CN112944692A - 一种智能马桶的水温控制方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能马桶的水温控制方法与系统，涉及即热式智能坐便器领域，主要包括步骤：根据市电周期和功率比值以预设方法分配市电正弦波的开启，并控制加热器以初始功率加热输水管道；获取管道出水口的出水水温，并计算该功率下目标水温和出水水温的温差；并在存在温差情况下根据温度调节系数获取该温差下的调节时间；在当前功率下加热时间到达调节时间时，当温差为正值时以预设大小增加功率比值，当温差为负值时以预设大小降低功率比值。本发明通过根据功率比值开启相应数量市电正弦波并均分在一个控制周期内的十个组别中，相较于传统方法中控制市电的通断来提供合适的功率，本发明能够在不断电的情况下稳定加热，保证水温的持续平稳变化。

Description

一种智能马桶的水温控制方法与系统

技术领域

本发明涉及即热式智能坐便器领域，具体涉及一种智能马桶的水温控制方法与系统。

背景技术

在即热式智能坐便器领域，即冷水通过一段较长的加热管道后直接被加热到指定温度后流出，而加热管道是使用市电通过加热元件进行直接加热，为了达到指定温度，需要通过算法来控制市电的通断来提供合适的功率来达到要求。以往的水加热控制方式都是单纯通过获取进水温度、出水温度、流量及加热所要达到的目标水温，并利用PID(ProportionIntegration Differentiation)等控制器计算出加热所需的功率实施控制的。

然而对于水的加热来说，这是一个慢性的系统，就是水的加热升温是需要是时间的，PID对于快速响应系统效果是比较好的。因此，如果将PID算法控制应用到水加热，就很容易导致水温偏高或偏低，甚至来回波动。

发明内容

为解决上述问题，避免马桶水温加热过程中水温的骤然变化，同时使得水温的输出能够相对稳定，本发明提出了一种智能马桶的水温控制方法，包括步骤：

S1：根据市电周期和功率比值以预设方法分配市电正弦波的开启，并控制加热器以初始功率加热输水管道；

S2：获取管道出水口的出水水温，并计算该功率下目标水温和出水水温的温差；

S3：判断是否存在温差，若是，根据温度调节系数获取该温差下的调节时间并进入下一步骤，若否，返回步骤S2；

S4：判断当前功率下加热时间是否到达调节时间，若是，进入下一步骤；

S5：当温差为正值时以预设大小增加功率比值并返回步骤S2，当温差为负值时以预设大小降低功率比值并返回步骤S2。

进一步地，所述预设方法为：

以10个市电周期为一组共设置十组作为一个控制周期，在一个控制周期内根据功率比值大小开启相应个数的市电正弦波，并均分于10组中。

进一步地，所述初始功率为根据输水管道进水水温和目标水温进行预估得到的预估功率，所述功率比值为加热器当前功率与满功率的比值。

进一步地，所述初始功率可由第一公式获得，所述第一公式为：

Pn＝ΔT1*K1；

式中，Pn为需要开启的正弦波数，ΔT1为目标水温与进水温度的差值，K1 为温差系数。

进一步地，所述调节时间可由第二公式获得，所述第二公式为：

T＝K2/ΔT2；

式中，T为调节时间，K2为人为设置的温度调节系数，ΔT2为目标水温与出水水温的差值。

本发明还提出了这一种智能马桶的水温控制系统，包括：

功率分配器，用于根据市电周期和功率比值以预设方法分配市电正弦波的开启；

加热器，用于以初始功率比值加热输水管道；

比较器，用于在目标水温和出水水温存在温差时根据温度调节系数获取该温差下的调节时间；

功率调节器，用于在当前功率下加热时间到达调节时间后，若温差为正值时以预设大小增加功率比值，若温差为负值时以预设大小降低功率比值。

进一步地，所述预设方法为：

以10个市电周期为一组共设置十组作为一个控制周期，在一个控制周期内根据功率比值大小开启相应个数的市电正弦波，并均分于10组中。

进一步地，所述初始功率为根据输水管道进水水温和目标水温进行预估得到的预估功率，所述功率比值为加热器当前功率与满功率的比值。

进一步地，所述初始功率可由第一公式获得，所述第一公式为：

Pn＝ΔT1*K1；

式中，Pn为需要开启的正弦波数，ΔT1为目标水温与进水温度的差值，K1 为温差系数。

进一步地，所述调节时间可由第二公式获得，所述第二公式为：

T＝K2/ΔT2；

式中，T为调节时间，K2为人为设置的温度调节系数，ΔT2为目标水温与出水水温的差值。

与现有技术相比，本发明至少含有以下有益效果：

(1)本发明所述的一种智能马桶的水温控制方法与系统，其通过根据功率比值开启相应数量市电正弦波并均分在一个控制周期内的十个组别中，相较于传统方法中控制市电的通断来提供合适的功率，本发明能够在不断电的情况下稳定加热，从而保证水温的持续平稳变化；

(2)通过温差来设定调节速度，相交于根据功率进行调节需要考虑系统损耗以及测量误差等，存在偏差需要对功率进一步矫正，根据温度进行调节的效果更加直观，从而实现在水加热这类慢系统中实现快速稳定的控制；

(3)相较于传统PID控制算法，算法更为简单，相应的程序反应速度更快，同时还可适用于所有恒定流量的水加热模型，只需根据实际产品测量数据来调节参数即可实现功能。

附图说明

图1为一种智能马桶的水温控制方法与系统的方法步骤图；

图2为一种智能马桶的水温控制方法与系统的系统结构图；

图3为市电频率示意图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一

对于水的加热来说，它是一个慢性系统，也就是说水的加热升温是需要是时间的，在传统即热式智能坐便器领域，往往采用PID控制策略来对水温进行调控，然而PID只是对于快速响应系统有着较好的效果。因此，如果将PID 算法控制应用到水加热，就很容易导致水温偏高或偏低，甚至来回波动。而为了避免马桶水温加热过程中水温的骤然变化，同时使得水温的输出能够相对稳定，如图1所示，本发明提出了一种智能马桶的水温控制方法，包括步骤：

S1：根据市电周期和功率比值以预设方法分配市电正弦波的开启，并控制加热器以初始功率加热输水管道；

S2：获取管道出水口的出水水温，并计算该功率下目标水温(根据使用需求人为设定)和出水水温的温差；

S3：判断是否存在温差，若是，根据温度调节系数获取该温差下的调节时间并进入下一步骤，若否，返回步骤S2；

S4：判断当前功率下加热时间是否到达调节时间，若是，进入下一步骤；

S5：当温差为正值时以预设大小增加功率比值并返回步骤S2，当温差为负值时以预设大小降低功率比值并返回步骤S2。

需要说明的是，步骤S1中对于市电正弦波的分配方法贯穿加热器整个运行过程，并不仅仅作用于步骤S1，其具体方法为：

以10个市电周期为一组共设置十组作为一个控制周期，在一个控制周期内根据功率比值大小开启相应个数的市电正弦波，并均分于10组中。

具体的，以一组具体数据为例，如图3所示，在50Hz(周期20ms)的正弦波的市电情况下，为了实现加热器在运行过程中时刻处于不断电状态，从而避免水温的骤然变化，首先需要将功率细化，以2s(1s/50Hz＝2s)为一个控制周期，一共100个正弦波，将功率分为100档。连续的100个正弦波中，开启一个正弦波就是1％的功率，开启两个正弦波就是2％的功率，全部开启为满功率。

为了保证功率的稳定，例如86％的功率情况下，不是前86个正弦波开启，后面14个正弦波关闭。而是将100个正弦波分为10组[9,9,9,9,9,9,8,8,8,8]，将功率平均分到10组里面，来保证功率的稳定。

这样，通过根据功率比值开启相应数量市电正弦波并均分在一个控制周期内的十个组别中，相较于传统方法中控制市电的通断来提供合适的功率，本发明就能做到加热器运行状态下保持不断电，同时还是以相同的功率运行，从而保证水温的持续平稳变化。

同时，通过温差来设定调节速度，相交于根据功率进行调节需要考虑系统损耗以及测量误差等，存在偏差需要对功率进一步矫正，根据温度进行调节的效果更加直观，从而实现在水加热这类慢系统中实现快速稳定的控制。

进一步地，所述初始功率为根据输水管道进水水温和目标水温进行预估得到的预估功率，所述功率比值为加热器当前功率与满功率的比值。

其中，所述初始功率可由第一公式获得，所述第一公式为：

Pn＝ΔT1*K1；

式中，Pn为需要开启的正弦波数，ΔT1为目标水温与进水温度的差值，K1 为温差系数。

需要说明地，在特定的进水温度、出水要求温度、水量都恒定的情况下，某一特定的功率下是可以达到水温的恒定。水温升高的度数ΔT1与功率是正比关系。但不同的系统，能量的损耗不一样，所以需要根据实际的产品来进行数据测试。例如我们在流量确定情况下，数次测的数据记录：60％的功率下水温可以上升20度，那么K1＝3。

这里，本发明通过温差系数的获取，以及目标水温与进水水温，对初始功率进行一个初步确定，确保功率能够迅速达到目标水温的要求，后续再通过温差的判定对功率进行调节时间内的细微调节，进而保证水温的快速、平稳到达目标水温。

同时，所述调节时间可由第二公式获得，所述第二公式为：

T＝K2/ΔT2；

式中，T为调节时间，K2为人为设置的温度调节系数，ΔT2为目标水温与出水水温的差值。

以水温偏高情况为例，计算水温偏低的量ΔT2，然后根据第二公式来计算T，K2的取值需要按照实际测试效果来定，不同控制系统的反应时间不一致。例如：K2＝4，此刻温差ΔT2＝1，算得T＝4，意思就是计时达到4s后功率Pn 需要减1％的功率；如果ΔT2＝2，算得T＝2；意思就是计时达到2s后功率Pn 需要减1％的功率。

这里，为了满足用户对于水温调节速度的不同需求，本发明中温度调节系数是可调的，可由客户自行调节(例如通过坐便器上的按键或旋钮调节)。整体的原则就是，当温度偏差较大时，需要快速减小功率，当温差较小时，需要慢速减小功率，最终在实际的环境下达到温度平衡。

实施例二

为了更好的对本发明的技术点进行说明，本实施例以系统结构的方式来对本发明进行阐述，如图2所示，一种智能马桶的水温控制系统，包括：

功率分配器，用于根据市电周期和功率比值以预设方法分配市电正弦波的开启；

加热器，用于以初始功率比值加热输水管道；

比较器，用于在目标水温(根据使用需求人为设定)和出水水温(出水口出水温)存在温差时根据温度调节系数获取该温差下的调节时间；

功率调节器，用于在当前功率下加热时间到达调节时间后，若温差为正值时以预设大小增加功率比值，若温差为负值时以预设大小降低功率比值。

进一步地，所述预设方法为：

以10个市电周期为一组共设置十组作为一个控制周期，在一个控制周期内根据功率比值大小开启相应个数的市电正弦波，并均分于10组中。

其中，所述初始功率为根据输水管道进水水温(进水口处水温)和目标水温进行预估得到的预估功率，所述功率比值为加热器当前功率与满功率的比值。

进一步地，所述初始功率可由第一公式获得，所述第一公式为：

Pn＝ΔT1*K1；

式中，Pn为需要开启的正弦波数，ΔT1为目标水温与进水温度的差值，K1 为温差系数。

进一步地，所述调节时间可由第二公式获得，所述第二公式为：

T＝K2/ΔT2；

式中，T为调节时间，K2为人为设置的温度调节系数，ΔT2为目标水温与出水水温的差值。

综上所述，本发明所述的一种智能马桶的水温控制方法与系统，其通过根据功率比值开启相应数量市电正弦波并均分在一个控制周期内的十个组别中，相较于传统方法中控制市电的通断来提供合适的功率，本发明能够在不断电的情况下稳定加热，从而保证水温的持续平稳变化。

通过温差来设定调节速度，相交于根据功率进行调节需要考虑系统损耗以及测量误差等，存在偏差需要对功率进一步矫正，根据温度进行调节的效果更加直观，从而实现在水加热这类慢系统中实现快速稳定的控制。

相较于传统PID控制算法，算法更为简单，相应的程序反应速度更快，同时还可适用于所有恒定流量的水加热模型，只需根据实际产品测量数据来调节参数即可实现功能。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”、“一”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能马桶的水温控制方法，其特征在于，包括步骤：

S1：根据市电周期和功率比值以预设方法分配市电正弦波的开启，并控制加热器以初始功率加热输水管道；

S2：获取管道出水口的出水水温，并计算该功率下目标水温和出水水温的温差；

S3：判断是否存在温差，若是，根据温度调节系数获取该温差下的调节时间并进入下一步骤，若否，返回步骤S2；

S4：判断当前功率下加热时间是否到达调节时间，若是，进入下一步骤；

S5：当温差为正值时以预设大小增加功率比值并返回步骤S2，当温差为负值时以预设大小降低功率比值并返回步骤S2。

2.如权利要求1所述的一种智能马桶的水温控制方法，其特征在于，所述预设方法为：

以10个市电周期为一组共设置十组作为一个控制周期，在一个控制周期内根据功率比值大小开启相应个数的市电正弦波，并均分于10组中。

3.如权利要求2所述的一种智能马桶的水温控制方法，其特征在于，所述初始功率为根据输水管道进水水温和目标水温进行预估得到的预估功率，所述功率比值为加热器当前功率与满功率的比值。

4.如权利要求3所述的一种智能马桶的水温控制方法，其特征在于，所述初始功率可由第一公式获得，所述第一公式为：

Pn＝ΔT1*K1；

式中，Pn为需要开启的正弦波数，ΔT1为目标水温与进水温度的差值，K1为温差系数。

5.如权利要求1所述的一种智能马桶的水温控制方法，其特征在于，所述调节时间可由第二公式获得，所述第二公式为：

T＝K2/ΔT2；

式中，T为调节时间，K2为人为设置的温度调节系数，ΔT2为目标水温与出水水温的差值。

6.一种智能马桶的水温控制系统，其特征在于，包括：

功率分配器，用于根据市电周期和功率比值以预设方法分配市电正弦波的开启；

加热器，用于以初始功率比值加热输水管道；

比较器，用于在目标水温和出水水温存在温差时根据温度调节系数获取该温差下的调节时间；

功率调节器，用于在当前功率下加热时间到达调节时间后，若温差为正值时以预设大小增加功率比值，若温差为负值时以预设大小降低功率比值。

7.如权利要求6所述的一种智能马桶的水温控制系统，其特征在于，所述预设方法为：

以10个市电周期为一组共设置十组作为一个控制周期，在一个控制周期内根据功率比值大小开启相应个数的市电正弦波，并均分于10组中。

8.如权利要求7所述的一种智能马桶的水温控制系统，其特征在于，所述初始功率为根据输水管道进水水温和目标水温进行预估得到的预估功率，所述功率比值为加热器当前功率与满功率的比值。

9.如权利要求8所述的一种智能马桶的水温控制系统，其特征在于，所述初始功率可由第一公式获得，所述第一公式为：

Pn＝ΔT1*K1；

式中，Pn为需要开启的正弦波数，ΔT1为目标水温与进水温度的差值，K1为温差系数。

10.如权利要求6所述的一种智能马桶的水温控制系统，其特征在于，所述调节时间可由第二公式获得，所述第二公式为：

T＝K2/ΔT2；

式中，T为调节时间，K2为人为设置的温度调节系数，ΔT2为目标水温与出水水温的差值。

Images