CN102461330A

CN102461330A - 溢出检测方法及系统

Info

Publication number: CN102461330A
Application number: CN2010800290589A
Authority: CN
Inventors: 黄建明; 陈晓琳
Original assignee: Cypress Semiconductor Corp
Current assignee: Cypress Semiconductor Corp
Priority date: 2009-05-05
Filing date: 2010-05-05
Publication date: 2012-05-16
Also published as: WO2010129715A1

Abstract

本发明提供一种检测物质溢流到加热用具上的方法，可包含：检测由于所述物质接近电容性传感器元件而引起的所述电容性传感器元件的电容变化；确定所述电容变化是否超出预定阈值；以及响应于确定所述电容变化超出所述预定阈值而指示溢流情况。

Description

溢出检测方法及系统

相关申请案

本专利申请案主张2009年5月5日申请的第61/175,700号美国临时申请案的权益。

技术领域

本发明涉及用户接口装置的领域，且明确地说，涉及烹饪用具以及例如电磁炉等其它适当类型的装置中的溢出检测。

背景技术

电磁炉是使用电磁感应原理来加热的一种电炉。在使用电磁炉的过程中，烹饪容器中的水或食物可能由于某一事故或因沸腾而溢出到炊具盖。这可能会导致损坏用具/装置或伤害用户的某一风险。

举例来说，当电磁炉中的物质(如液体)沸腾溢出时，可能会损坏或在不经意中起动烹饪容器外部的按钮或其它电子装置。

用于检测溢出的一种方法是超声波检测法；然而用于此目的的超声波检测器的成本相对较高。

附图说明

在附图的各图中以实例方式(且并非以限制的方式)来说明本发明。

图1说明根据实施例的包含用于检测溢出情况的电容性传感器元件的炊具盖的横截面。

图2A说明用于检测溢出情况的电容性传感器元件的实施例的仰视图。

图2B说明用于检测溢出情况的电容性传感器元件的实施例的侧视图。

图3说明根据实施例的包含用于检测溢出情况的电容性传感器元件的炊具盖的仰视图。

图4为说明电容检测电路的实施例的电路图。

图5A为说明电容检测电路的实施例的电路图。

图5B为说明电容检测电路的实施例的电路图。

图6为说明电容检测电路的实施例的电路图。

图7为根据实施例的说明与电容性传感器元件的电容变化对应的计数值变化的曲线图。

图8为说明溢出检测过程的一个实施例的流程图。

具体实施方式

以下描述陈述如特定系统、组件、方法等实例的大量具体细节，以便更好地理解本发明的若干实施例。然而，所属领域的技术人员将明白，本发明的至少一些实施例可在没有这些具体细节的情况下实践。在其它情况下，为了避免不必要地混淆本发明，不对众所周知的组件或方法进行详细描述或是以简单的框图格式来介绍。因此，所陈述的具体细节仅仅是示范性的。特定实施方案可能不同于这些示范性细节，且仍被涵盖在本发明的精神和范围内。

例如电磁炉等用具的一个实施例可包含溢出或溢流检测机构，检测该用具中物质的溢流。举例来说，当被加热的物质或液体沸腾溢出或以其它方式漏出加热容器时，可能会出现溢出或溢流情况。在一个实施例中，当液体或其它物质存在于加热容器外的加热用具的任一表面上时，也可能会出现溢出或溢流情况。举例来说，加热用具表面上的溢出或滴落液体或其它物质可能会导致溢流情况被触发。为防止损坏用具或伤害用户，所述用具可进一步执行某一操作，例如响应检测到溢流情况而切断或减少烹饪热量。

在一个实施例中，溢出检测机构可包含控制器以及装配在烹饪容器周围的一个或若干个电容传感器。电容传感器可连接到控制器。控制器经配置以检测传感器上的电容变化，从而确定是否正出现溢出情况。如果所述情况出现，那么控制器可自动终止或降低用具的加热功率。

在一个实施例中，控制器可为独立控制器，或可集成到系统控制器中，作为系统控制器的部分功能。在一个实施例中，控制器使用一个额外引脚来检测溢出情况。

仅仅出于说明而非限制的目的，将在下文就电磁炉而论述根据本发明的系统和方法。然而，所属领域的技术人员将认识到，本发明可结合其中需要进行溢流检测的任一适当类型的用具或装置使用。举例来说，溢流检测机构可用于陶瓷灶具、饭煲或其它用具中。

图1说明包含用于检测溢出情况的电容性传感器元件的电磁炉的盖的横截面。在一个实施例中，由金属或另一导电材料制成的电容性传感器元件102附着于炊具盖101下方，且连接或以其它方式耦合到控制器(未图示)。

在一个实施例中，电容性传感器元件102大体环绕加热容器(例如用以容纳正由电磁炉烹饪的食物或其它物质的烹饪容器)的周围。举例来说，电容性传感器元件102可安置在烹饪盖101的边缘周围，使得当烹饪容器放置在烹饪盖101上时，电容性传感器元件102环绕烹饪容器的底座。在一实施例中，电容性传感器元件102可经定位以使得从加热容器中溢出的任何液体或其它物质将落在电容性传感器元件102上或附近。举例来说，电容性传感器元件102可环绕烹饪容器的开口。

举例来说，在电磁炉用具中，可将金属环粘附、耦合或以其它方式连接在炊具盖的边缘下方，或可将金属膜镀在盖101下方。电容性传感器元件102的形状可为圆形、矩形、条形或某一其它任意形状。

在一个实施例中，在加热用具(如饭煲)中实施溢流检测机构的情况下，一个或一个以上电容性传感器元件可安置在加热用具的盖子的内表面周围。在一个实施例中，传感器元件在盖子内部的位置允许传感器元件在液体或其它物质从加热容器中溢流之前，检测差不多要溢流的液体或其它物质。

图2A说明其中电容性传感器元件102包括金属环的实施例，所述金属环附着于炊具盖101的边缘附近，然后连接到控制器203作为输入。炊具盖101可为电磁炉的外壳的一部分，(例如)覆盖电磁炉的加热元件。图2B说明包含炊具盖101、电容性传感器元件102以及控制器203的炊具盖组合件的侧视图。在一个实施例中，控制器203包含处理元件，例如与存储器耦合以用于执行与测量和记录电容或控制所产生热量有关的操作的状态机或处理器。

参考图1，接地105与电容性传感器元件102之间存在等效电容C_P。当电磁炉中的物质(例如食物、水或某一其它液体)溢出炊具盖时，溢流物质接近电容性传感器元件102将引入物质(如水104)与电容性传感器元件102之间的等效电容C_F。等效电容C_F和C_P可模型化为并联连接的电容。电容C_F和C_P可由电容性传感器元件102与接地之间的等效电容Cx表示。

在一个实施例中，当其它因素大体恒定时，无论溢流情况如何，电容C_F都保持不变。电容C_F根据电容性传感器元件102上的水104或其它物质的量而改变。等效电容Cx将反映出C_F的变化。可以许多不同方法来执行对C_F变化的检测。在一个实施例中，可经由电容Cx的充电或放电来检测C_F的变化。

在一个实施例中，溢出检测功能性可与其它的系统功能控制(例如用于控制电磁炉的基于电容的触摸按钮)结合在一起。虽然任何合适的电容传感器均可用于溢出检测，但电容传感器可为(例如)用于控制器的触摸按钮输入。举例来说，电磁炉可具有用以控制例如炊具的电源状态或温度等功能的若干个电容性触摸按钮。在所述电磁炉中，用于溢流检测的电容性传感器元件102可连接到控制器203，并以与电容性触摸按钮类似的方式操作。

在一个实施例中，电容性传感器元件的电容也可能会受外部因素(例如来自电源切换的AC干扰)影响。在一个实施例中，由于传感器的电容的所述变化可能会影响溢出检测功能，因此控制器可周期性地更新Cx的基线值，随后将Cx的测得值与Cx的经更新基线值进行比较以确定Cx的变化。在一个实施例中，可选择预定阈值，使得当Cx的变化超出预定阈值时，控制器检测到溢出或溢流情况。举例来说，安装在炊具盖下方的电容传感器可与控制器连接或以其它方式耦合。在电磁炉的操作过程中，控制器周期性地测量电容Cx。当控制器检测到等效电容Cx的变化，且检测到的变化大于预定阈值时，那么检测到溢出或溢流情况。

在一个实施例中，响应于检测到溢出或溢流情况，控制器指示所述情况已发生。所述指示可为(例如)控制信号，发送到用于断开用具的加热元件或用于减少由加热元件供应的热量的开关。

在一个实施例中，电容性传感器元件102可为一起大体环绕加热容器的周围(例如，加热容器的底座或开口)的若干电容性传感器元件中的一个。图3说明其中可通过一个以上电容性传感器元件来检测溢出情况的实施例。如图3中所说明，电容性传感器元件301和302安置在炊具盖101的边缘处。传感器元件301和302中的每一个均连接到控制器203。

控制器可检测传感器元件301和302中每一个上的电容变化，以确定是否已出现溢出情况。在一个实施例中，当传感器元件301和302中任一个的电容变化均大于预定阈值时，溢出情况被触发。

在一个实施例中，控制器能够使用用于检测电容的若干方法中的任一个来检测电容性传感器元件102、301或302的电容变化。仅仅出于说明而非限制的目的，以下三个实例展示用于检测电容性传感器元件102、301和302的电容变化的不同实施电路。

图4说明用于使用张弛振荡法来检测电容性传感器元件(例如，电容性传感器元件102、301或302)的电容变化的电路的一个实施例。检测电路400通过基于传感器元件的电容产生周期性信号并检测振荡信号的周期变化来测量传感器元件的电容，其中周期变化是由传感器元件的电容变化引起。

检测电路400包含比较器407和408，分别向比较器407和408的输入施加参考电压402和403。比较器407经由缓冲器耦合到RS锁存器409的S输入，且比较器408耦合到锁存器409的R输入。锁存器409具有耦合到计数器404的输出Q_bar。计数器404耦合到控制器405，所述控制器405进一步与定时器406耦合。锁存器409的Q_BAR输出还与电阻器401耦合。电阻器401经由电容Cx(表示电容性感测元件与接地之间的电容)耦合到接地。

当RS锁存器409的Q_BAR输出较高时，电容Cx经由电阻器401充电。因此，Cx上的电压会升高。当所述电压高于参考电压402时，Q_BAR输出将较低。当Q_BAR输出较低时，那么电容Cx会经由电阻器401放电。因此，Cx上的电压会减小。当所述电压低于参考电压403时，锁存器409的Q_BAR输出将较高。这一过程继续产生振荡信号，周期取决于电容Cx。在锁存器409的输出处，计数器404测量在预定义时间间隔期间Q_BAR输出转变的次数。当电容Cx改变时，由计数器404在预定义时间周期期间检测到的Q_BAR转变次数也会改变。

在一个实施例中，用于检测溢出情况的预定阈值可界定为计数器404检测到的Q_BAR阈值转变次数。

图5A说明根据实施例的用于执行∑-Δ法以检测电容变化的电路。检测电路501经配置以检测电容Cx 514的变化。Cx 514与由计时器511控制的开关512和513耦合。开关513连接到接地，且开关512与比较器509的负输入耦合。参考电压V_REF 501耦合到比较器509的正输入。比较器309的输出与锁存器502耦合，且锁存器502的输出控制开关506，开关506将锁存器502的输出经由电阻器R_b 507连接到调制电容器C_MOD 508。锁存器502和计数器503由时钟505定时。计数器503与控制器504耦合。

在一个实施例中，开关512和513为互补开关，以无重叠方式操作，使得开关512和513在切换周期期间的任何时候都不会同时闭合。定时器511控制开关512和513的切换。通过开关512和513的操作，电容514重复地充电和向接地放电。

如图5B中所说明，当以此种方式操作时，开关512和513结合电容Cx 514可表示为连接在接地与比较器509的负输入之间的等效电阻Rx 521。当Cx 514增加时，等效Rx 521减小。当Cx 514减小时，等效Rx 521增加。

当RS锁存器502的输出较高时，开关506将接通，使得锁存器502的输出经由电阻器307为C_MOD 508充电，导致C_MOD 508上的电压增加。当C_MOD 508上的电压大于参考电压V_REF 501时，比较器输出低信号，导致锁存器502的输出转变为较低，从而断开开关506。随着开关506的断开，C_MOD将经由等效电阻Rx 521向接地放电，直到比较器509的负输入处的电压减小到V_REF 501以下为止。当所述电压减小到V_REF以下时，比较器输出高信号，且锁存器502输出高，从而继续所述周期。因此，比较器509和锁存器502致使C_MOD上的电压在V_REF周围波动，同时等效电阻Rx确定每一锁存器502输出的工作周期。

锁存器502的输出用以控制级联计数器503的启用引脚，使得计数器的值反映锁存器502的输出的工作周期。因此，Cx 514的变化将对应于控制器504检测到的计数器值的变化。

图8说明根据实施例的用于使用逐次近似法来测量电容性传感器元件的电容的电路。检测电路600包含用以为电容Cx 603充电的电流源601，所述电容Cx 603为电容性传感器元件(例如电容性传感器元件102)的等效电容。在充电过程期间，电容Cx 603经由低通滤波器602与比较器607的负输入引脚连接。当Cx 603上的电压低于施加到比较器607的正输入的参考电压V_REF时，比较器向计数器604的启用引脚输出高信号，以启用计数。当为Cx 603充电时，Cx 603上的电压增加。

当Cx 603上的电压高于V_REF时，比较器607输出低信号，且计数器604停止计数。计数器的最终计数值反映出为Cx 603充电的充电时间，所述充电时间又受到Cx 603的电容影响。控制器605能够根据计数值来检测电容的变化。

图7说明由于电容性传感器元件(例如电容性传感器元件102)的电容变化而导致的计数值700的变化。在图7中，X轴表示时间701，且Y轴表示计数值702。

在一个实施例中，时间710之前的持续时间是实施溢出检测机构的用具(例如电磁炉)断电的时间。在时间710处，电源接通，且来自用具电源的AC噪声开始影响电容性传感器元件102的电容。这导致在时间710和711之间检测到的计数值的增加。在一个实施例中，可存储在此时间期间的计数值，作为基线电容的度量。随后，可将此基线计数值与未来的计数值进行比较，以确定传感器元件的电容是否已改变超过预定阈值。

在时间711处，例如水104等物质在电容性传感器元件102上或附近，导致计数值700增加。在一个实施例中，计数值的此增加对应于溢出或溢流情况。

除上述方法外，还存在许多其它适当的方法用于检测与溢出或溢流相关联的电容变化。

图7是根据一个实施例的说明溢出或溢流检测过程800的流程图。举例来说，可在控制器(例如连接到电容性传感器元件102的控制器203)中实施过程800。可在例如电磁炉等用具中实施控制器。

过程800在块802处开始。在块802处，控制器记录用具通电时的基线电容。参考图7，举例来说，当用具通电且电容性传感器元件上或附近无任何物质时，控制器可记录在时间710与711之间的时间测得的计数值。过程800从框802在框804处继续。

在框804处，控制器检测电容性传感器元件的电容变化。举例来说，控制器可经由检测电路(例如电路400、510或600)的操作来检测电容的变化。在一个实施例中，检测电路返回测得的计数值，可将所述测得计数值与框802处记录的基线计数值进行比较。过程800从块804在块806处继续。

在框806处，控制器确定电容性传感器元件的电容变化是否超出预定阈值。在一个实施例中，控制器计算基线计数值与测得计数值之间的差，然后将此差(表示电容的变化)与预定阈值进行比较。如果电容变化未超出预定阈值，那么过程800返回到框804继续，使得控制器继续监控电容性传感器元件的电容变化。

在框806处，如果电容的变化超出预定阈值，那么过程800在框808处继续。在框808处，控制器指示溢出或溢流情况已出现。在一个实施例中，所述指示可为由控制器发射的电子信号。过程800从框808在框810处继续。

在框810处，控制器减少由用具的加热元件供应的热量。举例来说，由控制器发送的溢出情况的指示可为减少或断开到加热元件的功率的控制信号。在一个实施例中，一旦已检测到溢出或溢流情况，所述情况就被断定直到复位。

因此，通过上述过程，当检测到所述溢出情况时，在例如电磁炉等用具中实施的控制器可检测溢出情况并减少热量。

本文中所述的本发明的实施例包含各种操作。可利用硬件组件、软件、固件或其组合来执行这些操作。如本文中所使用，术语“耦合到”或“与...耦合”可表示经由一个或一个以上介入组件直接或间接耦合。在本文所述的各种总线上提供的信号中的任一个均可与其它信号进行时间多路复用，且提供在一个或一个以上共用总线上。另外，电路组件或框之间的互连可显示为总线或显示为单信号线。总线中的每一个或者可为一个或一个以上单信号线，且单信号线中的每一个或者可为总线。

某些实施例可实施为计算机程序产品，所述计算机程序产品可包含存储在计算机可读媒体上的指令。这些指令可用以对通用或专用处理器进行编程以执行所述操作。计算机可读媒体包含用于以可由机器(例如计算机)读取的形式(例如软件、处理应用程序)的形式存储或发射信息的任一机构。计算机可读存储媒体可包含(但不限于)磁性存储媒体(例如软磁盘)；光学存储媒体(例如CD-ROM)；磁光存储媒体；只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；可擦除可编程存储器(例如EPROM和EEPROM)；快闪存储器或适用于存储电子指令的另一类型的媒体。计算机可读传输媒体包含(但不限于)电、光学、声学或其它形式的传播信号(例如载波、红外信号、数字信号等)，或适合传输电子指令的另一类型的媒体。

另外，一些实施例可在分布式计算环境中实践，在分布式计算环境中，计算机可读媒体存储于一个或一个以上计算机系统上和/或由一个或一个以上计算机系统执行。另外，计算机系统之间传送的信息可越过连接计算机系统的传输媒体而拉动或推动。

虽然，以特定顺序展示并描述本文中的方法的操作，但可改变每一方法的操作顺序，使得可以相反顺序执行某些操作，或使得某一操作可与其它操作(至少部分地)同时执行。在另一实施例中，不同操作的指令或子操作可采取间歇和/或交替方式。

在上述说明书中，已参考本发明的特定示范性实施例来描述本发明。然而将明白，在不脱离如所附权利要求书中所陈述的本发明的较广泛精神和范围的情况下，可对本发明作各种修改和改变。因此，在说明性意义而不是限制性意义上看待本说明书及图式。

Claims

1.一种检测加热用具上的物质的方法，包括：

检测电容性传感器元件的电容变化，其中所述电容变化是由所述物质接近所述电容性传感器元件而引起，其中所述电容性传感器元件与所述加热用具耦合；

确定所述电容变化是否超出预定阈值；以及

响应于确定所述电容变化超出所述预定阈值而指示溢流情况。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述电容性传感器元件大体环绕所述加热用具上的加热容器的周围。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述加热容器的所述周围围绕所述加热容器的底座。

4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括记录基线电容，其中确定所述电容变化是否超出所述预定阈值包括将测得电容与所述基线电容进行比较。

5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括响应于确定所述电容变化超出所述预定阈值而减少所产生的热量。

6.根据权利要求5所述的方法，其中减少所述所产生的热量包括断开所述加热用具。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述加热用具为电磁炉。

8.根据权利要求1所述的方法，其中检测所述电容性传感器的所述电容的所述变化包括：

基于电容传感器元件的所述电容而产生振荡信号；以及

检测与所述振荡信号相关联的计数值的变化。

9.一种用于检测加热用具上的物质的设备，包括：

一个或一个以上电容性传感器元件，经配置以大体环绕加热容器的周围；以及

控制器，与所述一个或一个以上电容性传感器元件耦合，其中所述控制器包括处理元件，经配置以：

检测所述一个或一个以上电容性传感器元件的电容变化，其中所述电容变化是由所述物质接近所述一个或一个以上电容性传感器元件而引起；

确定所述电容变化是否超出预定阈值；且

10.根据权利要求9所述的设备，其中所述一个或一个以上电容性传感器元件中的每一个均与所述控制器耦合。

11.根据权利要求10所述的设备，其中所述加热容器的所述周围围绕所述加热容器的底座。

12.根据权利要求10所述的设备，其中所述处理元件经进一步配置以记录基线电容，且其中所述处理元件经配置以通过将测得电容与所述基线电容进行比较来确定所述电容变化是否超出所述预定阈值。

13.根据权利要求9所述的设备，其中所述处理元件经配置以响应于确定所述电容变化超出所述预定阈值而减少所产生的热量。

14.根据权利要求13所述的设备，其中所述处理元件经配置以断开所述加热用具，从而减少所述所产生的热量。

15.根据权利要求9所述的设备，其中所述加热用具为电磁炉。

16.根据权利要求9所述的设备，其中检测所述电容性传感器的所述电容的所述变化包括：

基于电容传感器元件的所述电容而产生振荡信号；以及

检测与所述振荡信号相关联的计数值的变化。

17.一种加热用具，包括：

盖，经配置以支撑加热容器，其中所述加热容器经配置以容纳物质；

一个或一个以上电容性传感器元件，与所述盖耦合，其中所述电容性传感器元件大体环绕所述加热容器的周围；

控制器，与所述一个或一个以上电容性传感器元件耦合，其中所述控制器经配置以基于所述一个或一个以上电容性传感器元件的电容而调节所产生的热量。

18.根据权利要求17所述的加热用具，其中调节所述所产生的热量包括断开所述加热用具。

19.根据权利要求17所述的加热用具，其中所述控制器经进一步配置以：

检测所述一个或一个以上电容性传感器元件的所述电容的变化，所述电容的所述变化是由所述物质接近所述一个或一个以上电容性传感器元件而引起；

确定电容的所述变化是否超出预定阈值；且

响应于确定电容的所述变化超出所述预定阈值而指示溢流情况。

20.根据权利要求17所述的加热用具，其中所述控制器经配置以通过以下步骤来检测所述电容性传感器元件的所述电容的所述变化：

基于电容传感器元件的所述电容而产生振荡信号；以及

检测与所述振荡信号相关联的计数值的变化。