CN103330476A - 超声控制电饭煲 - Google Patents

Abstract

一种超声控制电饭煲，本方案属家用电器中，电饭煲的一个技术领域。为了克服现有技术下的电饭煲，须要依靠机械接触的方式测量内锅的温度变化和用“监听”内锅声纹变化来获取温度变化作为控制依据的工作模式存在的不足，本发明采取了如下措施：在电饭煲的上安装超声波发生器和超声波接收器，超声波接收器连接声纹识别电路。本发明是通过主动向电饭煲内锅发射超声波，并通过分析超声波接收器接收到的超声波声纹电信号的主动方式来获取电饭煲内锅内温度和水况的物理信息。这要做的好处是可根据电饭煲内锅的特点，选择最为敏感频段的超声波，获取更多、更清晰、更准确、更可靠的电饭煲内锅内温度和水变化的物理信息，为控制电路提供可靠的依据。

Description

超声控制电饭煲

技术领域

本方案属家用电器中，电饭煲的一个技术领域。

背景技术

在现有技术的电饭煲中，不论是采用机械限温器的普通电饭保还是较高档，采用热敏电阻限温器的智能是饭煲。它们都有一个共同的地方，就是根据内锅里的温度变化作为控制电路的控制依据。在技术上，这类电饭煲存在明显的缺陷，就是测温点不是加热区，该点的温度明显滞后于加热区的温度，不能反映其内锅的真实情况。在煮饭的过程中，内锅里的水被加热至沸腾。沸腾持续一段时间后，电饭煲里的水一部分被大米吸收，另一部分被变成蒸汽，蒸发排放到大气中。当内锅的底部没有液态水时，此时现有技术的电饭煲没有立即停止加热或感少加热功率，内锅内的温度这时迅速上升。由于现有的电饭煲是以温度变化为控制依据，具体地说，就是必须要电饭煲的内锅里，出现100度以上的高温时才控制发热盘的发热。同时也由于它的测温点不在加热区域，测温点温升需要时间，检测装置检测到此温升信号时，这个信号实质上是已经滞后。这时与内锅底接触的饭粒由于高温令它迅速失水开始变硬、开冽、粘底。因此这种控制方式下的电饭煲或多或少出现硬底、粘糊底现象。上述的情况是一个状态良好的电饭煲的工况。

出于使用上的方便，现有技术下的电饭煲其测温元件与内锅的接触是活动和松动的，不能紧固连接。由于这种松动的接触，导致内锅与测温元件之间，存在不稳定的间隙和热阻。使测温元件所得的数据不能稳定、不能真实反映内锅内的温度变化。也使控制电路不能作出及时、准确反应。同时电饭煲的内锅在使用一段时间后，几乎毫不例外地出现由于碰撞等原因，而造成的内锅底面机械变形。这种变形是致命的，它会导致内锅与发热盘和/或测温装置的接触不良。当内锅由于机械变形、异物或测温装置本身原因引起两者接触不良时，则测温结果会远远失实于实际情况。这必然导致更严重的大面积粘糊底，甚至是焦糊底。这就是导致很多朋友常常抱怨用自家里的电饭煲煲饭时经常出现粘糊底，甚至是焦糊底，浪费大量粮食的主要原因。在这些原因中，异物又是最常见、最容易被忽视的主要原因之一。这是现有技术下的电饭煲的一个结构性问题。电饭煲发展到今日，即便是最高档的电饭煲，似乎没有办法从根本上解决这些问题。

另外从节能角度看，当电饭煲的内锅里的水沸腾后，可大幅度减小加热功率。在维持沸腾的温度下，发热盘产热略多于散热就可足够。过多的热量由于气压的原因不会产生更高的温度，对煮饭没有帮助。在这方面现有的电饭煲在这一阶段其加热功率远远大于维持适当沸腾所需的最小功率。但是要煮好饭必须满足温度和时间两大条件。为了换取沸腾时间现有的电饭煲实质上是通过水的大量蒸发来消耗多余的热量维持沸腾，这必然造成能源的浪费和室内环境污染。所以现有的电饭煲在这方面还有很大的改善空间。虽然现有电饭保技术中有一种较为进步的声纹识别控制技术，但是，由于它与机械控制方式同样是被动获取信息的控制技术，所以它仍有一定的不足，例如它的灵敏度还有提高的空间等。要进一步提高电饭煲的控制技术，正是本发明的主要目的所在。

发明内容

为了克服现有技术下的电饭煲，须要依靠机械接触的方式测量内锅的温度变化和用“监听”内锅声纹变化来获取温度变化作为控制依据的工作模式存在的不足，本发明采取了如下措施：在电饭煲上安装超声波发生器和超声波接收器，超声波接收器连接声纹识别电路。 

      本发明是通过主动向电饭煲内锅发射超声波，通过分析比对超声波接收器接收到的超声波的声纹电信号的主动方式来获取电饭煲内锅内水况和温度变化的物理信息。这要做的好处是可根据电饭煲内锅的特点，选择最为敏感频段的超声波，获取更多、更清晰、更准确、更可靠的电饭煲内锅内的水况和温度变化的物理信息，为控制电路提供可靠的控制依据；由于本发明是主动探测电饭煲内锅的物理信息，因此，它不但克服了传统机械接触式测温电饭煲的不足，也比现有技术中，较为先进的声纹识别控制电饭煲更及时、更准确、更清晰地捕获电饭煲内温度和水况的变化的物理信息。是未来电饭煲发展的一个方向。

具体实施方式

        电饭煲在煲饭过程中的一个关键的标志点是煲底液态水因被吸收和蒸发而消失。上文已经叙述了现有技术的电饭煲是通探测煲底的温度变化来获取这个关键的控制点。这种控制方式存在时间滞后、对机械结构要求高、控制精度却不高等缺点。为了克服这一缺点，本方案采用的是非常成熟和廉价的超声波技术；用超声波测量距离、测量金属厚度、穿透金属探测金属列纹等应用已经很普遍，而且技术非常成熟。超声波遇到不同的界面会产生折射、反射和穿透。而且折射、反射和穿透的超声波能反映物体对象的声学物理特性，本发明正是利用超声波的这一物理特性为电饭煲服务；经频普分析仪验证，超声波接收器接收到经过电饭煲内锅的超声波，能清楚明确地反映电饭煲从开始加热煮饭到锅内液态水被蒸发和吸收的每一个不同温度阶段的声学物理特性。只要选择适当的参数条件，超声波甚至能探测到容器内水的汽泡的变化。所以用超声波作探测工具，可获得更丰富更准确的内部信息。

在电饭煲上，安装超声波发生器和超声波接收器，超声波接收器连接声纹识别电路。超声波接收器可以通过不同的安装方式，接收由超声波发生器发出并经电饭煲内锅的超声波，所得的效果一样；超声波发生器配合系统的需要向电饭煲的内锅发射超声波，由于本超声波发生器发出的声能脉冲不是正弦波，所以该脉冲包含了很丰富的高次谐波群。经频普分析仪验证，电饭煲内锅在不同的水况和温度下，有不同的声学物理特性。它对这些高次谐波群中的各频点，有不同程度的吸收和率反射，这样就使超声波接收器接收到的超声波产生失真。换句话说就是内锅在煮饭的过程中，在不同的状况下，这个经过内锅的超声波有不同程度的失真，并且它的失真能真实地反映内锅的水况和温度的变化情况。因此，我们只要对这个超声波进行比对分析，就能得到内锅内部水况和温度的变化信息。这个原理就象经验丰富工人师傅用棒击打金属部件，凭声音就知道金属部件有否列纹，厚度大概多少等情况的原理是相似的。

  在现有技术高度发达的今天，用主要由单板机（MCU）组成的声纹识别电路对超声波电信号进行分析、比对和判断，早已是一件非常容易和轻松的事。而且，能满足技术要求和达到预期效果的单板机电路形式和组合非常多。声纹识别电路主要由放大器、滤波器、模数转换电路和单板机等组成。声纹识别电路的组合形式和工作方式是多种多样的，本发明对声纹识别电路没有特殊要求，只要能获取、识别、比对和运算声纹电信号特征的声纹识别电路都适合本方案使用。本方案对单板机同样没有特殊要求，只要具备数据存储、数据及逻辑运算能力等功能的单板机都适合本方案使用；要用声纹识别电路对经过内锅的超声波进行分析，首先要获取该超声波的声纹电信号。可以获取超声波声纹电信号的技术、器件和电路组合有多种多样的。例如以超声波发生器为例，它可以分为电气和机械两大类，每一类又分为多种不同的形式。本方案对超声波发生器没有特殊要求，现有或将来技术中只要能发射超声波脉冲的超声波发生器都适合本方案使用。超声波接收器同样有不同的类型、结构和形式，本方案对超声波接收器同样没有特殊要求，现有或将来技术中，只要能接收超声波脉冲波，并把它变成电信号的超声波接收器都适合本方案使用。

本方案的工作过程是超声波发生器配合系统的需要向电饭煲内锅发出超声脉冲信号，这个信号一部份能量被内锅反射，一部份穿透内锅继续前进。不论是反射波还是穿透波都同样带有内锅的物理信息。经过内锅的超声波到达超声波接收器时，它的声机械能被转换为电能。由于这个电信号非常微弱所以它被送到声纹识别电路里的放大器进行放大。经放大后的超声波电信号是模拟信号，这种信号不便于计算机识别和处理，为便于计算机识别和处理，必须要把这个信号转变为数字化的声纹信号。于是便把这个信号送到模数（A/D）转换电路，经模数转换电路转换后输出的就是这个超声回波的数字化声纹电信号。将这个数字电信号送到单板机，由单板机把这个数字声纹电信号与单板机（MCU）内存储的该种电饭煲内锅在不同水况和温度下的声纹或声纹特征的数据进行比对或运算；当然这个超声波的数字化声纹电信号也可以与单板机（MCU）内存储的来自超声波发生器的原始声纹数据进行比对或运算，这种方法同样可以得知内锅内的水和温度的变化状况；超声波声纹电信号还可以通过滤波器等方式提取声纹特征，滤波器又可分为模拟和数字、软件和硬件等形式。这类声纹识别电路同样适合本方案使用。

  声纹识别电路根据比对或运算结果，在不同的煮饭阶段通过控制电路，控制输往电饭煲发热盘的电功率，并通过显示电路显示当前的状况等，从而实现对电饭煲的控制。

Claims (2)

1.一种超声控制电饭煲，主要包括超声波发生器、超声波接收器和声纹识别电路，其特征在于：在电饭煲上安装超声波发生器和超声波接收器，超声波接收器连接声纹识别电路。

2.根据权利要求1所述的一种超声控制电饭煲，其特征还在于：声纹识别电路的单板机内存储有该种电饭煲内锅，在不同水况和温度下的声纹或声纹特征的数据和／或来自超声波发生器的原始声纹数据。