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1、(10)申请公布号 CN 102518856 A (43)申请公布日 2012.06.27 C N 1 0 2 5 1 8 8 5 6 A *CN102518856A* (21)申请号 201110457131.9 (22)申请日 2011.12.31 F16K 31/02(2006.01) (71)申请人东南大学 地址 210096 江苏省南京市四牌楼2号 (72)发明人杨柳 杜垲 (74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 代理人彭英 (54) 发明名称 利用音频控制开合的开水器节水开关及其方 法 (57) 摘要 本发明公开了一种利用音频控制开合的开水 器节水开关及其方。
2、法，该开水器节水开关包括电 控阀门以及音频采集装置；音频采集装置所采集 的音频信号依次经过选频电路、放大电路的选频 放大处理后经电控电路自动控制电控阀门的通 断；选频电路基于向窄口盛水器内灌注水流时所 引起的窄口盛水器内空气柱振动频率变化与窄口 盛水器水位之间的关系建立。因此，本发明能够自 动地根据窄口盛水器（5磅、8磅暖壶及其它的窄 口容器）内的空气柱音频变化来判断是否已经注 满开水，能够有效地避免现有技术中的一般开水 水龙头在灌注开水时的浪费，同时，本发明具有安 全、智能、人性化的优点。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (。
3、12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 1/1页 2 1.一种利用音频控制开水器节水开关开合的方法，其特征在于，首先，在开水器节水开 关上安装电控阀门；接着采用音频采集装置进行窄口盛水器内音频信号采集，然后，根据窄 口盛水器内灌注水流时所引起的窄口盛水器内空气柱振动频率变化与窄口盛水器水位之 间的关系设置选频电路，通过电控电路以自动控制电控阀门的通断。 2.一种基于权利要求1所述利用音频控制开水器节水开关开合的方法的开水器节水 开关，其特征在于：包括电控阀门以及用于采集窄口盛水器内音频信号的音频采集装置； 音频采集装置所采集的音频信号依次经过选频电路、放大电路的选。
4、频放大处理后经电控电 路自动控制电控阀门的通断；选频电路基于向窄口盛水器内灌注水流时所引起的窄口盛水 器内空气柱振动频率变化与窄口盛水器水位之间的关系建立。 3.根据权利要求2所述利用音频控制开合的开水器节水开关，其特征在于：所述电控 阀门与手动开关S2并联连接；所述放大电路通过手动开关S1与电控阀门连接，且手动开关 S1、S2皆为常开开关。 4.根据权利要求3所述利用音频控制开合的开水器节水开关，其特征在于：所述放大 电路包括运算放大器，所述电控电路包括三极管，所述运算放大器的信号输出端通过由电 阻R1和R3并联连接而成的分压电路与三极管的基极连接；三极管的发射极通过手动开关 S1与电控阀门。
5、连接，而三极管的集电极则与电控阀门连接。 5.根据权利要求2所述利用音频控制开合的开水器节水开关，其特征在于：所述音频 采集装置为驻极体话筒。 权 利 要 求 书CN 102518856 A 1/4页 3 利用音频控制开合的开水器节水开关及其方法 技术领域 0001 本发明涉及一种开水器节水开关，尤其是一种利用音频控制开关闭合/截断的开 水器节水开关及其方法。 背景技术 0002 目前，商用开水器的开水灌取方式普遍为直接在炉体下部设置一个水龙头，通过 手动扳动实现该水龙头开闭，一般向中间扳动实现开启出水，向两侧扳动实现闭合断水。打 水时，人们一般都会选择最快的流速，而且在水瓶快满时，由于从人们。
6、从发现水满到采取行 动关闭水龙头需要时间的缘故，往往都会在水溢出后才关上水龙头，由此就会导致开水的 浪费，此项损失因人而异，老年人因反应较慢因此而导致的开水损失较大，而部分情况下其 它事情导致注意力分散如与人闲聊而忘记关水龙头从而产生更大的开水浪费，由于烧开水 耗能较多，相应耗电量也会增加。而且开水溅出后可能造成一定的安全隐患。 0003 为了节约用水，现在很多公共场合都是用感应设备来控制洗手用的水龙头的自动 关闭，但是开水器的水龙头感应设备目前还未有较多的使用。已有的较为先进的开水器采 用刷卡式，在暖壶快满的时候使用刷卡来实现开关的关闭，这样也需要用户必须时刻注意 开水是否已满，而且刷卡方式。
7、也存在上面所说的浪费情况。大多数用户会等到水已经满以 后再刷卡关闭电控阀门。本发明专利意在提供一种安全、智能化、人性化的利用音频变化的 开水器节水开关。 发明内容 0004 本发明针对现有技术的不足，提供一种利用音频控制开水器节水开关开合的方 法，其能够自动根据音频变化来判断水是否已经满，从而自动关闭开水开关。不仅防止开水 的浪费，并且能安全、智能、人性化地为人们服务。 0005 为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案： 一种利用音频控制开水器节水开关开合的方法，首先，在开水器节水开关上安装电控 阀门；接着采用音频采集装置进行窄口盛水器内音频信号采集，然后，根据窄口盛水器内灌 注水流。
8、时所引起的窄口盛水器内空气柱振动频率变化与窄口盛水器水位之间的关系设置 选频电路，通过电控电路以自动控制电控阀门的通断。 0006 本发明的另一技术目的提供一种基于上述方法的利用音频控制开合的开水器节 水开关，包括电控阀门以及音频采集装置；音频采集装置所采集的音频信号依次经过选频 电路、放大电路的选频放大处理后经电控电路自动控制电控阀门的通断；选频电路基于向 窄口盛水器内灌注水流时所引起的窄口盛水器内空气柱振动频率变化与窄口盛水器水位 之间的关系建立。 0007 所述电控阀门与手动开关S2并联连接；所述放大电路通过手动开关S1与电控阀 门连接，且手动开关S1、S2皆为常开开关。 0008 所述。
9、放大电路包括运算放大器，所述电控电路包括三极管，所述运算放大器的信 说 明 书CN 102518856 A 2/4页 4 号输出端通过由电阻R1和R3并联连接而成的分压电路与三极管的基极连接；三极管的发 射极通过手动开关S1与电控阀门连接，而三极管的集电极则与电控阀门连接。 0009 所述音频采集装置为驻极体话筒。 0010 根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果： 本发明所述的开水器节水开关，能够自动地根据窄口盛水器（5磅、8磅暖壶及其它的 窄口容器）内的空气柱音频变化来判断是否已经注满开水，能够有效地避免现有技术中的 一般开水水龙头在灌注开水时的浪费，同时，本发明具有安全、智能、人性化。
10、的优点。另外， 本发明考虑到安全性，同时提供手动开关服务。 附图说明 0011 图1为利用音频变化的开水器节水开关电路图； 图2为通过仿真软件protel获得的选频放大电路的频率-电压特性图； 其中：VCC为直流电压5V，VEE为直流电压-5V。 具体实施方式 0012 附图非限制性地公开了本发明所涉及优选实施例的结构示意图；以下将结合附图 详细地说明本发明的技术方案。 0013 如图1至2所示，本发明所述利用音频控制开水器节水开关开合的方法，首先，在 开水器节水开关上安装电控阀门；接着采用音频采集装置进行窄口盛水器内音频信号采 集，然后，根据窄口盛水器内灌注水流时所引起的窄口盛水器内空气柱振。
11、动频率变化与窄 口盛水器水位之间的关系设置选频电路，通过电控电路以自动控制电控阀门的通断。 0014 如图1所示，利用音频控制开合的开水器节水开关，包括电控阀门以及音频采集 装置，本实施例中，音频采集装置为驻极体话筒；音频采集装置所采集的音频信号依次经过 选频电路、放大电路的选频放大处理后经电控电路自动控制电控阀门的通断；选频电路基 于向窄口盛水器内灌注水流时所引起的窄口盛水器内空气柱振动频率变化与窄口盛水器 水位之间的关系建立，所述的窄口盛水器为5磅、8磅暖壶及其它的窄口容器。本发明考虑 到安全性，配置了手动开关服务，即将电控阀门与手动开关S2并联连接；同时将放大电路 通过手动开关S1与电控。
12、阀门连接，且手动开关S1、S2皆为常开开关。所述放大电路包括运 算放大器，所述电控电路包括三极管，所述运算放大器的信号输出端通过由电阻R1和R3并 联连接而成的分压电路与三极管的基极连接；三极管的发射极通过手动开关S1与电控阀 门连接，而三极管的集电极则与电控阀门连接。 0015 本发明的技术原理：当水流进暖壶时，暖壶内有空气柱，不断向暖壶里进水时，因 为水在入壶时的振动会引起空气柱振动,又因为水越倒空气柱越短,空气柱振动频率就越 高，即声调会越高。当听到空气柱振动的声调很高时，就说明水快满了。这是因为随着水流 进暖壶，空气柱振动频率逐渐上升，在快满的时候，由于瓶口越来越窄，空气柱的频率会突 。
13、然快速上升。本新型利用水流引起暖壶空气柱振动频率与水位存在一定的关系，从而感应 壶内空气柱的柱波频率来判断暖壶水位并自动控制开水器开关，实现安全、节能、人性化的 服务。 0016 本发明的工作原理是： 说 明 书CN 102518856 A 3/4页 5 首先，如图2所示，通过对暖壶水流引起的空气柱音频变化采样结果的分析，可以看出 暖壶中空气柱的频率从400左右逐渐上升，在快满的时候快速上升至900到1000左右，对 于5磅、8磅的暖壶注水快满时频率都在900-1000左右，所以本发明取900作为判断暖壶水 满的频率。 0017 然后，根据图1所示的电路图，采用驻极体话筒采集到音频信号（mic。
14、in），该音 频信号通过选频电路的电容C3、电容C4后进入运算放大器OPA2132P（也可采用较为便 宜的LM358运放）进行放大，选频电路由电容C3、电容C4、电阻R6、电阻R8构成，其中： C3=C4=0.001F、R6=R8=150K，利用三极管Q1对电控阀门K1进行控制。同时为了安全着 想，声频自动控制的同时，也同时满足人工手动控制，利用S1和S2开关对继电器进行控制， 这样如果音频感应出现故障，也可以手动进行控制。K1为电控阀门，K1的控制点1与2连 接时表明电控阀门打开，而其控制点1与3连接的时候，电控阀门关闭。通过手动或者刷卡 电控等方式闭合开关K1（即控制点1与2连接），使电控。
15、阀门打开，这时候水管开始往暖壶 里面注入开水，在开水快满时，驻极体话筒采集的音频信号经过选频放大后，驱动三极管工 作，这时继电器导通，使电控阀门K1断开（即控制点1与3连接），实现电控阀门的自动关闭 控制。当音频感应出现故障，水满时电控阀门没有关闭的时候，可以按下手动开关S1，以导 通继电器使电控阀门断开。如果继电器一直处于接通状态无法停止的时候，可以通过闭合 手动开关S2来使继电器停止工作。另外，所述的手动开关S1、S2均为按钮式开关。 0018 运算放大器OPA2132P的具体放大倍数需要根据驻极体话筒采集到音频信号的 振幅来决定，假如极体话筒采集到音频信号的振幅为1V，这样通过选频放大电。
16、路得到的频 率-电压关系图（如图2所示），可以看出900Hz的时候输出电压OUT端为4V左右，这样通 过分压电路R1与R3来驱动NPN三极管导通（NPN三极管导通所需电压为0.7V），使继电器 工作，以实现电控阀门K1的关闭。当频率超过1500Hz的时候，输出电压小于4V，这样不足 以导通三极管，有效地避免了环境高频噪音对信号的干扰。 0019 对于采用5磅、8磅暖壶的情况下，本发明分析的结果可以直接借鉴参考，一定的 误差可以通过调节运放的放大倍数来调节。特殊情况比如缩口瓶子形状不是标准形状， 接水水流特别细小等情况下，需要重新对开水器声音进行采集，通过音频分析软件（比如 Syaku8软件），。
17、可以得出其频率变化特性，然后采用本装置的设计方法自行设计各项参数。 本发明对5磅、8磅暖壶进行分析得出开水节水的时候声音在300多逐渐增加到500左右， 在暖壶快满的时候声音频率在短时间内由500左右迅速增加至900多甚至超过1000Hz。设 计节水开关时，选择900Hz作为信号点对象，设计出选频放大电路，在输入音频振幅为1V的 时候，利用仿真软件protel得到输出电压与暖壶中空气柱振动频率特性的关系，从图中可 以看出在900Hz的时候输出电压OUT端为4V，这样通过并利分压电路R1与R3来驱动三极 管导通，分压公式：三极管输入电压为U OUT *R3/(R1+R3)，图中选用170K与30。
18、K来实现分 压，使三极管电压刚好为0.7V，这样只有在频率超过900而小于1500HZ的时候三极管才能 导通，从而实现对电控阀门进行自动关闭的控制。可以看出当频率超过1500Hz的时候，输 出电压小于4V，这样不足以导通三极管，有效地避免了高频噪音的干扰。在具体实施的时候 驻极体话筒采集到的音频信号振幅不一定为1V，这样可以通过调节放大倍数来实现同样的 输出性能，比如输入音频信号振幅为0.5V的时候，可以将运放放大倍数提高一倍（运放放 大倍数=（R4+R2）/R2）来实验相同的输出条件。如果选用的驻极体话筒信号非常微弱则可 说 明 书CN 102518856 A 4/4页 6 以通过在C3前添加预放大电路来实现后面电路的使用。 0020 安装时，将驻极体话筒布置在水龙头上来感应暖壶中空气柱振动频率。 说 明 书CN 102518856 A 1/1页 7 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102518856 A 。