本实用新型涉及家电领域，具体涉及一种带无线供电及触摸功能的电水壶。
背景技术：
目前，带温度控制的电水壶都采用五环耦合器，其价格高出三环耦合器的一倍以上。其中，采用无线传输方式对温度采集模块进行供电，再通过无线方式将采集的温度发送给主控模块，从而有效减少五环耦合器的损耗。同时，由于市面上的无线供电水壶对待接收的无线信号未进行特殊处理，在水壶接触不良的情况下，容易造成数据丢失，最终导致温度控制异常。
技术实现要素：
本实用新型针对以上问题，提出了一种结构精巧、稳定性好且可靠性高，使用时可进行稳定、可靠、高效的无线信号传输，从而避免因水壶接触不良而导致的温度控制异常的带无线供电及触摸功能的电水壶。
本实用新型的技术方案为：包括中央控制模块、无线供电模块、信号接收模块、无线电源接收模块、控制芯片、温度采集模块、触摸显示屏、加热管控制模块和蜂鸣器控制模块；
所述中央控制模块通过加热管控制模块控制加热管，所述中央控制模块通过蜂鸣器控制模块控制蜂鸣器；
所述触摸显示屏与中央控制模块进行数据交互；
所述无线供电模块连接在中央控制模块上，所述信号接收模块连接在无线供电模块上、且与中央控制模块相连接；通过所述无线电源接收模块分别给控制芯片和温度采集模块供电，所述温度采集模块通过控制芯片连接无线电源接收模块；所述无线电源接收模块与无线供电模块通过电磁谐振进行电能传输。
所述无线供电模块包括电阻R7、三极管Q2、三极管Q3、电感L1和电容C1；电阻R7的一端通过端口RF连接在中央控制模块上、且电阻R7的另一端分别连接在三极管Q2的基极和三极管Q3的基极上，三极管Q2的集电极连接有5V电源，三极管Q2的发射极连接三极管Q3的发射极，三极管Q2的发射极和三极管Q3的发射极之间连接电感L1，电容C1连接在电感L1与三极管Q3的集电极之间；所述信号接收模块与电容C1并联。
所述信号接收模块包括电阻R8、二极管D2、电阻R9、电容C2、电容C3、电容C21、电阻R18、电阻R19、电阻R20、三极管Q4、电阻R5和电容C4；
电阻R8、二极管D2、电阻R9串联后并联在电容C1的两端，且电阻R9和电容C1之间接地，电容C2的两端并联在电阻R9的两端上，电容C3、电容C21串联后并联在电容C2的两端，电阻R19的两端并联在电容C21的两端上，电阻R18的一端连接在5V电源上、且另一端连接在电容C21和电阻R19之间，三极管Q4的基极连接在电容C21和电阻R19之间，三极管Q4的集电极通过电阻R20连接在5V电源上、且三极管Q4的集电极和电阻R20之间通过端口DAT连接在中央控制模块上，三极管Q4的发射极连接电阻R5后接地，电容C4的两端并联在电阻R5的两端。
所述无线电源接收模块包括电阻R01、电阻R02、开关管VT01、电容C01、电感L01、电容C02、二极管D01、电容C09、稳压芯片U01和电容C08；
电阻R01的一端通过端口DO连接控制芯片、且电阻R01的另一端连接电阻R02后接地，开关管VT01的栅极连接在电阻R01和电阻R02之间，开关管VT01的漏极通过电容C01连接二极管D01的阳极，开关管VT01的源极接地，电感L01的一端连接在电容C01和二极管D01的阳极之间、且另一端接地，电容C02的一端连接在电感L01和二极管D01的阳极之间、且另一端接地；二极管D01的阴极连接在稳压芯片U01的Vin端，稳压芯片U01的GND端接地，电容C09的一端连接在二极管D01的阴极和稳压芯片U01的Vin端之间、且另一端接地，稳压芯片U01的Vout端电容C08接地，使得稳压芯片U01的Vout端和电容C08之间可稳定输出3.3V电源。
所述温度采集模块包括电阻R04、电容C04、电阻R03和热敏电阻R00；
电阻R04的一端通过端口NTC连接控制芯片、且电阻R04的另一端通过电容C04接地，电阻R03的两端并联在电容C04的两端上，热敏电阻R00的一端连接3.3V电源上、且热敏电阻R00的另一端连接在电阻R04和电阻R03之间。
所述控制芯片端口DO口发出的数据的数据编码由起始码、数据1、数据0三种编码组成；
所述起始码为5ms低电平，所述数据1为数据头+1.25ms低电平，所述数据0为数据头+2.5ms低电平，所述数据头为0.5ms～5ms高电平。
本实用新型使用时，用户可通过触摸按键设置目标温度，触摸显示屏根据当前加热状态显示设定温度或实际水温。中央控制模块根据温度采集模块发送的实际水温和用户设定的目标温度控制加热负载的导通比例，实现温度控制。同时，结合加热时温度的变化率对沸腾进行判定。而中央控制模块根据温度采集模块反馈的数据，可确定壶身当前状态。若超过一定时间未接收到温度采集模块反馈的数据，可视为壶身离开底座或者温度采集模块工作异常。此时可对通过触摸显示屏和蜂鸣器进行提示，控制水壶进入保护状态。
本实用新型取缔了常规的无线数据传输方式，从而即使在水壶接触不良的情况下，也不易造成数据丢失，从而可进行稳定、可靠、高效的无线信号传输。
附图说明
图1是本案的结构示意图，
图2是本案中无线供电模块和信号接收模块的结构示意图，
图3是本案中控制芯片的结构示意图，
图4是本案中无线电源接收模块的结构示意图，
图5是本案中温度采集模块的结构示意图，
图6是本案中端口DO口发出的数据的数据编码示意图。
具体实施方式
本实用新型如图1-6所示，包括中央控制模块、无线供电模块、信号接收模块、无线电源接收模块、控制芯片(型号为CM9M04X的MCU)、温度采集模块、触摸显示屏、加热管控制模块和蜂鸣器控制模块；
所述中央控制模块通过加热管控制模块控制加热管，从而实现对水壶中水的加热，所述中央控制模块通过蜂鸣器控制模块控制蜂鸣器，使用时，若超过一定时间未接收到温度采集模块反馈的数据，可视为壶身离开底座或者温度采集模块工作异常，从而触发蜂鸣器报警；
所述触摸显示屏与中央控制模块进行数据交互；从而一方面，使得用户可通过触摸显示屏向中央控制模块输入指令；另一方面，可由中央控制模块向触摸显示屏发送实时数据显示给用户；
所述无线供电模块连接在中央控制模块上，所述信号接收模块连接在无线供电模块上、且与中央控制模块相连接；通过所述无线电源接收模块分别给控制芯片和温度采集模块供电，所述温度采集模块通过控制芯片连接无线电源接收模块；所述无线电源接收模块与无线供电模块通过电磁谐振进行电能传输(即保持谐振)。
这样，首先可通过中央控制模块控制无线供电模块开始供电，从而通过谐振使得无线电源接收模块上产生电压，并分别给控制芯片和温度采集模块供电；此后，温度采集模块采集到的水壶中的实时温度将经由控制芯片进行转换，并重新输入至无线电源接收模块中，使其与无线供电模块重新建立谐振；最终，重新建立谐振后的无线供电模块可将电信号经由信号接收模块传递至中央控制模块中，使得中央控制模块最终可接收到实时的温度信息。
所述无线供电模块包括电阻R7、三极管Q2、三极管Q3、电感L1和电容C1；电阻R7的一端通过端口RF连接在中央控制模块上、且电阻R7的另一端分别连接在三极管Q2的基极和三极管Q3的基极上，三极管Q2的集电极连接有5V电源，三极管Q2的发射极连接三极管Q3的发射极，三极管Q2的发射极和三极管Q3的发射极之间连接电感L1，电容C1连接在电感L1与三极管Q3的集电极之间；所述信号接收模块与电容C1并联。这样，电阻R7为限流电阻，三极管Q2、三极管Q3组成推挽电路，用于驱动电感L1、电容C1组成的串联电路，其中电感L1为与感应线圈，其匝数与无线电源接收模块中电感L01的线圈成一定比例，本方案取6匝。根据电路谐振理论，当驱动频率在电感L1、电容C1谐振频率范围附近时其呈现纯电阻特性，振幅最大，谐振频率理论公式为：实际使用时，调整线圈参数，使得电感L1＝5uH，取电容C1＝10nF，则最佳驱动频率为：709.6kHz，实际可取700kHz。从而，中央控制模块可按此频率输出一个占空比为50％的PWM信号，经限流电阻和推挽电路驱动电感L1、电容C1，使得电感L1、电容C1输出700KHZ的信号。
所述信号接收模块包括电阻R8、二极管D2、电阻R9、电容C2、电容C3、电容C21、电阻R18、电阻R19、电阻R20、三极管Q4、电阻R5和电容C4；
电阻R8、二极管D2、电阻R9串联后并联在电容C1的两端，且电阻R9和电容C1之间接地(电阻R9的一端与二极管D2的阴极连接、且另一端分别与电容C1和接地端连接)，电容C2的两端并联在电阻R9的两端上，电容C3、电容C21串联后并联在电容C2的两端，电阻R19的两端并联在电容C21的两端上，电阻R18的一端连接在5V电源上、且另一端连接在电容C21和电阻R19之间，三极管Q4的基极连接在电容C21和电阻R19之间，三极管Q4的集电极通过电阻R20连接在5V电源上、且三极管Q4的集电极和电阻R20之间通过端口DAT连接在中央控制模块上，三极管Q4的发射极连接电阻R5后接地，电容C4的两端并联在电阻R5的两端。
其中，电阻R8、二极管D2、电阻R9、电容C2组成信号接收电路：电阻R8、电阻R9用于阻抗匹配，从而防止电路中的电流过大，本案中取电阻R8＝0Ω，电阻R9＝33kΩ，二极管D2为检波二极管，用于截取信号的半个周期，电容C2为信号滤波电容，用于滤出高频载波，取电容C2＝22nF，经电容C2滤波后，接收到的是较平稳的信号脉冲。
而电容C3、电容C21、电阻R18、电阻R19、三极管Q4、电阻R20、电阻R5、电容C4组成信号转换电路，电容C3取10uF，电容C21为信号滤波电容，用于获得更为平整的脉冲信号，电阻R18、电阻R19、三极管Q4、电阻R20、电阻R5、电容C4组成信号放大电路，其放大倍数约为：R20/R5，最大放大值不超过电源电压，最小放大值不低于0V。C4为交流旁路电容，用于增大交流放大倍数。中央控制单元通过DAT点获取放大后的信号，并进行处理。
这样，重新建立谐振后的无线供电模块可将电信号经由信号接收电路和信号转换电路传递至中央控制模块中，使得中央控制模块最终在接收、转化后，获得实时的温度信息。
所述无线电源接收模块包括电阻R01、电阻R02、开关管VT01、电容C01、电感L01、电容C02、二极管D01、电容C09、稳压芯片U01(即为7233三端稳压器芯片)和电容C08；
电阻R01的一端通过端口DO连接控制芯片、且电阻R01的另一端连接电阻R02后接地，开关管VT01的栅极连接在电阻R01和电阻R02之间，开关管VT01的漏极通过电容C01连接二极管D01的阳极，开关管VT01的源极接地，电感L01的一端连接在电容C01和二极管D01的阳极之间、且另一端接地，电容C02的一端连接在电感L01和二极管D01的阳极之间、且另一端接地；二极管D01的阴极连接在稳压芯片U01的Vin端，稳压芯片U01的GND端接地，电容C09的一端连接在二极管D01的阴极和稳压芯片U01的Vin端之间、且另一端接地，稳压芯片U01的Vout端电容C08接地，使得稳压芯片U01的Vout端和电容C08之间可稳定输出3.3V电源。
其中，电容C02、电感L01组成选频网络，其取值应保证其谐振频率与“无线供电模块”相同，对于700kHz可取电容C02＝10nF，电感L01＝5uH，电感L01匝数取决于需要的电压，本方案取5V与“无线供电模块”相同，则L01匝数亦与之相同即6匝，其谐振频率亦为709.6kHz，从而对于700kHz的信号亦有很强的响应能力，当“无线供电模块”的驱动信号发出后，选频网络引发谐振，产生与谐振频率相当的正弦波，经二极管D01整流，再由电容C09滤波，最后通过稳压芯片U01稳压输出3.3V电压，供无线发送控制芯片U1以及温度采集模块取电。
所述温度采集模块包括电阻R04、电容C04、电阻R03和热敏电阻R00；
电阻R04的一端通过端口NTC连接控制芯片、且电阻R04的另一端通过电容C04接地，电阻R03的两端并联在电容C04的两端上，热敏电阻R00的一端连接3.3V电源上、且热敏电阻R00的另一端连接在电阻R04和电阻R03之间。由于热敏电阻R00的阻值与温度成反比，因此，将其装配至水壶底部即可感应水温的实时变化，并通过端口NTC将信号发送给控制芯片，从而使得此后控制芯片可通过端口DO将由温度转化的电信号发送至无线电源接收模块中。
当端口DO为高电平时开关管VT01导通，电容C01与选频网络并联，相当于改变了选频网络的电容，破坏了电路谐振，导致接收的无线信号变弱，其效果相当于“无线供电模块”提供的能量减小，即此时“无线供电模块”的振幅较大，再经“信号接收模块”检波、放大后，使得端口DAT将接收到低电平。同理，当端口DO为低电平时VT01截止，选频网络正常选频，即“无线供电模块”的无线供电端需要供给较大能量，其效果相当于“无线供电模块”的无线供电能量输出增加，而其自身能量减少，则振幅减小，再经“信号接收模块”检波、放大后其端口DAT将接收到高电平。
这样，即可实现将温度采集模块采集到的水壶中的实时温度经由控制芯片进行转换，并重新输入至无线电源接收模块中，使其与无线供电模块重新建立谐振的过程；进而使得重新建立谐振后的无线供电模块可将电信号经由信号接收电路和信号转换电路传递至中央控制模块中，使得中央控制模块最终在接收、转化后，获得实时的温度信息。
所述控制芯片端口DO口发出的数据的数据编码由起始码、数据1、数据0三种编码组成；
所述起始码为5ms低电平，所述数据1为数据头+1.25ms低电平，所述数据0为数据头+2.5ms低电平，所述数据头为0.5ms～5ms高电平。这样，即取缔了常规的无线数据传输方式，从而即使在水壶接触不良的情况下，也不易造成数据丢失，从而可进行稳定、可靠、高效的无线信号传输。
即具体组合为：起始码+n位数据位+n位数据位的反码，下面以数据头＝0.5ms，n＝10为例进行说明：
步骤1：读取“数据发送使能位”，如果为1则清零“数据发送计数器”，清零“数据发送计时器”，清零“数据发送结束位”转步骤2；如果“数据发送使能位”为0则继续步骤1；
步骤2：读取“数据发送计时器”，如果>＝5ms则对数据发送计数器赋值1，清零“数据发送计时器”，置1“数据码发送状态位”，转步骤3；否则对数据发送端口写低电平，继续步骤2；
步骤3：读取“数据码发送状态位”，如果为1则读取“数据发送计时器”，如果>＝0.5ms则对数据发送端口写0，清零“数据发送计时器”，置0“数据发送状态位”，清零“数据发送计时器”，继续步骤3。否则，如果“数据码发送状态位”为0则，读取“数据发送计时器”，根据“数据发送计数器”在发送缓存查找当前待发送的数据位，如果待发送数据位为1则当“数据发送计时器”>＝1.25ms时，完成一个数据1的发送，否则当待发送数据位为0则当“数据发送计时器”>＝2.5ms时，完成一个数据0的发送。数据1或数据0发送完成后，对“数据发送计数器”加1，清零“数据发送计时器”，置1“数据发送状态位”，如果“数据发送计数器”>＝20则转步骤4，否则继续步骤3；
步骤4：清零“数据发送使能位”，置1“数据发送结束位”，转步骤1。
关于数据通信的可靠性：通信空闲时数据端口保持“高电平”，数据以数据包的方式发送，由5ms的起始码开始，接着是10位的数据，然后是10位数据的反码，每个数据位由0.5ms的数据头+数据体组成，其中数据头为高电平，数据体为低电平，数据1的数据体长度为1.25ms，数据0的数据体长度为2.5ms的低电平。