CN106647497A - 一种基于自主学习的智能电热水壶控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于自主学习的智能电热水壶控制系统及方法。系统包括：输入装置、数据存储模块、万年历时钟芯片、微处理器、显示装置、进水装置以及加热装置。其中，输入装置用于用户手动控制系统工作；数据存储模块用于存储用户通过输入装置输入的控制参数的历史记录；万年历时钟芯片用于提供精准时间；微处理器用于读取数据存储模块内的数据，处理从数据存储模块中获得的数据或者输入装置传送给它的信号，从而控制进水装置、加热装置以及显示装置工作。本发明可以记录用户的电热水壶使用习惯，既可让用户进行自主的控制，又可按照用户的使用习惯全自动运行，使用方便。

Description

一种基于自主学习的智能电热水壶控制系统及方法

技术领域

本发明涉及日常生活技术领域，具体涉及一种基于自主学习的智能电热水壶控制系统及方法。

背景技术

20世纪80年代以来，由于信息技术、计算技术的快速发展以及其他相关学科的发展和相互渗透，控制系统向智能控制系统的发展已成为一种趋势。20世纪90年代中期以来，智能控制器行业日益成熟，市场需求的增长和市场应用领域的持续扩大，致使智能控制器至今已经在工业、农业、家用、军事等几乎所有领域得到广泛应用。

目前，现有的智能电热水壶可以进行不同指定温度的加热和保温，但一般均为人为手动控制。而人们有些时候会在有需要的时候才想起去用电热水壶加热水，这就导致了需要时间上的等待。并且，如今人们的生活往往是有一定的时间规律的，在哪一时间段需要用多少温度的水是有一定的规律性的。现有的智能电热水壶无法根据用户使用的习惯和规律来自动运行，会导致用户在使用时感到不方便。

发明内容

针对现有技术所具有的缺陷，本发明提供一种基于自主学习的智能电热水壶控制系统及方法，实现电热水壶根据用户使用习惯及其规律进行全自动运行的功能，便捷用户使用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于自主学习的智能电热水壶控制系统，它包括：输入装置、数据存储模块、万年历时钟芯片、微处理器、显示装置、进水装置以及加热装置；

所述输入装置与微处理器相连，用于用户手动输入控制参数，向微处理器传送参数信号；

所述数据存储模块与微处理器相连，用于存储用户手动输入的控制参数数据以及相应的操作时间数据；

所述万年历时钟芯片与微处理器相连，用于数据存储模块存储用户手动输入的控制参数或者微处理器工作时提供精准的时间；

所述显示装置与微处理器相连，用于显示系统的工作状态；

所述进水装置与微处理器相连，用于在微处理器控制下自动进水；

所述加热装置与微处理器相连，用于在微处理器控制下进行指定温度加热以及保温。

进一步的，所述输入装置为电热水壶上的输入键盘。

进一步的，所述进水装置为电动阀门，所述电动阀门外接进水管道，由电动阀门控制进水，电动阀门与微处理器相连，由微处理器控制其开或关。

进一步的，所述加热装置由数字温度传感器与加热电路组成；所述数字温度传感器与微处理器相连，用于测量水温并将结果存于内部温度寄存器供微处理器读取；所述加热电路包括电阻R1、NPN三极管Q1、继电器KA1、二极管D1以及加热电阻丝R2；具体连接如下：电阻R1一端与微处理器一个I/O端口相连，另一端与NPN三极管Q1的基极相连；NPN三极管Q1的发射极接地，集电极与继电器KA1的电感线圈一端相连；继电器KA1的电感线圈的另一端接VCC；二极管D1与继电器KA1的电感线圈并联，正极与NPN三极管Q1的集电极相连，负极接VCC；继电器KA1的常开触点一端与加热电阻丝R2的一端相连，加热电阻丝R2的另一端与零线相连；继电器KA1的常开触点另一端与火线相连。

进一步的，微处理器控制加热装置进行指定温度的加热和保温，具体工作流程为：数字温度传感器连续测量水温，将结果存于其内部温度寄存器中，微处理器连续读取数字温度传感器内部温度寄存器中的数值，与用户所输入温度数据比较。

若读取到的温度寄存器中的数值未达到用户所输入温度数值，微处理器与加热电路连接的I/O端口将输出一个高电平，三极管Q1导通，继电器KA1的线圈有电压，继电器KA1的常开触点闭合，加热电阻丝R2工作，对水进行加热，此时电热水壶处于加热状态；

若读取到的温度寄存器中的数值达到了用户所输入温度数值，微处理器与加热电路连接的I/O端口将输出一个低电平，三极管Q1截止，继电器KA1的线圈无电压，继电器KA1的常开触点断开，加热电阻丝R2不工作，此时电热水壶退出加热状态，进入保温状态；

当电热水壶处于保温状态时，微处理器仍然读取数字温度传感器内部温度寄存器中的数值，当读取到的温度寄存器中的数值相比于用户所输入温度数值要小10摄氏度时，电热水壶将再次进入加热状态，加热水至用户所输入温度时，退出加热状态，进入保温状态。

本发明还提供一种使用上述的系统的基于自主学习的智能电热水壶控制方法，具体步骤以及相应的系统内部工作如下：

当用户通过输入装置开启了全自动运行模式时，在系统数据存储模块未存储用户输入的控制参数数据的情况下，系统将自动关闭，等待用户手动输入控制参数控制系统工作，微处理器接收输入装置传送给它的信号，进行处理，然后控制进水装置进水、控制加热装置进行指定温度的加热和保温，以及控制显示装置显示系统工作状态；在系统数据存储模块已存储了用户输入的控制参数数据的情况下，微处理器会从数据存储模块读取之前存储的用户输入控制参数以及时间数据，根据读取到的数据以及万年历时钟芯片提供的时间信号，在相应的时间自动控制进水装置、加热装置以及显示装置工作，在其余时间进入低功耗模式；

同时，若用户在全自动运行模式下手动输入控制参数，微处理器将优先处理用户的手动输入控制参数信号，按照该信号控制进水装置、加热装置以及显示装置工作；

同时，若用户通过输入装置开启了使用习惯记录模式，数据存储模块将不断存储用户输入的控制参数以及用户进行输入操作时万年历时钟芯片提供的精准时间；若用户没有开启使用习惯记录模式，数据存储模块将不会存储数据。

当用户通过输入装置关闭了全自动运行模式时，微处理器将不会读取数据存储模块内存储的数据，只能等待用户通过输入装置控制工作。

本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：

1、本发明可以记录一段时间内用户的手动输入控制参数数据和时间数据，然后在全自动模式下可以按照这些数据进行全自动的运行；

2、用户可以选择全自动模式的开启和关闭，在日常生活使用电热水壶时间段规律性较强时，可以选择全自动模式运行，在某些使用电热水壶时间规律和一般情况不同的时间段，可以关闭全自动模式，使用方便而且节约能源。

附图说明

图1为基于自主学习的智能电热水壶控制系统的基本结构示意图；

图2为基于自主学习的智能电热水壶控制系统加热装置的加热电路图；

图3为基于自主学习的智能电热水壶控制方法的基本工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种基于自主学习的智能电热水壶控制系统，它包括：输入装置、数据存储模块、万年历时钟芯片、微处理器、显示装置、进水装置以及加热装置；

所述输入装置与微处理器相连，用于用户手动输入控制参数，向微处理器传送参数信号；

所述数据存储模块与微处理器相连，用于存储用户手动输入的控制参数数据以及相应的操作时间数据；

所述万年历时钟芯片与微处理器相连，用于数据存储模块存储用户手动输入的控制参数或者微处理器工作时提供精准的时间；

所述显示装置与微处理器相连，用于显示系统的工作状态；

所述进水装置与微处理器相连，用于在微处理器控制下自动进水；

所述加热装置与微处理器相连，用于在微处理器控制下进行指定温度加热以及保温。

作为本发明的实施例，所述数据存储模块可采用Waveshare品牌的型号为AT24CXXEEPROM Board的模块，但不限于此；所述万年历时钟芯片可采用美信公司型号为DS12C887的模块，但不限于此；所述微处理器可采用TI公司型号为TMS320F2812的产品，但不限于此；

进一步的，所述输入装置为电热水壶上的输入键盘。

进一步的，所述进水装置为电动阀门，所述电动阀门外接进水管道，由电动阀门控制进水，电动阀门与微处理器相连，由微处理器控制其开或关。

进一步的，如图2所示，所述加热装置由数字温度传感器与加热电路组成；所述数字温度传感器与微处理器相连，用于测量水温并将结果存于内部温度寄存器供微处理器读取；所述加热电路包括电阻R1、NPN三极管Q1、继电器KA1、二极管D1以及加热电阻丝R2；具体连接如下：电阻R1一端与微处理器一个I/O端口相连，另一端与NPN三极管Q1的基极相连；NPN三极管Q1的发射极接地，集电极与继电器KA1的电感线圈一端相连；继电器KA1的电感线圈的另一端接VCC；二极管D1与继电器KA1的电感线圈并联，正极与NPN三极管Q1的集电极相连，负极接VCC；继电器KA1的常开触点一端与加热电阻丝R2的一端相连，加热电阻丝R2的另一端与零线相连；继电器KA1的常开触点另一端与火线相连。当微处理器与加热电路连接的I/O端口输出状态由高电平变为低电平时，三极管Q1由饱和变为截止，这样继电器KA1的电感线圈中的电流突然失去了流通通路，若无续流二极管D1将在电感线圈两端产生较大的反向电动势，极性为下正上负，电压值可达一百多伏，这个电压加上电源电压作用在三极管Q1的集电极上足以损坏三极管Q1。故续流二极管D1的作用是将这个反向电动势通过继电器KA1的电感线圈与续流二极管D1形成的回路放电，保护三极管Q1。所述数字温度传感器可采用型号为DS18B20的数字温度传感器模块，但不限于此。

进一步的，微处理器控制加热装置进行指定温度的加热和保温，具体工作流程为：数字温度传感器连续测量水温，将结果存于其内部温度寄存器中，微处理器连续读取数字温度传感器内部温度寄存器中的数值，与用户所输入温度数据比较。

若读取到的温度寄存器中的数值未达到用户所输入温度数值，微处理器与加热电路连接的I/O端口将输出一个高电平，三极管Q1导通，继电器KA1的线圈有电压，继电器KA1的常开触点闭合，加热电阻丝R2工作，对水进行加热，此时电热水壶处于加热状态；

若读取到的温度寄存器中的数值达到了用户所输入温度数值，微处理器与加热电路连接的I/O端口将输出一个低电平，三极管Q1截止，继电器KA1的线圈无电压，继电器KA1的常开触点断开，加热电阻丝R2不工作，此时电热水壶退出加热状态，进入保温状态；

当电热水壶处于保温状态时，微处理器仍然读取数字温度传感器内部温度寄存器中的数值，当读取到的温度寄存器中的数值相比于用户所输入温度数值要小10摄氏度时，电热水壶将再次进入加热状态，加热水至用户所输入温度时，退出加热状态，进入保温状态。

如图3所示，基于自主学习的智能电热水壶控制方法，步骤如下：

当用户通过输入装置开启了全自动运行模式时，在系统数据存储模块未存储用户输入的控制参数数据的情况下，系统将自动关闭，等待用户手动输入控制参数控制系统工作，微处理器接收输入装置传送给它的信号，进行处理，然后控制进水装置进水、控制加热装置进行指定温度的加热和保温，以及控制显示装置显示系统工作状态；在系统数据存储模块已存储了用户输入的控制参数数据的情况下，微处理器会从数据存储模块读取之前存储的用户输入控制参数以及时间数据，根据读取到的数据以及万年历时钟芯片提供的时间信号，在相应的时间自动控制进水装置、加热装置以及显示装置工作，在其余时间进入低功耗模式；

同时，若用户在全自动运行模式下手动输入控制参数，微处理器将优先处理用户的手动输入控制参数信号，按照该信号控制进水装置、加热装置以及显示装置工作；

同时，若用户通过输入装置开启了使用习惯记录模式，数据存储模块将不断存储用户输入的控制参数以及用户进行输入操作时万年历时钟芯片提供的精准时间；若用户没有开启使用习惯记录模式，数据存储模块将不会存储数据。

当用户通过输入装置关闭了全自动运行模式时，微处理器将不会读取数据存储模块内存储的数据，只能等待用户通过输入装置控制工作。

比如：用户使用一台全新的基于自主学习的智能电热水壶，这时若用户通过输入装置打开全自动模式，由于数据存储模块内部没有存储数据，系统会自动关闭，等待用户手动输入控制参数控制电热水壶工作。

用户在某一日上午九点使用该电热水壶加热水，指定温度为60摄氏度，万年历时钟芯片提供精准时间为上午九点，微处理器将根据相应的输入控制进水装置进水、控制加热装置进行指定温度的加热和保温以及控制显示装置显示系统的工作状态。

若用户在操作前还通过输入装置打开了使用习惯记录模式，数据存储模块将会将上午九点、加热、指定温度60摄氏度等数据信息存储下来。

在之后的时间，若用户一直开启全自动模式，系统将会在每天的上午九点自动开启，控制进水装置进水，控制加热装置加热水到60摄氏度；在其余时间，系统将会进入低功耗模式。

若在这其中的某一天上午九点，用户通过手动装置控制电热水壶加热水到80摄氏度，系统将会优先按照用户手动输入的控制参数工作，将水加热到80摄氏度而非60摄氏度。

若对这一操作，用户没有打开使用习惯记录模式，数据存储模块将不会存储数据，电热水壶仍会按照每天上午九点加热水到60摄氏度自动运行；若用户打开了使用习惯记录模式，数据存储模块将会将上午九点、加热、指定温度80摄氏度等数据信息存储下来，电热水壶在之后会按照每天上午九点加热水到80摄氏度自动运行。

Claims (6)

1.一种基于自主学习的智能电热水壶控制系统，其特征在于，它包括：输入装置、数据存储模块、万年历时钟芯片、微处理器、显示装置、进水装置以及加热装置；

所述输入装置与微处理器相连，用于用户手动输入控制参数，向微处理器传送参数信号。

所述数据存储模块与微处理器相连，用于存储用户手动输入的控制参数数据以及相应的操作时间数据。

所述万年历时钟芯片与微处理器相连，用于数据存储模块存储用户手动输入的控制参数或者微处理器工作时提供精准的时间。

所述显示装置与微处理器相连，用于显示系统的工作状态。

所述进水装置与微处理器相连，用于在微处理器控制下自动进水。

所述加热装置与微处理器相连，用于在微处理器控制下进行指定温度加热以及保温。

2.根据权利要求1所述的基于自主学习的智能电热水壶控制系统，其特征在于：所述输入装置为电热水壶上的输入键盘。

3.根据权利要求1所述的基于自主学习的智能电热水壶控制系统，其特征在于：所述进水装置为电动阀门，所述电动阀门外接进水管道，由电动阀门控制进水，电动阀门与微处理器相连，由微处理器控制其开或关。

4.根据权利要求1所述的基于自主学习的智能电热水壶控制系统，其特征在于：所述加热装置由数字温度传感器与加热电路组成；所述数字温度传感器与微处理器相连，用于测量水温并将结果存于内部温度寄存器供微处理器读取；所述加热电路包括电阻R1、NPN三极管Q1、继电器KA1、二极管D1以及加热电阻丝R2；具体连接如下：电阻R1一端与微处理器一个I/O端口相连，另一端与NPN三极管Q1的基极相连；NPN三极管Q1的发射极接地，集电极与继电器KA1的电感线圈一端相连；继电器KA1的电感线圈的另一端接VCC；二极管D1与继电器KA1的电感线圈并联，正极与NPN三极管Q1的集电极相连，负极接VCC；继电器KA1的常开触点一端与加热电阻丝R2的一端相连，加热电阻丝R2的另一端与零线相连；继电器KA1的常开触点另一端与火线相连。

5.根据权利要求4所述的基于自主学习的智能电热水壶控制系统，其特征在于，所述微处理器控制加热装置进行指定温度的加热和保温，具体工作流程为：数字温度传感器连续测量水温，将结果存于其内部温度寄存器中，微处理器连续读取数字温度传感器内部温度寄存器中的数值，与用户所输入温度数据比较。

若读取到的温度寄存器中的数值未达到用户所输入温度数值，微处理器与加热电路连接的I/O端口将输出一个高电平，三极管Q1导通，继电器KA1的线圈有电压，继电器KA1的常开触点闭合，加热电阻丝R2工作，对水进行加热，此时电热水壶处于加热状态；

若读取到的温度寄存器中的数值达到了用户所输入温度数值，微处理器与加热电路连接的I/O端口将输出一个低电平，三极管Q1截止，继电器KA1的线圈无电压，继电器KA1的常开触点断开，加热电阻丝R2不工作，此时电热水壶退出加热状态，进入保温状态；

当电热水壶处于保温状态时，微处理器仍然读取数字温度传感器内部温度寄存器中的数值，当读取到的温度寄存器中的数值相比于用户所输入温度数值要小10摄氏度时，电热水壶将再次进入加热状态，加热水至用户所输入温度时，退出加热状态，进入保温状态。

6.一种使用权利要求4所述的系统的基于自主学习的智能电热水壶控制方法，其特征在于，包括步骤如下：

当用户通过输入装置开启了全自动运行模式时，在系统数据存储模块未存储用户输入的控制参数数据的情况下，系统将自动关闭，等待用户手动输入控制参数控制系统工作，微处理器接收输入装置传送给它的信号，进行处理，然后控制进水装置进水、控制加热装置进行指定温度的加热和保温，以及控制显示装置显示系统工作状态；在系统数据存储模块已存储了用户输入的控制参数数据的情况下，微处理器会从数据存储模块读取之前存储的用户输入控制参数以及时间数据，根据读取到的数据以及万年历时钟芯片提供的时间信号，在相应的时间自动控制进水装置、加热装置以及显示装置工作，在其余时间进入低功耗模式；

同时，若用户在全自动运行模式下手动输入控制参数，微处理器将优先处理用户的手动输入控制参数信号，按照该信号控制进水装置、加热装置以及显示装置工作；

同时，若用户通过输入装置开启了使用习惯记录模式，数据存储模块将不断存储用户输入的控制参数以及用户进行输入操作时万年历时钟芯片提供的精准时间；若用户没有开启使用习惯记录模式，数据存储模块将不会存储数据。

当用户通过输入装置关闭了全自动运行模式时，微处理器将不会读取数据存储模块内存储的数据，只能等待用户通过输入装置控制工作。