一種溫度可調(diào)智能加熱器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于家用電器中加熱器的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種溫度可調(diào)智能加熱器及 其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電熱水壺作為最常用的家用電器，應(yīng)用及其廣泛，可用于嬰幼兒配方奶粉的沖泡、 家用泡茶等功能。目前，廣泛使用的電熱水壺主要采用功率加熱管加熱水溫，利用感溫開關(guān) 自動斷電，從而實(shí)現(xiàn)控制水溫，以適應(yīng)我們的家用生活領(lǐng)域需要不同的水溫，比如：40度用 于果汁沖泡、50度、60度用于幼兒配方奶粉的沖泡、70度用于咖啡的沖泡、90度用于泡茶 等。配方奶粉作為母乳的替代，在沖泡時(shí)對水溫有著嚴(yán)格的要求，水溫過高或過低都會造成 奶粉營養(yǎng)成分的流失、影響嬰幼兒的身體發(fā)育和營養(yǎng)健康水平。
[0003] 目前人們對嬰幼兒配方奶粉的沖調(diào)主要采用以下2種方法：1、直接用冷開水加沸 水沖調(diào)，或?qū)⒎兴鋮s，然后利用人的感官（手背或嘴）對溫度進(jìn)行感知。2、采用沖奶器進(jìn) 行奶粉沖泡。
[0004] 在配方奶粉與溫水沖對時(shí)，溫度不準(zhǔn)確將導(dǎo)致奶粉的營養(yǎng)的流失，現(xiàn)有沖奶方法， 存在以下不足：
[0005] 1、人工試溫，這一方法沖泡奶粉，水溫高低靠個(gè)人感覺，偏差大，操作麻煩，等待時(shí) 間長，既不科學(xué)也不準(zhǔn)確，一不小心還會燙傷。
[0006] 2、沖奶器沖奶，目前用于嬰幼兒市場的沖奶器采用機(jī)械式控溫的方法或模擬電路 控溫，恒溫效果不好，溫度偏差較大。
[0007] 3、目前市場上還沒有一款可以實(shí)現(xiàn)任意溫度（沸點(diǎn)以下）可調(diào)，且能快速加熱、精 確恒溫的多用途電熱水壺或沖奶器。
[0008] 4、為了得到適當(dāng)沖調(diào)溫度，所需等待時(shí)間長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是要解決上述電熱水壺溫控不準(zhǔn)確、加熱溫度固定的技術(shù)問題，提 供一種溫控精度高、加熱溫度可任意設(shè)定的溫度可調(diào)智能加熱器。
[0010] 為了解決上述問題，本發(fā)明按以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：
[0011] 本發(fā)明所述溫度可調(diào)的智能加熱器，包括人機(jī)接口模塊、溫度測量模塊、控制模塊 和輸出功率控制模塊，所述人機(jī)接口模塊用于設(shè)定水的恒定溫度；
[0012] 所述控制模塊用于接收溫度測量模塊的溫度數(shù)據(jù)，并與設(shè)定的恒定溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行 變參數(shù)PID運(yùn)算，得到加熱功率脈沖寬度調(diào)制（PWM)數(shù)據(jù)，并將加熱功率PWM數(shù)據(jù)輸出至輸 出功率控制模塊；所述變參數(shù)PID運(yùn)算的參數(shù)包括加熱升溫PID參數(shù)和恒溫PID參數(shù)；所述 輸出功率控制模塊用于加熱水。
[0013] 進(jìn)一步地，所述加熱升溫PID參數(shù)中比例系數(shù)為12~15,優(yōu)選14,積分系數(shù)為 0. 2~0. 5,優(yōu)選0. 3 ;微分系數(shù)為0 ;所述恒溫PID參數(shù)中比例系數(shù)為3~5,優(yōu)選4 ;積分 系數(shù)為0. 1~0. 2,優(yōu)選0.I;微分系數(shù)為I. 5~3,優(yōu)選2。
[0014] 進(jìn)一步地，所述人機(jī)接口模塊包括用于錄入數(shù)據(jù)的按鍵和用于顯示溫度數(shù)據(jù)的顯 示單元，方便隨時(shí)修改恒定溫度，并將定時(shí)刷新水的溫度，方便用戶觀察溫度數(shù)據(jù)。
[0015] 進(jìn)一步地，所述輸出功率控制模塊包括光耦合器、可控硅和加熱元件；
[0016] 所述控制模塊輸出的加熱功率PWM數(shù)據(jù)控制光耦合器的導(dǎo)通時(shí)間，從而控制可 控硅導(dǎo)通的時(shí)間，從而控制加熱元件的加熱時(shí)間；所述可控硅用于控制加熱元件通電或斷 電；
[0017] 所述加熱元件用于釋放熱量，加熱水。
[0018] 進(jìn)一步地，所述溫度測量模塊包括溫度傳感器、用于將傳感器檢測到的電信號轉(zhuǎn) 換成電壓信號的變換電路和將電壓模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0019] 進(jìn)一步地，所述控制模塊包括微型控制器、PID算法單元和輸出溫度控制單元。
[0020] 一種溫度可調(diào)的智能加熱器的控制方法，其步驟包括：
[0021] (1)、通過人機(jī)接口模塊，設(shè)定恒定溫度；
[0022](2)、通過控制溫度測量模塊定時(shí)測量水的溫度，并將水的溫度數(shù)據(jù)傳輸至控制模 塊；
[0023] (3)、控制模塊接收到水的當(dāng)前溫度數(shù)據(jù)，與步驟（1)中設(shè)定的恒定溫度進(jìn)行變參 數(shù)PID運(yùn)算，所述變參數(shù)PID運(yùn)算的變參數(shù)包括加熱升溫PID參數(shù)和恒溫PID參數(shù)，所述控 制模塊通過Qx =CmAT計(jì)算水加熱到設(shè)定溫度所需要的能量，其中，C是水的比熱容，m是
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種溫度可調(diào)的智能加熱器，包括人機(jī)接口模塊、溫度測量模塊、控制模塊和輸出功 率控制模塊，其特征在于： 所述人機(jī)接口模塊用于設(shè)定水的恒定溫度； 所述控制模塊用于接收溫度測量模塊的溫度數(shù)據(jù)，并與設(shè)定的恒定溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行變參 數(shù)PID運(yùn)算，得到加熱功率脈沖寬度調(diào)制數(shù)據(jù)，并將加熱功率脈沖寬度調(diào)制數(shù)據(jù)輸出至輸 出功率控制模塊；所述變參數(shù)PID運(yùn)算的參數(shù)包括加熱升溫PID參數(shù)和恒溫PID參數(shù)； 所述輸出功率控制模塊用于加熱水。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述溫度可調(diào)的智能加熱器，其特征在于：所述加熱升溫PID參數(shù) 中比例系數(shù)為12~15,積分系數(shù)為0. 2~0. 5,微分系數(shù)為O ;所述恒溫PID參數(shù)中比例系 數(shù)為3~5,積分系數(shù)為0. 1~0. 2,微分系數(shù)為1. 5~3。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述溫度可調(diào)的智能加熱器，其特征在于：所述加熱升溫PID參數(shù) 中比例系數(shù)為14,積分系數(shù)為0. 3,微分系數(shù)為0 ;所述恒溫PID參數(shù)中比例系數(shù)為4,積分 系數(shù)為〇. 1，微分系數(shù)為2。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述溫度可調(diào)的智能加熱器，其特征在于：所述人機(jī)接口模塊包括 用于錄入數(shù)據(jù)的按鍵和用于顯示溫度數(shù)據(jù)的顯示單元。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述溫度可調(diào)的智能加熱器，其特征在于：所述輸出功率控制模塊 包括光稱合器、可控娃和加熱兀件； 所述控制模塊輸出的加熱功率脈沖寬度調(diào)制數(shù)據(jù)控制光耦合器的導(dǎo)通時(shí)間，從而控制 可控娃導(dǎo)通的時(shí)間； 所述可控硅用于控制加熱元件通電或斷電； 所述加熱元件用于釋放熱量，加熱水。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述溫度可調(diào)的智能加熱器，其特征在于：所述溫度測量模塊包括 溫度傳感器、用于將傳感器檢測到的電信號轉(zhuǎn)換成電壓信號的變換電路和將電壓模擬信號 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述溫度可調(diào)的智能加熱器，其特征在于：所述控制模 塊包括微型控制器、PID算法單元和輸出溫度控制單元。
8. -種如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述溫度可調(diào)的智能加熱器的控制方法，其步驟包 括： (1) 、通過人機(jī)接口模塊，設(shè)定恒定溫度； (2) 、通過控制溫度測量模塊定時(shí)測量水的溫度，并將水的溫度數(shù)據(jù)傳輸至控制模塊； (3) 、控制模塊接收到水的當(dāng)前溫度數(shù)據(jù)，與步驟（1)中設(shè)定的恒定溫度進(jìn)行變參數(shù) PID運(yùn)算，所述變參數(shù)PID運(yùn)算的變參數(shù)包括加熱升溫PID參數(shù)和恒溫PID參數(shù)，所述控制 模塊通過Qx = CmAT計(jì)算水加熱到設(shè)定溫度所需要的能量，其中，C是水的比熱容，m是水 的質(zhì)量，Λ T是溫差；通過W 十算加熱電能值，其中qi為脈沖寬度調(diào)制的占空比， /:1 Ptl為加熱元件的額定功率，At為脈沖寬度調(diào)制輸出時(shí)間片的時(shí)長； 若加熱電能值W低于水升溫所需能量Qx的90 %，采用加熱升溫PID參數(shù)進(jìn)行PID運(yùn) 算； 若加熱電能值W高于水升溫所需能量Qx的90 %，采用恒溫PID參數(shù)進(jìn)行PID運(yùn)算； 若水的目前溫度與設(shè)定的恒定溫度值之差Λ T小于4攝氏度，采用恒溫PID參數(shù)進(jìn)行 PID運(yùn)算； (4) 、通過PID運(yùn)算得到加熱功率脈沖寬度調(diào)制數(shù)據(jù)，并定時(shí)將加熱功率脈沖寬度調(diào)制 數(shù)據(jù)輸出至輸出功率控制模塊； (5) 、輸出功率控制模塊接收到加熱功率脈沖寬度調(diào)制數(shù)據(jù)，控制加熱的時(shí)間，給水加 熱。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述溫度可調(diào)的智能加熱器的控制方法，其特征在于：所述加熱升 溫PID參數(shù)中比例系數(shù)為12~15,積分系數(shù)為0. 2~0. 5,微分系數(shù)為O ;所述恒溫PID參 數(shù)中比例系數(shù)為3~5,積分系數(shù)為0. 1~0. 2,微分系數(shù)為1. 5~3。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述溫度可調(diào)的智能加熱器的控制方法，其特征在于：所述步驟 (3)中，所述控制模塊接收到溫度測量模塊傳輸?shù)臏囟葦?shù)據(jù)，通過計(jì)算一定時(shí)間內(nèi)的溫度平 均值來進(jìn)行PID運(yùn)算； 所述控制模塊采用去最值算術(shù)平均值濾波法和限幅濾波法處理水的溫度數(shù)據(jù)，所述去 最值算術(shù)平均值濾波法是控制模塊將一定時(shí)間內(nèi)連續(xù)接收的溫度數(shù)據(jù)的最大值和最小值 去掉，再計(jì)算溫度的平均值； 所述限幅濾波法是控制模塊檢測將接收到相鄰兩個(gè)溫度值差距大于3. 0攝氏度的溫 度值舍棄，再計(jì)算溫度的平均值。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種溫度可調(diào)的智能加熱器，包括人機(jī)接口模塊、溫度測量模塊、控制模塊和輸出功率控制模塊，所述人機(jī)接口模塊用于設(shè)定恒定溫度和顯示水的溫度；所述溫度測量模塊用于測量水的溫度，并將溫度數(shù)據(jù)傳輸至控制模塊；所述控制模塊用于接收溫度測量模塊的溫度數(shù)據(jù)，并進(jìn)行變參數(shù)PID運(yùn)算，得到加熱功率PWM數(shù)據(jù)，并將加熱功率PWM數(shù)據(jù)輸出至輸出功率控制模塊；所述輸出功率控制模塊用于加熱水溫，控制水溫。本發(fā)明采用變參數(shù)的PID運(yùn)算，根據(jù)不同的溫差控制加熱元件的加熱時(shí)間，將水溫準(zhǔn)確控制在室溫與沸點(diǎn)溫度間的任意溫度，溫度偏差控制在1.5攝氏度內(nèi)，而且加熱升溫快速，溫度控制精準(zhǔn)，有效防止加熱過程中的熱過沖。
【IPC分類】A47J31-00, A47J31-44, A47J31-56, A47J27-21
【公開號】CN104825052
【申請?zhí)枴緾N201410412774
【發(fā)明人】江麗, 劉志斌
【申請人】江麗, 劉志斌
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2014年8月20日