一種基于自主學習的智能電熱水壺控制系統及方法與流程

本發明涉及日常生活技術領域，具體涉及一種基于自主學習的智能電熱水壺控制系統及方法。

背景技術：

20世紀80年代以來，由于信息技術、計算技術的快速發展以及其他相關學科的發展和相互滲透，控制系統向智能控制系統的發展已成為一種趨勢。20世紀90年代中期以來，智能控制器行業日益成熟，市場需求的增長和市場應用領域的持續擴大，致使智能控制器至今已經在工業、農業、家用、軍事等幾乎所有領域得到廣泛應用。

目前，現有的智能電熱水壺可以進行不同指定溫度的加熱和保溫，但一般均為人為手動控制。而人們有些時候會在有需要的時候才想起去用電熱水壺加熱水，這就導致了需要時間上的等待。并且，如今人們的生活往往是有一定的時間規律的，在哪一時間段需要用多少溫度的水是有一定的規律性的。現有的智能電熱水壺無法根據用戶使用的習慣和規律來自動運行，會導致用戶在使用時感到不方便。

技術實現要素：

針對現有技術所具有的缺陷，本發明提供一種基于自主學習的智能電熱水壺控制系統及方法，實現電熱水壺根據用戶使用習慣及其規律進行全自動運行的功能，便捷用戶使用。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于自主學習的智能電熱水壺控制系統，它包括：輸入裝置、數據存儲模塊、萬年歷時鐘芯片、微處理器、顯示裝置、進水裝置以及加熱裝置；

所述輸入裝置與微處理器相連，用于用戶手動輸入控制參數，向微處理器傳送參數信號；

所述數據存儲模塊與微處理器相連，用于存儲用戶手動輸入的控制參數數據以及相應的操作時間數據；

所述萬年歷時鐘芯片與微處理器相連，用于數據存儲模塊存儲用戶手動輸入的控制參數或者微處理器工作時提供精準的時間；

所述顯示裝置與微處理器相連，用于顯示系統的工作狀態；

所述進水裝置與微處理器相連，用于在微處理器控制下自動進水；

所述加熱裝置與微處理器相連，用于在微處理器控制下進行指定溫度加熱以及保溫。

進一步的，所述輸入裝置為電熱水壺上的輸入鍵盤。

進一步的，所述進水裝置為電動閥門，所述電動閥門外接進水管道，由電動閥門控制進水，電動閥門與微處理器相連，由微處理器控制其開或關。

進一步的，所述加熱裝置由數字溫度傳感器與加熱電路組成；所述數字溫度傳感器與微處理器相連，用于測量水溫并將結果存于內部溫度寄存器供微處理器讀取；所述加熱電路包括電阻R1、NPN三極管Q1、繼電器KA1、二極管D1以及加熱電阻絲R2；具體連接如下：電阻R1一端與微處理器一個I/O端口相連，另一端與NPN三極管Q1的基極相連；NPN三極管Q1的發射極接地，集電極與繼電器KA1的電感線圈一端相連；繼電器KA1的電感線圈的另一端接VCC；二極管D1與繼電器KA1的電感線圈并聯，正極與NPN三極管Q1的集電極相連，負極接VCC；繼電器KA1的常開觸點一端與加熱電阻絲R2的一端相連，加熱電阻絲R2的另一端與零線相連；繼電器KA1的常開觸點另一端與火線相連。

進一步的，微處理器控制加熱裝置進行指定溫度的加熱和保溫，具體工作流程為：數字溫度傳感器連續測量水溫，將結果存于其內部溫度寄存器中，微處理器連續讀取數字溫度傳感器內部溫度寄存器中的數值，與用戶所輸入溫度數據比較。

若讀取到的溫度寄存器中的數值未達到用戶所輸入溫度數值，微處理器與加熱電路連接的I/O端口將輸出一個高電平，三極管Q1導通，繼電器KA1的線圈有電壓，繼電器KA1的常開觸點閉合，加熱電阻絲R2工作，對水進行加熱，此時電熱水壺處于加熱狀態；

若讀取到的溫度寄存器中的數值達到了用戶所輸入溫度數值，微處理器與加熱電路連接的I/O端口將輸出一個低電平，三極管Q1截止，繼電器KA1的線圈無電壓，繼電器KA1的常開觸點斷開，加熱電阻絲R2不工作，此時電熱水壺退出加熱狀態，進入保溫狀態；

當電熱水壺處于保溫狀態時，微處理器仍然讀取數字溫度傳感器內部溫度寄存器中的數值，當讀取到的溫度寄存器中的數值相比于用戶所輸入溫度數值要小10攝氏度時，電熱水壺將再次進入加熱狀態，加熱水至用戶所輸入溫度時，退出加熱狀態，進入保溫狀態。

本發明還提供一種使用上述的系統的基于自主學習的智能電熱水壺控制方法，具體步驟以及相應的系統內部工作如下：

當用戶通過輸入裝置開啟了全自動運行模式時，在系統數據存儲模塊未存儲用戶輸入的控制參數數據的情況下，系統將自動關閉，等待用戶手動輸入控制參數控制系統工作，微處理器接收輸入裝置傳送給它的信號，進行處理，然后控制進水裝置進水、控制加熱裝置進行指定溫度的加熱和保溫，以及控制顯示裝置顯示系統工作狀態；在系統數據存儲模塊已存儲了用戶輸入的控制參數數據的情況下，微處理器會從數據存儲模塊讀取之前存儲的用戶輸入控制參數以及時間數據，根據讀取到的數據以及萬年歷時鐘芯片提供的時間信號，在相應的時間自動控制進水裝置、加熱裝置以及顯示裝置工作，在其余時間進入低功耗模式；

同時，若用戶在全自動運行模式下手動輸入控制參數，微處理器將優先處理用戶的手動輸入控制參數信號，按照該信號控制進水裝置、加熱裝置以及顯示裝置工作；

同時，若用戶通過輸入裝置開啟了使用習慣記錄模式，數據存儲模塊將不斷存儲用戶輸入的控制參數以及用戶進行輸入操作時萬年歷時鐘芯片提供的精準時間；若用戶沒有開啟使用習慣記錄模式，數據存儲模塊將不會存儲數據。

當用戶通過輸入裝置關閉了全自動運行模式時，微處理器將不會讀取數據存儲模塊內存儲的數據，只能等待用戶通過輸入裝置控制工作。

本發明與背景技術相比，具有的有益效果是：

1、本發明可以記錄一段時間內用戶的手動輸入控制參數數據和時間數據，然后在全自動模式下可以按照這些數據進行全自動的運行；

2、用戶可以選擇全自動模式的開啟和關閉，在日常生活使用電熱水壺時間段規律性較強時，可以選擇全自動模式運行，在某些使用電熱水壺時間規律和一般情況不同的時間段，可以關閉全自動模式，使用方便而且節約能源。

附圖說明

圖1為基于自主學習的智能電熱水壺控制系統的基本結構示意圖；

圖2為基于自主學習的智能電熱水壺控制系統加熱裝置的加熱電路圖；

圖3為基于自主學習的智能電熱水壺控制方法的基本工作流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。

如圖1所示，一種基于自主學習的智能電熱水壺控制系統，它包括：輸入裝置、數據存儲模塊、萬年歷時鐘芯片、微處理器、顯示裝置、進水裝置以及加熱裝置；

所述輸入裝置與微處理器相連，用于用戶手動輸入控制參數，向微處理器傳送參數信號；

所述數據存儲模塊與微處理器相連，用于存儲用戶手動輸入的控制參數數據以及相應的操作時間數據；

所述萬年歷時鐘芯片與微處理器相連，用于數據存儲模塊存儲用戶手動輸入的控制參數或者微處理器工作時提供精準的時間；

所述顯示裝置與微處理器相連，用于顯示系統的工作狀態；

所述進水裝置與微處理器相連，用于在微處理器控制下自動進水；

所述加熱裝置與微處理器相連，用于在微處理器控制下進行指定溫度加熱以及保溫。

作為本發明的實施例，所述數據存儲模塊可采用Waveshare品牌的型號為AT24CXX EEPROM Board的模塊，但不限于此；所述萬年歷時鐘芯片可采用美信公司型號為DS12C887的模塊，但不限于此；所述微處理器可采用TI公司型號為TMS320F2812的產品，但不限于此；

進一步的，所述輸入裝置為電熱水壺上的輸入鍵盤。

進一步的，所述進水裝置為電動閥門，所述電動閥門外接進水管道，由電動閥門控制進水，電動閥門與微處理器相連，由微處理器控制其開或關。

進一步的，如圖2所示，所述加熱裝置由數字溫度傳感器與加熱電路組成；所述數字溫度傳感器與微處理器相連，用于測量水溫并將結果存于內部溫度寄存器供微處理器讀取；所述加熱電路包括電阻R1、NPN三極管Q1、繼電器KA1、二極管D1以及加熱電阻絲R2；具體連接如下：電阻R1一端與微處理器一個I/O端口相連，另一端與NPN三極管Q1的基極相連；NPN三極管Q1的發射極接地，集電極與繼電器KA1的電感線圈一端相連；繼電器KA1的電感線圈的另一端接VCC；二極管D1與繼電器KA1的電感線圈并聯，正極與NPN三極管Q1的集電極相連，負極接VCC；繼電器KA1的常開觸點一端與加熱電阻絲R2的一端相連，加熱電阻絲R2的另一端與零線相連；繼電器KA1的常開觸點另一端與火線相連。當微處理器與加熱電路連接的I/O端口輸出狀態由高電平變為低電平時，三極管Q1由飽和變為截止，這樣繼電器KA1的電感線圈中的電流突然失去了流通通路，若無續流二極管D1將在電感線圈兩端產生較大的反向電動勢，極性為下正上負，電壓值可達一百多伏，這個電壓加上電源電壓作用在三極管Q1的集電極上足以損壞三極管Q1。故續流二極管D1的作用是將這個反向電動勢通過繼電器KA1的電感線圈與續流二極管D1形成的回路放電，保護三極管Q1。所述數字溫度傳感器可采用型號為DS18B20的數字溫度傳感器模塊，但不限于此。

進一步的，微處理器控制加熱裝置進行指定溫度的加熱和保溫，具體工作流程為：數字溫度傳感器連續測量水溫，將結果存于其內部溫度寄存器中，微處理器連續讀取數字溫度傳感器內部溫度寄存器中的數值，與用戶所輸入溫度數據比較。

若讀取到的溫度寄存器中的數值未達到用戶所輸入溫度數值，微處理器與加熱電路連接的I/O端口將輸出一個高電平，三極管Q1導通，繼電器KA1的線圈有電壓，繼電器KA1的常開觸點閉合，加熱電阻絲R2工作，對水進行加熱，此時電熱水壺處于加熱狀態；

若讀取到的溫度寄存器中的數值達到了用戶所輸入溫度數值，微處理器與加熱電路連接的I/O端口將輸出一個低電平，三極管Q1截止，繼電器KA1的線圈無電壓，繼電器KA1的常開觸點斷開，加熱電阻絲R2不工作，此時電熱水壺退出加熱狀態，進入保溫狀態；

當電熱水壺處于保溫狀態時，微處理器仍然讀取數字溫度傳感器內部溫度寄存器中的數值，當讀取到的溫度寄存器中的數值相比于用戶所輸入溫度數值要小10攝氏度時，電熱水壺將再次進入加熱狀態，加熱水至用戶所輸入溫度時，退出加熱狀態，進入保溫狀態。

如圖3所示，基于自主學習的智能電熱水壺控制方法，步驟如下：

當用戶通過輸入裝置開啟了全自動運行模式時，在系統數據存儲模塊未存儲用戶輸入的控制參數數據的情況下，系統將自動關閉，等待用戶手動輸入控制參數控制系統工作，微處理器接收輸入裝置傳送給它的信號，進行處理，然后控制進水裝置進水、控制加熱裝置進行指定溫度的加熱和保溫，以及控制顯示裝置顯示系統工作狀態；在系統數據存儲模塊已存儲了用戶輸入的控制參數數據的情況下，微處理器會從數據存儲模塊讀取之前存儲的用戶輸入控制參數以及時間數據，根據讀取到的數據以及萬年歷時鐘芯片提供的時間信號，在相應的時間自動控制進水裝置、加熱裝置以及顯示裝置工作，在其余時間進入低功耗模式；

同時，若用戶在全自動運行模式下手動輸入控制參數，微處理器將優先處理用戶的手動輸入控制參數信號，按照該信號控制進水裝置、加熱裝置以及顯示裝置工作；

同時，若用戶通過輸入裝置開啟了使用習慣記錄模式，數據存儲模塊將不斷存儲用戶輸入的控制參數以及用戶進行輸入操作時萬年歷時鐘芯片提供的精準時間；若用戶沒有開啟使用習慣記錄模式，數據存儲模塊將不會存儲數據。

當用戶通過輸入裝置關閉了全自動運行模式時，微處理器將不會讀取數據存儲模塊內存儲的數據，只能等待用戶通過輸入裝置控制工作。

比如：用戶使用一臺全新的基于自主學習的智能電熱水壺，這時若用戶通過輸入裝置打開全自動模式，由于數據存儲模塊內部沒有存儲數據，系統會自動關閉，等待用戶手動輸入控制參數控制電熱水壺工作。

用戶在某一日上午九點使用該電熱水壺加熱水，指定溫度為60攝氏度，萬年歷時鐘芯片提供精準時間為上午九點，微處理器將根據相應的輸入控制進水裝置進水、控制加熱裝置進行指定溫度的加熱和保溫以及控制顯示裝置顯示系統的工作狀態。

若用戶在操作前還通過輸入裝置打開了使用習慣記錄模式，數據存儲模塊將會將上午九點、加熱、指定溫度60攝氏度等數據信息存儲下來。

在之后的時間，若用戶一直開啟全自動模式，系統將會在每天的上午九點自動開啟，控制進水裝置進水，控制加熱裝置加熱水到60攝氏度；在其余時間，系統將會進入低功耗模式。

若在這其中的某一天上午九點，用戶通過手動裝置控制電熱水壺加熱水到80攝氏度，系統將會優先按照用戶手動輸入的控制參數工作，將水加熱到80攝氏度而非60攝氏度。

若對這一操作，用戶沒有打開使用習慣記錄模式，數據存儲模塊將不會存儲數據，電熱水壺仍會按照每天上午九點加熱水到60攝氏度自動運行；若用戶打開了使用習慣記錄模式，數據存儲模塊將會將上午九點、加熱、指定溫度80攝氏度等數據信息存儲下來，電熱水壺在之后會按照每天上午九點加熱水到80攝氏度自動運行。