一種具有無線充電、供電系統的智能燒水裝置的制作方法

本發明涉及一種智能燒水裝置，尤其涉及一種具有無線充電、供電系統的智能燒水裝置。

背景技術：

現在的智能智能燒水壺內部都安裝有溫度傳感器，高、低水位傳感器，有的還安裝有自動開關水壺蓋裝置，還安裝有一套用于傳輸智能水壺水溫、高低水位，給智能電磁爐的無線通信系統，接收開關水壺蓋信息，而這些電路都需要耗電，在現有技術中如專利號為201420431753.3，發明創造名稱為“一種感應自取電的多功能加熱裝置”的取電方式為電磁爐線圈盤，工作時依靠電磁爐線圈盤感應取電，這種取電方式有一定的局限性：只有在電磁爐工作的時候才能感應取電，電磁爐不工作的時候是沒有辦法感應取電，如果在電磁爐不工作的時候想看一下水壺內的溫度就沒有辦法實現，有時電網電壓低相應的電磁爐功率就下降了，當下降到一定值通過線圈盤感應取到的電就很弱，不足以提供給智能智能燒水壺使用。其結構設計較復雜，生產成本高，使用不便，智能化程度較低。

技術實現要素：

本發明為解決上述技術問題，提供了一種具有無線充電、供電系統的智能燒水裝置，包括智能加熱底座和智能燒水壺，所述智能燒水壺放置于智能加熱底座上；

該智能加熱底座包括加熱單元、散熱風扇、自動旋轉加水彎頭、抽水泵、低壓供電電源、無線充電發射單元、第一無線通信模塊和第一主控電路，所述第一主控電路設有第一主控MCU，所述加熱單元、散熱風扇、自動旋轉加水彎頭、抽水泵、低壓供電電源、無線充電發射單元、第一無線通信模塊均與第一主控MCU電連接并由其控制；

所述無線充電發射單元包括電壓調節電路、第一電流電壓檢測電路、功率放大電路和發射線圈與電容諧振組合電路，所述低壓供電電源依次經電壓調節電路、第一電流電壓檢測電路、功率放大電路后向發射線圈與電容諧振組合電路供電，所述發射線圈與電容諧振組合電路包括第一電阻、第二電阻、第一電容、第二電容、MOS管和發射線圈，所述第一主控MCU向第一電阻輸出PWM信號，所述第一電阻另一端連接MOS管的G極和第二電容，所述第一電容連接第二電阻，MOS管的S極連接第二電阻，第二電阻另一端接地，MOS管的D極連接第二電容和發射線圈構成的諧振電路，通過諧振電路輸出電磁信號；

該智能燒水壺包括水壺主體，水壺主體中設有自動開關壺蓋單元、溫度檢測單元、高低水位檢測單元、充電電池、無線充電接收單元、第二無線通信模塊和第二主控電路，所述第二主控電路設有第二主控MCU，自動開關壺蓋單元、溫度檢測單元、高低水位檢測單元、充電電池、無線充電接收單元、第二無線通信模塊均與第二主控MCU電連接并由其控制；

所述無線充電接收單元包括整流濾波穩壓電路、第二電流電壓檢測電路和充電管理電路，所述無線充電發射單元向無線充電接收單元發射電磁信號，無線充電接收單元接收到的電磁信號依次通過整流濾波穩壓電路、第二電流電壓檢測電路和充電管理電路，進而通過充電管理電路向充電電池及第二主控MCU供電；

所述溫度檢測單元所探測到的溫度信號、高低水位檢測單元所探測到的水位信號、自動開關壺蓋單元所需要的開關壺蓋信號、無線充電接收單元的接收端感應到的電壓信號及智能燒水壺的耗電狀況反饋到第二主控MCU中，所述第一無線通信模塊與第二無線通信模塊之間相互傳送無線通信信號，第二主控MCU通過第二無線通信模塊將收集到溫度信號、水位信號、開關壺蓋信號、無線充電接收單元的接收端感應到的電壓信號及智能燒水壺的耗電狀況傳輸到第一無線通信模塊，進而通過第一無線通信模塊反饋到第一主控MCU，所述第一主控MCU內設上述各信號參數的預設值，通過將上述各信號參數與對應預設值進行對比后，，調整適中的PWM信號頻率或調節適中的驅動電壓給無線充電發射模塊，以達到調節無線充電功率大小，剛好滿足智能水壺的耗電需求而不致浪費電能。

進一步的，所述第一主控MCU的AD轉換口連接第二電阻的一端并通過其檢測電流大小。

進一步的，所述第一主控MCU輸出的PWM信號的調節模式包括異物識別模式，所述異物識別模式所識別的對象為智能燒水壺和其他金屬物品，識別為其他金屬物品的條件同時包括無線充電發射單元正常工作、第一主控MCU從第二電阻檢測到的電流明顯增大、第一主控MCU未收到無線充電接收單元的接收端具有感應電壓的反饋信號，第一主控MCU判定識別為其他金屬物品時，關閉PWM信號輸出并且對應停止無線充電工作。

進一步的，所述PWM信號由脈沖信號發射芯片輸出，該脈沖信號發射芯片與第一主控MCU連接并由其控制，該脈沖信號發射芯片向無線充電發射單元輸出PWM信號。

進一步的，所述智能加熱底座包括電磁爐、電陶爐或電熱爐。

進一步的，所述發射線圈尺寸設置為接收線圈尺寸的1.5～2倍以上。

進一步的，所述接收線圈的尺寸為15～30mm，所述接收線圈為圓形，或是等同面積的方形或橢圓形。

進一步的，所述智能加熱底座為電磁爐，智能燒水壺設有壺柄，該壺柄底部為平面，該平面與電磁爐的加熱表面保持平行，并盡量平整貼合，所述接收線圈設于壺柄內并貼合在該平面上。

進一步的，所述智能加熱底座上設有無線充電標識區，所述發射線圈設于該無線充電標識區。

進一步的，所述智能加熱底座上設有水壺加熱區和控制面板，所述控制面板靠近水壺加熱區設置，所述無線充電標識區設于控制面板的一側邊，從無線充電標識區到水壺加熱區中心的連線與垂直于控制面板另一側邊的中心線形成40～50°夾角。

進一步的，所述智能加熱底座設有操作顯示面板和語音提醒單元，所述語音提醒單元與第一主控MCU電連接并由其控制，所述語音提醒單元內置的語音提醒內容包括水壺沒有放好或請將水壺柄對準充電區。

進一步的，所述MOS管型號優選為IRF640N，第二電阻優選為合金電流取樣電阻。

本發明的無線充電系統是在原有供電系統上進行設置，利用智能加熱底座已有的第一主控MCU輸出PWM信號，進而通過諧振電路進行電磁信號的發射來實現無線充電，通過調整PWM信號頻率來調整無線充電及智能加熱底座及智能燒水壺的各項參數，讓無線充電系統做安全、高效、節能，又剛好滿足智能水壺的用電需求。

附圖說明

下面參照附圖結合實施例對本發明作進一步的說明。

圖1是本發明的具有無線充電、供電系統的智能燒水裝置的系統原理示意圖；

圖2是本發明的發射線圈與電容諧振組合電路的原理示意圖；

圖3是本發明的智能燒水壺放置于智能加熱底座正常工作時的使用狀態示意圖一；

圖4是本發明的智能燒水壺放置于智能加熱底座正常工作時的使用狀態示意圖二。

圖中附圖標記說明：

201電壓調節電路、202電流電壓檢測電路、203無線充電發射單元、204功率放大電路、205發射線圈與電容諧振組合、206抵壓供電電源、207主控MCU、208PWM方波信號、209振蕩波形、210語音播報電路、211操作顯示面板、212電磁爐加熱單元、214散熱風扇、215自動旋轉加水彎頭、216抽水泵或電磁閥、217電磁爐無線通信模塊、218接收線圈與電容諧振組合、219整流濾波穩壓電路、電流電壓檢測電路220、221充電管理電路、222感應波形、223智能水壺內部控制板及MCU、224充電電池、225智能水壺無線通信模塊、226溫度檢測電路、227高低水位檢測電路、228開關壺蓋單元電路；

第一電阻R1、第一電容C1、第二電阻R2、第二電容C2、MOS管Q1、發射線圈L1；

夾角α、水壺加熱區1、無線充電標識區2、控制面板3。

具體實施方式

請參閱圖1至4，是作為本發明的最佳實施例的一種具有無線充電、供電系統的智能燒水裝置，包括智能加熱底座和智能燒水壺，所述智能燒水壺放置于智能加熱底座上。所述智能加熱底座包括電磁爐、電陶爐或電熱爐。本實施例以電磁爐為例進行具體說明。

該智能加熱底座包括電磁爐加熱單元、散熱風扇、自動旋轉加水彎頭、抽水泵(或電磁閥)、低壓供電電源、無線充電發射單元、電磁爐無線通信模塊和第一主控電路，所述第一主控電路設有主控MCU，所述電磁爐加熱單元、散熱風扇、自動旋轉加水彎頭、抽水泵、低壓供電電源、無線充電發射單元、電磁爐無線通信模塊均與主控MCU電連接并由其控制。

所述無線充電發射單元包括電壓調節電路、第一電流電壓檢測電路、功率放大電路和發射線圈與電容諧振組合電路，所述低壓供電電源依次經電壓調節電路、第一電流電壓檢測電路、功率放大電路后向發射線圈與電容諧振組合電路供電，所述發射線圈與電容諧振組合電路包括第一電阻、第二電阻、第一電容、第二電容、MOS管和發射線圈，所述主控MCU向第一電阻輸出PWM信號(PWM信號也可以由其他能夠輸出PWM信號的芯片輸出，該芯片與第一主控MCU連接并由其控制，該脈沖信號發射芯片向無線充電發射單元輸出PWM信號)，所述第一電阻另一端連接MOS管的G極和第二電容，所述第一電容連接第二電阻，MOS管的S極連接第二電阻，第二電阻另一端接地，MOS管的D極連接第二電容和發射線圈構成的諧振電路，通過諧振電路輸出電磁信號。所述MOS管型號為IRF640N或其他等同性能的MOS管，第二電阻為合金電流取樣電阻。所述主控MCU的AD轉換口連接第二電阻的一端并通過其檢測電流大小。

該智能燒水壺包括水壺主體，水壺主體中設有自動開關壺蓋單元、溫度檢測單元、高低水位檢測單元、充電電池、無線充電接收單元、智能水壺無線通信模塊和第二主控電路，所述第二主控電路設有智能水壺內部控制板及MCU，自動開關壺蓋單元、溫度檢測單元、高低水位檢測單元、充電電池、無線充電接收單元、智能水壺無線通信模塊均與智能水壺內部控制板及MCU電連接并由其控制。

所述無線充電接收單元包括整流濾波穩壓電路、第二電流電壓檢測電路和充電管理電路，所述無線充電發射單元向無線充電接收單元發射電磁信號，無線充電接收單元接收到的電磁信號依次通過整流濾波穩壓電路、第二電流電壓檢測電路和充電管理電路，進而通過充電管理電路向充電電池及智能水壺內部控制板及MCU供電。

所述溫度檢測單元所探測到的溫度信號、高低水位檢測單元所探測到的水位信號、自動開關壺蓋單元所需要的開關壺蓋信號、無線充電接收單元的接收端感應到的電壓信號及智能燒水壺的耗電狀況反饋到智能水壺內部控制板及MCU中，所述電磁爐無線通信模塊與智能水壺無線通信模塊之間相互傳送無線信號，智能水壺內部控制板及MCU通過智能水壺無線通信模塊將收集到溫度信號、水位信號、開關壺蓋信號、無線充電接收單元的接收端感應到的電壓信號及智能燒水壺的耗電狀況傳輸到電磁爐無線通信模塊，進而通過電磁爐無線通信模塊反饋到主控MCU，所述主控MCU內設上述各信號參數的預設值，通過將上述各信號參數與對應預設值進行對比后，調整適中的PWM信號頻率或調節適中的驅動電壓給無線充電發射模塊，以達到調節無線充電功率大小，剛好滿足智能水壺的耗電需求而不致浪費電能。無線充電接收單元的接收端的負載變化會影響發射線圈的等效電感量，從而影響諧振頻率，通過接收端反饋回來的耗電情況，電磁爐主控MCU要及時微調一下PWM信號的頻率以做到，PWM脈沖處于MOS管最佳導通時間，減少MOS管的耗散功率。

主控MCU發出PWM方波信號再通過功率放大電路去推動發射線圈與電容的諧振組合從而將無線充電信號發射出去。用原來的低壓電源能夠給無線充電電路供電，無需加大低壓電源的功率，節約成本，增加穩定性。本實施案例的電磁爐原有的各個功能模塊配件的功率如下：

由于受到成本和空間的限制一般電磁爐采用的低壓供電電源的功率大多在10-12W之間，一般電磁爐內部低電壓電路的耗電情況是這樣的，自動旋轉加水彎頭采用的電機12V250MA 3W的規格，散熱風扇采用18V 200MA 3.6W的規格，抽水泵或電磁閥采用12V500MA 6W的規格，其他功能電路耗電大約2W以下，本發明增加的無線充電電路的耗電控制在4W以下，在確定好諧振頻率的情況下，可以根據計算公式諧振頻率合理選擇合適的發射線圈和接收線圈的電感量，諧振電容合適的值達到以下效果：在11-14V供電的情況下，發射電路總耗電不超過4W。

在智能水壺無線充電接收電路的接收端能感應接收到的電壓為8-20V以內的接收電壓為合適，優選空載時達到10-15V，給7.4V/200MAH的鋰電池充電時能提供8.4V/50-150MA左右的電流最為合適。

如果用戶通過操作顯示面板輸入全智能燒水指令給主控MCU，假設這時檢測到水壺內沒有水需要加水，這時主控MCU通過控制板先關閉風扇停止運轉，接下來再控制自動加水彎頭215旋轉到燒水壺正上方，停止旋轉接下來再控制水泵或電磁閥開始工作，加水結束后水泵或電磁閥停止工作。通過這樣的協調運作，達到“錯鋒用電”。通過以上主控MCU的協同控制從而達到用原來的低壓電源能夠給無線充電電路供電，無需加大低壓電源的功率，節約成本，增加穩定性。

所述主控MCU輸出的PWM信號的調節模式包括異物識別模式，所述異物識別模式所識別的對象為智能燒水壺和其他金屬物品，識別為其他金屬物品的條件同時包括無線充電發射單元正常工作、主控MCU從第二電阻檢測到的電流明顯增大、主控MCU未收到無線充電接收單元的接收端具有感應電壓的反饋信號，主控MCU判定識別為其他金屬物品時，關閉PWM信號輸出并且對應停止無線充電工作。

所述發射線圈尺寸設置為接收線圈尺寸的1.5～2倍以上。所述接收線圈的尺寸為15～30mm，所述接收線圈為圓形，或是等同面積的方形或橢圓形。

智能燒水壺設有壺柄，該壺柄底部為平面，該平面與電磁爐的加熱表面保持平行，并盡量平整貼合，所述接收線圈設于壺柄內并貼合在該平面上。

所述智能加熱底座上設有無線充電標識區，所述發射線圈設于該無線充電標識區。所述智能加熱底座上設有水壺加熱區和控制面板，所述控制面板靠近水壺加熱區設置，所述無線充電標識區設于控制面板的一側邊，從無線充電標識區到水壺加熱區中心的連線與垂直于控制面板另一側邊的中心線形成40～50°夾角。

所述智能加熱底座設有操作顯示面板和語音提醒單元，所述語音提醒單元的語音播報電路與主控MCU電連接并由其控制，所述語音提醒單元內置的語音提醒內容包括水壺沒有放好或請將水壺柄對準充電區。

智能電磁爐的主控MCU(或受主控MCU 207控制的專用無線充電模塊或芯片來輸出無線充電信號)發PWM方波信號，再經功率放大電路(或專用無線充電模塊)放大信號去控制發射線圈與電容的諧振組合產生電磁信號，在發射線圈與電容的諧振組合產生如組成振蕩波形209的振蕩信號，再通過接收線圈與電容組成的諧振組合感應得到如感應波形222的電磁信號，再經整流濾波穩壓電路219輸出穩定的直流電，再經電壓電流監測電路220，再達到充電管理電路221對充電電池224進行充電管理，以達到延長電池壽命，電壓、電流監測電路220和充電管理電路221實時將電壓和電流反饋給壺把內的MCU 223，MCU 223通過智能水壺無線通信模塊225和電磁爐無線通信模塊217構成通信，及時將接收到電壓，和水壺內部的用量情況反饋給電磁爐的主控MCU 207，無線充電工作時電流流過無線充電路中的R2合金電流取樣電阻，產生壓降，傳輸給主控MCU 207構成電流電壓監測電路。

檢測水壺柄有沒有對準充電區的工作流程如下：

當無線充電電路206啟動工作時，通過水壺柄電壓電流監測電路220檢測到智能水壺接收到無線充電信號222電壓值沒有達到的設定值，就通過壺柄內的MCU 223發送指令，再經過水壺無線通信模塊225傳輸到電磁爐無線通信模塊217，再反饋到電磁爐主控MCU 207，電磁爐主控MCU 207就通過語音播報電路210，播報“請將水壺柄對準充電區”。

本發明解決了智能水壺無線充電、供電的技術問題，電磁爐進行加熱工作的時候開啟無線充電、供電給智能水壺，而且無線充電發射單元的開啟、并閉，功率大小、頻率調節，受到智能電磁爐控制板上的主控MCU調控。而且本發明的無線充電系統的通過發射線圈和接收線圈的安裝位置、角度及安裝距離的合理設置，并利用原本用于傳輸智能水壺內水溫，高低水位，開關水壺蓋信息的無線通信系統把無線充電接收端感應接收的電壓及水壺內部耗電情況反饋給電磁爐控制板上的主控MCU，做到及時開啟、關閉無線充電以及調節無線充電的發射功率、頻率，協調控制其他由同一低壓電源供電的用電設備如抽水泵、散熱風扇、自動旋轉彎頭的開啟與關閉，避免這幾個用電設備同時開啟耗電太大超過低壓電源模塊負載能力而造成損壞，從而達到用原來的低壓電源能夠給無線充電電路供電，做到無需加大低壓電源的功率，節約成本，增加穩定性。并可以實現及時調整無線充電各項參數如：頻率、發射功率，無線充電的開啟與關閉，讓無線充電系統做安全、高效、節能，又剛好滿足智能水壺的用電需求。并具有如下功能：

A、水壺柄放置位置沒有對準充電區的語音提醒：“水壺沒有放好”或“請將水壺柄對準充電區”，

B、在電磁爐操作顯示面板上設置有指示燈顯示，或直接顯示出智能水壺柄感應到的電壓大小”，

C、可以實現受電端目標物辨識:當水壺柄對準充電區才開始持續發送無信充電信號，若不是的話則不持續發送無線充電信號,從而提高無線充電的效率與安全性。

上面結合附圖對本發明進行了示例性描述，顯然本發明具體實現并不受上述方式的限制，只要采用了本發明的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改進，或未經改進將本發明的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本發明的保護范圍之內。