CN214795926U - 一种无源传感系统及应用该系统的料理机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种无源传感系统及应用该系统的料理机，一种无源传感系统，包括与传感器单元电连接的传感卡片、与控制器通信连接的读卡器，读卡器能通过自谐振工作以获取读卡器的谐振电路中谐振电容上的电压达到最大时对应的频率F以作为最佳工作频率，进而将最佳工作频率作为谐振频率与传感卡片耦合通信连接。该无源传感系统，能够采用非固定谐振频率进行数据传输以解决长期使用过程中器件参数变化的问题，并且能够使得系统工作频率最大化接近读卡器谐振电路的谐振频率的基础上获取最大发射功率及通讯灵敏度。本实用新型还涉及应用该无源传感系统的料理机。

Description

一种无源传感系统及应用该系统的料理机

技术领域

本实用新型涉及一种无源传感系统，本实用新型还涉及应用该系统的料理机。

背景技术

随着智能化电器的不断发展，各种传感器应用在电器中以用以实现电器工作过程中各种参数的检测，但是现有的传感器通常采用信号线与控制器之间连接的方式实现与控制器之间的通信，如电水壶中，采用插针的方式实现温度传感器与控制器之间的之间电连接。这种结构在使用过程中，由于插针存在污染的情况，则会出现无法检测信号或者检测信号不可靠的问题。

授权公告号为CN201612505U(申请号为200920295246.0)的中国实用新型专利《一种可实现无线控制的电水壶》，以及授权公告号为CN201612491U(申请号为200920295245.6)的中国实用新型专利《一种可实现无线控制的烹饪锅具》，其中公开的方案中均设置了信号采样模块和无线数据接收模块，无线数据接收模块与信号采集模块通过耦合线圈传输信号。其中信号采集模块包含：至少一个用于信号采集的传感器、至少一个谐振电容、一个信号处理的编码电路，一个线圈驱动电路和一个第一电感线圈，至少一个第一电感线圈并联至少一个谐振电容，传感器的输出接信号处理的编码电路，信号处理的编码电路的输出端接线圈驱动电路，线圈驱动电路驱动第一电感线圈发送编码信号。无线数据接收模块包含：一个经由耦合获得第一电感线圈数据信号并经该耦合提供给信号采集模块工作所需电能的第二电感线圈、至少一个谐振电容、一个第二线圈驱动电路，一个解调电路、一个信号整形电路，第二线圈驱动电路驱动第二电感线圈，至少一个第二电感线圈串联至少一个谐振电容，第二电感线圈的信号输出端接解调电路，解调电路的输出接整形电路，整形电路将信号输出到控制电路板。这种结构的无源传感系统，通常采用固定的谐振频率，相应对谐振电容的精度要求也高，但是在使用过程中，谐振电容必然会随着使用而发生变化，但是谐振频率却无法跟随谐振电容的变化而改变，影响传感器信号的准确性。

实用新型内容

本实用新型所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术提供一种无源传感系统，能够采用非固定谐振频率进行数据传输以解决长期使用过程中器件参数变化的问题，并且能够使得系统工作频率最大化接近读卡器谐振电路的谐振频率的基础上获取最大发射功率及通讯灵敏度。

本实用新型所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术提供一种能够应用传感信号传输可靠的料理机。

本实用新型解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种无源传感系统，其特征在于：包括与传感器单元电连接的传感卡片、与控制器通信连接的读卡器，所述读卡器能通过自谐振工作以获取读卡器的谐振电路中谐振电容上的电压达到最大时对应的频率F以作为最佳工作频率，进而将最佳工作频率作为谐振频率与传感卡片耦合通信连接。

优选地，所述读卡器包括第二耦合模块，能够进行频率驱动信号发送的送电模块，能够进行信号解调的和调谐检测的第二解调模块，以及能够进行信号的处理、解码、存储、编码以及生成频率驱动信号的第二MCU，所述第二耦合模块包括电连接的第二谐振电容和第二谐振线圈；

第二耦合模块分别与送电模块、第二解调模块电连接，所述第二MCU也分别与送电模块、第二解调模块电连接，所第二MCU还与控制器通信连接。

优选地，所述第二MCU内包括能够生成频率驱动信号的频率驱动信号生成单元、用于进行谐振电压检测的谐振电压检测单元、用于进行信号编码的第二编码单元、用于进行信号解码的第二解码单元；

所述送电模块中具有能进行信号调制的信号调制电路，所述第二解调模块中具有能进行调谐检测的调谐检测电路；

所述频率驱动信号生成单元分别与谐振电压检测单元、送电模块电连接；所述谐振电压检测单元与第二解调模块中的调谐检测电路电连接；

第二编码单元分别与控制器、送电模块中的信号调制电路电连接，所述第二解码单元分别与控制器、第二解调模块电连接。

优选地，所述传感卡片包括与第二耦合模块耦合通信的第一耦合模块，自第一耦合模块取电的取电模块，以及分别与取电模块、第一耦合模块电连接的传感工作单元；所述第一耦合模块包括电连接的第一谐振电容和第一谐振线圈；

所述传感工作单元包括能够进行信号处理、解码、存储以及编码的第一MCU，所述传感工作单元还包括能够进行信号调制的第一调制模块以及进行信号解调的第一解调模块，所述第一调制模块分别与第一耦合模块、第一MCU电连接，所述第一解调模块分别与第一耦合模块、第一MCU电连接，所述第一MCU与传感器单元电连接。

优选地，所述第一MCU内具有用于对传感器单元信号进行处理的信号处理单元、用于进行信号编码的第一编码单元、用于进行信号解码的第一解码单元、用于进行信号存储的第一存储单元；

所述第一存储单元分别与第一编码单元、第一解码单元电连接，所述第一编码单元与第一调制模块电连接，所述第一解码单元与第一解调模块电连接。

优选地，所述第一解调模块包括能够进行信号包络检波的第一包络检波模块、能够进行信号带通滤波处理的第一带通滤波模块，所述第一包络检波模块与第一带通滤波模块电连接，所述第一包络检波模块还与第一耦合模块电连接，所述第一带通滤波模块还与第一MCU电连接；

所述第二解调模块包括能够进行信号包络检波和调谐检测的第二包络检波模块、能够进行信号带通滤波处理的第二带通滤波模块，所述第二包络检波模块与第二带通滤波模块电连接，所述第二包络检波模块还与第二耦合模块电连接，所述第二带通滤波模块还与第二MCU电连接；

所述调谐检测电路设置在第二包络检波模块中。

本实用新型解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种料理机，包括机体以及能够嵌设在机体内的料理容器，所述机体内设置有用于控制进行料理工作的控制器，所述料理容器上设置有用于检测料理参数的传感器单元，其特征在于：所述机体内设置有如前述的读卡器，所述料理容器内设置有如前述的传感卡片，所述料理容器内的传感卡片与机体内的读卡器耦合通信连接。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型中的无源传感系统的工作方法，读卡器中的谐振电路能够实现自调谐，使得该无源传感系统的工作频率适应谐振器件，可以消除无源传感系统中谐振器件误差、谐振器件参数漂移带来的不可靠性。另外该无源传感系统的工作方法由于采用了读卡器的谐振电路中谐振电容上的电压达到最大时对应的驱动信号频率F作为最佳工作频率，如此在能够使得系统的最佳工作频率最大化接近读卡器中谐振电路的谐振频率的基础上，还能获取最大发射功率及通讯灵敏度，提高信号的传输质量。

而本实用新型中的无源传感系统能够应用和实现前述工作方法。

附图说明

图1为本实用新型实施例中无源传感系统的结构框图。

图2为本实用新型实施例中传感卡片的电路图。

图3为本实用新型实施例中读卡器的电路图。

图4为本实用新型实施例中检测的读卡器的谐振电容电压、谐振电感电压以及回路电流曲线图。

图5为图4的部分放大图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如图1所示，本实施例中的无源传感系统，包括与传感器单元3电连接的传感卡片1、与控制器4通信连接的读卡器2，如此传感卡片1能够获取传感器单元3发送的传感信号，而读卡器2可以实现与控制器4的通信以获取控制器4的控制命令或者向控制器4发送数据。其中传感器单元3可以为设置在该无源传感系统应用产品上的各种传感器，如可以为应用在电器上的温度传感器、压力传感器等。而控制器4则为该无源传感系统应用产品中的主控制器4，控制产品的整体运行。

传感卡片1与读卡器2耦合通信连接，进行能够在控制器4的控制命令下，将传感器单元3检测获取的检测输出传送给控制器4。具体地，传感卡片1与读卡器2中均设置有谐振电路，通过传感卡片1与读卡器2中的谐振电路实现传感卡片1与读卡器2之间的耦合通信。

传感卡片1包括第一耦合模块11，自第一耦合模块11取电的取电模块12，以及分别与取电模块12、第一耦合模块11电连接的传感工作单元13。第一耦合模块11则包括电连接的第一谐振电容111和第一谐振线圈112，第一谐振电容111和第一谐振线圈112则构成传感卡片1的谐振电路。本实施例中第一谐振线圈112作为被动线圈进行使用。

传感工作单元13包括能够进行信号处理、解码、存储以及编码的第一MCU131，传感工作单元13还包括能够进行信号调制的第一调制模块132以及进行信号解调的第一解调模块133，第一调制模块132分别与第一耦合模块11、第一MCU131电连接，第一解调模块133分别与第一耦合模块11、第一MCU131电连接，第一MCU131与传感器单元3电连接。

第一MCU131内具有用于对传感器单元3信号进行处理的信号处理单元1311、用于进行信号编码的第一编码单元1312、用于进行信号解码的第一解码单元1313、用于进行信号存储的第一存储单元1314。第一存储单元1314分别与第一编码单元1312、第一解码单元1313电连接，第一编码单元1312与第一调制模块132电连接，第一解码单元1313与第一解调模块133电连接。

第一解调模块133包括能够进行信号包络检波的第一包络检波模块1331、能够进行信号带通滤波处理的第一带通滤波模块1332，第一包络检波模块1331与第一带通滤波模块1332电连接，第一包络检波模块1331还与第一耦合模块11电连接，第一带通滤波模块1332还与第一MCU131电连接，本实施例中在第一MCU131内还设置有信号整形单元与第一带通滤波模块1332、第一解码单元1313电连接，进而信号整形单元配合第一包络检波模块1331、第一带通滤波模块1332共同完成信号解调工作。

其中该传感卡片1的具体电路如图2所示。

读卡器2包括能与第一耦合模块11进行耦合通信的第二耦合模块21，能够进行频率驱动信号发送的送电模块22，能够进行信号解调的和调谐检测的第二解调模块23，以及能够进行信号的处理、解码、存储、编码以及生成频率驱动信号的第二MCU24，第二耦合模块21包括电连接的第二谐振电容211和第二谐振线圈212，第二谐振电容211和第二谐振线圈212则构成读卡器2的谐振电路。本实施例中第二谐振线圈212作为主动线圈进行使用。

第二耦合模块21分别与送电模块22、第二解调模块23电连接，第二MCU24也分别与送电模块22、第二解调模块23电连接，第二MCU24还与控制器4通信连接。

第二MCU24内包括能够生成频率驱动信号的频率驱动信号生成单元241、用于进行谐振电压检测的谐振电压检测单元242、用于进行信号编码的第二编码单元243、用于进行信号解码的第二解码单元244。

送电模块22中具有能进行信号调制的信号调制电路221，第二解调模块23中具有能进行调谐检测的调谐检测电路230。

频率驱动信号生成单元241分别与谐振电压检测单元242、送电模块22电连接；谐振电压检测单元242与第二解调模块23中的调谐检测电路230电连接。

第二编码单元243分别与控制器4、送电模块22中的信号调制电路221电连接，第二解码单元244分别与控制器4、第二解调模块23电连接。

第二解调模块23包括能够进行信号包络检波和调谐检测的第二包络检波模块231、能够进行信号带通滤波处理的第二带通滤波模块232，第二包络检波模块231与第二带通滤波模块232电连接，第二包络检波模块231还与第二耦合模块21电连接，第二带通滤波模块232还与第二MCU24电连接。本实施例中在第二MCU24内还设置有信号整形单元与第二带通滤波模块232、第二解码单元244电连接，进而信号整形单元配合第二包络检波模块231、第二带通滤波模块232共同完成信号解调工作。

另外，本实施例中，调谐检测电路230设置在第二包络检波模块231中。

其中该读卡器2的具体电路如图3所示。

前述的无源传感系统可以采用如下的工作方法：对于相互耦合的传感卡片1与读卡器2，即通过第一耦合模块11和第二耦合模块21进行耦合通信的传感卡片1与读卡器2，在进行传感器单元3信号的读取前，该时机可以为读卡器2无法读取到传感卡片1信号至重新读取到卡片信号的时机，也可以为刚系统刚上电的时机。举例说明为：当一个料理机的机体中安装有读卡器2，而料理机的杯体中具有能与读卡器2进行耦合通信的传感卡片1时，当杯体远离料理机而重新安装入机体中时，则需要通过该方法进行两者谐振频率的确定。或者料理机断电而重新上电后，也需要通过该方法进行两者谐振频率的确定。

首先通过读卡器2中的第二MCU24控制输出不同频率的频率驱动信号，以进行传感卡片1的自调谐工作。具体的过程为：第二MCU24控制输出的当前频率的频率驱动信号，本实施例中输出的频率驱动信号为方波信号，该频率驱动信号经送电模块22传送至第二耦合模块21，第二耦合模块21中的第二谐振电容211和第二谐振线圈212进行谐振，再通过第二包络检波模块231中的调谐检测电路230检测第二谐振电容211和第二谐振线圈212谐振工作中的谐振参数，第二MCU24中的谐振电压检测单元242从调谐检测电路230计算获取第二谐振电容211上的电压。如图4和图4所示，本实施例中的调谐检测电路230没有使用到DDS芯片电路，而是通过采用了单片机的第二MCU24直接AD采样整流滤波后的第二谐振电容211上的电压，进而确定最佳工作频率，并通过直接调整采用了单片机的第二MCU24的PWM口输出的PWM方波信号周期实现调频，方案简单，成本低。

由于随着频率驱动信号频率的不同，检测出的第二谐振电容211上的电压也不同，第二谐振电容211上的电压会随着频率驱动信号频率的增加呈抛物线形态变化。因此每次获取第二谐振电容211上的电压则与之前获取的第二谐振电容211上的电压进行比较，进而判断是否出现第二谐振电容211上的电压最大值，如果出现则谐振电压检测单元242则无需再向频率驱动信号生成单元241发送调整频率驱动信号的命令，如果未出现，则谐振电压检测单元242则需要再向频率驱动信号生成单元241发送调整频率驱动信号的命令，频率驱动信号生成单元241按照设定的规则调整生成的频率驱动信号频率，继续寻找第二谐振电容211上的电压最大时对应的驱动信号频率F。

在获取到第二谐振电容211上的电压最大时对应的驱动信号频率F时，则将读卡器2的谐振电路中第二谐振电容211上的电压达到最大时对应的驱动信号频率F作为最佳工作频率。相互耦合通信的传感卡片1与读卡器2采用最佳工作频率作为谐振频率进行传感信号的传送。

在寻找最佳工作频率时，可以采用现有技术中的各种自调谐策略。

本实施例中，在系统上电初期，按照自高向低的方向，自设定的最高谐振频率调整读卡器2输出的频率驱动信号的频率。读卡器2在每个频率点f_i的工作时间为T0，在进行频率驱动信号的频率调整时，按照单片机能输出的最小周期调整量0.1μs来调整频率驱动信号的频率。

对于一个频率点f_i，读卡器2输出频率为f_i的频率驱动信号后，频率驱动信号经读卡器2中谐振电路的自谐振作用而产生谐振信号，读卡器2对该谐振信号进行谐振检测，进而获取该频率点f_i条件下读卡器2的谐振电路中谐振电容上的电压；

实时对各频率点条件下获取的电压进行比较，进而获取读卡器2的谐振电路中谐振电容上的电压达到最大时对应的驱动信号频率F，并将F作为最佳工作频率作为最佳工作频率。

本实施例中，还可以在系统上电的初期，通过二分法调整读卡器2输出的频率驱动信号的频率，进而获取读卡器2的谐振电路中谐振电容上的电压达到最大时对应的驱动信号频率F以作为最佳工作频率。

如图4和图5所示，因为第二谐振电容211上的电压最大时对应的驱动信号频率F并非为第二谐振电容211和第二谐振线圈212的谐振频率，但是接近谐振频率，相应读卡器2中的回路电流接近谐振频率对应的最大电流值，能够有效保证信号传输功率，并且第二谐振电容211和第二谐振线圈212构成的读卡器2中的谐振电路得到最大优化，成本低。

具体进行传感信号的传送工作时，第二MCU24根据控制器4需要获取传感信号的控制命令，控制其中的频率驱动信号生成频率为F的频率驱动信号，频率驱动信号在传送至送电模块22以通过耦合的第二耦合模块21和第一耦合模块11的耦合作用下为取电模块12进行供电，取电模块12则实现对传感卡片1中的传感工作单元13进行供电。与此同时，第二MCU24中的编码单元对该频率驱动信号进行编码处理，进而送入至送电模块22中的信号调制电路221进行信号调制，调制后的信号经第二耦合模块21和第一耦合模块11的耦合作用传送至传感卡片1内，传感卡片1内的解调模块对该频率驱动信号解调后，存储在存储单元内，当传感卡片1中的第一MCU131读取到传感单元传送的传感信号后，将该传感信号结合存储器中的解调的频率驱动信号进行编码，并对编码后的信号进行调制，进而通过经第一耦合模块11和第二耦合模块21的耦合作用传送至读卡器2中，读卡器2中的第二解调模块23对该信号解调处理后送入至第二MCU24中，第二MCU24中的解码单元对解调后的信号进行解码后获取传感信号，进而将传感信号传送至控制器4中，实现传感信号的获取。

由于第二解调模块23中的包络检波电路获取的检波信号取自第二谐振电容211，而第二谐振电容211上的调制信号电压幅值的高低决定了被检出信号的幅值，因此谐振电压采用第二谐振电容211上的电压达到最大时对应的驱动信号频率，有利于信号的解调解析。

前述的无源传感系统可以应用在各种需要进行传感信号传送的产品中，本实施例中该无源传感系统应用与料理机中，应用了该无源传感系统的料理机包括机体以及能够嵌设在机体内的料理容器，机体内设置有用于控制进行料理工作的控制器4，料理容器上设置有用于检测料理参数的传感器单元3，机体内设置读卡器2，读卡器2尽量设置在靠近料理容器安装的位置，料理容器内设置有传感卡片1，该传感卡片1设置在容易被读卡器2读取信息的位置，进而实现料理容器内的传感卡片1与机体内的读卡器2之间的耦合通信连接。应用该无源传感系统可以采用前述的工作方法进行工作，成本低且传感信号的检测误差小。

Claims (7)

1.一种无源传感系统，其特征在于：包括与传感器单元(3)电连接的传感卡片(1)、与控制器(4)通信连接的读卡器(2)，所述读卡器(2)能通过自谐振工作以获取读卡器(2)的谐振电路中谐振电容上的电压达到最大时对应的频率F以作为最佳工作频率，进而将最佳工作频率作为谐振频率与传感卡片(1)耦合通信连接。

2.根据权利要求1所述的无源传感系统，其特征在于：所述读卡器(2)包括第二耦合模块(21)，能够进行频率驱动信号发送的送电模块(22)，能够进行信号解调的和调谐检测的第二解调模块(23)，以及能够进行信号的处理、解码、存储、编码以及生成频率驱动信号的第二MCU(24)，所述第二耦合模块(21)包括电连接的第二谐振电容(211)和第二谐振线圈(212)；

第二耦合模块(21)分别与送电模块(22)、第二解调模块(23)电连接，所述第二MCU(24)也分别与送电模块(22)、第二解调模块(23)电连接，所第二MCU(24)还与控制器(4)通信连接。

3.根据权利要求2所述的无源传感系统，其特征在于：所述第二MCU(24)内包括能够生成频率驱动信号的频率驱动信号生成单元(241)、用于进行谐振电压检测的谐振电压检测单元(242)、用于进行信号编码的第二编码单元(243)、用于进行信号解码的第二解码单元(244)；

所述送电模块(22)中具有能进行信号调制的信号调制电路(221)，所述第二解调模块(23)中具有能进行调谐检测的调谐检测电路(230)；

所述频率驱动信号生成单元(241)分别与谐振电压检测单元(242)、送电模块(22)电连接；所述谐振电压检测单元(242)与第二解调模块(23)中的调谐检测电路(230)电连接；

所述第二编码单元(243)分别与控制器(4)、送电模块(22)中的信号调制电路(221)电连接，所述第二解码单元(244)分别与控制器(4)、第二解调模块(23)电连接。

4.根据权利要求2所述的无源传感系统，其特征在于：所述传感卡片(1)包括能与第二耦合模块(21)进行耦合通信的第一耦合模块(11)，自第一耦合模块(11)取电的取电模块(12)，以及分别与取电模块(12)、第一耦合模块(11)电连接的传感工作单元(13)；所述第一耦合模块(11)包括电连接的第一谐振电容(111)和第一谐振线圈(112)；

所述传感工作单元(13)包括能够进行信号处理、解码、存储以及编码的第一MCU(131)，所述传感工作单元(13)还包括能够进行信号调制的第一调制模块(132)以及进行信号解调的第一解调模块(133)，所述第一调制模块(132)分别与第一耦合模块(11)、第一MCU(131)电连接，所述第一解调模块(133)分别与第一耦合模块(11)、第一MCU(131)电连接，所述第一MCU(131)与传感器单元(3)电连接。

5.根据权利要求4所述的无源传感系统，其特征在于：所述第一MCU(131)内具有用于对传感器单元(3)信号进行处理的信号处理单元(1311)、用于进行信号编码的第一编码单元(1312)、用于进行信号解码的第一解码单元(1313)、用于进行信号存储的第一存储单元(1314)；

所述第一存储单元(1314)分别与第一编码单元(1312)、第一解码单元(1313)电连接，所述第一编码单元(1312)与第一调制模块(132)电连接，所述第一解码单元(1313)与第一解调模块(133)电连接。

6.根据权利要求5所述的无源传感系统，其特征在于：所述第一解调模块(133)包括能够进行信号包络检波的第一包络检波模块(1331)、能够进行信号带通滤波处理的第一带通滤波模块(1332)，所述第一包络检波模块(1331)与第一带通滤波模块(1332)电连接，所述第一包络检波模块(1331)还与第一耦合模块(11)电连接，所述第一带通滤波模块(1332)还与第一MCU(131)电连接；

所述第二解调模块(23)包括能够进行信号包络检波和调谐检测的第二包络检波模块(231)、能够进行信号带通滤波处理的第二带通滤波模块(232)，所述第二包络检波模块(231)与第二带通滤波模块(232)电连接，所述第二包络检波模块(231)还与第二耦合模块(21)电连接，所述第二带通滤波模块(232)还与第二MCU(24)电连接；

所述调谐检测电路(230)设置在第二包络检波模块(231)中。

7.一种料理机，包括机体以及能够嵌设在机体内的料理容器，所述机体内设置有用于控制进行料理工作的控制器(4)，所述料理容器上设置有用于检测料理参数的传感器单元(3)，其特征在于：还包括如权利要求1至6任一权利要求所述的无源传感系统，所述机体内设置有所述读卡器(2)，所述料理容器内设置有所述传感卡片(1)，所述料理容器内的传感卡片(1)与机体内的读卡器(2)耦合通信连接。

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