本發(fā)明涉及自動控制領(lǐng)域，具體涉及一種熱水器及其溫度控制方法。

背景技術(shù)：

隨著人們生活水平的日益提高，熱水器成為日常家用設(shè)備。目前，電熱水器越來越多地在家庭中使用，由于當(dāng)前大多熱水器不具備全自動功能，在加熱過程中對電能的浪費很大。此外，電加熱器由于加熱過程緩慢，加熱需要一定的時間，因此一般都需要提前加熱一段時間才能使用。

為了提高加熱速度，中國專利文獻(xiàn)CN205717857U中公開了一種雙管加熱式熱交換器，包括加熱器膽、加熱內(nèi)膽、進(jìn)水管、出水管、電熱管以及控制電路，一個電熱管設(shè)置在加熱器膽底部，另一個電熱管設(shè)于加熱膽中，加熱內(nèi)膽頂部與出水管的進(jìn)水口端相接。該方案提高熱水器加熱速度，短時間預(yù)熱后則可以提供熱水。但是，由于電熱水器一般都是加熱到預(yù)定溫度后才會停止加熱，因此整個加熱過程中的功率是相同的，只要此過程中用戶不關(guān)閉開關(guān)，加熱管則會持續(xù)發(fā)熱，但是一般而言當(dāng)溫度上升后，則無需大功率加熱，容易產(chǎn)生過度加熱的問題，這既是對加熱管的損耗，也是對能源的浪費。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的電熱水器無法根據(jù)加熱溫度調(diào)整加熱功率，對加熱管造成損耗、浪費能量的缺陷。

本發(fā)明提供一種熱水器，包括殼體，所述殼體內(nèi)形成加熱腔，在殼體上設(shè)置有出水口和進(jìn)水口，在外殼內(nèi)設(shè)置有第一加熱管和第二加熱管；在殼體內(nèi)設(shè)置有溫度傳感器，用于檢測加熱腔內(nèi)的水溫；還包括控制器，接收所述溫度傳感器檢測到的水溫信號，控制所述第一加熱管和/或第二加熱管進(jìn)行加熱，并調(diào)節(jié)所述第一加熱管和/或第二加熱管的加熱頻率。

優(yōu)選地，進(jìn)水口設(shè)置在殼體底部，所述出水口設(shè)置殼體上部，所述第一加熱管靠近所述出水口，所述溫度傳感器設(shè)置在所述出水口處。

優(yōu)選地，還包括：

計時器，用于控制所述第一加熱管和/或第二加熱管的加熱時間；和/或

遠(yuǎn)程遙控器，通過無線信號與所述控制器連接，用于手動設(shè)置所述熱水器的加熱模式。

本發(fā)明還提供一種溫度控制方法，用于所述的熱水器的控制器中，包括如下步驟：

分別獲取加熱腔內(nèi)的水溫信號和已加熱時間；

對水溫信號進(jìn)行第一模糊處理獲得水溫隸屬度；

對已加熱時間進(jìn)行第二模糊處理獲得加熱時間隸屬度；

根據(jù)所述水溫隸屬度和所述加熱時間隸屬度確定目標(biāo)加熱模式；

根據(jù)所述水溫隸屬度和所述加熱時間隸屬度計算目標(biāo)加熱模式的可信度；

根據(jù)所述目標(biāo)加熱模式及其可信度確定輸出的隸屬度；

根據(jù)所述輸出的隸屬度進(jìn)行反模糊化獲得加熱功率。

可選地，所述對水溫進(jìn)行第一模糊處理獲得水溫隸屬度的處理中，包括：

將水溫分為三個模糊集：高溫模糊集、中溫模糊集、低溫模糊集；

選用如下三角形隸屬函數(shù)獲得水溫隸屬度：

其中，x為水溫，單位為攝氏度，a為預(yù)設(shè)的溫度閾值，a選擇為10-20攝氏度；μ_LH(x)為低溫隸屬度，μ_MH(x)為中溫隸屬度，μ_HH(x)為高溫隸屬度。

可選地，所述對已加熱時間進(jìn)行第二模糊處理獲得加熱時間隸屬度的處理，包括：

將已加熱時間分為三個模糊集，分別為：短時間模糊集，中等時間模糊集，長時間模糊集；

選用如下三角形隸屬函數(shù)計算加熱時間隸屬度：

其中，y為已加熱時間，b為預(yù)設(shè)的時間閾值，b可以選擇為3-7分鐘；μ_ST&(y)為短時間隸屬度，μ_MT(y)為中等時間隸屬度，μ_LT(y)為長時間隸屬度。

可選地，所述根據(jù)所述水溫隸屬度和所述加熱時間隸屬度確定目標(biāo)加熱模式的步驟，包括：

水溫屬于低溫模糊集對應(yīng)的加熱模式為第一加熱模式；

水溫屬于中溫模糊集其對應(yīng)的加熱模式為第二加熱模式；

水溫屬于高溫模糊集時，當(dāng)加熱時間屬于短時模糊集時對應(yīng)的加熱模式為第二加熱模式，當(dāng)加熱時間屬于中等時間模糊集或長時間模糊集時，對應(yīng)的加熱模式為第三加熱模式；

其中，所述第一加熱模式為第一加熱管和第二加熱管同時工作；所述第二加熱模式為第一加熱管工作，所述第三加熱模式為第二加熱管工作，所述第一加熱管的加熱功率大于所述第二加熱管的加熱功率。

可選地，根據(jù)所述水溫隸屬度和所述加熱時間隸屬度計算目標(biāo)加熱模式的可信度的處理，包括：

將所述水溫隸屬度和所述加熱時間隸屬度中的較小值作為其對應(yīng)的加熱模式的可信度。

可選地，根據(jù)所述目標(biāo)加熱模式及其可信度確定輸出的目標(biāo)加熱模式的隸屬度的處理，包括：

將所有目標(biāo)加熱模式取并集，選取最大置信度作為輸出的隸屬度。

1可選地，所述根據(jù)所述輸出的的隸屬度進(jìn)行反模糊化獲得加熱功率的處理，包括：

通過以下三角形隸屬函數(shù)計算加熱功率：

其中，z為加熱功率，c為加熱功率閾值，c選擇800-1200w，μ_DB為第三加熱模式隸屬度，μ_N為第二加熱模式隸屬度，μ_UB為第一加熱模式隸屬度。

本發(fā)明技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點：

1.本發(fā)明提供的熱水器，在加熱腔內(nèi)設(shè)置有第一加熱管和第二加熱管；在殼體內(nèi)設(shè)置有溫度傳感器，用于檢測加熱腔內(nèi)的水溫；還包括控制器，接收所述溫度傳感器檢測到的水溫信號，控制所述第一加熱管和/或第二加熱管進(jìn)行加熱，并調(diào)節(jié)所述第一加熱管和/或第二加熱管的加熱頻率。該方案中，通過設(shè)置兩個加熱管來提高加熱速度，通過控制器結(jié)合當(dāng)前的加熱情況來控制第二加熱管和第二加熱管的加熱過程，只需要一個加熱管時無需兩個加熱管同時工作，從而提高了加熱管的使用壽命，并提高了能量利用率。

2.本發(fā)明提供的熱水器，在其中加入計時器，根據(jù)加熱時間和溫度傳感器獲得的熱水器水溫，發(fā)出提示，自動選擇切換加熱模式、關(guān)閉無需使用的加熱管，避免了過度加熱問題對能量的浪費。

3.本發(fā)明提供的溫度控制方法，采用模糊控制的方式進(jìn)行加熱模式控制，利用溫度傳感器反饋的熱水器內(nèi)熱水溫度，對熱水器加熱管工作模式進(jìn)行調(diào)節(jié)，在三種模式之間進(jìn)行切換，滿足用戶不同情況下對熱水的需求，解決了多次手動調(diào)節(jié)溫度對電能和水的浪費，提高了加熱效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例中熱水器的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明實施例中遠(yuǎn)程遙控器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例中的溫度控制方法的流程圖；

圖4為本發(fā)明實施例中的水溫隸屬度的隸屬函數(shù)曲線示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例中的加熱時間隸屬度的隸屬函數(shù)曲線示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例中的加熱模式隸屬度的隸屬函數(shù)曲線示意圖；

附圖標(biāo)記：

1-外殼； 2-第一加熱管；

3-第二加熱管 4-溫度傳感器

5-出水口 6-進(jìn)水口

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，還可以是兩個元件內(nèi)部的連通，可以是無線連接，也可以是有線連接。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

此外，下面所描述的本發(fā)明不同實施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互結(jié)合。

實施例1

本實施例中提供一種熱水器，屬于電熱水器，通過電能進(jìn)行加熱。該熱水器包括殼體1，所述殼體1內(nèi)形成加熱腔，在殼體1上設(shè)置有出水口5和進(jìn)水口6，進(jìn)水口6設(shè)置在殼體底部，出水口5設(shè)置殼體上部。在外殼1內(nèi)設(shè)置有第一加熱管2和第二加熱管3，分別用于對加熱腔內(nèi)的熱水進(jìn)行加熱。第一加熱管2靠近所述出水口5。第一加熱管2和第二加熱管3可以分別單獨控制，單獨加熱或同時加熱均可。在殼體1內(nèi)設(shè)置有溫度傳感器4，所述溫度傳感器4設(shè)置在所述出水口處。用于檢測加熱腔內(nèi)的水溫。該熱水器還包括控制器，控制器可以設(shè)置在殼體外的電路板上，接收所述溫度傳感器4檢測到的水溫信號，根據(jù)水溫信號控制所述第一加熱管2和第二加熱管3進(jìn)行加熱，并調(diào)節(jié)所述第一加熱管2和第二加熱管3的加熱頻率。第一加熱管2和第二加熱管3可以單獨控制，可以只開啟一個或同時打開。例如可以選擇第一加熱管功率為2000w，第二加熱管功率為1000w，所以全功率加熱時為3000w。

該熱水器可以有三類加熱模式：半膽加熱模式，即為僅第一加熱管2加熱；全膽加熱模式，即為第一加熱管2和第二加熱管3同時加熱；恒溫模式，即為僅第二加熱管3加熱。其中設(shè)置成第一加熱管2的加熱功率大于第二加熱管3的加熱功率。

本實施例中的熱水器具有雙加熱管結(jié)構(gòu),配合控制器進(jìn)行一個加熱管或兩個加熱管進(jìn)行加熱,均能很好地滿足使用要求,而且省時省電。將智能控制與變頻加熱技術(shù)相結(jié)合，對熱水器發(fā)熱功率進(jìn)行控制，使熱水器水溫維持在合適的范圍，避免多余電量的浪費；達(dá)到熱水恒溫，具有良好控溫效果，可以實現(xiàn)節(jié)能節(jié)電。此外，該方案中進(jìn)水口6設(shè)置于殼體底部位置,出水口5設(shè)置于靠近第一加熱管2的殼體頂部，由此解決了現(xiàn)有熱水器上水熱，下水冷的問題。

作為進(jìn)一步的優(yōu)選方案，該熱水器還設(shè)置計時器，用于計量所述第一加熱管和/或第二加熱管的加熱時間，從而控制器可以結(jié)合溫度傳感器檢測的水溫和計時器計量的加熱時間來進(jìn)行加熱模式的切換。此外，為了保證加熱管的壽命，還可以根據(jù)加熱時間發(fā)出提示，自動選擇切換加熱模式或關(guān)閉其中長時間工作的加熱管，避免了過度加熱問題對能量的浪費。

此外，該熱水器還可以進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)置，通過遠(yuǎn)程遙控器來對熱水器進(jìn)行設(shè)置，該遠(yuǎn)程遙控器通過無線信號與所述控制器連接，用于手動設(shè)置所述熱水器的加熱模式。利用紅外線接受/發(fā)射裝置制作熱水器的遙控器，如圖2所示，對控制器進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，方便快捷。遙控器的具體操作按鈕可分為：

1.開/關(guān)鍵，

2.模式鍵，可切換三種模式：

1)全膽加熱模式(第一加熱管和第二加熱管同時工作)

2)半膽加熱模式(僅第一加熱管加熱)

3)恒溫模式(僅第二加熱管加熱)

3.定時模式，選擇后，默認(rèn)在加熱模式下加熱20分鐘，加熱時間達(dá)到后自動停止，并發(fā)出提醒，可通過調(diào)整鍵進(jìn)行加熱時間設(shè)定。

4.加熱時間調(diào)整鍵：上/下(設(shè)定每按一次上/下鍵，調(diào)整加熱時間增加/減少5分鐘)。

通過該遙控器可以對熱水器進(jìn)行更好的遠(yuǎn)程控制，也便于用戶根據(jù)需要自主選擇加熱模式。

實施例2：

本實施例中提供一種溫度控制方法，可用于實施例1中的熱水器的控制器中，對熱水器中的水溫進(jìn)行加熱控制。本實施例中的溫度控制方法，采用模糊控制的方式進(jìn)行溫度控制，設(shè)置模糊控制策略，從而獲得優(yōu)選的加熱模式進(jìn)行加熱。

本實施例中的控制器采用模糊控制，設(shè)定數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫，對模糊集進(jìn)行模糊化，建立推理機，實現(xiàn)控制過程中對水溫和熱水器發(fā)熱功率的控制。其核心方案為：根據(jù)對于熱水的需求來設(shè)定模糊集，將加熱模式分為三個模糊集：N(半膽加熱模式)，UB(全膽加熱模式)，DB(恒溫加熱模式)；將探測器得到的溫度分為三個模糊集：HH(高溫模糊集)，MH(中溫模糊集)，LH(低溫模糊集)；將加熱時間分為三模糊集：ST(短時間模糊集，如15分鐘內(nèi))，MT(中等時間模糊集，例如15-20分鐘)，LT(長時間模糊集，如大于20分鐘)。

本實施例中采用模糊控制的溫度控制方法，包括如下步驟：

S1、分別獲取加熱腔內(nèi)的水溫信號和已加熱時間。

水溫信號是根據(jù)加熱腔內(nèi)的溫度傳感器檢測的溫度信號得到的，已加熱時間為計時器得到的。這樣就可以獲得當(dāng)前的溫度，以及當(dāng)前已經(jīng)加熱的時間。

S2、對水溫信號進(jìn)行第一模糊處理獲得水溫隸屬度。

將水溫分為三個模糊集：高溫模糊集、中溫模糊集、低溫模糊集；

選用如下三角形隸屬函數(shù)獲得水溫隸屬度：

其中，x為水溫，單位為攝氏度，a為預(yù)設(shè)的溫度閾值，a選擇為10-20攝氏度；μ_LH(x)為低溫隸屬度，μ_MH(x)為中溫隸屬度，μ_HH(x)為高溫隸屬度。

本實施例中a＝15，其對應(yīng)的隸屬函數(shù)曲線如圖4所示。

假定當(dāng)前傳感器測得的信息為：x₀(水溫)＝40℃，計時器測得的信息為y₀(加熱時間)＝20min分別代入所述的隸屬度為

S3、對已加熱時間進(jìn)行第二模糊處理獲得加熱時間隸屬度。

將已加熱時間分為三個模糊集，分別為：短時間模糊集，中等時間模糊集，長時間模糊集；

選用如下三角形隸屬函數(shù)計算加熱時間隸屬度：

其中，y為已加熱時間，b為預(yù)設(shè)的時間閾值，b可以選擇為3-7；μ_ST&(y)為短時間隸屬度，μ_MT(y)為中等時間隸屬度，μ_LT(y)為長時間隸屬度。

本實施例中b＝5，其對應(yīng)的隸屬函數(shù)曲線如圖5所示。

假定當(dāng)前傳感器測得的信息為：x₀(水溫)＝40℃，計時器測得的信息為y₀(加熱時間)＝20min分別代入所述的隸屬度為

S4、根據(jù)所述水溫隸屬度和所述加熱時間隸屬度確定目標(biāo)加熱模式。

預(yù)先設(shè)置模糊規(guī)則，即根據(jù)水溫隸屬度和加熱時間確定其對應(yīng)的加熱模式，加熱模式為三種：

第一加熱模式UB(全膽加熱模式)，第一加熱模式為第一加熱管和第二加熱管同時工作。

第二加熱模式N(半膽加熱模式)，所述第二加熱模式為第一加熱管工作。

第三那加熱模式DB(恒溫加熱模式)；所述第三加熱模式為第二加熱管工作，其中，所述第一加熱管的加熱功率大于所述第二加熱管的加熱功率。所以恒溫時選擇第二加熱管。

三種加熱模式中，分別為全膽加熱模式，半膽加熱模式，恒溫模式，其中，全膽加熱模式為第一加熱管和第二加熱管同時工作，加熱管功率分別為2000w和1000w，所以全功率加熱時為3000w，半膽加熱模式為僅第一加熱管加熱，功率為2000w，恒溫模式為僅第二加熱管加熱，維持已經(jīng)達(dá)到的所需溫度。

水溫和時間對應(yīng)的加熱模式如表1所示，當(dāng)水溫屬于低溫模糊集對應(yīng)的加熱模式為第一加熱模式，此時無論加熱時間屬于哪個集合均對應(yīng)第一加熱模式。水溫屬于中溫模糊集其對應(yīng)的加熱模式為第二加熱模式；此時也無論加熱時間屬于哪個模糊集合均對應(yīng)第二加熱模式。水溫屬于高溫模糊集時，當(dāng)加熱時間屬于短時模糊集時對應(yīng)的加熱模式為第二加熱模式，當(dāng)加熱時間屬于中等時間模糊集或長時間模糊集時，對應(yīng)的加熱模式為第三加熱模式。模糊規(guī)則表如下表1所示。

表1模糊規(guī)則表

將上述計算出來的隸屬度代入表1中，得到匹配的模糊規(guī)則，如表2所示。

表2模糊推理結(jié)果

得到四條匹配的模糊規(guī)則，即

RULE 1：IF x is MT and y is MH，THEN z is N

RULE 2：IF x is MT and y is HH，THEN z is DB

RULE 3：IF x is LT and y is MH，THEN z is N

RULE 4：IF x is LT and y is HH，THEN z is DB

S5、根據(jù)所述水溫隸屬度和所述加熱時間隸屬度計算目標(biāo)加熱模式的可信度。

將所述水溫隸屬度和所述加熱時間隸屬度中的較小值作為其對應(yīng)的加熱模式的可信度。

前提可信度為min(μ_x水溫，μ_{y加熱時間})

規(guī)則1前提可信度為：min(1/2,1/3)＝1/3

規(guī)則2前提可信度為：min(1/2,2/3)＝1/2

規(guī)則3前提可信度為：min(1/2,1/3)＝1/3

規(guī)則4前提可信度為：min(1/2,2/3)＝1/2。

計算出的模糊規(guī)則的強度表見表3所示：

表3規(guī)則強度表

S6、根據(jù)所述目標(biāo)加熱模式及其可信度確定輸出的目標(biāo)加熱模式的隸屬度；

將所有目標(biāo)加熱模式取并集，選取置信度最大的目標(biāo)加熱模式作為輸出的目標(biāo)加熱模式，將該置信度作為輸出的隸屬度。

各條可信度規(guī)則并集即為模糊系統(tǒng)總輸出的隸屬度μ_agg(z)

可見，有兩條規(guī)則觸發(fā)。

模糊系統(tǒng)總的輸出是兩個規(guī)則推力結(jié)果的并集，后續(xù)是以最大隸屬度平均法為例進(jìn)行反模糊化，加熱功率隸屬度最大為1/2，所以后續(xù)只用1/2進(jìn)行計算。

S7、根據(jù)所述目標(biāo)加熱模式的隸屬度進(jìn)行反模糊化獲得加熱功率；

通過以下三角形隸屬函數(shù)計算加熱功率：

其中，z為加熱功率，c為加熱功率閾值，c選擇800-1200w，μ_DB為第三加熱模式隸屬度，μ_N為第二加熱模式隸屬度，μ_UB為第一加熱模式隸屬度。

本實施例中c＝1000w，其對應(yīng)的隸屬函數(shù)曲線圖如圖6所示。

上述公式中，μ_DB、μ_N、μ_UB確定后，可以計算出加熱功率z，通過該反推可以獲得加熱功率。

根據(jù)上述隸屬度計算公式采用最大隸屬度平均法進(jìn)行反模糊化。反模糊化求出加熱模式，采用最大平均法，可得到精確輸出，即熱水器此時所處于的加熱模式。

將代入加熱模式隸屬函數(shù)中的μ_N(z)，得

得z₁＝500,z₂＝1500。

采用最大隸屬度平均法，可得精確輸出為故采用恒溫加熱模式。

由于第一加熱管和第二加熱管的功率分別為2000w和1000w，全膽加熱模式為第一加熱管和第二加熱管同時工作，所以全功率加熱時為3000w，半膽加熱模式為僅第一加熱管加熱，功率為2000w，恒溫模式為僅第二加熱管加熱，維持已經(jīng)達(dá)到的所需溫度，加熱功率為1000w。故1000w為恒溫加熱模式。

通過上述方法完成了模糊控制算法對熱水器加熱模式的控制。根據(jù)輸出的加熱模式開啟選擇的第一加熱管或第二加熱管，根據(jù)輸出功率調(diào)整第一加熱管或第二加熱管的加熱頻率，實現(xiàn)對熱水器的合理控制。從而可以根據(jù)最終計算出的加熱功率控制相應(yīng)的第一加熱管和/或第二加熱管進(jìn)行加熱。

本實施例中的溫度控制方法采用模糊控制，可以根據(jù)測量得到的有效參數(shù)，對熱水器的加熱模式進(jìn)行控制，達(dá)到實時控溫的功能，減少了多次調(diào)節(jié)溫度、加熱時間過長等問題所導(dǎo)致的能源浪費問題。

顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。