1、第二温度范围k2、第三温度范围k3、第四温度范围k4、第五温度范围k5和第六温度范围k6，对应的温度数值分别具体为：35≤k1＜36℃、36≤k2＜37℃、37≤k1＜38℃、38≤k2＜39℃、39≤k1＜40℃、40≤k2＜41℃。

热量转换处理单元，分别与温度检测终端、进水温度采集单元和出水温度采集单元连接，用于提取储水箱中的水温、自来水的水温以及电热水器混合阀出水管道处的水温，并接收用水量检测单元发送的电热水器出水管道在各温度范围下的用水量，采用热量转换递推公式统计出用户因使用消耗的电热水器内水温t1的质量，并将统计的用户消耗储水箱中水温t1的热水质量分别发送至热量损耗平台分析单元和储水箱温度弹性调节单元，m1为用户消耗的电热水器内水温t1的质量，t1为电热水器加热后的储水箱中的水温，t2为自来水的水温，t′i为电热水器混合阀出水管道处流出第i个温度范围的平均水温，vi为第i个温度范围下的用水量，ρ为水的密度。

热量损耗平台分析单元用于接收温度检测终端发送的储水箱中不同水位高度的水温，分析出使用完成后电热水器中剩余的水温热量q剩，并接收热量转换处理单元发送的电热水器内消耗的热水质量，根据消耗的热水质量统计消耗的储水箱中的热水体积，由于电热水器中的储水箱体积固定，统计出储水箱理论剩余的水温热量q理，热量损耗平台分析单元根据用户使用完热水后电热水中实际剩余的水温热量以及理论剩余的水温热量进行对比，分析出热量损耗比例系数并将电热水器的热量损耗比例系数发送至储水箱温度弹性调节单元。

其中，热量损耗平台分析单元通过储水箱中不同水位高度的水温进行分析出电热水器的能量损耗比例系数，具体步骤如下：

w1、将储水箱中不同水位高度的水温，分别与第1个温度范围的平均水温进行对比；

w2、筛选出大于等于第1个温度范围的平均水温的水温所对应的温度传感器编号l，不同的温度传感器编号对应的水位高度不同，编号数值越大，水位高度越大；

w3、统计出使用完成后储水箱中剩余的水温热量q剩表示为电热水器中储水箱内水对应的剩余水温热量，c表示为水的比热容，tf表示为第f个温度传感器检测的水温，mf表示为第f-1个温度传感器所在的高度到第f个温度传感器所在的高度间的水的质量，mf＝ρ*vf，vf表示为第f-1个温度传感器所在的高度到第f个温度传感器所在的高度间储水箱体积；

w4、提取用户消耗的热水质量，根据质量与体积计算公式获得电热水器内消耗的热水体积，并统计出储水箱理论剩余的水温热量q理＝c(v′ρ-m1)*(t1-t2)，q理为储水箱理论剩余的水温热量，v′为储水箱的储水体积，m1为用户消耗的电热水器内水温t1的质量，ρ为水的密度，t1为电热水器加热后的储水箱中的水温，t2为自来水的水温；

w5、依次提取步骤w3中的储水箱中剩余的水温热量以及步骤w4中储水箱理论剩余的水温热量，分析出电热水的热量损耗比例系数。

通过热量损耗平台分析单元对电热水器加热后的储水箱中大于等于最低洗澡要求的水温进行分析，获得储水箱中满足洗澡要求的实际水温所对应的热量，并统计储水箱中加热后的水经用户使用所剩余的理论水温所对应的热量，进而通过实际水温的热量与理论水温的热量间的对比分析，分析出电热水器的热量损耗比例系数，可准确统计出随着用户使用后剩余电热水器中热水受自来水温度的干扰而造成的衰减程度，进而能够准确分析出电热水器中热水所对应的能量损耗比例系数，为后期根据用户所使用的热水热量来对电热水器中水加热的温度进行自适应式调节，提供可靠的指定加热温度，以减少电能的损耗。

储水箱温度弹性调节单元，分别与热量转换处理单元和热量损耗平台分析单元连接，用于接收热量损耗平台分析单元发送的电热水器的热量损耗比例系数，接收热量转换处理单元发送的用户消耗储水箱中水温t1的热水质量m1，并通过等效替换模型分析出储水箱中的温度受自来水干扰下以及季节影响下的所需加热到的水温数值t″，等效温度替换模型的表达式为t″表示为储水箱中的水经加热所需达到的温度数值，r表示为季节干扰系数，夏季对应的季节干扰系数为1.08，春季和秋季对应的季节干扰系数为1.125，冬季对应的季节干扰系数为1.218，t1表示为用户消耗储水箱中热水质量m1所对应的温度，t2表示为自来水的温度，γ表示为电热水器的热量损耗比例系数，v′为储水箱的储水体积，m1为用户消耗的电热水器内水温t1的质量，ρ为水的密度，水温温度弹性调节单元将弹性调控后的电热水器加热所需达到的水温数值发送至加热温控单元。

通过水温温度弹性调节单元在排除储水箱中自来水干扰以及季节影响下，根据用户洗澡所需用的热水量反向调控电热水器加热所需达到的水温数值，保证电热水器加热的水满足用户洗澡所需，避免电热水器加热的水温过高，导致浪费电费，进而使得加热后的水无法用完，存在反复加热，为细菌提供合适的生长环境，促进细菌滋生，无法合理的根据用户的使用以及能量的损耗而设置加热的温度，降低电热水器的使用寿命，增加了水垢的产生，且避免电热水器加热的水温不能满足用户的需求，存在热水供应不足的问题。

按键输入单元，安装在电热水器的控制面板上，当家庭成员减少或增加后，手动在电热水器控制面板上输入现人员数量以及原人员数量。

水温动态分析单元用于接收按键输入单元输入的现人员数量和原人员数量，判断人员变动率，并提取原人员数量所需消耗的水温t1的质量m1，通过等效替换温度模型重新分析出人员数量变动后的电热水器加热所需达到的温度，并将人员数量变动后的电热水器加热所需达到的温度发送至加热温控单元。

其中，水温动态分析单元根据人员数量变动，动态分析电热水器因人员变动所需达到的水温，具体步骤如下：

p1、获取现人员数量和原人员数量，统计人员变动率x1为现人员数量，x2为原人员数量；

p2、统计人员数量变动后所需消耗水温t1的质量m′＝(1+nb)m1；

p3、采用等效替换温度模型的表达式并将m′替代m1，重新计算获得人员变动后的电热水器加热所需加热的温度。

通过对人员数量增加或减少，来重新动态调节电热水器加热的热水能满足用户家庭成员使用所需加热到的水温，能够不受人员数量的变动，导致加热水温不足或过多的问题，准确统计出电热水器加热所需达到的动态水温，满足用户的热水需求，且节约能源。

加热温控单元用于接收水温温度弹性调节单元发送的经弹性调控后的电热水器加热所需达到的水温数值以及水温动态分析单元发送的人员数量变动后的电热水器加热所需达到的温度，并自动控制电热水器加热的水温至电热水器加热所需达到的水温数值。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。