专利名称：饮用水智能加热装置及方法
技术领域：
本发明属于生活领域，更进一歩涉及电器设备技术领域中的基于习惯匹配算法的智能环保饮水机。本发明通过记录用户饮水习惯，调整与用户饮水习惯对应的习惯匹配算法，控制饮水机的加热时间和饮用水水温，满足用户饮水习惯，达到饮水智能化、节约能源、饮水健康的目的。
背景技术：
目前，随着经济的发展，饮水机已经在家庭及各种公共场合中普及。传统的饮水机使用在不断电的状态下，以此满足用户任意时刻的取水需求。浙江大学所申请的专利“环保节能型冷热饮水机”(专利号200910096979. 6，公开号101513327)公开了ー种环保饮水机，该饮水机分三路出口，第一路出口与常温水阀门连 接，第二路出口与冰水胆，冰水阀门依次连接，第三路出口与电磁阀、预热水胆、速热管、热水阀门依次连接。通过换热机构的冷热交换，获得了温水和热水。该技术的不足是，首先预热水胆、速热管、冰水胆等极易结垢，滋生细菌和污垢。其次，尽管采用了温水加热至热水的方法节约能源，但在用户经常不取水的时间段，饮用水的保温及加热，造成了能源的浪费。最后，该装置在通电状态下，反复加热，水中的微量元素，矿物质积累形成不可溶微粒，铁、铝和铵的亚硝酸盐含量会明显增加，饮用水毒性増加6倍，活水变成死水，导致“千滚水”的形成，不利于健康。青岛光和阳光环保节能科技有限公司所申请的专利“多功能饮水机”(专利号200910018809. 6，公开号101664270)公开了ー种多功能饮水机，将净水装置与中温水胆和冰胆的进水口连接，中温水胆和冰胆的出水ロ与机壳上设置的多个出水龙头连接，瞬时加热装置设置在其中ー个出水龙头的管路上，中温水胆上设有中温水胆温控，在机売上还设有温度显示装置以及工作状态显示装置。该技术的不足是，反复地加热饮用水，造成了高能耗。江苏省天一中学申请的专利“一种饮水机智能控制系统”(专利号201010290082.X，公开号101972113A)公开了ー种饮水机智能控制系统，该系统通过检测当前时刻是否在系统工作范围内以及是否有人体热释红外信号，控制饮水机加热开关的通断，从而实现对饮水机的智能控制。该技术的不足是，由于采用较多的模块，实现复杂，并且对于一般用户而言，很难适应操作复杂的取水过程。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种饮水健康、节能环保、操作简单、人性化的饮用水智能加热装置及方法，以实现饮用水加热装置对用户饮水习惯的自适应，在不影响用户取用热水的情况下，最大限度地减少饮用水加热装置的加热次数。本发明的具体思路是用户通过人机交互单元设置微调參数，传感器采集室温和水温信息，利用微调參数和温度信息，核心控制单元进行习惯算法匹配，控制饮用水加热装置对饮用水的加热过程，用户通过人机交互界面完成取水动作。为了实现上述目的，本发明的饮用水智能加热装置，包括饮水机机身、信息采集单元、人机交互单元、核心控制单元；信息采集单元、人机交互单元分别通过数据总线连接至核心控制单元，核心控制单元通过电子继电器与饮水机机身的加热系统相连。信息采集单元，用于将采集到的室温与水温转换成数字温度信号传递给核心控制单元，通过温感元件将温度转换为模拟电信号，经多级放大电路后，由数字信号产生电路将模拟电信号转换为数字信号。人机交互单元，人机交互单元包括液晶触控屏与触控屏驱动电路板，所述的液晶触控屏用于显示饮水机工作信息以及用户通过触摸方式对饮水机进行操作；所述的触控屏驱动电路板由信号转换芯片、背光控制电路组成，用于提供液晶触控屏适当的电压以及转换液晶触控屏与核心控制单元之间的通信信号，人机交互单元与核心控制单元相连。核心控制单元，其内嵌LINUX操作系统、运行基于QT开发框架的图形化人机交互界面，分析采集到的信息。本发明的饮用水智能加热方法，包括如下步骤(I)设置微调参数和获取环境变量Ia)用户按压液晶触控屏设置自定义加热时间段，自定义加热水温微调参数；Ib)信息采集单元将采集到的当前室温和水温信息传递至核心控制单元；
(2)习惯算法匹配2a)核心控制单元根据下式求得实际加热水温T 目标=100-aXT室+T用户其中，T _代表实际加热水温，1^代表步骤(Ib)中采集到的室温，T#代表步骤(Ib)中采集到的水温，a代表前期通过用户调查综合获得的常数，当a = O. 87时最符合用户需求；2b)核心控制单元根据下式求得加热时间段N = W{w0, W1,…，wP_J UMlnvm1, ···, Hi^1}其中，N代表加热时间段；W{W(I，W1,…，wP_J代表步骤(Ia)中用户自定义加热时间段，Wp代表第P个加热时间段(P = 0,1,…P-1)，共有P个时间段P彡24，每个时间段长度为一小时！Mlnvm1,…HIkJ代表最近十天内用户取水次数最多的10个时间段,1 代表第r个时间段(r = 0，1，…R-1)，每个时间段长度为一小时；(3)判断是否需要加热核心控制单元判断饮用水智能加热装置是否需要加热，若当前时刻处于加热时间段内，并且信息采集单元中采集到的水温低于实际加热水温时，饮用水智能加热装置通电加热；否则饮用水智能加热装置断电不加热；(4)判断用户是否需要取水核心控制单元通过检测用户是否按压触控屏判断用户是否取水，若用户取水，则核心控制单元先记录用户取水的开始时刻，再执行步骤(2);若用户不取水，则继续等待，直至用户取水。本发明与现有技术相比具有如下优点第一，由于本发明的方法中采用了习惯匹配算法，核心控制单元根据环境参数和用户设置的微调參数进行习惯匹配，控制饮用水加热装置自动加热，克服了现有技术中的饮用水反复加热，以及在加热的过程中产生有毒物质的问题，使得本发明提供的饮水机的饮用水不需要进行反复加热，保证了饮用水的健康与安全。第二，由于本发明的方法中根据习惯匹配结果来判断饮用水加热装置是否加热，克服了现有技术的由于反复加热造成的高能耗问题，使得本发明提供的饮用水加热装置具有节约能源，绿色环保的优点。第三，由于本发明采用了基于Qt框架的人机交互単元，通过按压触控屏进行取水和设置操作，克服了现有技术中的操作复杂的缺点，使得本发明提供的饮用水用户的取水过程便捷简单，适合于各个年龄段的用户群体。
图I为本发明装置的方框图；
图2为本发明方法的流程图。
具体实施例方式下面结合附图1，对发明的装置做进ー步的描述。在本发明的实施例中，信息采集单元中包括两个数字温度传感器，ー个温度传感器放置于饮水机机身侧面，用于采集室温；另ー个温度传感器捆绑放置于加热水胆的侧面，用于采集热水水温。温度传感器采用数字温度传感芯片DS18B20，DS18B20芯片在内部实现了温感元件电路、多级放大电路、数字信号电路，温度感知精度为±0. 5°C。通过温感元件将温度转换为微弱的模拟电信号，该电信号经多级放大电路放大后，由数字信号产生电路转换为数字信号。数字温度传感芯片的外围电路为DATA端ロ与核心控制单元的GPIO端ロ相连，并通过一个值为4. 7K的电阻上拉至高电平，VCC与GND端ロ分别与电源正负极相连。人机交互单元包括电阻式触控屏和液晶屏驱动电路。液晶触控屏放置于饮水机机身正面面板的上方，用户按压电阻式触控屏，根据用户所按压的位置不同，电阻式液晶屏产生不同的电阻值，并将该电阻值传递给液晶驱动电路；液晶屏驱动电路包括功率放大电路和数据处理电路，功率放大器采用功率放大芯片MC34063AD，用于产生液晶触控屏工作所需的工作电流并控制液晶屏的背光亮暗程度。数据处理电路采用数据转换芯片STC12LE，将核心控制单元的数字串行信号转换为液晶屏可以直接显示输出的RGB格式的图像色彩信号，同时将液晶触控屏的电阻值转换为数字信号，与核心控制单元进行数字通信。核心控制单元包括微处理器、数据存储电路、功率放大电路、电子继电器；微处理器采用S3C2440芯片，用于数据运算以及产生控制信号。通过接收温度信息和用户设置的微调參数，进行内置的匹配算法运算，产生控制信号。数据存储电路包括两个NANDFLASH芯片和ー个N0RFLASH芯片，NANDFLASH芯片型号为HY57V561620，用于存储嵌入式系统运行中产生的数据；N0RFLASH芯片型号为AM29LV160DB，用于存储嵌入式系统在开启时的引导程序。功率放大电路采用ULN2003芯片，用于放大微处理器输出的电流功率进而控制电子继电器。三路5V电子继电器用于控制饮水机加热装置以及电子磁通阀的通断。NANDFLASH芯片的A0-A12端ロ与微处理器的LDDR0-LDDR12端ロ相连，DQ0-DQ15端ロ与微处理器的LDATA0-LDATA15端ロ相连，VSS端ロ全部连接到低电平，VDD全部连接到高电平，SCLK连接至 LSCLKO ；AM29LV160DB 的 A 端口与 S3C2440 的 LDDR 端口相连，D 端口与 S3C2440 的 LDATA端口相连；ULN2003 的 INI, IN2, IN3 端口分别与 S3C2440 的 LDATA29、LDTA30、LDATA31 端口相连，OUTl、0UT2、0UT3端口分别与三路电子继电器的控制端口相连。LINUX操作系统包括基于所选微处理器特性开发的底层驱动程序、经过交叉编译的嵌入式文件系统和应用程序。下面结合附图2，对发明的方法的具体步骤做进一步的描述。步骤I，设置微调参数和获取环境变量 用户通过按压液晶触控屏，在液晶屏显示的用户界面上，设置自定义加热时间段和自定义加热水温微调参数。其中，时间段的划分方法如下将24个小时分为24个时间段，0:00-0:59设为第O时段，1:00-1:59时设为第I时段，2:00-2:59设为第2时段，以此类推，23:00-23:59设为第23时段。用户根据自身取水次数的需要可以自定义时间段，自定义的时间段为24个时间段中任意时间段，最多可设置24个时间段。自定义水温的微调范围为0°C 100°C。信息采集单元中的传感器采集当前室温和水温，将当前室温和水温温度信息通过总线传递至核心控制单元。步骤2，习惯算法匹配核心控制单元根据下式求得实际加热水温T 目标=100-aXT室+T用户其中，T _代表实际加热水温，1^代表步骤I中采集到的室温，T#代表信息采集单元采集到的水温。a代表前期通过用户调查综合获得的常数。本发明通过调查分析统计用户数据，将a设置为O. 87时最符合用户习惯。根据用户取水时间建立离散数列L = {1。，I1,…，123}，其中Ii (i = 0,1, -23)为第i时段最近10天内的取水次数。对离散序列L进行降序排列，取前R个取水次数对应的时间段为数列M = MImci, Hi1,…ivJ，本发明通过调查分析统计用户数据，R为10时最符合用户习惯。核心控制单元根据下式求得加热时间段N = W{w0, W1, ···, wP_J U M{m0, Hi1, ···, Hi^1}其中,N代表加热时间段Wwc^w1,代表步骤I中用户自定义加热时间段，Wp代表第P个加热时间段(P = 0，1，"·Ρ-1)，共有P个时间段P ( 24，，每个时间段长度为一小时！Mlnvm1,…nvJ代表最近十天内用户取水次数最多的10个时间段,1 代表第r个时间段(r = 0，1，…R-1)，每个时间段长度为一小时。步骤3，判断是否需要加热核心控制单元判断饮用水智能加热装置是否需要加热。若当前时刻处于加热时间段内，并且信息采集单元中采集到的水温低于实际加热水温时，饮用水智能加热装置通电加热；否则饮用水智能加热装置断电不加热。步骤4，判断用户是否需要取水核心控制单元通过检测用户是否按压触控屏判断用户是否取水，若用户按压触控屏取水，则液晶触控屏的电阻值发生变化，人机交互单元将取水信号触控传递至核心控制単元，核心控 制单元先记录用户取水的开始时刻，再执行步骤2 ;若用户不取水，则液晶触控屏的电阻值不发生变化，核心控制单元没有取水信号输入，则继续等待，直至用户取水。
权利要求
1.一种饮用水智能加热装置，包括饮水机机身、信息采集单元、人机交互单元、核心控制单元；信息采集单元、人机交互单元分别通过数据总线连接至核心控制单元，核心控制单元通过电子继电器与饮水机机身的加热系统相连；其中， 所述的信息采集单元，用于将采集到的室温与水温转换成数字温度信号传递给核心控制单元，通过温感元件将温度转换为模拟电信号，经多级放大电路后，由数字信号产生电路将模拟电信号转换为数字信号； 所述的人机交互单元，人机交互单元包括液晶触控屏与触控屏驱动电路板，所述的液晶触控屏用于显示饮水机工作信息以及用户通过触摸方式对饮水机进行操作；所述的触控屏驱动电路板由信号转换芯片、背光控制电路组成，用于提供液晶触控屏适当的电压以及转换液晶触控屏与核心控制单元之间的通信信号，人机交互单元与核心控制单元相连； 所述的核心控制单元，其内嵌LINUX操作系统、运行基于QT开发框架的图形化人机交互界面，分析采集到的信息。
2.根据权利要求I所述的饮用水智能加热装置，其特征在于，所述的信息采集单元中包括两个数字温度传感器，一个温度传感器放置于饮水机机身侧面，用于采集室温；另一个温度传感器捆绑放置于加热水胆的侧面，用于采集热水水温；温度传感器采用数字温度传感芯片DS18B20，DS18B20芯片在内部实现了温感元件电路、多级放大电路、数字信号电路，温度感知精度为±0. 5°C ;数字温度传感芯片的外围电路为DATA端口与核心控制单元的GPIO端口相连。
3.根据权利要求I所述的饮用水智能加热装置，其特征在于，所述的人机交互单元包括电阻式触控屏和液晶屏驱动电路；所述的液晶触控屏放置于饮水机机身正面面板的上方；所述的液晶屏驱动电路包括功率放大电路和数据处理电路；功率放大电路用于产生液晶触控屏工作所需要的工作电流并控制液晶屏的背光亮暗程度；数据处理电路将核心控制单元的数字串行信号转换为液晶屏可以直接显示输出的RGB格式的图像色彩信号，同时将液晶触控屏所获取的用户操作信号转换为数字信号从而与核心控制单元进行数字通信。
4.根据权利要求I所述的饮用水智能加热装置，其特征在于，所述的核心控制单元包括微处理器、数据存储电路、功率放大电路、电子继电器；所述的微处理器，用于数据运算以及产生控制信号；所述的数据存储电路用于存储嵌入式系统运行中产生的数据以及嵌入式系统在开启时的引导程序；所述的功率放大电路用于放大微处理器输出的电流功率进而控制电子继电器；所述的电子继电器用于控制饮水机加热装置以及电子磁通阀的通断。
5.根据权利要求I所述的饮用水智能加热装置，其特征在于，所述的LINUX操作系统包括基于所选微处理器特性开发的底层驱动程序、经过交叉编译的嵌入式文件系统和应用程序。
6.一种饮用水智能加热方法，包括如下步骤 (1)设置微调参数和获取环境变量 Ia)用户按压液晶触控屏设置自定义加热时间段，自定义加热水温微调参数； Ib)信息采集单元将采集到的当前室温和水温信息传递至核心控制单元； (2)习惯算法匹配 2a)核心控制单元根据下式求得实际加热水温 T目标=100_aXT室+T用户其中，τ 代表实际加热水温，TsR表步骤(Ib)中采集到的室温，TffiP代表步骤(Ib)中采集到的水温，a代表前期通过用户调查综合获得的常数，当a = O. 87时最符合用户需求； 2b)核心控制单元根据下式求得加热时间段N = W{w0, W1,…，wP_J UMlnvm1, ···, m^J 其中，N代表加热时间段；WIwtl, Wl，…，WpJ代表步骤(Ia)中用户自定义加热时间段，Wp代表第P个加热时间段(P = 0,1, "·Ρ_1)，共有P个时间段PS 24，每个时间段长度为一小时！Mlnvm1,…nvJ代表最近十天内用户取水次数最多的10个时间段,1 代表第r个时间段(r = 0，1，…R-1)，每个时间段长度为一小时； (3)判断是否需要加热 核心控制单元判断饮用水智能加热装置是否需要加热，若当前时刻处于加热时间段内，并且信息采集单元中采集到的水温低于实际加热水温时，饮用水智能加热装置通电加热；否则饮用水智能加热装置断电不加热； (4)判断用户是否需要取水 核心控制单元通过检测用户是否按压触控屏判断用户是否取水，若用户取水，则核心 控制单元先记录用户取水的开始时刻，再执行步骤(2);若用户不取水，则继续等待，直至用户取水。
全文摘要
本发明公开了一种饮用水智能加热装置及方法，本发明的装置包括饮水机机身、信息采集单元、人机交互单元、核心控制单元。信息采集单元、人机交互单元分别通过数据总线连接至核心控制单元，核心控制单元通过电子继电器与饮水机机身的加热系统相连。本发明的方法在用户设置微调参数和传感器获取环境变量的基础上，对采集到的参数进行习惯算法匹配，计算出饮水机加热装置的加热时间，判断当前时刻饮用水加热装置是否需要加热进而控制饮用水加热装置的加热过程。当用户按压液晶屏取水时，出水过程同时记录用户的取水开始时刻。本发明采用了基于习惯匹配算法的饮用水加热方法，具有饮水健康、节能环保、操作简单、人性化的优点。
文档编号A47J31/00GK102755106SQ20121019450
公开日2012年10月31日 申请日期2012年6月13日 优先权日2012年6月13日
发明者孔欣怡, 朱哲, 董庆宽, 郑国海, 郑琼芳, 郭宁 申请人:西安电子科技大学