CN103829800A - 智能咖啡壶 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能咖啡壶，其包括壶体，加热装置，其还包括控制单元和为该控制单元供电的电源单元，设置在该壶体上的感应单元，设置在该壶体和加热装置上的通讯单元，该控制单元包括控制电路板、设置在该控制电路板上的主控芯片；该感应单元包括多个电极和检测该壶体内的液体温度的热敏电阻；该通讯单元包括发射器，以及设置在该加热装置上的接收器，该接收器用于接收该发射器发送过来的各种控制信号；该加热装置内设有电磁感应线圈，该电源单元包括设置在该壶体内的电磁感应线圈，该壶体内的电磁感应线圈与该加热装置内的电磁感应线圈耦合产生交流电，该控制单元还具有将该交流电转化为直流电的稳压电路从而为该控制单元提供稳定电压。

Description

智能咖啡壶

技术领域

本发明涉及小型家用电器领域，尤其是指一种可以与加热源实现通讯并拥有智能控制煮咖啡过程的咖啡壶。

背景技术

煮土耳其咖啡对煮制过程中泡沫的特殊控制要求，传统的土耳其咖啡是手工拿着不带盖的铜质咖啡壶在火上煮，用离火的远近来控制泡沫的上升和口感。因此很难用单独的温控或者是溢出开关来同时解决口感好和防溢出这两个难题，必须要有智能控制系统来实现自适应模糊控制才能替代人脑对泡沫丰富与否的判断。泡沫上升太多则口感焦糊，太少则口感不浓郁。普通电加热的土耳其咖啡壶是没有自动停止的功能，需要操作者守候在旁，及时关闭才能防止溢出，口感就更难保证。

目前市面上标称有智能控制功能的土耳其咖啡壶有两类：一类是通过在泡沫上升通道（壶体）上设置一个防溢出探头，位置固定。一旦咖啡液面上升到了探头的位置则触发防溢出保护电路，关闭热源。这也只解决了人不在时咖啡溢出的危险，因为探头的位置固定，因此无论煮几杯咖啡都只能在液面上升到探头位置时停止，完全无法保证不同杯数的口感。

另一类是以阿奇立克（Arcelik）智能土耳其咖啡壶为代表的复杂的光电探测系统加上与之配套电动机械结构控制热源的方法（欧盟专利公开号为：EP2088903B1）。这种方法同时解决了防溢出和口感的问题，但是因为其复杂的结构，造成壶体有效容积很小，只能同时做1～2杯、约100ml左右的土耳其咖啡，这种咖啡壶的结构成本很高，无法大批量的进入普通家庭。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种结构简单、操作方便、节省时间、提高效率、防止溢出咖啡且能够保证咖啡口感的智能咖啡壶。

解决本发明的技术问题所采用的技术方案是：提供一种智能咖啡壶，其包括壶体，加热所述壶体并与所述壶体配套使用的加热装置，所述智能咖啡壶还包括设置在所述壶体上的控制单元和为所述控制单元供电的电源单元，设置在所述壶体上的感应单元，设置在所述壶体和加热装置上的通讯单元，其中，所述控制单元包括控制电路板、设置在该控制电路板上且存储有控制程序的主控芯片及；所述感应单元包括分别与所述控制电路板电连接的多个金属或者非金属电极和检测该壶体内的液体温度的热敏电阻；所述通讯单元包括设置在所述控制电路板上的发射器，以及设置在配套的所述加热装置上的接收器，所述接收器用于接收所述发射器发送过来的用于识别所述控制单元是否正常工作的识别信号、开启所述加热装置的信号、停止所述加热装置的信号或者调节所述加热装置功率的信号；所述加热装置内设有电磁感应线圈，所述电源单元包括设置在所述壶体内的电磁感应线圈，所述壶体内的电磁感应线圈与所述加热装置内的电磁感应线圈耦合产生交流电，所述控制单元还具有将所述交流电转化为直流电的稳压电路从而为所述控制单元提供稳定电压；所述主控芯片的控制程序采集每个电极回路的电压值，并与预设的电压区间做比较，从而判定咖啡混合液体的液面的初始位置；通过持续监测该感应单元的多个电极回路电压值，并与控制程序内置的电压值区间作比较，来判定咖啡混合液体的液面及泡沫上升的位置；该主控芯片中的控制程序针对每个不同的咖啡混合液体的初始液面位置，都预设了相应的泡沫预期的停止上升的位置，一旦控制程序判定泡沫上升到了预期的停止上升的位置，则立即通过所述通讯单元的发射器发送信号给接收器以操作所述加热装置。

优选地，所述热敏电阻为负温度系数热敏电阻器。

优选地，所述电源单元包括可通过开关控制的干电池或者充电电池。

优选地，所述发射器为红外发射器或射频发射器。

优选地，该加热装置是电磁炉。

与现有技术相比，本发明的智能咖啡壶的优点在于：1、解决了市面上简单防溢出咖啡壶不能保证的口感问题，能够确保无论使用者煮一杯还是两至四杯咖啡，都能获得较为一致的泡沫浓度和口感；2、以与壶体一体化的感应及控制电路，实现了整个咖啡壶的小型化和简单化，产品的最终造型接近于传统的土耳其咖啡壶造型，其密封的结构使其便于在水龙头下直接清洗或者洗碗机清洗。3、该咖啡壶就实现了智能化，不需要人为操作，节省了时间和提高了煮咖啡的效率

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的智能咖啡壶的壶体的立体分解图。

图2是本发明实施例的智能咖啡壶的电磁炉的立体分解图。

图3是本发明实施例的智能咖啡壶的组装图。

图4是本发明实施例的智能咖啡壶的剖视图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面将结合附图对本发明作进一步详述。参考图1至图4，本发明的智能咖啡壶是一种带有智能感应及控制系统的咖啡壶，可以与配套的加热装置实现智能通讯。

利用与咖啡壶身一体的感应单元与设置在咖啡壶手柄内的控制单元，实现对煮咖啡过程的实时模糊智能控制，保证无论使用者在咖啡壶的安全水位范围内加任意杯数的咖啡（在咖啡壶的容积范围内）都可以享受到相同的泡沫浓度和口感，更可以确保咖啡不会煮到焦糊，以免于向外溢出。

该智能咖啡壶具体包括：具有手柄8的壶体100、一感应单元、一控制单元、一通讯单元、一电源单元、以及一加热装置200。该壶体100具有不锈钢材质的外壳2。

感应单元：该感应单元包括位于不锈钢材质的壶体100上的多个金属或者非金属电极4，一个热敏电阻6，和多根与控制电路板7连接的信号线。其中，这些信号线将这些电极4和热敏电阻6电连接到该控制电路板7上。这些电极4和热敏电阻6嵌入到该壶体100侧面的塑胶窗3中，并且伸入到该壶体100内部。该热敏电阻是一种敏感元件，该热敏电阻按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（PTC）和负温度系数热敏电阻器（NTC），在本实施方式中，使用负温度系数热敏电阻器（NTC）。

控制单元：该控制单元包括设置在该手柄8内的控制电路板7、设置在该控制电路板7上的主控芯片，该主控芯片内存储有控制程序（未显示）。在整个煮咖啡的过程中，该主控芯片内的控制程序可以根据预设的时间间隔（如100毫秒）采集所有的电极回路的电压值。该主控芯片存储的控制程序采集每个电极4回路的电压值，并与预设的电压值区间做比较，从而判定咖啡混合液体的液面的初始位置。通过持续监测该感应单元的多个电极回路电压值的变化，与程序内置的电压值区间作比较，来判定咖啡混合液体的液面及泡沫上升的位置。该主控芯片中的控制程序针对每个不同的咖啡混合液体的初始液面位置，都预设了相应的泡沫预期的停止上升的位置。一旦控制程序判定泡沫上升到了预期的停止上升的位置，则立即通过以下描述的通讯单元发送调整功率或者停止工作的信号。

通讯单元：该通讯单元可以是频率为2.4G的通讯模组、433MHz模组或红外通讯模组中的一种。该通讯单元包括设置在该控制电路板7上的发射器9，以及设置在配套的加热源（如电磁炉）上的接收器18，该接收器18用于接收该发射器9发送的开启该加热装置的信号、停止该加热装置的信号或者调节该加热装置的功率的信号。该发射器9为红外发射器或射频发射器。

电源单元：该电源单元包括设置在该壶体100内的电磁感应线圈5，以及由该控制电路板7提供的稳压电路，该稳压电路对电磁感应线圈5与该加热装置200内的电磁感应线圈耦合产生的交流电进行处理使之输出直流，从而为控制单元进行供电。该智能咖啡壶可以使用来自电磁感应线圈5产生的交流电作为工作电源，可以理解，也可以设计为使用可替换的普通干电池或者充电电池作为工作电源。该电磁感应线圈5通过装饰圈1将其设置在该壶体2的下部。

加热装置：该加热装置200可以是装有可以与该智能咖啡壶配套的通讯单元的电磁炉、电陶炉、电热盘、薄膜发热电炉等等。在本实施方式中，该加热装置200优选电磁炉。

如图2所示，该电磁炉与市面上的电磁炉相似，其包括机壳10、底盖11、设置在机壳10上方的微晶板12、设置在机壳10和底盖11内部的电路板13、风扇16、电磁感应线圈15、固定风扇16的风扇固定片14、以及普通的开关按键。与该微晶板12接触且监测该微晶板12上的温度的温度控制器17、以及与该发射器9配套使用的接收器18与该电路板13电连接。该接收器18从该机壳10的侧面伸出。该电路板13上还连接有具有插头的电源线19，该具有插头的电源线19从该机壳10的底部向外伸出与家用插座连接为该电磁炉提供电能。

该接受器18与壶体100上的发射器9相互通讯。按下该电磁炉上的开关按键后，位于壶体100的电磁感应线圈5开始与电磁炉的电磁感应线圈15产生的磁场经行耦合，产生交流电流。位于手柄8内的控制电路板7上的稳压电路将交流电变为稳定的直流电，输出至控制单元。为了保证在整个工作过程中通讯单元正常通讯，在壶体100的手柄8内的控制单元获得直流电能后，会立即通过该发射器9发送一个识别信号，以确认壶体100的手柄8内的控制单元处于正常工作状态。如果该加热装置200（即：电磁炉）里的接收器18在开机后程序预设时间（可设置几秒之内）内没有收到识别信号则会立即停止加热，确保整个智能咖啡壶的安全。

该控制电路板7的控制单元开始采集感应电极4和热敏电阻6传回的信号，并将与这些信号对应的电压值、温度值与控制程序中的预设值区间进行比对，判定咖啡的初始状态（包括咖啡混合物液面的位置和咖啡混合物的温度），并自动选择与该初始状态相对应的煮咖啡程序。当感应电路的电压值与温度值区间与控制程序中已自动选定的煮咖啡程序预设的电压值与温度值区间相符时，则由该发射器9立即发出调整功率或者停止工作给电磁炉的接收器18，该接收器18收到信号之后就触发电路板13调整发热功率或者断开该电磁炉的电源，这样就可以控制咖啡泡沫的上升幅度。

其中，针对不同的咖啡混合物液面位置，都有与之对应的煮咖啡的控制程序，从而确保最终咖啡泡沫上升的比例是一致的，保证特有的咖啡泡沫浓度及口感。

可以理解，当使用配有与壶体100配套的通讯单元的其他发热装置时，则该智能咖啡壶的控制单元的供电方式可以为可通过开关控制的干电池或者充电电池。这并不影响感应单元和控制单元实现相同的咖啡浓度和口感。

本发明的智能咖啡壶的工作原理为：

首先，当该控制电路板7得到电磁感应线圈5输入的电能后，该控制电路板7将首先要确定起始的咖啡混合液面位置：以位置最低的一个感应电极4作为负极和输入检测端，其他的感应电极作为正极感应电极。在任意时刻，该控制电路板7将只打开一个正极感应电极，和负极感应电极形成一个通电回路。如果液面以下的感应电极作为正极时，会对液体混合物的电离，此时输入检测端会有一个不同的电压值；如果液面以上的感应电极作为正极时，将无法对液体混合物进行电离，输入检测端的电压将保持不变，利用这个特点，进行初步的水位判断。为了在整个煮咖啡的过程中持续感应咖啡混合液面状态，控制单元的内置控制程序可以根据开发人员预设的时间间隔（如100毫秒）分别采集所有的电极回路的电压值。壶体内壁上的咖啡残留物和煮咖啡过程中的蒸汽也会导致一些咖啡混合物液面以上位置的正极感应电极与位置最低的负极感应电极导通，对控制程序正确判断咖啡混合液面的位置产生干扰，因此，在控制程序里存储了根据大量实验得出的电压值区间和温度区间用于对比，而不是一些对比的单个电压值和温度值。

其次，根据煮咖啡的习惯，在消费者开始放入咖啡粉末时，可能会进行搅拌而导致液面不稳定，并且大量的咖啡粉末悬在液体表面，不均匀的液体对检测结果有很大的影响，所以系统增加热敏电阻6，根据大量的实验，待温度达到50度以上时，咖啡粉末基本上在水中充分溶解，再次判断咖啡混合液面的位置。同时，根据从50度上升到60度的时间，对此前作出的咖啡混合物液面位置的判断作出一个校正，最终确定混合物液面初始位置。

再次，针对不同的咖啡混合物液面初始位置，依照大量实验数据，已在控制程序内设置一个不同的预期的泡沫上升最高位置，这样，才能有最佳的口感和泡沫浓度。

最后，根据不同的咖啡混合物液面初始位置，该控制电路板7上的发射器9将发送信号给加热装置200（如电磁炉）的接收器18，调节该加热装置200的发热功率，保证不会在短时间把咖啡烧焦，影响口感。在结束判定终咖啡混合物液面初始位置之后，程序将不再把液面以下的正极感应电极4打开，而是同时把液面以上的正极感应电极4全部打开，一旦泡沫上升到程序预设的高度，该控制电路板7上的发射器9能够在第一时间发出停止工作指令或者调整功率指令给加热装置200的接收器18，使得该加热装置200自动停止加热或者调整功率。这样，该咖啡壶就实现了智能化，不需要人为操作，节省操作者的时间和提高了煮咖啡的效率。

本发明的智能咖啡壶解决了市面上简单防溢出咖啡壶不能保证口感的问题，能够确保无论使用者煮1杯还是2-4杯咖啡，都能获得较为一致的泡沫浓度和口感；而且，与壶体一体化的感应及控制电路，实现了整个咖啡壶的小型化和简单化，产品的最终造型接近于传统的土耳其咖啡壶造型，其密封的结构使其便于在水龙头下直接清洗或者在洗碗机中清洗。

本发明的智能咖啡壶的加热装置和壶体不需要在指定的位置接触才能正常工作（现有技术中需要将壶体放置在指定位置，这样才能实现通电和加热），本发明的智能咖啡壶只要将该壶体放置在该加热装置上的任意位置就可以工作，不需要放置在指定的位置、操作简便，省时省力。此外，传统的电热盘的残留热量对咖啡泡沫有影响，在本发明中使用的加热装置（电磁炉）断电后热量很快消失，对咖啡泡沫无任何影响，咖啡口感非常好。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种智能咖啡壶，其包括壶体，加热所述壶体并与所述壶体配套使用的加热装置，其特征在于：所述智能咖啡壶还包括设置在所述壶体上的控制单元和为所述控制单元供电的电源单元，设置在所述壶体上的感应单元，设置在所述壶体和加热装置上的通讯单元，其中，

所述控制单元包括控制电路板、设置在该控制电路板上且存储有控制程序的主控芯片；

所述感应单元包括分别与所述控制电路板电连接的多个金属或者非金属电极和检测该壶体内的液体温度的热敏电阻；

所述通讯单元包括设置在所述控制电路板上的发射器，以及设置在配套的所述加热装置上的接收器，所述接收器用于接收所述发射器发送过来的用于识别所述控制单元是否正常工作的识别信号、开启所述加热装置的信号、停止所述加热装置的信号或者调节所述加热装置功率的信号；

所述加热装置内设有电磁感应线圈，所述电源单元包括设置在所述壶体内的电磁感应线圈，所述壶体内的电磁感应线圈与所述加热装置内的电磁感应线圈耦合产生交流电，所述控制单元还具有将所述交流电转化为直流电的稳压电路从而为所述控制单元提供稳定电压；

所述主控芯片的控制程序采集每个电极回路的电压值，并与预设的电压区间做比较，从而判定咖啡混合液体的液面的初始位置；通过持续监测该感应单元的多个电极回路电压值，并与控制程序内置的电压值区间作比较，来判定咖啡混合液体的液面及泡沫上升的位置；该主控芯片中的控制程序针对每个不同的咖啡混合液体的初始液面位置，都预设了相应的泡沫预期的停止上升的位置，一旦控制程序判定泡沫上升到了预期的停止上升的位置，则立即通过所述通讯单元的发射器发送信号给接收器以操作所述加热装置。

2.根据权利要求1所述的智能咖啡壶，其特征在于：所述热敏电阻为负温度系数热敏电阻器。

3.根据权利要求1所述的智能咖啡壶，其特征在于：所述电源单元包括可通过开关控制的干电池或者充电电池。

4.根据权利要求1所述的智能咖啡壶，其特征在于：所述发射器为红外发射器或射频发射器。

5.根据权利要求1所述的智能咖啡壶，其特征在于：该加热装置是电磁炉。

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