一种基于交流电压检测电路的交流电压过零检测方法与流程

本申请涉及交流电控技术领域，尤其涉及一种基于交流电压检测电路的交流电压过零检测方法，以及相应的一种烹饪器具和计算机可读存储介质。

背景技术：

家电领域大多采用继电器、可控硅来控制电热和电动大功率负载，继电器和可控硅寿命很大程度影响了整机的寿命。以交流继电器为例，当继电器触点在交流电峰值时吸合或者断开时，容易出现电弧火花，导致触点寿命大大降低，如果在交流电压过零点附近动作，可以有效地延长继电器寿命。

在现有技术中，需要专门设计过零检测电路，用于对交流电压过零点进行检测，图1示出了现有的三种过零检测电路，(a)为比较器过零检测电路，(b)为光耦过零检测电路，(c)为三极管过零检测电路，(d)示出了这三种过零检测电路实现过零检测的原理，是将交流电压信号作为输入，整流和分压后，再通过开关器件，将交流正弦波形转化成方波，根据方波的上升沿或下降沿获取过零点。

但是，现有技术由于需要专门设计过零检测电路，因此，成本较高，尤其会增加硬件成本。

技术实现要素：

本申请实施例提供一种基于交流电压检测电路的交流电压过零检测方法，以及相应的一种烹饪器具和计算机可读存储介质，用以解决现有技术中的如下技术问题：由于需要专门设计过零检测电路，因此，成本较高，尤其会增加硬件成本。

本申请实施例采用下述技术方案：

一种基于交流电压检测电路的交流电压过零检测方法，所述交流电压检测电路用于对交流电压信号进行整流、分压、滤波，采集得到半波波形的电压采集信号，以及根据所述电压采集信号计算所述交流电压信号的电压值，所述方法包括：

通过周期性采集所述电压采集信号，检测所述半波波形中单个半波内的特定子波形，所述特定子波形上的电压值的绝对值不小于所述半波波形上的预设非零阈值的绝对值；

获取所述特定子波形的补偿延时,其中，所述补偿延时是根据所述特定子波形的最小开始时刻和对应的最大开始时刻确定的；

根据所述特定子波形和所述补偿延时，判定所述交流电压信号的过零点。

可选地，通过周期性采集所述电压采集信号，检测所述半波波形中单个半波内的特定子波形，包括：

周期性采集所述电压采集信号，每当在预设时间区间内n2次采集到的电压值的绝对值均不小于所述半波波形上的预设非零阈值的绝对值，则确定检测到所述半波波形中单个半波内的特定子波形；

其中，n2≤n1，n1为所述预设时间区间内的最大采集次数，所述预设时间区间处于所述预设非零阈值在所述单个半波上对应的两个时刻之间。

可选地，n2≤n1-2。

可选地，所述特定子波形的最小开始时刻按照如下方式确定：

在所述检测所述半波波形中单个半波内的特定子波形的过程中，若在所述预设时间区间内，多次采集到绝对值不小于所述预设非零阈值的绝对值的电压值，且其中的第一次采集到的电压值的绝对值等于所述预设非零阈值的绝对值，则将所述第一次采集的时刻确定为所述特定子波形的最小开始时刻。

可选地，所述特定子波形的最大开始时刻按照如下方式确定：

在所述检测所述半波波形中单个半波内的特定子波形的过程中，若在所述预设时间区间内，多次采集到绝对值不小于所述预设非零阈值的绝对值的电压值，且其中的最后一次采集到的电压值的绝对值等于所述预设非零阈值的绝对值，则根据所述最后一次采集的时刻、所述预设时间区间、n1、n2，以及所述周期性采集的周期，确定所述特定子波形的最大开始时刻。

可选地，根据所述最后一次采集的时刻、所述预设时间区间、n1、n2，以及所述周期性采集的周期，确定所述特定子波形的最大开始时刻，包括：

利用如下公式，确定所述特定子波形的最大开始时刻：

tmax＝t2-(tth-(n1-n2)*δt)；

其中，tmax表示所述特定子波形的最大开始时刻，t2表示所述最后一次采集的时刻，tth表示所述预设时间区间，δt表示所述周期性采集的周期。

可选地，根据所述特定子波形的最小开始时刻和对应的最大开始时刻，确定所述补偿延时，包括：

根据所述特定子波形的最小开始时刻和对应的最大开始时刻、所述电压采集信号的周期，以及所述预设时间区间，确定所述特定子波形的补偿延时。

可选地，根据所述特定子波形的最小开始时刻和对应的最大开始时刻、所述电压采集信号的周期，以及所述预设时间区间，确定所述特定子波形的补偿延时，包括：

利用如下公式，确定所述特定子波形的补偿延时：

m*t-(tmin+tth+δtd)＝tmax+tth+δtd-m*t；

m＝tmin/t+1＝tmax/t+1；

其中，δtd表示所述特定子波形的补偿延时，tmin、tmax分别表示所述特定子波形的最小开始时刻和对应的最大开始时刻，t表示所述电压采集信号的周期的一半，tth表示所述预设时间区间，m为正整数。

一种烹饪器具，包括交流电压检测电路，所述交流电压检测电路包括过零采集电路、控制芯片，所述过零采集电路用于对交流电压信号进行整流、分压、滤波，采集得到半波波形的电压采集信号，所述控制芯片用于根据所述电压采集信号计算所述交流电压信号的电压值，所述控制芯片包括存储器、处理器，以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述基于交流电压检测电路的交流电压过零检测方法。

一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于交流电压检测电路的交流电压过零检测方法。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：无需专门设计过零检测电路，而是直接利用交流电压检测电路，结合软件算法来进行交流电压过零检测，既能够降低成本，也能够较为精确地判定过零点，比如可以应用于烹饪器具，根据过零检测结果，可以进一步地控制烹饪器具的加热功率，以提高烹饪器具的烹饪效率和可靠性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为现有的三种过零检测电路及其实现过零检测的原理示意图；

图2为本申请的一些实施例提供的一种交流电压检测电路的部分结构示意图；

图3为本申请的一些实施例提供的一种基于交流电压检测电路的交流电压过零检测方法的流程示意图；

图4为本申请的一些实施例提供的一种电压采集信号的波形示意图；

图5为本申请的一些实施例提供的一种应用场景下，上述基于交流电压检测电路的交流电压过零检测方法的详细流程示意图；

图6为本申请的一些实施例提供的一种烹饪器具的部分结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在实际应用中，接交流电(中国国内一般指市电，即50hz，220v的交流电)的家电中通常都具有交流电压检测电路，交流电压检测电路用于检测交流电压信号的电压值。具体地，交流电压检测电路对输入的交流电压信号进行整流、分压、滤波，采集得到半波波形的电压采集信号，再根据电压采集信号计算交流电压信号的电压值，下面的一些实施例假定交流电压信号与电压采集信号的时间轴和周期是一致的(在时间轴上未进行伸缩和平移)，而若不一致，则可以进行相应的换算，但是仍然能够实现过零检测。更直观地，本申请的一些实施例提供了一种交流电压检测电路的部分结构(用于采集电压采集信号的结构)示意图，如图2所示。

图2中的电路包括：二极管d1、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4和电容c1。二极管d1的阳极通过端口vin连接市电火线l，二极管d1的阴极与电阻r1相连，电阻r2与电阻r1、电阻r3相连，电阻r3与电阻r2、电阻r4相连，电阻r4一端与参考地相连，另一端可以通过端口vout与微控制单元(microcontrollerunit，mcu)相连，电容c1一端与端口vout相连，另一端与参考地相连。

图2中的电路的工作原理为：市电火线l提供的交流电压信号通过端口vin输入交流电压检测电路，由二极管d1整流成正弦半波或者余弦半波，再由电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4分压后降低电压值，再由电容c1滤波后，通过端口vout输入到mcu；mcu通过实时捕捉到vout端口输出的电压采集信号的瞬时电压值，可以计算出一段时间内的电压平均值和峰值，并根据vout端口与vin端口的转换关系，推算出交流电压信号的电压值；其中，电阻r1、电阻r2、电阻r3和电阻r4应选择合适阻值，保证vout端口的最大电压值在mcu的电压接收范围内，电容c1的容值一般选择1nf或者更小。

当然，图2中的结构是示例性的，并非唯一结构。比如，用于分压的电阻数量也可以不是4个；再比如，也可以先滤波，再分压；等等。

本申请的方案利用交流电压检测电路采集得到的半波波形的电压采集信号，结合软件算法，实现对交流电压信号的过零检测，结合图3继续说明。图3为本申请的一些实施例提供的一种基于交流电压检测电路的交流电压过零检测方法的流程示意图，方法的执行主体包括交流电压检测电路，以图2为例，电压采集信号具体由vin端口与vout端口之间的电路采集，软件算法比如由可连接至vout端口的mcu执行。

图3中的流程包括以下步骤：

s300：通过周期性采集所述电压采集信号，检测所述半波波形中单个半波内的特定子波形，所述特定子波形上的电压值的绝对值不小于所述半波波形上的预设非零阈值的绝对值。

在本申请的一些实施例中，半波波形可以为正弦波形，也可以为余弦波形。若半波波形为正半波，则预设非零阈值为正值，特定子波形上的电压值不小于预设非零阈值，而若半波波形为负半波，则预设非零阈值为负值，特定子波形上的电压值不大于预设非零阈值。预设非零阈值在单个半波内对应两个不同时刻，特定子波形属于这两个时刻之间的波形。为了便于描述，下面一些实施例主要以半波波形为正弦波形，且为正半波为例进行说明。

参照图4，图4为本申请的一些实施例提供的一种电压采集信号的波形示意图，横坐标为时间，纵坐标为电压值。假设交流电压信号和电压采集信号的周期为2t，由于电压采集信号中每个周期都有半周期的电压值均为0，则若直接采集电压值为0的点容易误判过零点，本申请考虑设定一个大于0的电压阈值vth(作为预设非零阈值，vth不等于电压采集信号的峰值)，可以通过采集不小于vth的电压值，来计算出当前电压在波形中所处位置；此外，由于交流电网常常存在杂波的干扰，单次采集到不小于vth的电压值不一定准确，基于此，可以在一段时间区间内周期性多次采集电压值，来确定波形。vth在正弦半波上对应的两个时刻分别为t1和t2，在t1和t2之间设定一个波形检测时间区间，用来检测是否有正弦半波输入，减小杂波带来的影响，将该波形检测时间区间称为预设时间区间，记作tth，tth处于t1和t2之间，tth≤t2-t1，特定子波形即可以为电压采集信号在tth内的波形。

vth的选择可以结合tth来考虑，若vth对应的时间区间t2-t1远大于tth，则可能导致过零点检测误差偏大，可以选择合适的vth，使t2-t1略大于tth。

s302：获取所述特定子波形的补偿延时,其中，所述补偿延时是根据所述特定子波形的最小开始时刻和对应的最大开始时刻确定的。

由于tth小于电压采集信号的半周期t，则在tth内检测到波形满足要求后，还需要延时一段时间，才可能到达过零点，将这段时间称为特定子波形的补偿延时，记作δtd。

在本申请的一些实施例中，由于是通过周期性采集电压采集信号，检测特定子波形，而采集电压采集信号时的周期与电压采集信号的周期是不一致的，采集电压采集信号时的周期一般小于，甚至远小于电压采集信号的半周期，如此，才能够在电压采集信号的半周期内多次采集电压采集信号，而且，两者的起始时间也未必对齐，因此，所检测出的特定子波形的开始时间是不固定的，其可能在一个范围内波动，这个范围的左端点即为特定子波形的最小开始时刻，右端点即为特定子波形的最大开始时刻。

在本申请的一些实施例中，若检测的某个特定子波形的开始时刻越靠近最小开始时刻，则表示特定子波形相对于下一个过零点越提前，因此，相应的其补偿延时可以是越大的，而若检测的某个特定子波形的开始时刻越靠近最大开始时刻，则表示特定子波形相对于下一个过零点提前越少，因此，其补偿延时可以是相应越小的。

但是，若为不同周期内的特定子波形，单独地分别计算该特定子波形的补偿延时，则会带来较大的计算量，实时性较差，反而会影响过零检测效率，基于此，可以为不同周期内的特定子波形统一计算补偿延时，从而无需每个周期再实时计算。统一计算的补偿延时可以是以尽量减小整体误差为目标，而计算得到的。比如，使特定子波形的最小开始时刻和最大开始时刻分别叠加上补偿延时后，距离下一个过零点的时间检测相等；再比如，分别为特定子波形的最小开始时刻和最大开始时刻计算一个补偿延时，然后，每个周期在已计算出的两个补偿延时中，随机选择其中一个用于检测下一个过零点；等等。

s304：根据所述特定子波形和所述补偿延时，判定所述交流电压信号的过零点。

在本申请的一些实施例中，可以将特定子波形加上补偿延时之后到达的时刻，判定为该特定子波形的下一个过零点。或者，也可以根据特定子波形和补偿延时确定一个过零点可能在的时间区间，再在该时间区间中进一步地判定过零点，比如，将该时间区间中的随机时刻判定为过零点。

进一步地，在判定出交流电压信号的过零点后，还可以在该过零点执行相应的控制动作，比如，吸合或者断开继电器触点，打开或者关闭可控硅等。这些控制动作能够实现相应的物理效果以及业务效果。

以诸如电饭煲等烹饪器具为例，可以通过可控硅控制电饭煲中加热模块的电压的变化，从而实现对加热模块的加热功率的控制，而较优的控制时刻即为过零点，从而有助于提高电压稳定性，进而也有助于提高加热功率的稳定性，从而取得更好的烹饪效果。

通过图3的方法，无需专门设计过零检测电路，而是直接利用交流电压检测电路，结合软件算法来进行交流电压过零检测，既能够降低成本，也能够较为精确地判定过零点，比如可以应用于烹饪器具，根据过零检测结果，可以进一步地控制烹饪器具的加热功率，以提高烹饪器具的烹饪效率和可靠性。

基于图3的方法，本申请的一些实施例还提供了该方法的一些具体实施方案，以及扩展方案，下面继续结合图4进行说明。

前面已经提到，tth为波形检测时间区间，当以δt为周期(一般地，δt越小，则采集精度越高，可以根据mcu能力选择合适的值)，周期性采集电压采集信号时，将在tth内的最大采集次数记作n1，有n1＝tth/δt。可以设定一个正整数n2≤n1，每当在tth内n2次采集到的电压值的绝对值均不小于半波波形上的vth的绝对值，则确定检测到半波波形中单个半波内的特定子波形。

需要说明的是，由于采集过程中有可能会存在信号瞬时的异常扰动，导致个别时刻的信号采集值与真实值偏离过大，可以给与这种情况一定的容忍度，当这种情况出现的次数不超过容忍度时，可以继续当前的检测过程，否则，可以考虑重新进行检测。

具体地，特定子波形的一轮检测过程可以如下：本轮达到要求的采集次数记作n，置0，当第一次采集到电压采集信号的电压值不小于vth时，t从0开始计时，每次采集到电压值不小于vth，n加1；若在t≤tth内，n达到n2时，则认为当前波形满足要求，也即检测到了特定子波形；否则，结束本轮；若在t≤tth内连续2次(也可以设置为大于2的值)采集到的电压值均小于vth，则认为当前波形异常，结束本轮。

n2的选择则会影响采集抗干扰度，n2取值越大，检测难度增大，滤波效果也越好。当n2＝n1，能够最完整地检测出特定子波形，不过同样也是考虑到提高容错性，一般可以设置n2略小于n1，比如，设置n2≤n1-2。

在本申请的一些实施例中，在图4中，可以比较直观地看出，在任一个周期内，都存在特定子波形的一个上述的最小开始时刻(记作tmin)及其对应的一个上述的最大开始时刻(记作tmax)，使得在t≤tth内的n达到n2。

由于t是从本轮第一次采集到不小于vth的电压值时开始计时，因此，tmin即为电压值为vth的其中一个时刻t1。基于此，在检测半波波形中单个半波内的特定子波形的过程中，若在预设时间区间内，多次采集到绝对值不小于预设非零阈值的绝对值的电压值，且其中的第一次采集到的电压值的绝对值等于预设非零阈值的绝对值，则将第一次采集的时刻确定为特定子波形的最小开始时刻。

类似地，在检测半波波形中单个半波内的特定子波形的过程中，若在预设时间区间内，多次采集到绝对值不小于预设非零阈值的绝对值的电压值，且其中的最后一次采集到的电压值的绝对值等于预设非零阈值的绝对值，则根据最后一次采集的时刻、预设时间区间、n1、n2，以及周期性采集的周期，确定特定子波形的最大开始时刻。

例如，对照图4，可以利用如下公式，确定特定子波形的最大开始时刻：tmax＝t2-(tth-(n1-n2)*δt)。

在本申请的一些实施例中，可以根据特定子波形的最小开始时刻和对应的最大开始时刻、电压采集信号的周期，以及预设时间区间，确定特定子波形的补偿延时。前面已经提到，确定，假定使特定子波形的最小开始时刻和最大开始时刻分别叠加上补偿延时后，距离下一个过零点的时间检测相等(也即，到下一个过零点的公差最小)。

例如，对照图4，可以利用如下公式，确定所述特定子波形的补偿延时：

m*t-(tmin+tth+δtd)＝tmax+tth+δtd-m*t；

m＝tmin/t+1＝tmax/t+1；

其中，m为正整数，在图4中，m＝3。

根据上面的说明，本申请的一些实施例还提供了一种应用场景下，上述基于交流电压检测电路的交流电压过零检测方法的详细流程示意图，如图5所示。

在图5的流程中，用t对tth计时，以δt为周期，周期性采集电压采集信号的电压值；用n计数，计在tth内符合要求(电压值不小于vth)的采集次数；用n2计数，计在tth内连续不符合要求的采集次数，若n2累计至不小于2，则将t、n、n2均清零，重新进行检测。若在tth内n累计至不小于n2，则延时δtd，检测到过零点。

基于同样的思路，本申请的一些实施例还提供了一种烹饪器具，能够执行上述的基于交流电压检测电路的交流电压过零检测方法，图6为该烹饪器具的部分结构示意图。

在图6中，该烹饪器具包括交流电压检测电路，交流电压检测电路包括过零采集电路(比如，图2中的电路)、控制芯片(比如，上述的mcu)，过零采集电路用于对交流电压信号进行整流、分压、滤波，采集得到半波波形的电压采集信号，控制芯片用于根据所述电压采集信号计算所述交流电压信号的电压值，控制芯片包括存储器、处理器、通信接口、总线等，以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述的过零检测方法。另外，该烹饪器具进一步地还可以包括执行模块，执行模块可以用于根据控制芯片的过零检测结果，针对诸如烹饪器具上的继电器或者可控硅等器件，执行通断控制动作，从而实现对加热功率的控制。

基于同样的思路，本申请的一些实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的过零检测方法。

本申请中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。