CN105627576A - 一种自供电燃气热水器红外控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自供电燃气热水器红外控制器，包括水力发电装置和智能控制板，所述的水力发电装置连接有充电电池，所述的充电电池与智能控制板连接，所述的智能控制板包括微控制器、红外通信模块、温度传感器、按键显示模块和提示器。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；通过微控制器接收到的电信号得出水流流速信息，通过温度传感器得到水温信息，通过相对应的遥控器与无线通信模块连接，可进行无线控制，使人们在使用燃气热水器时，更加实用便利，安全可靠。

Description

一种自供电燃气热水器红外控制器

技术领域

本发明涉及燃气热水器控制器领域，尤其涉及一种自供电燃气热水器红外控制器。

背景技术

燃气热水器又称燃气热水炉，它是指以燃气作为燃料，通过燃气燃烧产生的高温热量传递到流经热交换器的冷水中以达到制备热水目的的一种热水器。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。优点就是热效率高、加热速度快、温度调节稳定、可多人连续使用、水温恒定，购置费用便宜。

燃气热水器需要电能来供控制器使用，现有的供电方式一般采用外接电源供电或电池供电，电池为不可再生的能源，需要经常更换电池，不仅需要人们有一定的动手能力，而且废电池容易造成环境污染；而采用外接电源供电，除了需要支出一定的电费，同时会进一步加剧国内的供电紧张，而且无法逃避停电对其造成的影响，即在停电时，此类控制器就无法正常工作。

针对以上现象，申请号201420008932.6的一种自供电燃气热水器，通过水轮发电机连接在水管道上，利用水流发电，将温差发电片设置在燃烧室的外壁，利用温差发电，并将电能存储在蓄电池，供燃气热水器上的用电电路使用，申请号201320302178.2的一种自发电式燃气热水器，利用水轮机带动发电机，并将电能存储在蓄电池，同时设置有显示器，来显示温度及故障代码。

然而水力发电装置或温差发电始终得不到广大用户的认可，甚至未真正进入市场，对于个人家庭来说，安装一个自供电装置的费用都超过了用电产生的电费，而且麻烦，且不如直接用电来的直接；对于工业生产来说，在生产的过程中直接加入该装置，会增加生产成本，且该功能无法说服用户多花钱来承担这部分的生产成本，总结起来为功能太过单一，吸引力不够。

然而随着社会的进步，人们越来越追求高效便利的生活，通常家用电器都配备相应的遥控器来方便人们使用，现有的燃气热水器一般都要放置在人们够的着的地方，人们才能进行控制，局限性较大，如果燃气热水器可以配备遥控器的使用，不仅使燃气热水器的安装位置更加灵活合理，同时也方便人们进行控制，为此，有必要生产一种能配合遥控器进行无线控制，同时又能自供电的燃气热水器控制器。

发明内容

本发明为解决上述问题提供一种自供电燃气热水器红外控制器，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；通过微控制器接收到的电信号得出水流流速信息，通过温度传感器得到水温信息，通过相对应的遥控器与无线通信模块连接，可进行无线控制，使人们在使用燃气热水器时，更加实用便利，安全可靠，实现了便捷高质量的生活。

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：

一种自供电燃气热水器红外控制器，包括水力发电装置和智能控制板，所述的水力发电装置连接有充电电池，所述的充电电池与智能控制板连接，所述的智能控制板包括微控制器、红外通信模块、温度传感器、按键显示模块和提示器，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，供智能控制板工作，所述的微控制器根据接收到的电信号得出水流流速信息，根据温度传感器得到水温信息，供微控制器分析使用。

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，所述的红外通信模块可接收相应遥控器上的控制信号，并将其信息传输到微控制器上进行处理，使人们可以通过遥控器来控制燃气热水器的工作。

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。

进一步的，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，所述的按键显示模块包括显示模块和按键模块，所述的显示模块为数码管显示或液晶屏显示，所述的按键模块包括冬夏转换按钮、火力调节按钮和水温调节按钮。

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

进一步的，所述的提示器为蜂鸣器或喇叭。

本发明的有益效果是：

一种自供电燃气热水器红外控制器，相对于目前的燃气热水器来说，具有以下优点：

1、相较于采用干电池供电或外部电源供电，本发明采用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，避免了废电池对环境的污染和用电电费的支出，同时使热水器在停电时也能使用；

2、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，通过温度传感器得到水温信息，并将该信息提供给微控制器使用，微控制器可以根据该信息算出加热功率等信息，以提高加热效率，降低能源消耗；用户可通过遥控器对燃气热水器进行无线控制，不仅使燃气热水器的安装位置更加灵活合理，同时人们在使用燃气热水器时更加智能便捷，安全可靠；

3、本发明在保证能得到有效水流信息的同时，省去了传统的水流监控模块，使结构更加简单，成本更加低廉，体积更小；同时红外通信模块相对应其他无线通信模块来说，本身不发任何类型辐射，器件功耗很小，隐蔽性较好，价格低廉；

综上，本发明是一种能够能配合遥控器进行无线控制的自供电燃气热水器控制器。

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燃气热水器红外控制器的框架示意图；

图2为本发明涉及的一种自供电燃气热水器红外控制器连接在管道上的示意图；

图3为本发明涉及的智能控制板和充电电池的示意图；

图4为本发明涉及的水力发电装置的内部结构示意图；

图5为本发明涉及的微控制器采集水流信息的电路示意图；

图6为本发明涉及的水力发电装置自供电的示意图；

图7为本发明涉及的温度传感器的驱动电路示意图；

图8为本发明涉及的蜂鸣器的驱动电路示意图；

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为与本发明根据水流流速所进行漏水检测的流程示意图；

图11为本发明涉及的水力发电装置的可选实施例示意图。

其中，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、空腔16、进水口151、出水口152、水管道2、燃气热水器本体3、智能控制板31、微控制器311、红外通信模块312、温度传感器313、按键显示模块314、显示模块3141、按键模块3142、提示器315、充电电池32。

图5-图8中，D1为整流桥，VT1、VT2为NPN型的三极管，R1-R5为电阻，C1为电容，MCU为微控制器，VCC为工作电压，BH为温度传感器，BUZ为蜂鸣器，AD1为微控制器的模数转换接口，IO1为微控制器的输出输入接口。

图10中，Vt为实时水流流速、V0为漏水预警流速值、St为实时水水流积、S0为漏水预警体积值。

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11所示，一种自供电燃气热水器红外控制器，包括水力发电装置1和智能控制板31，所述的水力发电装置1连接有充电电池32，所述的充电电池32与智能控制板31连接，所述的智能控制板31包括微控制器311、红外通信模块312、温度传感器313、按键显示模块314和提示器315，所述的水力发电装置1连接在水管道2上，将水流能量转换为电能，储存在充电电池32上，供智能控制板31工作，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，根据温度传感器313得到水温信息，供微控制器311分析使用。

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2连接。

进一步的，所述的红外通信模块312可接收相应遥控器上的控制信号，并将其信息传输到微控制器311上进行处理，使人们可以通过遥控器来控制燃气热水器的工作。

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。

进一步的，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2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，所述的按键显示模块314包括显示模块3141和按键模块3142，所述的显示模块3141为数码管显示或液晶屏显示，所述的按键模块3142包括冬夏转换按钮、火力调节按钮和水温调节按钮。

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。

进一步的，所述的提示器315为蜂鸣器或喇叭。

具体实施例

根据图1-图5所示，本发明的一种自供电燃气热水器红外控制器放置在燃气热水器本体3内，将水力发电装置1连接在水管道2上，通过进水口151、出水口152分别与水管道2连接，并配合相应的遥控器使用，红外通信模块312包括红外接收模块和红外发射模块；其与水管道2、遥控器组合起来使用的工作过程如下：

1）、自供电：水管道2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；温度传感器313采集水管道2内的水温信息，并将水温信息送至微控制器311；

4）、分析控制：微控制器311对水温信息进行分析处理，该温度传感器313采集冷水管内的水温，即未加热前的实际水温，与用户设定要加热后水温信息进行比较，再加上由流速得出的水量信息，从而由微控制器311算出加热功率，并控制燃气的加热；

5）、漏水预警：微控制器311根据接收到的水流流速信息与漏水预警值相比较，从而在超出漏水预警值的范围后进行预警提醒信号；

6）、预警提醒：由微控制器311发出预警提醒信号使提示器315发出预警提醒；

7）、控制：用户可以在遥控器上进行控制，红外通信模块312接收遥控器上的控制信号，并将其信息传输到微控制器311上进行处理，从而控制整个控制器的工作状态；

8）、按键显示：用户可以通过包括冬夏转换按钮、火力调节按钮、水温调节按钮的按键模块3142进行输入控制，由微控制器311接收这些控制指令并完成控制操作；显示模块3141上显示当前温度及故障代码等信息；

9）、状态：当没有水流流动且遥控器未发出控制信号，整个电路处于休眠状态；当没有水流流动，但遥控器发出控制信号，唤醒红外通信模块312，由红外通信模块312唤醒微控制器311，由微控制器311根据接收到的控制指令作出反应；当水开始流动时，唤醒微控制器311，使微控制器311处于工作状态，不断的采集水流流速及温度信息，供微控制器311分析处理；

根据图5-图6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7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8为本发明涉及的蜂鸣器BUZ的驱动电路示意图；本发明采用蜂鸣器BUZ来作为提示器315，使用I/O1口定时翻转电平驱动蜂鸣器BUZ，在与I/O1连接的中间增加一个三极管VT2驱动，以增加驱动能力使蜂鸣器BUZ响声更大，I/O1上连接有限流电阻R5，起到保护隔离措施。

图9为本发明实施例在采用图5的电路后的波形示意图，水力发电装置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。

根据1-图9可知，水流流速与水轮机14的转动周期成一定的正比关系，水轮机14与微型发电机12通过固定转轴13连接，则微型发电机12产生的交流电周期与水流流速呈正比关系，而交流电经信号整形电路后的矩形波周期与交流电的周期一样，所以微控制器在接收到矩形波后，根据矩形波的周期可以得到交流电的周期，从而得出水流流速。

根据图10所示，本发明根据水流流速所进行漏水检测的流程如下：

1、实时水流流速Vt与漏水预警流速值V0相比较，若Vt小于V0，则发出漏水预警，这是为了监测漏水量较少的情况，如水龙头未拧紧或水管滴水的现象，由于有水流动，但又处于滴水状态，所以其水流流速很低，且在一般情况下，人们在使用水的过程中，不会出现如此低的水流流速，则判断为持续少量漏水的现象

2、实时水流体积St与漏水预警体积值S0相比较，若St大于S0，则发出漏水预警，这是为了监测漏水量较多的情况，如水龙头一直开着忘记关或水管断裂的现象，此时，水流流速均匀且快，在未发觉的情况下一直处于漏水状态，则经过一定的时间后，所流过的水体积大于人们的日常使用的量，则判定为存在大量持续漏水的现象。

水流体积S是由得到的水流流速V乘以管道的断面面积A得到的流量Q=VA，通过对该段时间内的流量Q进行时间T的积分，即可得到水流体积S。

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2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。

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 (10)

1.一种自供电燃气热水器红外控制器，包括水力发电装置（1）和智能控制板（31），其特征在于：所述的水力发电装置（1）连接有充电电池（32），所述的充电电池（32）与智能控制板（31）连接，所述的智能控制板（31）包括微控制器（311）、红外通信模块（312）、温度传感器（313）、按键显示模块（314）和提示器（315），所述的水力发电装置（1）连接在水管道（2）上，将水流能量转换为电能，储存在充电电池（32）上，供智能控制板（31）工作，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，根据温度传感器（313）得到水温信息，供微控制器（311）分析使用。

2.根据权利要求1所述的一种自供电燃气热水器红外控制器，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（2）连接。

3.根据权利要求1所述的一种自供电燃气热水器红外控制器，其特征在于：所述的红外通信模块（312）可接收相应遥控器上的控制信号，并将其信息传输到微控制器（311）上进行处理，使人们可以通过遥控器来控制燃气热水器的工作。

4.根据权利要求1所述的一种自供电燃气热水器红外控制器，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所述的一种自供电燃气热水器红外控制器，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。

6.根据权利要求5所述的一种自供电燃气热水器红外控制器，其特征在于：所述的矩形波周期与交流电周期一致或成正比关系。

7.根据权利要求2所述的一种自供电燃气热水器红外控制器，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（2）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。

8.根据权利要求1所述的一种自供电燃气热水器红外控制器，其特征在于：所述的按键显示模块（314）包括显示模块（3141）和按键模块（3142），所述的显示模块（3141）为数码管显示或液晶屏显示，所述的按键模块（3142）包括冬夏转换按钮、火力调节按钮和水温调节按钮。

9.根据权利要求1所述的一种自供电燃气热水器红外控制器，其特征在于：所述的充电电池（32）可替换为超级电容，所述的水力发电装置（1）经整流电路后与超级电容连接。

10.根据权利要求1所述的一种自供电燃气热水器红外控制器，其特征在于：所述的提示器（315）为蜂鸣器或喇叭。