CN102518856B - 利用音频控制开合的开水器节水开关及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用音频控制开合的开水器节水开关及其方法，该开水器节水开关包括电控阀门以及音频采集装置；音频采集装置所采集的音频信号依次经过选频电路、放大电路的选频放大处理后经电控电路自动控制电控阀门的通断；选频电路基于向窄口盛水器内灌注水流时所引起的窄口盛水器内空气柱振动频率变化与窄口盛水器水位之间的关系建立。因此，本发明能够自动地根据窄口盛水器（5磅、8磅暖壶及其它的窄口容器）内的空气柱音频变化来判断是否已经注满开水，能够有效地避免现有技术中的一般开水水龙头在灌注开水时的浪费，同时，本发明具有安全、智能、人性化的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种开水器节水开关，尤其是一种利用音频控制开关闭合/截断的开水器节水开关及其方法。
背景技术
目前，商用开水器的开水灌取方式普遍为直接在炉体下部设置一个水龙头，通过手动扳动实现该水龙头开闭，一般向中间扳动实现开启出水，向两侧扳动实现闭合断水。打水时，人们一般都会选择最快的流速，而且在水瓶快满时，由于从人们从发现水满到采取行动关闭水龙头需要时间的缘故，往往都会在水溢出后才关上水龙头，由此就会导致开水的浪费，此项损失因人而异，老年人因反应较慢因此而导致的开水损失较大，而部分情况下其它事情导致注意力分散如与人闲聊而忘记关水龙头从而产生更大的开水浪费，由于烧开水耗能较多，相应耗电量也会增加。而且开水溅出后可能造成一定的安全隐患。
为了节约用水，现在很多公共场合都是用感应设备来控制洗手用的水龙头的自动关闭，但是开水器的水龙头感应设备目前还未有较多的使用。已有的较为先进的开水器采用刷卡式，在暖壶快满的时候使用刷卡来实现开关的关闭，这样也需要用户必须时刻注意开水是否已满，而且刷卡方式也存在上面所说的浪费情况。大多数用户会等到水已经满以后再刷卡关闭电控阀门。本发明专利意在提供一种安全、智能化、人性化的利用音频变化的开水器节水开关。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种利用音频控制开水器节水开关开合的方法，其能够自动根据音频变化来判断水是否已经满，从而自动关闭开水开关。不仅防止开水的浪费，并且能安全、智能、人性化地为人们服务。
为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：
一种利用音频控制开水器节水开关开合的方法，首先，在开水器节水开关上安装电控阀门；接着采用音频采集装置进行窄口盛水器内音频信号采集，然后，根据窄口盛水器内灌注水流时所引起的窄口盛水器内空气柱振动频率变化与窄口盛水器水位之间的关系设置选频电路，通过电控电路以自动控制电控阀门的通断。
本发明的另一技术目的提供一种基于上述方法的利用音频控制开合的开水器节水开关，包括电控阀门以及音频采集装置；音频采集装置所采集的音频信号依次经过选频电路、放大电路的选频放大处理后经电控电路自动控制电控阀门的通断；选频电路基于向窄口盛水器内灌注水流时所引起的窄口盛水器内空气柱振动频率变化与窄口盛水器水位之间的关系建立。
所述电控阀门与手动开关S2并联连接；所述放大电路通过手动开关S1与电控阀门连接，且手动开关S1、S2皆为常开开关。
所述放大电路包括运算放大器，所述电控电路包括三极管，所述运算放大器的信号输出端通过由电阻R1和R3并联连接而成的分压电路与三极管的基极连接；三极管的发射极通过手动开关S1与电控阀门连接，而三极管的集电极则与电控阀门连接。
所述音频采集装置为驻极体话筒。
根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果：
本发明所述的开水器节水开关，能够自动地根据窄口盛水器（5磅、8磅暖壶及其它的窄口容器）内的空气柱音频变化来判断是否已经注满开水，能够有效地避免现有技术中的一般开水水龙头在灌注开水时的浪费，同时，本发明具有安全、智能、人性化的优点。另外，本发明考虑到安全性，同时提供手动开关服务。
附图说明
图1为利用音频变化的开水器节水开关电路图；
图2为通过仿真软件protel获得的选频放大电路的频率-电压特性图；
其中：VCC为直流电压5V，VEE为直流电压-5V。
具体实施方式
附图非限制性地公开了本发明所涉及优选实施例的结构示意图；以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。
如图1至2所示，本发明所述利用音频控制开水器节水开关开合的方法，首先，在开水器节水开关上安装电控阀门；接着采用音频采集装置进行窄口盛水器内音频信号采集，然后，根据窄口盛水器内灌注水流时所引起的窄口盛水器内空气柱振动频率变化与窄口盛水器水位之间的关系设置选频电路，通过电控电路以自动控制电控阀门的通断。
如图1所示，利用音频控制开合的开水器节水开关，包括电控阀门以及音频采集装置，本实施例中，音频采集装置为驻极体话筒；音频采集装置所采集的音频信号依次经过选频电路、放大电路的选频放大处理后经电控电路自动控制电控阀门的通断；选频电路基于向窄口盛水器内灌注水流时所引起的窄口盛水器内空气柱振动频率变化与窄口盛水器水位之间的关系建立，所述的窄口盛水器为5磅、8磅暖壶及其它的窄口容器。本发明考虑到安全性，配置了手动开关服务，即将电控阀门与手动开关S2并联连接；同时将放大电路通过手动开关S1与电控阀门连接，且手动开关S1、S2皆为常开开关。所述放大电路包括运算放大器，所述电控电路包括三极管，所述运算放大器的信号输出端通过由电阻R1和R3并联连接而成的分压电路与三极管的基极连接；三极管的发射极通过手动开关S1与电控阀门连接，而三极管的集电极则与电控阀门连接。
本发明的技术原理：当水流进暖壶时，暖壶内有空气柱，不断向暖壶里进水时，因为水在入壶时的振动会引起空气柱振动,又因为水越倒空气柱越短,空气柱振动频率就越高，即声调会越高。当听到空气柱振动的声调很高时，就说明水快满了。这是因为随着水流进暖壶，空气柱振动频率逐渐上升，在快满的时候，由于瓶口越来越窄，空气柱的频率会突然快速上升。本新型利用水流引起暖壶空气柱振动频率与水位存在一定的关系，从而感应壶内空气柱的柱波频率来判断暖壶水位并自动控制开水器开关，实现安全、节能、人性化的服务。
本发明的工作原理是：
首先，如图2所示，通过对暖壶水流引起的空气柱音频变化采样结果的分析，可以看出暖壶中空气柱的频率从400左右逐渐上升，在快满的时候快速上升至900到1000左右，对于5磅、8磅的暖壶注水快满时频率都在900-1000左右，所以本发明取900作为判断暖壶水满的频率。
然后，根据图1所示的电路图，采用驻极体话筒采集到音频信号（micin），该音频信号通过选频电路的电容C3、电容C4后进入运算放大器OPA2132P（也可采用较为便宜的LM358运放）进行放大，选频电路由电容C3、电容C4、电阻R6、电阻R8构成，其中：C3=C4=0.001μF、R6=R8=150KΩ，利用三极管Q1对电控阀门K1进行控制。同时为了安全着想，声频自动控制的同时，也同时满足人工手动控制，利用S1和S2开关对继电器进行控制，这样如果音频感应出现故障，也可以手动进行控制。K1为电控阀门，K1的控制点1与2连接时表明电控阀门打开，而其控制点1与3连接的时候，电控阀门关闭。通过手动或者刷卡电控等方式闭合开关K1（即控制点1与2连接），使电控阀门打开，这时候水管开始往暖壶里面注入开水，在开水快满时，驻极体话筒采集的音频信号经过选频放大后，驱动三极管工作，这时继电器导通，使电控阀门K1断开（即控制点1与3连接），实现电控阀门的自动关闭控制。当音频感应出现故障，水满时电控阀门没有关闭的时候，可以按下手动开关S1，以导通继电器使电控阀门断开。如果继电器一直处于接通状态无法停止的时候，可以通过闭合手动开关S2来使继电器停止工作。另外，所述的手动开关S1、S2均为按钮式开关。
运算放大器OPA2132P的具体放大倍数需要根据驻极体话筒采集到音频信号的振幅来决定，假如极体话筒采集到音频信号的振幅为1V，这样通过选频放大电路得到的频率-电压关系图（如图2所示），可以看出900Hz的时候输出电压OUT端为4V左右，这样通过分压电路R1与R3来驱动NPN三极管导通（NPN三极管导通所需电压为0.7V），使继电器工作，以实现电控阀门K1的关闭。当频率超过1500Hz的时候，输出电压小于4V，这样不足以导通三极管，有效地避免了环境高频噪音对信号的干扰。
对于采用5磅、8磅暖壶的情况下，本发明分析的结果可以直接借鉴参考，一定的误差可以通过调节运放的放大倍数来调节。特殊情况比如缩口瓶子形状不是标准形状，接水水流特别细小等情况下，需要重新对开水器声音进行采集，通过音频分析软件（比如Syaku8软件），可以得出其频率变化特性，然后采用本装置的设计方法自行设计各项参数。本发明对5磅、8磅暖壶进行分析得出开水节水的时候声音在300多逐渐增加到500左右，在暖壶快满的时候声音频率在短时间内由500左右迅速增加至900多甚至超过1000Hz。设计节水开关时，选择900Hz作为信号点对象，设计出选频放大电路，在输入音频振幅为1V的时候，利用仿真软件protel得到输出电压与暖壶中空气柱振动频率特性的关系，从图中可以看出在900Hz的时候输出电压OUT端为4V，这样通过并利分压电路R1与R3来驱动三极管导通，分压公式：三极管输入电压为UOUT*R3/(R1+R3)，图中选用170KΩ与30KΩ来实现分压，使三极管电压刚好为0.7V，这样只有在频率超过900而小于1500HZ的时候三极管才能导通，从而实现对电控阀门进行自动关闭的控制。可以看出当频率超过1500Hz的时候，输出电压小于4V，这样不足以导通三极管，有效地避免了高频噪音的干扰。在具体实施的时候驻极体话筒采集到的音频信号振幅不一定为1V，这样可以通过调节放大倍数来实现同样的输出性能，比如输入音频信号振幅为0.5V的时候，可以将运放放大倍数提高一倍（运放放大倍数=（R4+R2）/R2）来实验相同的输出条件。如果选用的驻极体话筒信号非常微弱则可以通过在C3前添加预放大电路来实现后面电路的使用。
安装时，将驻极体话筒布置在水龙头上来感应暖壶中空气柱振动频率。
Claims (2)
1.一种利用音频控制开合的开水器节水开关，其特征在于：包括电控阀门以及用于采集窄口盛水器内音频信号的音频采集装置；音频采集装置所采集的音频信号依次经过选频电路、放大电路的选频放大处理后经电控电路自动控制电控阀门的通断；选频电路基于向窄口盛水器内灌注水流时所引起的窄口盛水器内空气柱振动频率变化与窄口盛水器水位之间的关系建立；所述电控阀门与手动开关S2并联连接；所述放大电路通过手动开关S1与电控阀门连接，且手动开关S1、S2皆为常开开关；所述放大电路包括运算放大器，所述电控电路包括三极管，所述运算放大器的信号输出端通过由电阻R1和R3并联连接而成的分压电路与三极管的基极连接；三极管的发射极通过手动开关S1与电控阀门连接，而三极管的集电极则与电控阀门连接。
2.根据权利要求1所述利用音频控制开合的开水器节水开关，其特征在于：所述音频采集装置为驻极体话筒。
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