本發(fā)明涉及足浴器技術(shù)領(lǐng)域，涉及足浴器感應(yīng)電檢測及消除的一種裝置與方法。

背景技術(shù)：

市售足浴器屬于家用電器安全標(biāo)準(zhǔn)中的二類電器，沒有接地要求。但由于足浴器在使用過程中需要對水進(jìn)行加熱，而加熱體本身又被直接浸泡在水中，所以加熱體與水形成的分布電容產(chǎn)生的感應(yīng)電無法通過加熱體外殼接地方式有效消除，從而給接觸水的足浴者帶來不適。此外，當(dāng)加熱體長期在高溫條件下使用后，其絕緣性能將會(huì)逐漸下降，殼體也可能會(huì)因氧化而生銹，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生破損，隨之而來的漏電、進(jìn)水等安全隱患也將越來越大，對此采取有效措施加以防范是很有必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了有效降低或消除足浴器水中的感應(yīng)電或漏電所引發(fā)的人體不適或人身安全問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，并考慮到家用電器安全標(biāo)準(zhǔn)中的二類電器沒有接地要求的情況，需要在發(fā)熱體與外殼之間中加裝金屬屏蔽層：通過測量屏蔽層感應(yīng)電壓的大小，判斷接入交流電源順序是否符合要求，并根據(jù)情況進(jìn)行內(nèi)部調(diào)整；通過電子開關(guān)控制屏蔽層與供電線路零線的接入，可以在需要的時(shí)候把屏蔽層中的感應(yīng)電或漏電通過零線釋放掉。本發(fā)明就在于尋求一種簡單、可靠、實(shí)用的獨(dú)特解決方法，準(zhǔn)確判斷插頭以任意方向插入電源時(shí)刻的零火線順序，從而進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，滿足后續(xù)供電的需要，并最終使屏蔽層電荷得以釋放。

一種能檢測和消除感應(yīng)電的足浴器，包括加熱體、感應(yīng)電檢測電路、零/火線轉(zhuǎn)換電路、足浴器控制電路和非隔離AC—DC電源，其特征是：所述加熱體包括PTC加熱模板和金屬屏蔽層；所述感應(yīng)電檢測電路包括交流信號(hào)阻抗變換衰減濾波電路、運(yùn)算放大電路、單片機(jī)交流信號(hào)采樣電路；所述零/火線轉(zhuǎn)換電路包括單片機(jī)控制電路、多路驅(qū)動(dòng)電路、零/火線繼電器轉(zhuǎn)換開關(guān)和可控硅觸發(fā)開關(guān)；所述感應(yīng)電檢測電路的輸入端連接金屬屏蔽層，所述零/火線轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接單片機(jī)交流信號(hào)采樣電路，所述零/火線轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接零/火線繼電器轉(zhuǎn)換開關(guān)和可控硅觸發(fā)開關(guān)。

足浴器控制及顯示電路還包括加熱體、按摩通斷電控制、LED數(shù)碼顯示控制。在進(jìn)行感應(yīng)電檢測及控制調(diào)整期間，加熱體、按摩等控制功能需要全部關(guān)閉。在控制零/火線轉(zhuǎn)換繼電器切換期間，為了維持單片機(jī)軟件運(yùn)行的電能儲(chǔ)備，LED數(shù)碼顯示等需要全部關(guān)閉。

所述非隔離AC-DC電源包括AC-220V電源輸入端，二級(jí)濾波電路，具有DC-12V輸出的非隔離DC-DC降壓集成電路及其外圍元件。DC-12V直流輸出電源可供驅(qū)動(dòng)零/火線切換繼電器線圈、加熱繼電器線圈等，該DC-12V電源經(jīng)再次降壓至DC-5V后，可為后續(xù)單片機(jī)、顯示、溫度采集傳感器、交流感應(yīng)信號(hào)處理等電路提供工作電源。此外，AC-220V的交流輸入端在通過零/火轉(zhuǎn)換繼電器后，還可為加熱器、按摩器等提供功率電源。在以上過程中可以看到，無論輸入端子如何改變零/火線的輸入方向，其中一端總是與DC-12V、DC-5V、單片機(jī)等電路供電及模擬信號(hào)參考點(diǎn)相連接，換句話說單片機(jī)采集信號(hào)的參考點(diǎn)既可能是零線也可能是火線。

一種能檢測和消除足浴器感應(yīng)電的方法，將加熱器屏蔽層連接交流信號(hào)耦合電容C26和可控硅觸發(fā)開關(guān)S1；檢測時(shí)，可控硅不導(dǎo)通，使屏蔽層處于懸浮狀態(tài)，其感應(yīng)電壓幅值較高，便于感應(yīng)電檢測電路進(jìn)行信號(hào)處理與數(shù)據(jù)采集；單片機(jī)在零/火線轉(zhuǎn)換前后的感應(yīng)信號(hào)采集及計(jì)算完成后，再根據(jù)當(dāng)前零/火線狀態(tài)進(jìn)行繼電器切換選擇，并接通連接屏蔽層與零線的可控硅，使屏蔽層的感應(yīng)電通過零線釋放。

所述零/火線轉(zhuǎn)換控制采用J1、J2兩個(gè)繼電器同時(shí)動(dòng)作，完成零/火線轉(zhuǎn)換功能。也可以用一個(gè)雙刀雙擲繼電器完成，其中包括足浴盆的加熱、電機(jī)、氣泡所有用電單元，本機(jī)特色的是包括低壓電路及單片機(jī)的供電切換，即全斷電快速切換方法。

全斷電快速切換法是由單片機(jī)軟件控制下工作的，軟件初始化時(shí)，零火線轉(zhuǎn)換繼電器的線圈處于未通電、未吸合狀態(tài)。在該狀態(tài)下，軟件首先采集多個(gè)周期的交流信號(hào)，然后進(jìn)行分析計(jì)算，獲得繼電器未吸合狀態(tài)下的交流基波信號(hào)的幅值數(shù)據(jù)。接著，軟件輸出控制信號(hào)，令零/火線控制繼電器執(zhí)行吸合操作，經(jīng)適當(dāng)延時(shí)后，再次采集多個(gè)周期的交流信號(hào)，經(jīng)分析計(jì)算，獲得繼電器吸合狀態(tài)下的交流基波信號(hào)的幅值數(shù)據(jù)。通過對繼電器吸合與未吸合兩種狀態(tài)下所采集的感應(yīng)電數(shù)值進(jìn)行比較，即可確定下一步適合于當(dāng)前插頭插入方向的正確調(diào)整狀態(tài)，并控制繼電器進(jìn)入該狀態(tài)，此時(shí)直流電壓的參考點(diǎn)即與零線相連。最后，軟件輸出控制信號(hào)，令控制屏蔽層與參考點(diǎn)連接的可控硅導(dǎo)通，此后，屏蔽層的感應(yīng)電將通過零線泄進(jìn)行釋放。

采用上述工作模式的非隔離AC-DC電源，隨著軟件控制零/火線的轉(zhuǎn)換，采集感應(yīng)信號(hào)的參考點(diǎn)也同時(shí)進(jìn)行了轉(zhuǎn)換即由零線轉(zhuǎn)為火線，或者由火線轉(zhuǎn)為零線。上電后、軟件通過對零/火線轉(zhuǎn)換前后兩種狀態(tài)下所采集的感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行比較，進(jìn)而判斷出哪種狀態(tài)符合零/火線的正常工作需要，通過控制零/火線控制繼電器鎖定該種工作狀態(tài)，并通過軟件控制接通感應(yīng)信號(hào)與鎖定零線之間的可控硅，使其把感應(yīng)電隨時(shí)通過零線釋放掉。需要說明的是，在上述轉(zhuǎn)換與測試過程中，包括AC-220V，DC-12V、DC-5V等足浴器的所有供電電路都經(jīng)歷了瞬間的斷電與再上電過程，相當(dāng)于把足浴器的電源插頭拔下來快速調(diào)換方向后再重新插上電源，而在此期間，軟件還要一直要保持正常運(yùn)行，這就需要增加直流電路的儲(chǔ)能及抗干擾措施。以上控制方法構(gòu)成了區(qū)別于其它消除感應(yīng)電方法的明顯特征。

附圖說明

圖1為足浴器感應(yīng)電檢測、零/火線轉(zhuǎn)換電路圖。

圖1的上部為加熱體剖面圖，涉及多種不同功能的分層結(jié)構(gòu)，不同的層有不同的填充圖案，對應(yīng)每種圖案均有文字標(biāo)注。

圖1的下部為本發(fā)明所涉及的相關(guān)電路部分的電原理圖。

圖2為非隔離AC-DC電源電路圖。

圖3為足浴器多路驅(qū)動(dòng)控制電路圖。

圖4 為單片機(jī)U1控制零/火線轉(zhuǎn)換部分軟件流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步說明。

本發(fā)明按照說明書圖1所示，根據(jù)不同型號(hào)的產(chǎn)品需求，提交加熱體的結(jié)構(gòu)尺寸、電器參數(shù)等相關(guān)設(shè)計(jì)文件給定制廠家進(jìn)行生產(chǎn)加工，到貨后對加熱體各層絕緣度、導(dǎo)熱性能、發(fā)熱體功率等進(jìn)行全面測試，滿足要求后安裝到足浴器上，要確保密封性，并將引線連接到控制單元。由于插接電源時(shí)插頭方向的隨機(jī)性，所以連接加熱體電源線時(shí)無零線、火線要求，要靠控制板自行判斷，只要保持產(chǎn)品連接方式的一致性即可。

能檢測和消除感應(yīng)電的足浴器，包括加熱體、感應(yīng)電檢測電路、零/火線轉(zhuǎn)換電路、足浴器控制電路和非隔離AC-DC電源。

所述加熱體如圖1上部所示，從內(nèi)到外分為加熱元件及電極、隔離層、屏蔽層、隔離層、外殼等，內(nèi)部還有起緊固作用的楔形體、防干燒溫度傳感器等，每層結(jié)構(gòu)均有不同填充圖案的標(biāo)識(shí)。從上述加熱體的屏蔽層端子引出導(dǎo)線直接連接至交流信號(hào)耦合電容C26及可控硅S1的接插端子上，前者完成對感應(yīng)信號(hào)的測試，后者完成放電，二者不能同時(shí)工作。

所述感應(yīng)電檢測電路包括交流信號(hào)阻抗變換衰減濾波電路如圖1所示，由連接屏蔽層端子的耦合濾波電容C26、C27，分壓衰減電阻R29、R30、R31組成。運(yùn)算放大電路由運(yùn)放U4-1、U4-2、電源濾波、完成參考電平設(shè)置功能的電容C29、電阻R31、R32、R33組成。單片機(jī)交流信號(hào)采樣電路包括單片機(jī)U1、接于單片機(jī)U1輸入端的A1N0的運(yùn)放U4-2和U4-1。最后輸出的交流信號(hào)進(jìn)入電路單片機(jī)U1的輸入端A1N0進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。從PTC屏蔽層感應(yīng)的交流信號(hào)經(jīng)交流耦合后，并經(jīng)電阻R29、R30、R31、R32、R33，電容C27、C29及集成電路U4組成衰減、濾波、阻抗變換后，輸出交流信號(hào)至U1的AD采樣單元，由U1的軟件采集交流信號(hào)，通過頻譜分析進(jìn)行周期計(jì)算、剔除雜波后的基波，直接對采集交流信進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及后續(xù)軟件處理，可以簡化硬件電路，減少有用信號(hào)的損失，增加數(shù)據(jù)的可靠性。

如圖1所示，所述零/火線繼電器轉(zhuǎn)換開關(guān)電路包括多路驅(qū)動(dòng)U3的輸出端DR0和DR6，繼電器J1和J2。零/火線轉(zhuǎn)換控制采用同時(shí)驅(qū)動(dòng)J1、J2兩個(gè)繼電器線圈的方式，令二者同時(shí)動(dòng)作，完成零/火線轉(zhuǎn)換功能（也可以用一個(gè)雙刀雙擲繼電器完成）。包括足浴盆的加熱、電機(jī)、氣泡所有用電單元的零火線，以及低壓供電電路的參考地，信號(hào)采集電路的參考點(diǎn)全部跟隨轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換過程中整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)瞬間斷電的情況，但單片機(jī)程序利用儲(chǔ)能仍保持運(yùn)行，從而完成了全斷電快速切換過程，并對斷電前后兩種狀態(tài)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與比較。

在繼電器控制零/火線轉(zhuǎn)換過程中，由于弱電部分的供電電源也出現(xiàn)了瞬間斷電的問題，為了保障程序能夠繼續(xù)正常運(yùn)行，需要增加12V及5V直流電源濾波電容的容量，以便增加儲(chǔ)能，同時(shí)還需要關(guān)閉耗能較多的LED數(shù)碼顯示、指示燈、蜂鳴器等。

可控硅觸發(fā)開關(guān)電路如圖1所示，包括多路觸發(fā)器的輸出端DR0和接于DR0輸出端與屏蔽層之間的雙向觸發(fā)可控硅S1。

在接通電源并自動(dòng)進(jìn)行零/火線檢測時(shí)，軟件設(shè)置可控硅不導(dǎo)通，使屏蔽層處于懸浮狀態(tài)，其感應(yīng)電壓幅值較高，便于感應(yīng)電檢測電路進(jìn)行信號(hào)處理與數(shù)據(jù)采集。

如圖2所示，所述非隔離AC-DC電源包括：由二極管D1、電容C1和C2、電感L1組成二級(jí)濾波電路，連接二級(jí)濾波電路輸出端的降壓芯片U5、電感L2、二極管D2和D3，電容C3、C4和C10的非隔DC12V電源，連接12電源輸出端的降壓芯片U6、電容C5組成的DC-5V電源，供單片機(jī)、溫度采集器顯示器、交流感應(yīng)信號(hào)處理等電路的工作電源及感信號(hào)處理參考電位。

所述非隔離AC-DC電源經(jīng)直流整流及二級(jí)濾波電路D1、C1、C2、L1，具有DC-12V輸出的非隔離DC-DC降壓，集成電路U5及其外圍元件L2、D2、D3、C3、C4、C10，DC-12V直流輸出電源可供驅(qū)動(dòng)零/火線切換繼電器線圈、加熱繼電器線圈等，該DC-12V電源經(jīng)穩(wěn)壓集成電路U6及濾波電容C5再次降壓至DC-5V后，可為后續(xù)單片機(jī)、顯示、溫度采集傳感器、交流感應(yīng)信號(hào)處理等電路提供工作電源。此外，AC-220V的交流輸入端在通過零/火轉(zhuǎn)換繼電器后，還可為加熱器、按摩器等提供功率電源。在以上過程中可以看到，無論輸入端子如何改變零/火線的輸入方向，其中一端總是與DC-12V、DC-5V、單片機(jī)等電路供電及模擬信號(hào)參考點(diǎn)相連接，換句話說單片機(jī)采集信號(hào)的參考點(diǎn)既可能是零線也可能是火線。AC-220V電源插頭和DC-12V直流電源，零/火線切換技術(shù)并結(jié)合非隔離AC-DC電源的應(yīng)用，通過比較測試結(jié)果確定零線、火線。通過對零/火線轉(zhuǎn)換前后采集數(shù)據(jù)的比較，可以判斷出當(dāng)前零/火線的接入順序與實(shí)際需要是否相符，并進(jìn)一步調(diào)整到正確的對應(yīng)狀態(tài)。

足浴器控制電路及顯示電路如圖1、3所示，包括單片機(jī)U1、按摩、氣泡等通斷電控制。足浴器控制電路包括單片機(jī)U1和單片機(jī)U1輸入端的溫度檢測電路，接于單片機(jī)U1輸出端的多路驅(qū)動(dòng)器U3，接于多路驅(qū)動(dòng)器U3輸出端的加熱控制器J3、數(shù)碼管指示燈和蜂鳴器。溫度檢測電路包括水溫感溫電阻Rt1，防干燒感溫電阻Rt2，分壓電阻R11、R12、濾波電容C21、C20，在進(jìn)行感應(yīng)電檢測及控制調(diào)整期間，加熱體、按摩等控制功能需要全部關(guān)閉。在控制零/火線轉(zhuǎn)換繼電器切換期間，為了維持單片機(jī)軟件運(yùn)行的電能儲(chǔ)備，LED數(shù)碼顯示等需要全部關(guān)閉。

由圖3可見，單片機(jī)U1輸出端PD1通過驅(qū)動(dòng)器U3后的輸出端DR1控制加熱繼電器J3的線圈，當(dāng)需要加熱時(shí)，令PD1輸出高電平，對應(yīng)的DR1輸出端將處于導(dǎo)通狀態(tài)，J3繼電器吸合，加熱器通電工作；當(dāng)需要停止加熱時(shí)，令PD1輸出低電平，對應(yīng)的DR1輸出端將處于截止?fàn)顟B(tài)，如圖3所示，繼電器斷電。加熱繼電器在感應(yīng)電檢測期間禁止工作。

由圖1和圖3可見，單片機(jī)U1輸出端PD5通過驅(qū)動(dòng)器U3后的輸出端DR5控制蜂鳴器發(fā)聲，當(dāng)需要發(fā)聲時(shí)，令PD5輸出高電平，對應(yīng)的DR5輸出端將處于導(dǎo)通狀態(tài)，蜂鳴器鳴叫；當(dāng)需要停止鳴叫時(shí)，令PD5輸出低電平，對應(yīng)的DR5輸出端將處于截止?fàn)顟B(tài)，蜂鳴器停止鳴叫。

由圖1和圖3可見，單片機(jī)U1輸出端PD2、PD3、PD4通過驅(qū)動(dòng)器U3后的輸出端DR2、DR3、DR5控制數(shù)碼管及指示燈的顯示，PD2,、PD3、PD4按順序輸出高電平，則對應(yīng)的DR2、DR3、DR4輸出端將分別處于導(dǎo)通狀態(tài)，數(shù)碼管和指示燈的共陰極將導(dǎo)通，PD2,、PD3、PD4輸出低電平，則對應(yīng)的DR2、DR3、DR4輸出端將分別處于斷開狀態(tài)，數(shù)碼管和指示燈的共陰極將斷開。

多路驅(qū)動(dòng)器U3采用ULN2003A為7路輸入達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)芯片，可以提供較大的驅(qū)動(dòng)電流，每路均有保護(hù)二極管，便于驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載。

所述單片機(jī)控制電路包括單片機(jī)外圍元件及內(nèi)嵌軟件，以下結(jié)合圖1、圖2、圖3和圖4并結(jié)合硬件進(jìn)一步說明通過單片機(jī)U1的軟件完成零/火線檢測和零/火線轉(zhuǎn)換過程。

由圖1可見，多路驅(qū)動(dòng)器U3的輸出端DR6直接控制兩個(gè)并聯(lián)的零/火線轉(zhuǎn)換繼電器J1、J2的線圈，當(dāng)單片機(jī)U1控制零/火線轉(zhuǎn)換端口PD6輸出為0時(shí)，對應(yīng)該驅(qū)動(dòng)電路輸出端DR6為開路狀態(tài)，此時(shí)J1、J2兩個(gè)切換繼電器不動(dòng)作，即L/N端與J1繼電器的CB1相連，N/L端與J2繼電器的CB2相連。由于插入插頭時(shí)的隨機(jī)性，此時(shí)不能確定CB1、CB2端哪個(gè)是零線，哪個(gè)是火線，需要通過對感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行檢測比較才能確定。當(dāng)單片機(jī)U1控制零/火線轉(zhuǎn)換端口PD6輸出為1時(shí)，對應(yīng)該多路驅(qū)動(dòng)器U3輸出端DR6為導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)J1、J2兩個(gè)繼電器全部切換吸合，即L/N端與J1繼電器的CK1相連，N/L端與J2繼電器的CK2相連。與前一種狀態(tài)相比，從J1、J2繼電器輸出的零/火線進(jìn)行了互換。通過對以上兩種狀態(tài)的感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行檢測比較后，即可確定哪個(gè)是零線，哪個(gè)時(shí)火線。

參看圖4所示，軟件首先采集多組整周期數(shù)據(jù)，獲取直流分量，作為后續(xù)交流數(shù)據(jù)的零點(diǎn)值DC0；然后，軟件設(shè)置單片機(jī)控制端PD6輸出為0，讓零/火線控制繼電器處于未吸合狀態(tài)，這里稱之為狀態(tài)①；在此狀態(tài)下，經(jīng)短暫延時(shí)后，采集多個(gè)周期的交流信號(hào)，扣除基值，獲得純交流成分，然后進(jìn)行分析計(jì)算，獲得交流基波信號(hào)的幅值數(shù)據(jù)AC1；然后，設(shè)置單片機(jī)控制端PD6輸出為1，零/火線控制繼電器則轉(zhuǎn)入吸合狀態(tài)，這里稱之為狀態(tài)②。在此狀態(tài)下，經(jīng)短暫延時(shí)后，再次采集多個(gè)周期的交流信號(hào)，扣除基值，獲得純交流成分，然后進(jìn)行分析計(jì)算，獲得交流基波信號(hào)的幅值數(shù)據(jù)AC2。

在以上兩種狀態(tài)下分別采集到了感應(yīng)信號(hào)的幅值數(shù)據(jù)AC1、AC2，通過對其進(jìn)行比較，如果AC1 > AC2，表示零/火線控制繼電器吸合后的狀態(tài)（即狀態(tài)②）是正確狀態(tài)，此后一直保持該狀態(tài)不變，并接通放電可控硅，最后進(jìn)入后續(xù)足浴器的人機(jī)交互的正常工作狀態(tài)。如果AC1 < AC2，則說明狀態(tài)①是正確的，需要重新設(shè)置單片機(jī)控制端PD6輸出為0，讓零/火線控制繼電器重新回到未吸合狀態(tài)，此后一直保持該狀態(tài)不變，并接通放電可控硅。

當(dāng)完成零/火線檢測、切換、再檢測后，即可確定哪種狀態(tài)為正確的零/火線工作狀態(tài)，鎖定該狀態(tài)后進(jìn)行后，單片機(jī)U1的PD0端輸出低電平，使驅(qū)動(dòng)器U3對應(yīng)的輸出端DR0輸出截止，此時(shí)12V電壓通過R8電阻加到可控硅S1控制端上，并令其導(dǎo)通，至此屏蔽層便連接到了市電的零線上。