CN106655540A - 一种具有无线充电、供电系统的智能烧水装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有无线充电、供电系统的智能烧水装置，在原有供电系统上进行设置，利用智能加热底座已有的主控MCU输出PWM信号，进而通过谐振电路进行电磁信号的发射来实现无线充电，通过调整PWM信号频率来调整无线充电及智能加热底座及智能烧水壶的各项参数，让无线充电系统做安全、高效、节能，又刚好满足智能水壶的用电需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能烧水装置，尤其涉及一种具有无线充电、供电系统的智能烧水装置。
背景技术
现在的智能智能烧水壶内部都安装有温度传感器，高、低水位传感器，有的还安装有自动开关水壶盖装置，还安装有一套用于传输智能水壶水温、高低水位，给智能电磁炉的无线通信系统，接收开关水壶盖信息，而这些电路都需要耗电，在现有技术中如专利号为201420431753.3，发明创造名称为“一种感应自取电的多功能加热装置”的取电方式为电磁炉线圈盘，工作时依靠电磁炉线圈盘感应取电，这种取电方式有一定的局限性：只有在电磁炉工作的时候才能感应取电，电磁炉不工作的时候是没有办法感应取电，如果在电磁炉不工作的时候想看一下水壶内的温度就没有办法实现，有时电网电压低相应的电磁炉功率就下降了，当下降到一定值通过线圈盘感应取到的电就很弱，不足以提供给智能智能烧水壶使用。其结构设计较复杂，生产成本高，使用不便，智能化程度较低。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供了一种具有无线充电、供电系统的智能烧水装置，包括智能加热底座和智能烧水壶，所述智能烧水壶放置于智能加热底座上；
该智能加热底座包括加热单元、散热风扇、自动旋转加水弯头、抽水泵、低压供电电源、无线充电发射单元、第一无线通信模块和第一主控电路，所述第一主控电路设有第一主控MCU，所述加热单元、散热风扇、自动旋转加水弯头、抽水泵、低压供电电源、无线充电发射单元、第一无线通信模块均与第一主控MCU电连接并由其控制；
所述无线充电发射单元包括电压调节电路、第一电流电压检测电路、功率放大电路和发射线圈与电容谐振组合电路，所述低压供电电源依次经电压调节电路、第一电流电压检测电路、功率放大电路后向发射线圈与电容谐振组合电路供电，所述发射线圈与电容谐振组合电路包括第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容、MOS管和发射线圈，所述第一主控MCU向第一电阻输出PWM信号，所述第一电阻另一端连接MOS管的G极和第二电容，所述第一电容连接第二电阻，MOS管的S极连接第二电阻，第二电阻另一端接地，MOS管的D极连接第二电容和发射线圈构成的谐振电路，通过谐振电路输出电磁信号；
该智能烧水壶包括水壶主体，水壶主体中设有自动开关壶盖单元、温度检测单元、高低水位检测单元、充电电池、无线充电接收单元、第二无线通信模块和第二主控电路，所述第二主控电路设有第二主控MCU，自动开关壶盖单元、温度检测单元、高低水位检测单元、充电电池、无线充电接收单元、第二无线通信模块均与第二主控MCU电连接并由其控制；
所述无线充电接收单元包括整流滤波稳压电路、第二电流电压检测电路和充电管理电路，所述无线充电发射单元向无线充电接收单元发射电磁信号，无线充电接收单元接收到的电磁信号依次通过整流滤波稳压电路、第二电流电压检测电路和充电管理电路，进而通过充电管理电路向充电电池及第二主控MCU供电；
所述温度检测单元所探测到的温度信号、高低水位检测单元所探测到的水位信号、自动开关壶盖单元所需要的开关壶盖信号、无线充电接收单元的接收端感应到的电压信号及智能烧水壶的耗电状况反馈到第二主控MCU中，所述第一无线通信模块与第二无线通信模块之间相互传送无线通信信号，第二主控MCU通过第二无线通信模块将收集到温度信号、水位信号、开关壶盖信号、无线充电接收单元的接收端感应到的电压信号及智能烧水壶的耗电状况传输到第一无线通信模块，进而通过第一无线通信模块反馈到第一主控MCU，所述第一主控MCU内设上述各信号参数的预设值，通过将上述各信号参数与对应预设值进行对比后，，调整适中的PWM信号频率或调节适中的驱动电压给无线充电发射模块，以达到调节无线充电功率大小，刚好满足智能水壶的耗电需求而不致浪费电能。
进一步的，所述第一主控MCU的AD转换口连接第二电阻的一端并通过其检测电流大小。
进一步的，所述第一主控MCU输出的PWM信号的调节模式包括异物识别模式，所述异物识别模式所识别的对象为智能烧水壶和其他金属物品，识别为其他金属物品的条件同时包括无线充电发射单元正常工作、第一主控MCU从第二电阻检测到的电流明显增大、第一主控MCU未收到无线充电接收单元的接收端具有感应电压的反馈信号，第一主控MCU判定识别为其他金属物品时，关闭PWM信号输出并且对应停止无线充电工作。
进一步的，所述PWM信号由脉冲信号发射芯片输出，该脉冲信号发射芯片与第一主控MCU连接并由其控制，该脉冲信号发射芯片向无线充电发射单元输出PWM信号。
进一步的，所述智能加热底座包括电磁炉、电陶炉或电热炉。
进一步的，所述发射线圈尺寸设置为接收线圈尺寸的1.5～2倍以上。
进一步的，所述接收线圈的尺寸为15～30mm，所述接收线圈为圆形，或是等同面积的方形或椭圆形。
进一步的，所述智能加热底座为电磁炉，智能烧水壶设有壶柄，该壶柄底部为平面，该平面与电磁炉的加热表面保持平行，并尽量平整贴合，所述接收线圈设于壶柄内并贴合在该平面上。
进一步的，所述智能加热底座上设有无线充电标识区，所述发射线圈设于该无线充电标识区。
进一步的，所述智能加热底座上设有水壶加热区和控制面板，所述控制面板靠近水壶加热区设置，所述无线充电标识区设于控制面板的一侧边，从无线充电标识区到水壶加热区中心的连线与垂直于控制面板另一侧边的中心线形成40～50°夹角。
进一步的，所述智能加热底座设有操作显示面板和语音提醒单元，所述语音提醒单元与第一主控MCU电连接并由其控制，所述语音提醒单元内置的语音提醒内容包括水壶没有放好或请将水壶柄对准充电区。
进一步的，所述MOS管型号优选为IRF640N，第二电阻优选为合金电流取样电阻。
本发明的无线充电系统是在原有供电系统上进行设置，利用智能加热底座已有的第一主控MCU输出PWM信号，进而通过谐振电路进行电磁信号的发射来实现无线充电，通过调整PWM信号频率来调整无线充电及智能加热底座及智能烧水壶的各项参数，让无线充电系统做安全、高效、节能，又刚好满足智能水壶的用电需求。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明的具有无线充电、供电系统的智能烧水装置的系统原理示意图；
图2是本发明的发射线圈与电容谐振组合电路的原理示意图；
图3是本发明的智能烧水壶放置于智能加热底座正常工作时的使用状态示意图一；
图4是本发明的智能烧水壶放置于智能加热底座正常工作时的使用状态示意图二。
图中附图标记说明：
201电压调节电路、202电流电压检测电路、203无线充电发射单元、204功率放大电路、205发射线圈与电容谐振组合、206抵压供电电源、207主控MCU、208PWM方波信号、209振荡波形、210语音播报电路、211操作显示面板、212电磁炉加热单元、214散热风扇、215自动旋转加水弯头、216抽水泵或电磁阀、217电磁炉无线通信模块、218接收线圈与电容谐振组合、219整流滤波稳压电路、电流电压检测电路220、221充电管理电路、222感应波形、223智能水壶内部控制板及MCU、224充电电池、225智能水壶无线通信模块、226温度检测电路、227高低水位检测电路、228开关壶盖单元电路；
第一电阻R1、第一电容C1、第二电阻R2、第二电容C2、MOS管Q1、发射线圈L1；
夹角α、水壶加热区1、无线充电标识区2、控制面板3。
具体实施方式
请参阅图1至4，是作为本发明的最佳实施例的一种具有无线充电、供电系统的智能烧水装置，包括智能加热底座和智能烧水壶，所述智能烧水壶放置于智能加热底座上。所述智能加热底座包括电磁炉、电陶炉或电热炉。本实施例以电磁炉为例进行具体说明。
该智能加热底座包括电磁炉加热单元、散热风扇、自动旋转加水弯头、抽水泵(或电磁阀)、低压供电电源、无线充电发射单元、电磁炉无线通信模块和第一主控电路，所述第一主控电路设有主控MCU，所述电磁炉加热单元、散热风扇、自动旋转加水弯头、抽水泵、低压供电电源、无线充电发射单元、电磁炉无线通信模块均与主控MCU电连接并由其控制。
所述无线充电发射单元包括电压调节电路、第一电流电压检测电路、功率放大电路和发射线圈与电容谐振组合电路，所述低压供电电源依次经电压调节电路、第一电流电压检测电路、功率放大电路后向发射线圈与电容谐振组合电路供电，所述发射线圈与电容谐振组合电路包括第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容、MOS管和发射线圈，所述主控MCU向第一电阻输出PWM信号(PWM信号也可以由其他能够输出PWM信号的芯片输出，该芯片与第一主控MCU连接并由其控制，该脉冲信号发射芯片向无线充电发射单元输出PWM信号)，所述第一电阻另一端连接MOS管的G极和第二电容，所述第一电容连接第二电阻，MOS管的S极连接第二电阻，第二电阻另一端接地，MOS管的D极连接第二电容和发射线圈构成的谐振电路，通过谐振电路输出电磁信号。所述MOS管型号为IRF640N或其他等同性能的MOS管，第二电阻为合金电流取样电阻。所述主控MCU的AD转换口连接第二电阻的一端并通过其检测电流大小。
该智能烧水壶包括水壶主体，水壶主体中设有自动开关壶盖单元、温度检测单元、高低水位检测单元、充电电池、无线充电接收单元、智能水壶无线通信模块和第二主控电路，所述第二主控电路设有智能水壶内部控制板及MCU，自动开关壶盖单元、温度检测单元、高低水位检测单元、充电电池、无线充电接收单元、智能水壶无线通信模块均与智能水壶内部控制板及MCU电连接并由其控制。
所述无线充电接收单元包括整流滤波稳压电路、第二电流电压检测电路和充电管理电路，所述无线充电发射单元向无线充电接收单元发射电磁信号，无线充电接收单元接收到的电磁信号依次通过整流滤波稳压电路、第二电流电压检测电路和充电管理电路，进而通过充电管理电路向充电电池及智能水壶内部控制板及MCU供电。
所述温度检测单元所探测到的温度信号、高低水位检测单元所探测到的水位信号、自动开关壶盖单元所需要的开关壶盖信号、无线充电接收单元的接收端感应到的电压信号及智能烧水壶的耗电状况反馈到智能水壶内部控制板及MCU中，所述电磁炉无线通信模块与智能水壶无线通信模块之间相互传送无线信号，智能水壶内部控制板及MCU通过智能水壶无线通信模块将收集到温度信号、水位信号、开关壶盖信号、无线充电接收单元的接收端感应到的电压信号及智能烧水壶的耗电状况传输到电磁炉无线通信模块，进而通过电磁炉无线通信模块反馈到主控MCU，所述主控MCU内设上述各信号参数的预设值，通过将上述各信号参数与对应预设值进行对比后，调整适中的PWM信号频率或调节适中的驱动电压给无线充电发射模块，以达到调节无线充电功率大小，刚好满足智能水壶的耗电需求而不致浪费电能。无线充电接收单元的接收端的负载变化会影响发射线圈的等效电感量，从而影响谐振频率，通过接收端反馈回来的耗电情况，电磁炉主控MCU要及时微调一下PWM信号的频率以做到，PWM脉冲处于MOS管最佳导通时间，减少MOS管的耗散功率。
主控MCU发出PWM方波信号再通过功率放大电路去推动发射线圈与电容的谐振组合从而将无线充电信号发射出去。用原来的低压电源能够给无线充电电路供电，无需加大低压电源的功率，节约成本，增加稳定性。本实施案例的电磁炉原有的各个功能模块配件的功率如下：
由于受到成本和空间的限制一般电磁炉采用的低压供电电源的功率大多在10-12W之间，一般电磁炉内部低电压电路的耗电情况是这样的，自动旋转加水弯头采用的电机12V250MA 3W的规格，散热风扇采用18V 200MA 3.6W的规格，抽水泵或电磁阀采用12V500MA6W的规格，其他功能电路耗电大约2W以下，本发明增加的无线充电电路的耗电控制在4W以下，在确定好谐振频率的情况下，可以根据计算公式谐振频率合理选择合适的发射线圈和接收线圈的电感量，谐振电容合适的值达到以下效果：在11-14V供电的情况下，发射电路总耗电不超过4W。
在智能水壶无线充电接收电路的接收端能感应接收到的电压为8-20V以内的接收电压为合适，优选空载时达到10-15V，给7.4V/200MAH的锂电池充电时能提供8.4V/50-150MA左右的电流最为合适。
如果用户通过操作显示面板输入全智能烧水指令给主控MCU，假设这时检测到水壶内没有水需要加水，这时主控MCU通过控制板先关闭风扇停止运转，接下来再控制自动加水弯头215旋转到烧水壶正上方，停止旋转接下来再控制水泵或电磁阀开始工作，加水结束后水泵或电磁阀停止工作。通过这样的协调运作，达到“错锋用电”。通过以上主控MCU的协同控制从而达到用原来的低压电源能够给无线充电电路供电，无需加大低压电源的功率，节约成本，增加稳定性。
所述主控MCU输出的PWM信号的调节模式包括异物识别模式，所述异物识别模式所识别的对象为智能烧水壶和其他金属物品，识别为其他金属物品的条件同时包括无线充电发射单元正常工作、主控MCU从第二电阻检测到的电流明显增大、主控MCU未收到无线充电接收单元的接收端具有感应电压的反馈信号，主控MCU判定识别为其他金属物品时，关闭PWM信号输出并且对应停止无线充电工作。
所述发射线圈尺寸设置为接收线圈尺寸的1.5～2倍以上。所述接收线圈的尺寸为15～30mm，所述接收线圈为圆形，或是等同面积的方形或椭圆形。
智能烧水壶设有壶柄，该壶柄底部为平面，该平面与电磁炉的加热表面保持平行，并尽量平整贴合，所述接收线圈设于壶柄内并贴合在该平面上。
所述智能加热底座上设有无线充电标识区，所述发射线圈设于该无线充电标识区。所述智能加热底座上设有水壶加热区和控制面板，所述控制面板靠近水壶加热区设置，所述无线充电标识区设于控制面板的一侧边，从无线充电标识区到水壶加热区中心的连线与垂直于控制面板另一侧边的中心线形成40～50°夹角。
所述智能加热底座设有操作显示面板和语音提醒单元，所述语音提醒单元的语音播报电路与主控MCU电连接并由其控制，所述语音提醒单元内置的语音提醒内容包括水壶没有放好或请将水壶柄对准充电区。
智能电磁炉的主控MCU(或受主控MCU 207控制的专用无线充电模块或芯片来输出无线充电信号)发PWM方波信号，再经功率放大电路(或专用无线充电模块)放大信号去控制发射线圈与电容的谐振组合产生电磁信号，在发射线圈与电容的谐振组合产生如组成振荡波形209的振荡信号，再通过接收线圈与电容组成的谐振组合感应得到如感应波形222的电磁信号，再经整流滤波稳压电路219输出稳定的直流电，再经电压电流监测电路220，再达到充电管理电路221对充电电池224进行充电管理，以达到延长电池寿命，电压、电流监测电路220和充电管理电路221实时将电压和电流反馈给壶把内的MCU 223，MCU 223通过智能水壶无线通信模块225和电磁炉无线通信模块217构成通信，及时将接收到电压，和水壶内部的用量情况反馈给电磁炉的主控MCU 207，无线充电工作时电流流过无线充电路中的R2合金电流取样电阻，产生压降，传输给主控MCU 207构成电流电压监测电路。
检测水壶柄有没有对准充电区的工作流程如下：
当无线充电电路206启动工作时，通过水壶柄电压电流监测电路220检测到智能水壶接收到无线充电信号222电压值没有达到的设定值，就通过壶柄内的MCU 223发送指令，再经过水壶无线通信模块225传输到电磁炉无线通信模块217，再反馈到电磁炉主控MCU207，电磁炉主控MCU 207就通过语音播报电路210，播报“请将水壶柄对准充电区”。
本发明解决了智能水壶无线充电、供电的技术问题，电磁炉进行加热工作的时候开启无线充电、供电给智能水壶，而且无线充电发射单元的开启、并闭，功率大小、频率调节，受到智能电磁炉控制板上的主控MCU调控。而且本发明的无线充电系统的通过发射线圈和接收线圈的安装位置、角度及安装距离的合理设置，并利用原本用于传输智能水壶内水温，高低水位，开关水壶盖信息的无线通信系统把无线充电接收端感应接收的电压及水壶内部耗电情况反馈给电磁炉控制板上的主控MCU，做到及时开启、关闭无线充电以及调节无线充电的发射功率、频率，协调控制其他由同一低压电源供电的用电设备如抽水泵、散热风扇、自动旋转弯头的开启与关闭，避免这几个用电设备同时开启耗电太大超过低压电源模块负载能力而造成损坏，从而达到用原来的低压电源能够给无线充电电路供电，做到无需加大低压电源的功率，节约成本，增加稳定性。并可以实现及时调整无线充电各项参数如：频率、发射功率，无线充电的开启与关闭，让无线充电系统做安全、高效、节能，又刚好满足智能水壶的用电需求。并具有如下功能：
A、水壶柄放置位置没有对准充电区的语音提醒：“水壶没有放好”或“请将水壶柄对准充电区”，
B、在电磁炉操作显示面板上设置有指示灯显示，或直接显示出智能水壶柄感应到的电压大小”，
C、可以实现受电端目标物辨识:当水壶柄对准充电区才开始持续发送无信充电信号，若不是的话则不持续发送无线充电信号,从而提高无线充电的效率与安全性。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有无线充电、供电系统的智能烧水装置，其特征在于，
包括智能加热底座和智能烧水壶，所述智能烧水壶放置于智能加热底座上；
该智能加热底座包括加热单元、散热风扇、自动旋转加水弯头、抽水泵、低压供电电源、无线充电发射单元、第一无线通信模块和第一主控电路，所述第一主控电路设有第一主控MCU，所述加热单元、散热风扇、自动旋转加水弯头、抽水泵、低压供电电源、无线充电发射单元、第一无线通信模块均与第一主控MCU电连接并由其控制；
所述无线充电发射单元包括电压调节电路、第一电流电压检测电路、功率放大电路和发射线圈与电容谐振组合电路，所述低压供电电源依次经电压调节电路、第一电流电压检测电路、功率放大电路后向发射线圈与电容谐振组合电路供电，所述发射线圈与电容谐振组合电路包括第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容、MOS管和发射线圈，所述第一主控MCU向第一电阻输出PWM信号，所述第一电阻另一端连接MOS管的G极和第二电容，所述第一电容连接第二电阻，MOS管的S极连接第二电阻，第二电阻另一端接地，MOS管的D极连接第二电容和发射线圈构成的谐振电路，通过谐振电路输出电磁信号；
该智能烧水壶包括水壶主体，水壶主体中设有自动开关壶盖单元、温度检测单元、高低水位检测单元、充电电池、无线充电接收单元、第二无线通信模块和第二主控电路，所述第二主控电路设有第二主控MCU，自动开关壶盖单元、温度检测单元、高低水位检测单元、充电电池、无线充电接收单元、第二无线通信模块均与第二主控MCU电连接并由其控制；
所述无线充电接收单元包括整流滤波稳压电路、第二电流电压检测电路和充电管理电路，所述无线充电发射单元向无线充电接收单元发射电磁信号，无线充电接收单元接收到的电磁信号依次通过整流滤波稳压电路、第二电流电压检测电路和充电管理电路，进而通过充电管理电路向充电电池及第二主控MCU供电；
所述温度检测单元所探测到的温度信号、高低水位检测单元所探测到的水位信号、自动开关壶盖单元所需要的开关壶盖信号、无线充电接收单元的接收端感应到的电压信号及智能烧水壶的耗电状况反馈到第二主控MCU中，所述第一无线通信模块与第二无线通信模块之间相互传送无线通信信号，第二主控MCU通过第二无线通信模块将收集到温度信号、水位信号、开关壶盖信号、无线充电接收单元的接收端感应到的电压信号及智能烧水壶的耗电状况传输到第一无线通信模块，进而通过第一无线通信模块反馈到第一主控MCU，所述第一主控MCU内设上述各信号参数的预设值，通过将上述各信号参数与对应预设值进行对比后，对应调节输出的PWM信号的频率。
2.根据权利要求1所述的具有无线充电、供电系统的智能烧水装置，其特征在于，所述第一主控MCU的AD转换口连接第二电阻的一端并通过其检测电流大小。
3.根据权利要求2所述的具有无线充电、供电系统的智能烧水装置，其特征在于，所述第一主控MCU输出的PWM信号的调节模式包括异物识别模式，所述异物识别模式所识别的对象为智能烧水壶和其他金属物品，识别为其他金属物品的条件同时包括无线充电发射单元正常工作、第一主控MCU从第二电阻检测到的电流明显增大、第一主控MCU未收到无线充电接收单元的接收端具有感应电压的反馈信号，第一主控MCU判定识别为其他金属物品时，关闭PWM信号输出并且对应停止无线充电工作。
4.根据权利要求1所述的具有无线充电、供电系统的智能烧水装置，其特征在于，所述PWM信号由脉冲信号发射芯片输出，该脉冲信号发射芯片与第一主控MCU连接并由其控制，该脉冲信号发射芯片向无线充电发射单元输出PWM信号。
5.根据权利要求1所述的具有无线充电、供电系统的智能烧水装置，其特征在于，所述发射线圈尺寸设置为接收线圈尺寸的1.5～2倍以上。
6.根据权利要求5的具有无线充电、供电系统的智能烧水装置，其特征在于，所述接收线圈的尺寸为15～30mm，所述接收线圈为圆形，或是等同面积的方形或椭圆形，所述接收线圈为圆形，或是等同面积的方形或椭圆形。
7.根据权利要求5或6所述的具有无线充电、供电系统的智能烧水装置，其特征在于，所述智能加热底座为电磁炉，智能烧水壶设有壶柄，该壶柄底部为平面，该平面与电磁炉的加热表面保持平行，并尽量平整贴合，所述接收线圈设于壶柄内并贴合在该平面上。
8.根据权利要求7所述的具有无线充电、供电系统的智能烧水装置，其特征在于，所述智能加热底座上设有无线充电标识区，所述发射线圈设于该无线充电标识区。
9.根据权利要求8所述的具有无线充电、供电系统的智能烧水装置，其特征在于，所述智能加热底座上设有水壶加热区和控制面板，所述控制面板靠近水壶加热区设置，所述无线充电标识区设于控制面板的一侧边，从无线充电标识区到水壶加热区中心的连线与垂直于控制面板另一侧边的中心线形成40～50°夹角。
10.根据权利要求1所述的具有无线充电、供电系统的智能烧水装置，其特征在于，所述智能加热底座设有语音提醒单元，所述语音提醒单元与第一主控MCU电连接并由其控制。
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