CN103808013A - 自学习式节能电开水器群组系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自学习式节能开水器群组系统及其控制方法，包括2台以上的开水器、信息采集单元、无线通讯单元、自学习式控制单元和显示单元。本发明的方法是开水器在经过一段时间内通过信息采集单元记录用户用水的规律，并通过无线通讯单元互相传输各自用水规律给对方，根据这些规律判断用水的高峰期、空闲期和无用水期，然后根据自学习算法计算出合理的进水加热供饮方案；开水器显示单元实时显示各自的供水状态和通过无线接收到的其他开水器的供水状态并给出合理的供饮建议。本发明采用了具有自学习算法的群组式饮用水加热供饮方法，达到了区域整合性，具有节能环保、饮水健康和人性化的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种自学习式节能电开水器群组系统，具体涉及一种自学习用户饮水习惯来制定电开水器加热方案的方法，防止千滚水和混合水，不但能节约水资源及电资源而且能保护人的健康。
背景技术
现今，大多数校园，公共场所普及了自动加水、加热的电开水器，它的出现确实给人们带来了极大的饮水方便，但在使用过程中，在不同场合使用的电开水器遵循着同一套工作原理一即若水温低于某个温度，则加热；若水量低于某个数值，则进水。这造成在用水高峰期供水不足，较少用户用水或没有用户用水时电开水器仍在不断地给水加热，这不仅造成了能源的极大浪费，同时也造成了“千滚水”、“混合水”等饮用水不卫生的状态。
发明内容
为了改善上述公共场所电开水器的缺陷，本发明的目的在于提供一种自学习式节能电开水器群组系统，电开水器通过自学习用户一天的用水规律，根据自学习匹配算法制定区域内电开水器的加热方案，使得高峰期能连续供水，空闲期按用水量需求进行饮用水加热，并且将开水和需加热水分别存储在保温箱和加热箱里，杜绝“千滚水”和“混合水”。
本发明采取的技术方案为：一种自学习式节能电开水器群组系统，包括2台以上的自学习式节能电开水器，这些电开水器位于同一小区或同一大楼等公共场合，通过无线通讯单元构成一个群组系统，系统通过传感器采集用户取水规律和电开水器状态，控制单元进行自学习匹配算法制定符合用户取水习惯的饮水加热方案，控制电开水器加热装置对饮用水的加热，电开水器的状态显示在显示单元上。
为了实现上述目的，本发明的自学习式节能电开水器装置，包括电开水器机身、信息采集单元、无线通讯单元、自学习式控制单元和显示单元；信息采集单元、显示单元和无线通讯单元通过数据总线连接至自学习式控制单元，自学习式控制单元通过继电器与电开水器的加热系统相连。
信息采集单元包括一个数字温度传感器、一个数字水位传感器和一组按压触控开关，温度传感器放置于电开水器加热水箱的侧面，用于采集加热水的水温；水位传感器放置于电开水器保温水箱的侧面，用于采集保温水箱的热水水位；一组按压触控开关放置于电开水器出水管上面，用于采集用户取水的时段和频率。
无线通讯单元采用APC200A-43模块，与自学习式控制器相连接，用于每隔一设定时间搜索区域内其他电开水器并相互交换各自电开水器的状态数据。
自学习式控制器包括主控器、数据存储、功率放大、继电器；所述的主控器，用于信号处理以及发送控制信号；所述的数据存储用于存储电开水器群组的数据；所述的功率放大用于放大主控器输出信号进而控制电子继电器；所述的继电器用于控制电开水器加热装置。
显示模块包括显示屏和指示灯，用于实时显示电开水器的水量和预计开水时间以及所接收到的其他电开水器的工作状态。
本发明的群组电开水器自学习加热方法，包括如下步骤。
a.信息采集单元采集信号，存储用户用水数据
(a)记录按压触控开关被触控的时间和次数；
(b)记录水位传感器各采样时间段的水位。
b.自学习算法匹配用水习惯
(a)自学习控制器根据记录的数据，计算用户取水频率和用量情况
a)用水频率f=n1／t，其中n1为时间段t内的开关触控次数；
b)用水速度q=n2*Q／t，其中n2为时间段t内的水位传感器激活次数，Q为电开水器保温水箱的总容量；
(b)计算一天中用水的高峰期、空闲期和无用水期
a)当f>=10次／小时或者q>=90L／h时，t为高峰期；
b)当f=0时，t为无用水期；
c)其他时段为空闲期；
(c)统计各个用水时段的用水量情况
根据(b)计算出的用水时段，统计出每个用水时段的平均用水量和平均用水速度；
(d)群组间相互通讯，统计区域性用水情况
将空闲期各电开水器的用水情况通过无线传输进行相互通讯，统计区域用水情况。
c.制定加热方案
(a)高峰期不间断供水
a)在高峰期前一刻加热好一箱热水并在保温箱内保温；
b)计算一箱热水被用完所需要的时间t1=Q／v1(其中Q为保温水箱的总容量，v1为高峰期平均用水速度)；
c)计算加热好一箱水所需的时间t2=C*Q*ΔT／P(其中C为水的比热容，ΔT为从冷水到开水的温差，P为加热功率)；
d)在一箱热水被用完的前t2时刻开始注水加热，保证用户能够不间断地用水；
(b)空闲期区域性最节能用水方案：
a)在空闲期，根据整个区域的用水情况，计算出需要几台电开水器能满足供水要求；
b)根据区域的位置信息和电开水器在空闲期的用水情况的信息综合判断需要将供水工作分配到哪几台电开水器上；
(c)无用水期不供水
在无用水期，所有电开水器停止注水加热。
d.判断是否有用户取水
通过按压触控开关检测是否有用户取水，若有用户取水，则再执行步骤(1)；若没有用户取水，则继续等待，直到有用户取水。
本发明与现有技术比具有如下优点：
第一，本发明利用自学习理论智能控制电开水器，加入自学习控制系统，能够满足不同时节不同场合的应用，最大程度上节省能源；
第二，本发明根据区域用户取水习惯制定加热方案，实现了高峰期无间断供水，无使用期停止进水加热。在高峰时段及时加热，并将保温水箱预先储存热水，在保温水箱中的水用完之前，加热加热水箱中的水，这样可以在高峰时间段实现无间断供水。在半夜无人使用的时间段，可以将电开水器的加热进水停止，防止能源资源的浪费；
第三，本发明的电开水器装置中加热水箱和保温储水水箱区分开来，避免饮水反复加热导致的“千滚水”，同时也节省了传统饮水机对热水重复加热所消耗的能源。
附图说明
图1为本发明装置的方框图。
图2为本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图1对本发明的装置做进一步说明。
如图1所示，本发明的装置包括2台以上的自学习式节能电开水器，每台电开水器由电开水器机身、信息采集单元、无线通讯单元、自学习式控制单元和显示单元组成；信息采集单元、显示单元和无线通讯单元通过数据总线连接至自学习式控制单元，自学习式控制单元通过电子继电器与电开水器的加热系统相连。
信息采集单元包括一个数字温度传感器、一个数字水位传感器和一组按压触控开关，一个温度传感器放置于电开水器加热水箱的侧面，用于采集加热水的水温；水位传感器放置于电开水器保温水箱的底部，用于采集保温水箱的热水水位；一组按压触控开关放置于电开水器出水管上面，用于采集用户取水的时段和频率。
无线通讯单元采用APC200A-43模块，与自学习式控制器相连接，用于每隔一设定时间搜索区域内其他电开水器并相互交换各自电开水器的状态数据。
自学习式控制器包括主控制器、数据存储电路、功率放大电路、电子继电器；所述的微处理器采用MEGA128芯片，用于数据运算以及产生控制信号；所述的数据存储电路采用475芯片用于存储系统运行中产生的数据；所述的功率放大电路采用317芯片用于放大微处理器输出的电流功率进而控制电子继电器；所述的电子继电器用于控制电开水器加热装置以及磁通阀的通断。
显示模块包括显示屏和指示灯，用于实时显示本电开水器的水量和水温状态以及所接收到的其他电开水器的工作状态。
下面结合附图2，对发明方法的具体步骤做进一步的说明。
步骤1，根据默认设定的开水加热方案进行加热。
步骤2，每台电开水器对各自区域的用水习惯进行记录
(a)记录按压触控开关被触控的时间和次数；
(b)记录水位传感器被激活的时间和水位。
步骤3，自学习算法匹配用水习惯
(a)自学习控制器根据记录的数据，计算用户取水频率和用量情况：
a)用水频率f=n1／t，其中n1为时间段t内的开关触控次数；
b)用水速度q=n2*Q／t，其中n2为时间段t内的水位传感器激活次数，Q为电开水器保温水箱的总容量；
(b)计算一天中用水的高峰期、空闲期和无用水期：
a)当f>=10次／小时或者q>=90L／h时，t为高峰期；
b)当f=0时，t为无用水期；
c)其他时段为空闲期；
(c)统计各个用水时段的用水量情况
根据计算出的用水时段，统计出每个用水时段的平均用水量和平均用水速度；
(d)群组间相互通讯，统计区域性用水情况
将空闲期各电开水器的用水情况通过无线传输进行相互通讯，统计区域用水情况。
步骤4，制定加热方案
(a)在高峰期前一刻加热好一箱热水并在保温箱内保温
a)计算一箱热水被用完所需要的时间t1=Q／v1(其中Q为保温箱的总容量，v1为高峰期平均用水速度)；
b)计算加热好一箱水所需的时间t2=C*Q*△T／P(其中C为水的比热容，△T为从冷水到开水的温差，P为加热功率)；
(b)在一箱热水被用完的前t2时刻开始注水加热，保证用户能够不间断地用水；
(c)在空闲期，根据整个区域的用水情况，计算出需要几台电开水器能满足供水要求
根据区域的位置信息和电开水器在空闲期的用水情况的信息综合判断需要将供水工作分配到哪几台电开水器上；
(d)在无用水期，所有电开水器停止注水加热。
步骤5，判断是否有用户取水
通过按压触控开关检测是否有用户取水，若有用户取水，则再执行步骤(1)；若没有用户取水，则继续等待，直到有用户取水。
Claims (6)
1.一种自学习式节能电开水器群组系统，包括至少2台自学习式节能电开水器，其特征在于：这些自学习式节能电开水器分别安装有信息采集模块、无线传输模块、自学习式控制器和显示模块，所述信息采集模块、自学习式控制器和显示模块在单台电开水器内形成一个单机系统，该单机系统通过无线传输模块与可检测区域内的其他单机系统相互通讯形成一个群组系统。
2.根据权利要求1所述的自学习式节能电开水器，其特征在于：所述的信息采集模块包括一个数字温度传感器、一个数字水位传感器和一组按压触控开关，温度传感器放置于电开水器加热水箱的侧面，用于采集加热水的水温；水位传感器放置于电开水器保温水箱的侧面，用于采集保温水箱的热水水位；一组按压触控开关放置于电开水器出水管上面，用于采集用户取水的时段和频率。
3.根据权利要求1所述的自学习式节能电开水器，其特征在于：所述的信息采集模块包括一个数字温度传感器、一个数字水位传感器和一组按压触控开关，温度传感器放置于电开水器加热水箱的侧面，用于采集加热水的水温；水位传感器放置于电开水器保温水箱的侧面，用于采集保温水箱的热水水位；一组按压触控开关放置于电开水器出水管上面，用于采集用户取水的时段和频率。
4.根据权利要求1所述的自学习式节能电开水器，其特征在于：所述的自学习式控制器包括主控器、数据存储、功率放大、继电器；所述的主控器，用于信号处理以及发送控制信号；所述的数据存储用于存储电开水器群组的数据；所述的功率放大用于放大主控器输出信号进而控制电子继电器；所述的继电器用于控制电开水器加热装置。
5.根据权利要求1所述的自学习式节能电开水器，其特征在于：所述的显示模块包括显示屏和指示灯，用于实时显示电开水器的水量和预计开水时间以及所接收到的其他电开水器的工作状态。
6.一种群组电开水器自学习加热方法，包括如下步骤：
a.信息采集单元采集信号，存储用户用水数据
(a)记录按压触控开关被触控的时间和次数；
(b)记录水位传感器各采样时间段的水位；
b.自学习算法匹配用水习惯
(a)自学习控制器根据记录的数据，计算用户取水频率和用量情况：
a)用水频率f=n1／t，其中n1为时间段t内的开关触控次数；
b)用水速度q=n2*Q／t，其中n2为时间段t内的水位传感器激活次数，Q为电开水器保温水箱的总容量；
(b)计算一天中用水的高峰期、空闲期和无用水期：
a)当f>=10次／小时或者q>=90L／h时，t为高峰期；
b)当f=0时，t为无用水期；
c)其他时段为空闲期；
(c)统计各个用水时段的用水量情况：
a)根据(b)计算出的用水时段，统计出每个用水时段的平均用水量和平均用水速度；
b)群组间相互通讯，统计区域性用水情况
c)将空闲期各电开水器的用水情况通过无线传输进行相互通讯，统计区域用水情况；
c.制定加热方案
(a)高峰期不间断供水
a)在高峰期前一刻加热好一箱热水并在保温箱内保温；
b)计算一箱热水被用完所需要的时间t1=Q／v1(其中Q为保温水箱的总容量，v1为高峰期平均用水速度)；
c)计算加热好一箱水所需的时间t2=C*Q*ΔT／P(其中C为水的比热容，ΔT为从冷水到开水的温差，P为加热功率)；
d)在一箱热水被用完的前t2时刻开始注水加热，保证用户能够不间断地用水；
(b)空闲期区域性最节能用水方案
a)在空闲期，根据整个区域的用水情况，计算出需要几台电开水器能满足供水要求；
b)根据区域的位置信息和电开水器在空闲期的用水情况的信息综合判断需要将供水工作分配到哪几台电开水器上；
(c)无用水期不供水
在无用水期，所有电开水器停止注水加热；
d.判断是否有用户取水
通过按压触控开关检测是否有用户取水，若有用户取水，则再执行步骤a；若没有用户取水，则继续等待，直到有用户取水。
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