带自学习功能的饮水机节电控制技术的制作方法

专利名称：带自学习功能的饮水机节电控制技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种饮水机，具体地说是一种带自学习功能的饮水机节电控制 技术。
背景技术：
饮水^l自诞生以来，已成为人们日常生活中不可或缺的伙伴，可以随时提供 冷热饮用水，全世界的市场保有量高达几亿台。饮水机的加热原理就是通过一 个感温双金属片，在需要的时候接通电源，对饮水机保温箱里的水进行加热， 加热功率达到几百瓦。
饮水机无论在家庭使用还是办公场所使用，目前均存在一个节约用电的问 题。家中无人或办公场所下班后，人们经常忘记随手关闭饮水机，使得饮水机 在待机状态经常出现无效加热。饮水机完成一次加热后，过一段时间，热水自 然冷却到一定温度，加热装置又会自动接通电源，再次实施加热。特别是夜晚 到第二天早晨这段时间，饮水机完全处于闲置状态，如果没有关闭电源，在这 段时间里，加热耗费的电能完全是一种浪费。初步估算， 一台饮水机一年中在
闲置状态因无效加热耗费的电能达到150度左右。
按现有电价计算，家庭用户一年需多支出80元左右电费，单位用户一台饮 水机一年需多支出超过150元。如果进行全国或全球范围的统计，这一项能源 浪费的总和绝对是触目惊心的。

发明内容
本发明的目的是设计一种带自学习功能的饮水机节电控制技术，在饮水机 上使用这种控制器后，可以在不用的时候切断饮水机的电源，从而有效地节约 电能。
按照本发明提供的就是方案，包括用于判断饮水机工作状态的MCU控制部 分，其特征是在MCU控制部分的输入端连接用于检测温控器触点的通断状态 的加热检测电路，以及为饮水机提供电源的电源电路；在MCU控制部分的输出 端连接用于导通或断开饮水机加热部件的电源的继电器K1，所述继电器K1的 触点连接到饮水机的温控器输入端。
所述MCU控制部分包括一个单片机、指示饮水机处于闲置状态的发光二极 管(D9)及用于接受用户强制加热指令的开关S1;其中，MCU控制部分的26脚 串接一限流电阻R5后，再接发光二极管D9到MCU控制部分的工作电源地， 作为闲置状态指示；MCU控制部分的25脚对+5V电源接一上拉电阻，同时对 工作电源地接一开关Sl，以电平高低判别是否有按键动作。
加热检测电路包括一个电流互感器T1;当饮水机在加热工作时，工作电流 通过电流互感器T1初级，在次级产生一交流信号，此信号经二极管D5及电容 C3整流滤波后，经电阻R8输入MCU控制部分的23脚，电阻R9、 二极管D8在此起衰减和保护作用。
电源电路包括实施降压电容C1、组成整流桥堆的二极管D1、 D2、 D3、 D4、 用于限流保护的电阻R1、用于放电的电阻R2、稳压管D7、电源滤波电容C4; 交流市电正半周时，电流经限流保护电阻R1，降压电容C1，整流二极管D1， 继电器K1线包，稳压管D7，整流二极管D4，形成回路，对并接在D7上的电 源滤波电容C4充电，提供MCU控制部分的工作电源；
交流市电负半周时，电流经整流二极管D2，继电器K1线包，稳压管D7， 整流二极管D3，降压电容C1，限流保护电阻R1，形成回路，对并接在D7上 的电源滤波电容C4充电，提供MCU控制部分的工作电源；
在控制器上的继电器K1的触点闭合时，用电流互感器T1监控饮水机的加 热；在继电器K1的触点断开时，由光电耦合器Q3、 Q4监控饮水机是否需要加 执。
饮水机使用本发明的节电控制器后，节电控制器可以动态纪录饮水机的加 热周期规律，根据每次加热的时间间隔，判断用户使用热水的习惯和饮水机处 于闲置状态的时间规律，规划出最佳的饮水机开关机周期，尽可能多地减少饮 水机在闲置时间段内的电能消耗，依此达到节电的目的。


图l是本发明的框图。
图2是本发明的线路原理图。
图3是本发明外置型饮水机节电控制器的框图。
图4是本发明外置型饮水机节电控制器的线路原理图。
具体实施例方式
如图l、 2所示带自学习功能的饮水机节电控制技术，包括用于判断饮水 机工作状态的MCU控制部分，在MCU控制部分的输入端连接用于检测温控器 触点的通断状态的加热检测电路；在MCU控制部分的输出端连接用于导通或断 开饮水机加热部件的电源的继电器，所述继电器的触点连接到饮水机的温控器 输入端。
其中MCU控制部分包括 一个单片机、指示饮水机处于闲置状态的发光二 极管D9、用于接受用户强制加热指令的开关S1。
加热检测电路包括一个电流互感器Tl、为电流互感器Tl信号整形的一些 分立器件。
电源电路包括实施降压电容C1、组成整流桥堆的二极管D1、 D2、 D3、 D4、 用于限流保护的电阻R1、用于放电的电阻R2、稳压管D7、电源滤波电容C4， 它负责给MCU控制部分提供工作电压。
继电器K1受MCU控制部分的控制，根据软件控制规则，导通或断开，以 达到合理控制饮水机加热的目的。
如果饮水机开机时选择了节能模式，如图1，节电控制器首先进入自学习周 期，MCU控制部分保持继电器K1导通，不干预温控器的工作，饮水机在温控 器的控制下，按传统模式工作。在此过程中，当饮水机处于保温状态时，温控
器断开，电流互感器T1中只有很小的电流流过，属于毫安级，不足以使电流互 感器T1的次级产生感应电压，MCU控制部分就认为饮水机加热部件没有工作， 处于保温状态； 一旦温控器接通，加热部件的工作导致电流互感器T1中流过很 大的电流，超过2安培，电流互感器Tl的次级产生一个感应电压，经二极管 D5、电阻R9、电容C3整形后产生一个MCU控制部分可以识别的信号，MCU 控制部分据此认为饮水机进入加热状态，电阻R8和二极管D8是用于保护MCU 控制部分的器件；加热结束后温控器再次断开，电流互感器Tl的信号消失， MCU控制部分再次检测到饮水机进入保温状态。
通过一定时间的自学习，运行在MCU控制部分内的软件，通过人工智能模 糊算法，自动识别用户使用饮水机的习惯，统计出饮水机每一天固定的闲置时 间段，重新智能规划饮水机合理的开关机周期，最大限度地压缩饮水机的闲置 时间，从而达到节约能源的目的，既有明显的经济效应，更有极大的社会效应。 在能源价格狂飙的现代社会，节约能源意味着保护地球环境，也等效于能源的 再生。
根据自学习的结果，MCU控制部分决定将饮水机在一天的某一固定时间段 内设定为闲置状态。此时，MCU控制部分的32脚输出一个高电平，通过电阻 R7给三极管Q2注入基极电流，三极管Q2随之导通，再引起三极管Ql的导通， 于是继电器Kl吸合线包两端电压迅速降至三极管Ql的饱和压降，继电器Kl 的常开触点由导通变为断开，切断了对温控器的供电，此时即使饮水机的温控 器吸合，由于继电器K1的断开，加热部件无法获得电压，不能实施加热，于是， 饮水机进入闲置状态，不再具备加热能力。同时，MCU控制部分通过26脚输 出一个高电平，经电阻R5，使得发光二极管D9点亮，告知用户，饮水机已经 进入省电状态，在此期间，饮水机中的水不会再被加热。
闲置时间段行将结束的时候，MCU控制部分的32脚输出由高变低，三极 管Q2随即截止，三极管Q1同时也截止，经二极管D1、 D2、 D3、 D4整流过的 电流再次流经继电器K1的吸合线包,此电流使继电器K1的常幵触点吸合导通， 电压又一次加给饮水机温控器，饮水机恢复加热功能，于是，本次闲置周期宣 告结束，饮水机进入正常工作状态。同时，MCU控制部分将26脚的输出改为 低，发光二极管由亮变灭，表示饮水机退出省电状态。等下次MCU控制部分认 为饮水机需要再次进入闲置周期时，只需在32脚上输出一个高电平。
假如MCU控制部分已经将饮水机设定进入闲置状态，万一用户临时需要喝 热水，用户只需按动一次饮水机面板上的强制加热键S1， MCU控制部分判断到 这次按键后，立即结束当前的闲置状态，进入工作状态，实施加热，本时间段 的闲置周期就此取消。
对于兼有制冷功能的饮水机，其增加的制冷部分线路结构和加热部分基本 相同，只是另外增加了一个温控器，用于控制制冷部件。自学习过程和闲置状 态判定和与加热型道理一样。
图3、 4是一种将控制部分外置的结构形式，相比于内置型的图1、图2， 图3中减少了按键，图4中增加了光电耦合器Q3、 Q4。由于外置型节电控制器
独立于饮水机，无法像内置了本专利节电控制器的节电饮水机那样，在闲置期 间通过按面板上的加热键强制饮水机加热，外置节电控制器必须能够检测出饮
水机的开关动作和温控器的断开和闭合状态，因此需要增加光电耦合器Q3、 Q4 来完成这一功能。
具体原理如下为了保护发光二极管，饮水机上的加热和保温指示灯一般 都分别串有一个二极管，用于防止发光二极管反向击穿。这样，在发光二极管 上流过的电流就有了方向，只有顺着二极管的方向才能通过电流。不同厂家饮 水机的线路可能存在差异，也就是说，二极管的安装方向存在两种可能性。因 此，外置型节电控制器考虑到不同产品的通用性，采用了双光藕的方案，无论 二极管怎么安装，都可以实施检测。光电耦合器件由一个光敏三极管和一个发 光二极管构成。当光电耦合器Q3或Q4的1、 2脚，也就是发光二极管一侧流 过一定电流的时候，光敏三极管将随着发光二极管亮度的变化，改变导通状态， 假如发光二极管的亮度足够强，也就是发光二极管中的电流足够大时，光敏三 极管将处于饱和状态，完成输出电平的转换。当发光二极管亮度不够大时，光 敏三极管将处于线性工作状态。利用光电耦合器的这一特性，MCU控制部分的 24脚可以感知不同情况下饮水机的状态，本节电控制器就可以判断出饮水机处 于开机还是关机状态，开机时，温控器处于断开还是闭合状态。外置型节电控 制器把饮水机的一次开关动作，看作为用户要求强制加热，等效于安装了节电 控制器的节电饮水机面板上的加热键被按动了一次；饮水机开机状态下，外置 型节电控制器把温控器由断开变为闭合看作是饮水机的一次加热请求，此时， 节电控制器的MCU控制部分控制继电器K1导通，使饮水机完成加热，由于光 电耦合器Q3、 Q4并接在继电器K1的触点两端，光电耦合器Q3、 Q4在此期间 停止工作，饮水机的加热过程由电流互感器T1监控，当加热结束温控器断开时， 电流互感器T1告知MCU控制部分加热结束，为了节省更多的电能，此时MCU 控制部分通过32脚，断开继电器K1的触点；节电控制器把温控器由闭合变为 断开看作是一次加热结束。
有了光电耦合器Q3、 Q4和电流互感器T1的检测功能，外置型节电控制器 就可以顺利地实现自学习功能和重新设定饮水机的开关机周期，这方面的软硬 件工作原理基本和图1、图2所示的内置型饮水机节电控制器相同。
饮水机使用本节电控制器后，大大节约了饮水机处于闲置状态的电能消耗。 粗略计算， 一般情况下， 一台饮水机365天累计节电150度左右。在能源价格 高启的今天，节电就等于节煤、节油、节气，也等于污染减排，同时也等效于 能源的再生。
相比于市场上已有的定时型节电控制器，本发明专利具有更好的适应性和灵 活性，无需设定时钟，避免了因为时钟误差和临时停电引起的定时混乱，省却 了人为干预，操作简便，更具人性化。
本发明具备下述特点1、 一定房间温度下，饮水机保温箱里经过加热的水 的温度降至重新加热温度点所需要的自然冷却时间是恒定的，假如这一冷却时 间间隔明显缩短，就可以认为用户用过了一定数量的热水，这一条作为识别用
户使用习惯的判据。2、假如饮水机在相当长的时间内，每次冷却时间间隔和加 热延续时间基本恒定， 一般可以认为在这一时间段内无人使用饮水机，这一条 作为饮水机处于闲置状态的判据。3、饮水机内自带的温控器具有温度控制的功 能，当保温箱里的水温低于某一设计温度时，温控器将接通加热部件的电源， 给保温箱里的水重新加热。加热部件可以等效为一个电阻器，有电流流过时， 电阻器发热，产生的热量被水吸收，水温随之上升。4、节电控制器中有一个继 电器K1，继电器K1受节电控制器上的MCU控制部分的控制，MCU控制部分 内的软件根据规划好的开关机周期，控制继电器K1的接通和断开，保证饮水机 处于正常工作状态期间可以实施加热，当预期饮水机处于闲置状态期间，继电 器K1保持断开，拒绝饮水机的加热请求。5、加热请求的识别外置式节电控 制器内有一个专门设计的线路用于判别饮水机内温控器处于导通还是断开状 态，将温控器从断开切换为导通定义为一次加热请求，同时用一个电流互感器 Tl检测加热过程。内置了本节电控制器的饮水机省却了上述线路，仅使用一个 电流互感器T1判断饮水机的加热与否，有电流代表温控器导通，加热部件工作， 反之，则说明饮水机处于保温状态。6、外置式节电控制器接到饮水机的加热请 求后，如果饮水机处于非闲置状态周期，节电控制器上的继电器K1将给饮水机 供电，让饮水机完成水的加热；闲置状态期间，节电控制器对饮水机的加热请 求不予理睬。对于内置了本节电控制器的饮水机，闲置期间，继电器K1处于断 开状态，结束闲置周期后接通继电器Kl，允许加热部件加热工作。7、节电控 制器本身的耗电极其微小， 一年不超过3度电。8、当节电控制器已经将饮水机 设定为闲置状态，如果出现用户需要热水的情况，节电控制器将无法完成对饮 水机的供电。对于外置式节电控制器，此时，用户只需开关一次饮水机的电源， 节电控制器将判断出用户的这次开关机，结束饮水机当前闲置状态，立即为饮 水机供电。对于内置了节电控制器的饮水机，这时可以通过按一次机身上的一 个开关，迫使饮水机退出闲置状态，立即加热。
本发明通过实时监测饮水机的加热周期，判断出饮水机处于闲置状态的时间 规律，依此确定饮水机合理的开启和关闭周期，达到节约电能的作用。该方案 使用简单可靠，成本低廉。
权利要求
1、带自学习功能的饮水机节电控制技术，包括用于判断饮水机工作状态的MCU控制部分，其特征是在MCU控制部分的输入端连接用于检测温控器触点的通断状态的加热检测电路，以及为饮水机提供电源的电源电路；在MCU控制部分的输出端连接用于导通或断开饮水机加热部件的电源的继电器(K1)，所述继电器(K1)的触点连接到饮水机的温控器输入端。
2、 如权利要求l所述带自学习功能的饮水机节电控制技术，其特征是所 述MCU控制部分包括一个单片机、指示饮水机处于闲置状态的发光二极管(D9) 及用于接受用户强制加热指令的开关(S1);其中，MCU控制部分的26脚串接一 限流电阻(R5)后，再接发光二极管(D9)到MCU控制部分的工作电源地， 作为闲置状态指示；MCU控制部分的25脚对+5V电源接一上拉电阻，同时对 工作电源地接一开关(Sl)，以电平高低判别是否有按键动作。
3、 如权利要求l所述带自学习功能的饮水机节电控制技术，其特征是加 热检测电路包括一个电流互感器(Tl);当饮水机在加热工作时，工作电流通过 电流互感器(Tl)初级，在次级产生一交流信号，此信号经二极管(D5)及电 容(C3)整流滤波后，经电阻(R8)输入MCU控制部分的23脚，电阻(R9)、 二极管(D8)在此起衰减和保护作用。
4、 如权利要求l所述带自学习功能的饮水机节电控制技术，其特征是电 源电路包括实施降压电容(Cl)、组成整流桥堆的二极管(Dl、 D2、 D3、 D4)、 用于限流保护的电阻(RO、用于放电的电阻(R2)、稳压管(D7)、电源滤波 电容(C4);交流市电正半周时，电流经限流保护电阻(Rl)，降压电容(Cl)， 整流二极管(Dl)，继电器(Kl)线包，稳压管(D7)，整流二极管(D4)，形 成回路，对并接在(D7)上的电源滤波电容(C4)充电，提供MCU控制部分 的工作电源；交流市电负半周时，电流经整流二极管(D2)，继电器(Kl)线包，稳压 管(D7)，整流二极管(D3)，降压电容(Cl)，限流保护电阻(Rl)，形成回路， 对并接在(D7)上的电源滤波电容(C4)充电，提供MCU控制部分的工作电 源；
5、 如权利要求l所述带自学习功能的饮水机节电控制技术，其特征是在 控制器上的继电器(Kl)的触点闭合时，用电流互感器(Tl)监控饮水机的加 热；在继电器(Kl)的触点断开时，由光电耦合器(Q3、 Q4)监控饮水机是否 需要加热。
全文摘要
本发明属于自学习型饮水机节电控制器，尤其是指一种可以节约饮水机电能消耗的电子装置。按照本发明提供的就是方案，包括用于判断饮水机工作状态的MCU控制部分，其特征是在MCU控制部分的输入端连接用于检测温控器触点的通断状态的加热检测电路，以及为饮水机提供电源的电源电路；在MCU控制部分的输出端连接用于导通或断开饮水机加热部件的电源的继电器K1，所述继电器K1的触点连接到饮水机的温控器输入端。本发明通过实时监测饮水机的加热周期，判断出饮水机处于闲置状态的时间规律，依此确定饮水机合理的开启和关闭周期，达到节约电能的作用。
文档编号H02M5/02GK101344765SQ200810022000
公开日2009年1月14日 申请日期2008年8月22日 优先权日2008年8月22日
发明者袁小平 申请人:袁小平