CN105509334A - 一种自供电热水器交互式终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自供电热水器交互式终端，包括水力发电装置和交互式终端，所述的交互式终端包括智能控制板、充电电池和控制面板，所述的智能控制板包括微控制器、无线通信模块和温度采集电路，所述的控制面板包括按键模块、显示模块，所述的水力发电装置连接在水管道上，本发明通过水力发电装置将水流能量转换为电能，并储存在充电电池上，实现了自供电和能量保存的技术效果；通过无线通信模块，实现了与热水器信息交互式处理的技术效果；通过将控制面板放置在人们使用水的地方，使人们在使用水的时候也能够随时调节水温，整体设计更加人性化，带给人们更加舒适的体验感。

Description

一种自供电热水器交互式终端

技术领域

本发明涉及热水器遥控器领域，尤其涉及一种自供电热水器交互式终端。

背景技术

随着人们生活水平日益提高，人们对家庭生活中的舒适要求也越来越高，随之而来的各种各样的电器产品方便了人类生活得同时也占据了不小的空间，为此越来越多的多功能电器进入了人们的生活，其中就包括热水器。

热水器是指通过各种物理原理，在一定时间内使冷水温度升高变成热水的一种装置，按照原理不同可分为电热水器、燃气热水器、太阳能热水器、磁能热水器、空气能热水器，暖气热水器等。

由于我国的实际情况和使用习惯，燃气热水器仍是众多消费者的首选，具有热效率高、加热速度快、温度调节稳定、可多人连续使用、冬天在厨房里就可以随时来热水、水温恒定、购置费用便宜等优势，但使用者在洗澡过程中不能随时调节水温，必须在进入浴室前就先将温度调好；而目前家庭使用较多的电热水器是固定在浴室的上方，不设置有水温调节按钮，通过开关进行加热，通过控制水阀混入冷水来调节至合适水温，但存在着水温不够稳定且耗电量大等缺点，于是，像美的、海尔这样的热水器大公司都生产有热水器遥控器，热水器遥控器通过按键设置，输出控制指令，由红外模块进行信息传输，从而控制电热水器的工作，完成水温调节、自动关闭等功能。

然而人们发现使用热水器遥控器还是存在以下缺陷：第一：人们在洗澡时会忘记将热水器遥控器带入浴室，于是洗澡过程中也不能随时调节水温；第二：热水器遥控器作为小部件，容易丢失且在丢失后不易购买到相对应的热水器遥控器；第三：采用电池供电，需要经常更换电池。

不仅如此，目前市场上的热水器遥控器多为单方向信息传输，即遥控器上不能反应热水器的处理结果，使得用户不能根据处理结果进行进一步的信息输入。

因此，有必要设计一种在人们使用热水时也能随时进行水温控制、能进行自发电且不宜丢失、同时能反应热水器当前状态的热水器交互式终端。

发明内容

本发明为解决上述问题提供一种自供电热水器交互式终端，通过水力发电装置将水流能量转换为电能，并储存在充电电池上，实现了自供电和能量保存的技术效果；通过无线通信模块，实现了与热水器信息交互式处理的技术效果；通过将控制面板放置在人们使用的地方，使人们在使用的时候能够随时调节水温，比如将控制面板设置在淋浴用的花洒上，从而使人们在洗澡过程中能随时调节适合自己的水温，整体设计更加人性化，带给人们更加舒适的体验感。

为实现上述目的，达到上述效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种自供电热水器交互式终端，包括水力发电装置和交互式终端，所述的水力发电装置通过导线与交互式终端连接，所述的交互式终端包括智能控制板、充电电池和控制面板，所述的智能控制板包括微控制器、无线通信模块和温度采集电路，所述的控制面板包括按键模块、显示模块，所述的智能控制板通过导线与充电电池、控制面板、水力发电装置连接，所述的水力发电装置连接在水管道上，将水流能量转换为电能，储存在充电电池上，供用电电路工作，所述的温度采集电路包括温度传感器，所述的温度传感器与水管道内的水流接触，从而采取水温信息，通过按键模块输入控制指令，通过无线通信模块实现无线远程传输，从而遥控热水器的工作，所述的交互式终端可接收热水器上的无线信息，并将接收到的无线信息反应在显示模块上。

进一步的，所述的无线通信模块为WIFI模块或ZigBee模块或NRF模块或Bluetooth模块，所述的无线通信模块与热水器内的无线模块配合连接。

进一步的，所述的水力发电装置包括外壳、微型发电机、固定转轴、水轮机与管道接口，所述的微型发电机通过固定转轴与水轮机连接，所述的微型发电机包括转子、定子，所述的定子固定在外壳上，所述的管道接口包括进水口与出水口，所述的进水口、出水口与水管道连接。

进一步的，所述的智能控制板包括电能收集电路、电池管理电路，所述的水力发电装置经整流电路后与电能收集电路连接，所述的电能收集电路与电池管理电路连接，所述的充电电池与电池管理电路连接。

进一步的，所述的微控制器连接有信号整形电路，所述的信号整形电路经整流电路与水力发电装置连接，所述水力发电装置的产生的交流电波形经整流电路后变成脉动直流电波形，经信号整形电路后变成矩形波波形，所述的微控制器接收到电信号的波形为矩形波，所述的矩形波周期与交流电周期一致或成正比关系。

进一步的，所述的微控制器根据接收到的电信号得出水流流速信息的工作原理为：所述的水管道内的水流推动水轮机旋转，通过固定转轴带动转子旋转，与定子切割磁力线，产生交流电，交流电的频率与水流流速成正比关系，微控制器根据接收到的电信号得出交流电频率，从而得到水流流速。

进一步的，所述的显示模块为数码管显示或液晶屏显示。

进一步的，所述的控制面板设置在与热水器连接的花洒或水龙头上，所述的水力发电装置设置在靠近控制面板一侧的水管道上。

进一步的，所述的充电电池可替换为超级电容，所述的水流发电装置经整流电路后与超级电容连接。

上本发明的有益效果是：

1、与目前市场上热水器的无线遥控器相比较，将控制面板放置在人们使用热水的地方，使人们在使用热水的时候也能够随时调节水温，比如将控制面板设置在淋浴用的花洒上，从而使人们在洗澡过程中能随时调节适合自己的水温，整体设计更加人性化；水力发电装置与交互式终端均与水管道连接，不易丢失；本发明可接收并显示出热水器的当前状态信息，实现热水器信息的交互式处理，具有灵活、直观、便于控制的优点。

2、区别于传统的电池供电，本发明采用水流自供电，合理利用可再生能源，降低使用成本，避免能源浪费，保护生态环境；

3、目前出现的产品和发明在实现水力发电和水流监测都是分开来完成的，即需要使用水力发电机和水流监测模块共两个组件，而本发明通过将交流电波形转化为矩形波波形，通过微控制器对矩形波波形的处理得出水流流速信息，从而起到了监控管道水流流量的技术效果，在保证能得到有效水流信息的同时，省去了水流监控模块，使结构更加简单，成本更加低廉，体积更小；

4、本发明所使用的无线通信模块相对于传统的红外遥控来说，具有不易受热源、阳光源、温度、射频辐射干扰，穿透力强，不易被物体遮挡，传输距离较长等优点，所以其遥控范围更广，使用更加灵活；

综上，本发明是一种能进行自发电且不宜丢失、能与热水器进行信息交互式处理、并且更加人性化的热水器交互式终端。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明，本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明涉及的一种自供电热水器交互式终端的框架示意图；

图2为本发明涉及的一种自供电热水器交互式终端连接在热水器水管道上的实施例示意图；

图3为本发明涉及的一种自供电热水器交互式终端与花洒连接的实施例示意图；

图4为本发明涉及的交互式终端的内部结构示意图；

图5为本发明涉及的水力发电装置的内部结构示意图；

图6为本发明涉及的微控制器采集水流信息的电路示意图；

图7为本发明涉及的水力发电装置自供电的电路示意图；

图8为本发明涉及的温度采集电路的一种实施例；

图9为本发明涉及的交流电波形经整流电路、信号整形电路后的波形变化示意图；

图10为本发明涉及的一种自供电热水器交互式终端连接在热水器水管道上的可选实施例示意图；

图11为本发明涉及的水力发电装置的可选实施例示意图；

图12为本发明涉及的水力发电装置自供电的可选实施例。

图2-图7、图10-图12中，水力发电装置1、外壳11、微型发电机12、转子121、定子122、固定转轴13、水轮机14、管道接口15、进水口151、出水口152、空腔16、花洒2、交互式终端3、智能控制板31、微控制器311、无线通信模块312、温度采集电路313、充电电池32、控制面板33、按键模块331、显示模块332、热水器4、水管道5。

图6-图8中，D1为整流桥，VT1为NPN型的三极管，A/D1为微控制器的A/D接口，C1为电容，R1-R4为电阻，BH为温度传感器，Vcc、VDD为电路工作电压，MCU为微控制器。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明：

如图1-图12所示，一种自供电热水器交互式终端，包括水力发电装置1和交互式终端3，所述的水力发电装置1通过导线与交互式终端3连接，所述的交互式终端3包括智能控制板31、充电电池32和控制面板33，所述的智能控制板31包括微控制器311、无线通信模块312和温度采集电路313，所述的控制面板33包括按键模块331、显示模块332，所述的智能控制板31通过导线与充电电池32、控制面板33、水力发电装置1连接，所述的水力发电装置1连接在水管道5上，将水流能量转换为电能，储存在充电电池32上，供用电电路工作，所述的温度采集电路313包括温度传感器，所述的温度传感器与水管道5内的水流接触，从而采取水温信息，通过按键模块331输入控制指令，通过无线通信模块312实现无线远程传输，从而遥控热水器4的工作，所述的交互式终端3可接收热水器4上的无线信息，并将接收到的无线信息反应在显示模块332上。

进一步的，所述的无线通信模块312为WIFI模块或ZigBee模块或NRF模块或Bluetooth模块，所述的无线通信模块312与热水器4内的无线模块配合连接。

进一步的，所述的水力发电装置1包括外壳11、微型发电机12、固定转轴13、水轮机14与管道接口15，所述的微型发电机12通过固定转轴13与水轮机14连接，所述的微型发电机12包括转子121、定子122，所述的定子122固定在外壳11上，所述的管道接口15包括进水口151与出水口152，所述的进水口151、出水口152与水管道5连接。

进一步的，所述的智能控制板31包括电能收集电路、电池管理电路，所述的水力发电装置1经整流电路后与电能收集电路连接，所述的电能收集电路与电池管理电路连接，所述的充电电池32与电池管理电路连接。

进一步的，所述的微控制器311连接有信号整形电路，所述的信号整形电路经整流电路与水力发电装置1连接，所述水力发电装置1的产生的交流电波形经整流电路后变成脉动直流电波形，经信号整形电路后变成矩形波波形，所述的微控制器311接收到电信号的波形为矩形波，所述的矩形波周期与交流电周期一致或成正比关系。

进一步的，所述的微控制器311根据接收到的电信号得出水流流速信息的工作原理为：所述的水管道5内的水流推动水轮机14旋转，通过固定转轴13带动转子121旋转，与定子122切割磁力线，产生交流电，交流电的频率与水流流速成正比关系，微控制器311根据接收到的电信号得出交流电频率，从而得到水流流速。

进一步的，所述的显示模块332为数码管显示或液晶屏显示。

进一步的，所述的控制面板33设置在与热水器4连接的花洒2或水龙头上，所述的水力发电装置1设置在靠近控制面板33一侧的水管道5上。

进一步的，所述的充电电池32可替换为超级电容，所述的水力发电装置1经整流电路后与超级电容连接。

具体实施例

根据图1-图7所示，本发明的一种自供电热水器交互式终端连接在热水器4的花洒2上，将水力发电装置1连接在靠近花洒2的水管道5上使用，通过进水口151、出水口152分别与水管道5连接，并配合热水器4内的无线模块使用，其与花洒2、热水器4、水管道5组合起来使用的工作过程如下：

1）、自供电：水管道5内的水流推动水轮机14旋转，通过固定转轴13带动转子121旋转，与定子122切割磁力线，产生交流电；

2）、储电：交流电经整流电路后传输到电能收集电路、电池管理电路，最后传输到充电电池32中完成电能量保存；

3）、采集水流信息：交流电经整流电路后同时传输到信号整形电路，然后由微控制器311根据接收到的电信号得出水流流速信息；

4）、遥控：用户通过控制面板33进行控制操作，由微控制器311对用户的操作进行信息处理并输出遥控指令；

5）、交互式处理：无线通信模块312将微控制器311发出的遥控指令发射到热水器4内的无线模块，由热水器4内的的主控中心进行处理，并将处理结果通过无线模块发射到交互式终端3上，用户通过显示模块332可得知热水器4的当前状态，从而进行下一步动作；

6）、显示：通过微控制器311的处理，将用户输入的指令或是热水器的当前状态信息反应在显示模块332上。

根据图6-图7所示，本发明实施例采用的整流电路为整流桥D1，信号整形电路由限流电阻R1，上拉电阻R2，三极管VT1组成。

图8为本发明涉及的温度采集电路的一种实施例；通过串联电阻R4，降低温度传感器BH上的电流，保护温度传感器BH的正常工作，通过电容C1和电阻R3进行滤波，得到的模拟温度信号通过A/D1传输到微控制器MCU内部的A/D模块转换为数字信号，提供给程序进行处理分析。

图9为本发明实施例在采用图6的电路后的波形示意图，水流发电装置1发出的交流电，波形如图A所示；经整流桥D1后，由电压极性为上正下负的交流电压转变为一个单方向的脉动电压，波形如图B所示，其原理是利用了二极管的单向导通，由四个二极管组成的整流桥D1又称为桥式整流电路，可得到全波整流电压；单方向的脉动电压经三极管VT1构成的信号整形电路，变成了矩形波，波形如图C所示，微控制器MCU上的I/O口接到三极管VT1的集电极上，当三极管VT1接收到的电压未达到导通电压，三极管VT1处于截止状态，集电极上电压为Vcc，当三极管VT1接收到的电压达到导通电压后，三极管VT1导通，集电极上电压接近地，从而形成矩形波波形，对于单片机来说，处理矩形波波形相对比较简单，而且该信号整形电路的优点在于其周期频率不会发生变化，从而使矩形波周期与交流电周期一致。

图10-图11为本发明涉及的水力发电装置1的可选实施例；将水力发电装置1与水管道5连接，在微型发电机12与外壳11之间设置有空腔16，使水流可以顺着空腔16流动。

图12为本发明的一种可选实施例，将本发明涉及的交互式终端3固定在浴室的墙壁上，水力发电装置1连接墙壁上或墙壁内的水管道5，交互式终端3中的控制面板33裸露在墙壁表面，无线通信模块312通过设置在表面的孔位与热水器4内的无线模块进行信息传输。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自供电热水器交互式终端，包括水力发电装置（1）和交互式终端（3），其特征在于：所述的水力发电装置（1）通过导线与交互式终端（3）连接，所述的交互式终端（3）包括智能控制板（31）、充电电池（32）和控制面板（33），所述的智能控制板（31）包括微控制器（311）、无线通信模块（312）和温度采集电路（313），所述的控制面板（33）包括按键模块（331）、显示模块（332），所述的智能控制板（31）通过导线与充电电池（32）、控制面板（33）、水力发电装置（1）连接，所述的水力发电装置（1）连接在水管道（5）上，将水流能量转换为电能，储存在充电电池（32）上，供用电电路工作，所述的温度采集电路（313）包括温度传感器，所述的温度传感器与水管道（5）内的水流接触，从而采取水温信息，通过按键模块（331）输入控制指令，通过无线通信模块（312）实现无线远程传输，从而遥控热水器（4）的工作，所述的交互式终端（3）可接收热水器（4）上的无线信息，并将接收到的无线信息反应在显示模块（332）上。

2.根据权利要求1所述的一种自供电热水器交互式终端，其特征在于：所述的无线通信模块（312）为WIFI模块或ZigBee模块或NRF模块或Bluetooth模块，所述的无线通信模块（312）与热水器（4）内的无线模块配合连接。

3.根据权利要求1所述的一种自供电热水器交互式终端，其特征在于：所述的水力发电装置（1）包括外壳（11）、微型发电机（12）、固定转轴（13）、水轮机（14）与管道接口（15），所述的微型发电机（12）通过固定转轴（13）与水轮机（14）连接，所述的微型发电机（12）包括转子（121）、定子（122），所述的定子（122）固定在外壳（11）上，所述的管道接口（15）包括进水口（151）与出水口（152），所述的进水口（151）、出水口（152）与水管道（5）连接。

4.根据权利要求1所述的一种自供电热水器交互式终端，其特征在于：所述的智能控制板（31）包括电能收集电路、电池管理电路，所述的水力发电装置（1）经整流电路后与电能收集电路连接，所述的电能收集电路与电池管理电路连接，所述的充电电池（32）与电池管理电路连接。

5.根据权利要求1所述的一种自供电热水器交互式终端，其特征在于：所述的微控制器（311）连接有信号整形电路，所述的信号整形电路经整流电路与水力发电装置（1）连接，所述水力发电装置（1）的产生的交流电波形经整流电路后变成脉动直流电波形，经信号整形电路后变成矩形波波形，所述的微控制器（311）接收到电信号的波形为矩形波，所述的矩形波周期与交流电周期一致或成正比关系。

6.根据权利要求1所述的一种自供电热水器交互式终端，其特征在于：所述的微控制器（311）根据接收到的电信号得出水流流速信息的工作原理为：所述的水管道（5）内的水流推动水轮机（14）旋转，通过固定转轴（13）带动转子（121）旋转，与定子（122）切割磁力线，产生交流电，交流电的频率与水流流速成正比关系，微控制器（311）根据接收到的电信号得出交流电频率，从而得到水流流速。

7.根据权利要求1所述的一种自供电热水器交互式终端，其特征在于：所述的显示模块（332）为数码管显示或液晶屏显示。

8.根据权利要求1所述的一种自供电热水器交互式终端，其特征在于：所述的控制面板（33）设置在与热水器（4）连接的花洒（2）或水龙头上，所述的水力发电装置（1）设置在靠近控制面板（33）一侧的水管道（5）上。

9.根据权利要求1所述的一种自供电热水器交互式终端，其特征在于：所述的充电电池（32）可替换为超级电容，所述的水流发电装置（1）经整流电路后与超级电容连接。