一种智能电热水器及基于其的安全预警方法

摘要

本发明属于热水器技术领域，具体公开了一种智能电热水器及安全预警方法，该电热水器包括主控单元以及与主控单元连接的水温检测单元、水位检测单元、显示单元、语音控制单元、报警单元和安全检测单元；主控单元通过无线通讯模块与移动终端连接；安全检测单元包括红外传感器、水流传感器、信号转换电路和门电路，红外传感器和水流传感器均与信号转换电路连接，信号转换电路通过门电路与报警单元连接；主控单元内预设有预设时间，当水流传感器检测有水流脉冲信号且主控单元检测到超过预设时间无红外信息时，报警单元开启，主控单元将报警信号发送给移动终端。在意外发生时可以及时获取求救信号，避免意外发生。

说明书

技术领域

本发明属于热水器技术领域，涉及一种智能电热水器及基于其的安全预警方法。

背景技术

电热水器在生活中扮演着不可或缺的角色，各式各样的电热水器也出现在人们的面前。现有的电热水器主要可以分为三类：第一类是最普通的电热水器，只具有加热注水功能；第二类是具有语音控制温度和水量功能的家用电热水器；第三类是具有通过手机APP进行远程控制功能的家用电热水器。但是随着人们生活水平的日益提高，人们对于家用电热水器也有了更高的需求，具体而言就是方便操作、更加安全，因此现有的家用电热水器还不能够满足人们日益增长的需求，设计一种更加智能安全可靠便捷的家用电热水器控制系统是非常有必要的。

现阶段虽然具有远程控制系统或语音控制功能的电热水器，但是它们都还不够便捷，也没有考虑安全因素，功能单一。尤其是对于那些儿女在外，只有一人在家的老人而言，洗澡的时候万一发生意外状况无人知晓，会带来严重的生命危险。对于目前老龄化的社会现状，亟需发明一种可以及时发现意外发生的电热水器。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种智能电热水器，避免意外发生，且功能多样化。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种智能电热水器，包括主控单元以及与主控单元连接的水温检测单元、水位检测单元、显示单元、语音控制单元、报警单元和安全检测单元；主控单元通过无线通讯模块与移动终端连接；

安全检测单元包括红外传感器、水流传感器、信号转换电路和门电路，红外传感器和水流传感器均与信号转换电路连接，信号转换电路通过门电路与报警单元连接；红外传感器用于感应红外信号，水流传感器用于感应水流脉冲信号，信号转换电路用于将红外信号和水流脉冲信号转换成电信号，门电路用于决定是否触发报警单元；

主控单元内预设有预设时间，当水流传感器检测有水流脉冲信号且主控单元检测到超过预设时间无红外信息时，报警单元处于开启状态，同时主控单元用于将报警信号发送给移动终端。

进一步，红外传感器和水流传感器安装在花洒上。

进一步，语音控制单元包括语音存储单元、语音采集及处理单元、语音识别单元和语音提示单元；

语音存储单元，用于存储从移动终端录制的语音信息；

语音采集及处理单元，用于采集语音信息，且将采集到的语音信息转换为数字信号；

语音识别单元，用于将用户的语音信息与语音存储单元中存储的语音信息进行比对；

语音提示单元，用于提示语音识别的结果和提示达到预设温度。

进一步，在智能电热水器上还设置有唤醒按钮，唤醒按钮与主控单元连接。

进一步，所述智能电热水器还包括锂电池模块，锂电池模块与主控单元和应急照明装置连接，用于断电时提供电量；锂电池模块通过电流检测电路与电源连接。

进一步，移动终端上安装有APP或微信小程序。

进一步，显示单元由LED数码管组成。

进一步，水位检测单元包括水位传感器和进水阀，当水位传感器检测到水位达到最高预设水位时，主控单元控制进水阀关闭；当水位传感器检测到水位低于最低预设水位时，主控单元控制出进水阀开启。

进一步，主控单元采用单片机。

本发明还公开了所述的智能电热水器的安全预警方法，包括以下几种情况：

a、在淋浴时，花洒处于喷水状态，水流传感器感应到水流脉冲信号，经过信号转换电路，输出高电平(1)；若沐浴者处于正常的淋浴状态，红外传感器感应到红外信号，经过信号转换电路，输出高电平(1)，这两种电平信号经过门电路之后，输出低电平(0)，不触发报警单元；

b、花洒不处于喷水状态，水流传感器不会感应到水流脉冲信号，经过信号转换电路时，输出低电平(0)；若人站在花洒底下，红外传感器感应到红外信号，经过信号转换电路，输出高电平(1)，这两种电平信号经过门电路之后，输出低电平(0)，也不触发报警单元；

c、未在淋浴时，花洒不处于喷水状态，水流传感器不会感应到水流脉冲信号，经过信号转换电路时，输出低电平(0)；红外传感器感应不到红外信号，经过信号转换电路，输出低电平(0)，这两种电平信号经过门电路之后，输出低电平(0)，也不触发报警单元；

d、在淋浴时，花洒处于喷水状态，水流传感器能够感应到水流脉冲信号，经过信号转换电路时，输出高电平(1)；若红外传感器感应不到红外信号，经过信号转换电路，输出低电平(0)；当超过主控单元的预设时间后，主控单元启动报警单元报警，同时主控单元将报警信号发送给移动终端。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开了一种智能电热水器及安全预警方法，该电热水器包括主控单元，主控单元连接有安全检测单元，安全检测单元包红外传感器、水流传感器、信号转换电路和门电路，主控单元内预设有预设时间，当花洒处于喷水状态时，主控单元检测到超过预设时间且红外感应单元检测无红外信息时，主控单元启动报警单元报警，且将报警信号发送给移动终端。当沐浴的人淋浴的时候晕倒，花洒上的红外感应单元通过检测一定时间内和一定高度范围内无人淋浴，就发出特定的求救指令，这时远端的移动终端上就能接收到这一求救报警信号。尤其是老人，在儿女的手机上只要关联到此主控单元，在意外发生的时候可以及时获取求救信号，避免意外发生；另外，本主控单元还连接了水温检测单元、水位检测单元、显示单元和语音控制单元，可以实现水温水位的监测，还可以实现语音控制，使得本发明的电热水器功能多样化，更加智能。

进一步，语音控制单元包括语音存储单元、语音采集及处理单元、语音识别单元和语音提示单元；语音存储单元的作用是存储从移动终端录制的语音信息，从移动终端首先可以录制唤醒词，然后当语音采集及处理单元采集到对应的语音信息，且将采集到的语音信息转换为数字信号时，语音识别单元才能识别成功，最后通过语音提示单元提示语音识别的结果和提示达到预设温度，以提醒用户。该语音控制单元功能强大，为用户带来极大的方便，同时，还避免了误操作。

进一步，该热水器内置有锂电池模块，用于家庭断电后为电热水器除加热以外的功能模块提供电量，同时也为内置的临时应急照明装置供电，其次，设置有开关，可以主动停止锂电池模块供电。

进一步，该热水器设置有唤醒按钮，唤醒按钮与主控单元连接，当无法通过语音唤醒系统时，可以通过唤醒按钮来实现。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为锂电池模块与本发明的主控单元连接的结构示意图；

图3为本发明的安全检测单元的原理框图；

图4为本发明的语音控制单元的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1所示，本发明公开了一种智能电热水器，包括主控单元以及与主控单元连接的水温检测单元、水位检测单元、显示单元、语音控制单元、报警单元和安全检测单元；主控单元通过无线通讯模块与移动终端连接。

如图3所示，安全检测单元包含红外传感器、水流传感器、信号转换电路和门电路，红外传感器和水流传感器均与信号转换电路连接，信号转换电路通过门电路与报警单元连接；红外传感器用于感应红外信号，水流传感器用于感应水流脉冲信号，信号转换电路用于将红外信号和水流脉冲信号转换成电信号，门电路用于决定是否触发报警单元；主控单元内预设有预设时间，当水流传感器检测有水流脉冲信号且主控单元检测到超过预设时间无红外信息时，报警单元处于开启状态，同时主控单元用于将报警信号发送给移动终端。

红外传感器和水流传感器都是安装在花洒内，当花洒在喷水的状态下，在限定的时间之外以及间隔一定的距离，无人淋浴，将产生一个求救信号，通过主控单元最后传送到移动终端，为孤独在家的老人在某种程度上提供了一种安全保障。

信号转换电路的作用是：

1)将红外传感器感应到的人体红外信号转换成电信号；

2)将水流传感器对水流量的感应输出的脉冲信号转换成电信号。

其中信号转换电路在经过门电路之后与报警单元相连，这时候有四种状态，但仅有一种状态下会触发报警单元：

a、在淋浴时，花洒是处于喷水状态，此时如果人是处于正常的淋浴状态，也就是人是站在花洒底下的，红外传感器可以感应红外信号，此时经过信号转换电路，输出的就是高电平(1)，同时水流传感器感应到水流脉冲信号，经过信号转换电路，输出的也是高电平(1)，这两种状态经过与门和异或门之后，输出低电平(0)，这时候不会触发报警单元；

b、在淋浴时，花洒不是处于喷水状态，这时人也是站在花洒底下的，红外传感器可以感应红外信号，此时经过信号转换电路，输出的就是高电平(1)，因为花洒不是喷水状态，所以水流传感器没有感应到水流脉冲信号，经过信号转换电路时，输出的是低电平(0)，这两种状态经过与门和异或门之后，输出为低电平(0)，这时候也不会触发报警单元；

c、未在淋浴时，也就是人不在花洒底下，人在没出意外的情况下，没有淋浴当然也不会让花洒处于喷水状态，此时红外传感器感应不到红外信号，此时经过信号转换电路，输出的就是低电平(0)，因为花洒不是喷水状态，所以水流传感器没有感应到水流脉冲信号，经过信号转换电路时，输出的是低电平(0)，这两种状态经过与门和异或门之后，输出为低电平(0)，这时候亦不会触发报警单元；

d、最后一种情况就是，也是图3所展示的情况，在淋浴时，花洒肯定是处于喷水状态，这时候人如果在洗澡过程中突然滑到或者直接晕倒，此时红外传感器因为距离的限制感应不到红外信号，此时经过信号转换电路，输出的就是低电平(0)，而此时的花洒仍处于喷水状态，水流传感器能够感应到水流脉冲信号，经过信号转换电路时，输出的是高电平(1)，这两种状态在经过与门和异或门之后，输出为高电平(1)，此时触发报警单元，当在系统预设的时间内，触发报警单元的状态还没有被改变，当超过系统预设的时间后就会发生报警，同时主控系统将报警信号发送给移动终端。

显示单元，用于显示水温检测单元检测到的水温和水位检测单元检测到的水位。

主控单元采用单片机，型号可选用STM32F437，这种型号的单片机成本低，功耗低，最重要的是它增加了ART加速器，具有0等待状态，可以控制整个机制的高效运行，并且还支持扩展多种类型的存储器。

更优地，如图2所示，主控单元还连接有电热水器内置的锂电池模块，家庭用电不仅与锂电池模块连接，还与锂电池模块一样，和主控以及其它的所有功能模块单元相连接，其中锂电池模块还与电热水器内置的应急照明LED灯相连。当使用的是家庭用电时，家庭用电与锂电池模块之间的电流检测电路检测有电流经过，此时内置的锂电池模块将只具有充电的功能，没有放电功能，锂电池将不会为应急照明装置和电热水器的功能模块提供电力；而当家庭用电突然中断时，家庭用电与锂电池模块之间的电流检测电路检测到没有电流经过，内置的锂电池模块开始进行放电工作，图中的开关2和3本身都是处于闭合状态，这样利用之前储蓄的电量不仅可以自动的用来应急照明，并且自动为除加热以外的模块提供电力，因为加热需要大功率的电源，锂电池不足以提供足够的功率，所以在家庭用电突然中断时，加热功能将无法使用。当想要关掉应急照明灯或不想使用锂电池进行供电时，可以主动关闭开关2或3。

如图1所示，主控单元的第一端口连接水温检测单元，第二端口连接安全检测单元，第三端口连接语音控制单元，第四端口连接水位检测单元，第五端口连接无线通讯块，第六端口与显示温度和水位的显示装置连接。

无线通讯模块可以接收来自云服务器的指令以及向与云服务器发送来自主控单元传输过来的数据，云服务器再与移动终端进行交互。

移动终端一般为手机，在手机上安装有APP或微信小程序。

如图1所示，微信小程序(移动终端)绑定设备，用户可以通过它来控制家用电热水器和接收电热水器传送过来的数据，如：设置温度以及水位，是否需要加热，是否需要注水，实时接收电热水器的水位和温度信息以及家中老人是否发出求救信号，从而实现远程控制以及远程监测。

显示单元由LED数码管组成，实时显示主控单元传过来的水位和温度信息。

水温检测单元包含温度传感器和加热开关装置，对水温实时检测以及决定是否需要加热。

更优地，语音控制单元包括语音存储单元、语音采集及处理单元、语音识别单元和语音提示单元；语音存储单元的作用是存储从手机终端录制的语音信息，从手机终端首先可以录制唤醒词，唤醒词用于唤醒电热水器系统，只有在唤醒了电热水器系统之后，方能进行下面的语音操作，当然热水器也可以设置唤醒系统的按钮，通过手动唤醒系统，因此录制唤醒词是第一步，将录制好的唤醒词语音信息通过无线网络模块传到本地，主控单元的中央处理器通过调度算法，为其分配存储空间，存入到本地的语音存储单元当中，接下来通过手机终端上录制特定的控制电热水器的语音信息，比如想实现加热功能，就录制“加热、请加热或者热一下”等控制加热的指令语音，与上述方式一样，其它的功能，都可以根据自己的喜好，录制相应的指令语音，然后将录制好的指令语音信息也存储到本地的语音存储器当中，这样就使得我们的语音功能更具有个性化，强调的是，在手机终端上录制什么样的特定功能的语音词，日后通过语音操控热水器特定的功能时，就需要发出与之对应近似的语音词，为了识别率更高，最好是当初录制的语音词，比如当时想用“加热”这个词来控制加热功能，于是在手机终端上录制了“加热”语音信息存到了语音存储单元当中，这时在使用语音功能使用热水器时，必须说出“加热”或者与“加热”发音相近似词语，热水器的语音识别单元方能识别。

语音采集及处理单元的作用是采集对热水器发出语音控制命令的语音信息，并对语音信息进行处理转换成数字音频信号，然后再做一个临时的存储。语音采集及处理单元可采用WT2000系列的录音芯片，该芯片可以在微处理器(单片机)的控制下实现语音数据的采集、分析处理、存储等功能，为了有更好的采集效果，可以添加一个额外的麦克风。

语音识别单元的作用就是将用户的语音信息与之前手机端录入的语音信息进行比对，语音识别成功后主控单元将实现特定的功能并释放内存，实现内存的可回收。

语音提示单元则是用于提示语音识别的结果和提示达到预设温度。

如图4所示，在实际的应用场景当中，在使用语音功能下达控制指令之前，首先是得唤醒电热水器系统，并且只有特定的人才能唤醒系统，这样就不会被其他人恶意随意的唤醒系统；当系统没有被唤醒的时候，加热注水等控制功能将不能通过语音来实现，所以想实现语音控制功能首先得唤醒系统，通过发出唤醒词语音信息，语音采集及处理单元将语音信息转换成数字信号，处理器再调用已集成的特定人语音识别算法，将该信息与之前已经存储的语音信息进行特征比对识别，若特征匹配成功，系统将被成功唤醒，否则将给出语音提示，不是特定的人，无法唤醒系统；当系统是处于唤醒状态时，直接就可以通过语音功能来控制加热注水等功能，发出的语音控制指令信息也是通过处理器中已经集成好的语音识别算法，因为系统是处于唤醒状态，所以这种算法不需要识别特定的人的信息，这样语音识别起来更快速，同样，将该语音信息与之前已经存储的语音信息进行特征比对识别，若特征匹配成功，主控单元根据语音信息进行相应的控制操作，并且在操作完成之后，释放该语音信息所占的内存，实现内存的可回收，若特征匹配失败，语音将给出提示：无法识别语音指令，请重新下达语音指令；最后，当在系统预设的时间内，没有新的语音指令的下达，系统将又进入睡眠状态，下次使用，就需要重新唤醒系统。

水位检测单元包括水位传感器和进水阀，当水位传感器检测到水位达到最高预设水位时，主控单元控制进水阀关闭；当水位传感器检测到水位低于最低预设水位时，主控单元控制出进水阀开启。