计算能效水平的设备和方法及能效水平警示系统

技术领域

本发明涉及计算烹饪器具的能效水平的技术，具体地，涉及计算能效水 平的设备和方法及能效水平警示系统。

背景技术

随着厨房的用电设备的不断普及，已经逐渐替代和淘汰原有的燃气燃煤 设备，然而，由于用电设备的耗电量看不着摸不到，人们便开始担心烹饪器 具是否用电过度，每个月的电费是否超出个人预算。目前，大多数的家用烹 饪器具的额定功率一般都在千瓦以上，这种设备运行不到一个小时的用电量 便会超过1度，对于一般家庭而言，这样的电器如果不注意使用，一个月下 来用电量就可能会超过100度，电费负担不轻。

烹饪器具本身会存在一定的能耗，也就是说并非所有的能量都作用在所 烹饪的食物上，目前，用户仅能够根据产品的能耗标贴够得到烹饪器具的能 效水平，在产品虚标的情况下，用户更加无法知晓烹饪器具的能效水平。

发明内容

本发明的目的是提供计算能效水平的设备和方法及能效水平警示系统， 用于解决向烹饪器具的用户提供能耗水平的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种计算烹饪器具的能效水平的设 备，所述烹饪器具包括一个或多个功率器件，该设备包括：计时器，用于在 所述烹饪器具的运行过程中循环对单位时间进行计时；一个或多个存储器， 分别对应存储所述一个或多个功率器件的空载耗电值和用于烹饪对象的耗 电值；处理器，在所述计时器的计时时间每达到所述单位时间的情况下，计 算最近的单位时间内所述一个或多个功率器件的空载耗电值和实际耗电值 及空载耗电值与实际耗电值的差值，并将该空载耗电值和该差值分别累加至 所述一个或多个功率器件所对应的一个或多个存储器中之前存储的空载耗 电值和用于烹饪对象的耗电值；其中，所述处理器根据所述一个或多个存储 器中存储的累加后的空载耗电值和用于烹饪对象的耗电值来计算所述能效 水平。

相应地，本发明还提供了一种能效水平警示系统，该系统包括：以上描 述的计算烹饪器具的能效水平的设备；显示装置，用于显示所计算的能效水 平；以及报警装置，在所计算的能效水平不在预定范围内的情况下，进行报 警。

相应地，本发明还提供了一种计算烹饪器具的能效水平的方法，所述烹 饪器具包括一个或多个功率器件，该方法包括：在所述烹饪器具的运行过程 中循环对单位时间进行计时；在所计时的时间每达到所述单位时间的情况 下，计算最近的单位时间内所述一个或多个功率器件的空载耗电值和实际耗 电值及空载耗电值与实际耗电值的差值，并将该空载耗电值和该差值分别累 加至所述一个或多个功率器件的之前存储的空载耗电值和用于烹饪对象的 耗电值；以及根据所述一个或多个功率器件的累加后的空载耗电值和用于烹 饪对象的耗电值来计算所述能效水平。

通过上述技术方案，本发明通过计算单位时间内功率器件的空载耗电值 和实际耗电值并据此计算得到单位时间内功率器件用于烹饪对象的耗电值， 从而可以实时根据空载耗电值和用于烹饪对象的耗电值计算得到能效水平， 并可以根据能效水平来判断烹饪器具是否需要更换或维护，本发明的实施方 式无需增加任何额外的器件，实现成本低廉，应用范围广阔。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与 下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在 附图中：

图1是本发明提供的计算烹饪器具的能效水平的设备的框图；

图2是本发明提供的计算烹饪器具的能耗水平的方法流程图；

图3是本发明提供的烹饪器具中的温度变化曲线；以及

图4是本发明提供的计算烹饪器具的能效水平的方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是， 此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发 明。

图1是本发明提供的计算烹饪器具的能效水平的设备的框图，烹饪器具 包括一个或多个功率器件，如图1所示，该设备包括计时器、一个或多个存 储器、处理器。计时器用于在烹饪器具的运行过程中循环对单位时间进行计 时；一个或多个存储器分别对应存储一个或多个功率器件的空载耗电值和用 于烹饪对象的耗电值；处理器在计时器的计时时间每达到单位时间的情况 下，计算最近的单位时间内一个或多个功率器件的空载耗电值和实际耗电值 及空载耗电值与实际耗电值的差值，并将该空载耗电值和该差值分别累加至 一个或多个功率器件所对应的一个或多个存储器中之前存储的空载耗电值 和用于烹饪对象的耗电值；其中，处理器根据一个或多个存储器中存储的累 加后的空载耗电值和用于烹饪对象的耗电值来计算能效水平。

“空载耗电值”指的是烹饪器具中没有放置任何烹饪食物的情况下的耗 电值；“实际耗电值”指的是烹饪器具中放置了烹饪食物的情况下的耗电值； “用于烹饪对象的耗电值”指的是用于烹饪放置在烹饪器具中的食物的耗电 值。这里的“空载耗电值”、“实际耗电值”、“用于烹饪对象的耗电值”均是 针对一个或多个功率器件中的一个功率器件的耗电而言的。在下文中所描述 的“空载耗电量”和“烹饪对象耗电量”是针对一个或多个功率器件中的所 有功率器件而言的。

一个烹饪器具可能包括一个或多个功率器件，例如，微波炉可能包括发 热管、蒸汽发生器、动力风扇电机等，这些功率器件均是需要消耗电能的。 在本文中，为每一个功率器件对应设置一个存储器，因而，一个或多个功率 器件就需要对应设置一个或多个存储器。

单位时间一般可以为1秒，但可以根据所采用的存储器的大小进行改变， 例如，可以为10秒、1分钟等，通常来说，存储器越小，单位时间可以越长， 本发明以1秒为例进行说明。

下面结合图2对以上技术方案进行进一步描述，图2是本发明提供的计 算烹饪器具的能耗水平的方法流程图，在图2中：

步骤201，烹饪器具开始工作。一般情况下烹饪器具由用户启动，并根 据用户设定的时间或设定的温度工作，在达到所设定的时间或所设定的温度 的情况下停止工作。

步骤202，计时器开始计时，这里的计时器是用于对单位时间(1秒) 进行计时的计时器，在计时器计时时间达到单位时间的情况下，继续开始进 行下一个单位时间的计时，也就是循环对单位时间进行计时。

步骤203，判断计时时间是否到达单位时间，在到达的情况下执行步骤 204，否则继续计时。也就是在计时时间每达到单位时间的情况下执行步骤 204。

步骤204，计算最近的单位时间内一个或多个功率器件的空载耗电值、 实际耗电值及空载耗电值与实际耗电值之间的差值。这里的最近的单位时间 指的是刚刚结束的单位时间，空载耗电值与实际耗电值之间的差值即为在该 最近的单位时间内用于烹饪对象的耗电值。

步骤205，将步骤204中计算的空载耗电值和差值累加至一个或多个功 率器件所对应的一个或多个存储器中之前存储的空载耗电值和用于烹饪对 象的耗电值。通过这一步骤应当明确的是，本发明提供的技术方案是分别计 算每一个单位时间的空载耗电值、实际耗电值及空载耗电值与实际耗电值之 间的差值并将已经逝去的时间中每一个单位时间的空载耗电值、实际耗电值 及空载耗电值与实际耗电值之间的差值进行累加。在步骤205中没有对实际 耗电值进行累加是因为在本发明提供的技术方案所要达到的目的是计算能 效水平，而能效水平的计算所需的参数为累加的空载耗电值和累加的用于烹 饪对象的耗电值，所以这里忽略了对实际耗电值的存储和累加。并且，一个 功率器件对应一个存储器，所以一个存储器对应存储一个功率器件的数据， 包括空载耗电值、实际耗电值及空载耗电值与实际耗电值之间的差值。

步骤206，判断是否接收到查询指令，在接收到查询指令的情况下执行 步骤208，否则执行步骤207，该查询指令例如可以在用户需要了解当前的 能效水平时通过用户终端发送。

步骤207，判断烹饪器具是否停止工作，在停止工作的情况下执行步骤 208，否则回到步骤202继续对单位时间进行计时。

步骤208，根据一个或多个存储器中存储的累加后的空载耗电值和用于 烹饪对象的耗电值来计算能效水平。如图2所示，该步骤208可以在步骤207 中判断烹饪器具停止工作(即，烹饪器具运行结束)的情况下进行，也可以 在步骤206中判断接收到查询指令的情况下进行。对于计算得到的能效水平 可以通过烹饪器具的显示面板显示，也可以发送至用户终端以告知用户。

本领域技术人员应当理解，对于计算能效水平的时机可以根据实际情况 来设定，例如，可以仅在接收到查询指令(在用户希望了解当前的能效水平 的情况下通过用户终端发送该查询指令)的情况下计算，也可以仅在烹饪器 具停止工作的情况下计算，当然，也可以在接收到查询指令和烹饪器具停止 工作两种情况下均进行计算。

在图2的步骤208中根据一个或多个存储器中存储的累加后的空载耗电 值和用于烹饪对象的耗电值来计算能效水平具体步骤如下：对一个或多个存 储器中存储的累加后的空载耗电值求和得到烹饪器具的空载耗电量；对一个 或多个存储器中存储的累加后的用于烹饪对象的耗电值求和得到烹饪对象 耗电量；求取烹饪对象耗电量与空载耗电量的比值得到能效水平。

应当清楚的是，对一个或多个存储器中存储的累加后的空载耗电值求和 得到烹饪器具的空载耗电量指的是对一个或多个存储器的所有存储器中存 储的累加后的空载耗电值求和，即所有功率器件所消耗的空载耗电值之和， 对一个或多个存储器中存储的累加后的用于烹饪对象的耗电值求和得到烹 饪对象耗电量指的是对一个或多个存储器的所有存储器中存储的累加后的 用于烹饪对象的耗电值求和得到烹饪对象耗电量，即所有功率器件所消耗的 用于烹饪对象的耗电值之和。当然，在实际操作中，也可以仅对烹饪器具的 主要功率器件所消耗的空载耗电值和实际耗电值进行计算和后续处理。

这里，空载耗电值的单位可以选择为0.1千瓦时，因为在实际情况中， 功率器件(如发热器，蒸汽发生器等)的功率大多都具有一定的偏差(如 -8％～+2％)，如果单位设置得太小，则由于这种偏差的存在，所显示的结果 后面的几位数字实际上是难以符合实际情况的，所以单位定得太小无多大意 义，而若单位定得大了，比如说1度(千瓦时)，对于烹饪产品这种通常开 个半到一小时不到的设备，所显示的结果又会太过粗糙，所以，采用0.1千 瓦时作为单位对于本发明所设计的家电产品对象(通常额定功率为几百到两 千多瓦)而言是比较合适的。

当然，本领域技术人员也可以根据实际情况和实际需求来自行设定适当 的单位，在单位时间选择为1秒的情况下，功率器件的空载耗电值的单位可 以为100瓦·秒，那么烹饪器具的空载耗电量的计算公式如下：

在单位时间选择为1秒的情况下，功率器件的用于烹饪对象的耗电值的 单位可以为10瓦·秒，那么烹饪器具的空载耗电量的计算公式如下：

之所以选择0.01千瓦时以及10瓦·秒作为单位，是因为，经过上面方法 计算出来的功率往往都是以都是几十到几百瓦不等，如果选择单位太大，则 容易导致计算结果与实际偏离太大，如过单位选择太小，则由于功率器件(例 如，发热器)通常存在误差，太小的单位用来运算也无意义。

在以上式(1)和式(2)的基础上，能效水平的计算公式如下：

本发明提供的计算烹饪器具的能效水平的设备还包括温度设定装置，该 温度设定装置用于设定目标加热温度，处理器根据目标加热温度得到在当前 单位时间内一个或多个功率器件的空载通断比，并根据该空载通断比计算得 到在当前单位时间内相应的一个或多个功率器件的空载耗电值。

“功率器件的通断比”指的是功率器件接通时间与断开时间的比值，“功 率器件的空载通断比”指的是烹饪器具中没有放置任何烹饪食物的情况下的 功率器件的通断比，下文中“功率器件的实际通断比”指的是在烹饪器具中 放置了烹饪食物的情况下的功率器件的通断比。

由于功率器件的功率是固定的，因而功率器件在单位时间内的耗电值也 就是固定的，在知道该单位时间内的空载通断比的情况下，及可以很容易地 计算出该单位时间内功率器件的耗电值。

处理器根据设定温度得到在当前单位时间内一个或多个功率器件的空 载通断比包括：根据目标加热温度计算得到当前单位时间内的空载腔体温 度；根据当前单位时间内的空载腔体温度得到与该空载腔体温度对应的一个 或多个功率器件的空载通断比；其中空载腔体温度与一个或多个功率器件的 空载通断比之间的对应关系被预先存储。

对于一个功率器件而言，空载腔体温度与空载通断比之间的对应关系的 是一一对应的，该对应关系可以被预先存储，所以可以通过预先存储的空载 腔体温度与空载通断比之间的对应关系来根据空载腔体温度得到空载通断 比。然而，由于在烹饪过程中，烹饪器具中放置了烹饪食物，所以空载腔体 温度需要推算得到，可以通过以下公式来根据目标加热温度计算得到当前单 位时间内的空载腔体温度：

T＝k₁×k₂×t+(1-k₁)×T₀(4)

在式(4)中，T为空载腔体温度，T₀为目标加热温度，k₁为阶段系数， k₂为温度时间系数，t为烹饪器具的运行时间；在空载腔体温度的上升阶段， k₁为1，在空载腔体温度达到目标加热温度的情况下，k₁为0，k₂为常数。 其中，k₂可以是一个固定值，也可以是一个随时间增加而不断减少的值以使 得运算结果更加符合实际情况，对于k₂的具体取值，本领域技术人员可以根 据实际情况来确定。

以功率器件为发热器为例，假设烹饪器具在带有食物负载的情况下运 行，腔体温度不断上升，当运行至第180秒时，根据式(4)，计算出若为空 载的情况其空载腔体温度为150℃，相应地，处理器根据空载腔体温度与空 载通断比的对应关系得到在此温度点(150℃)下的发热器(假如是1200瓦 的发热管)的空载通断情况为16秒通，8秒断(通断比为2:1)，则折算出来 的该单位时间(单位时间为1秒)下的耗电值为800瓦·秒。

下面对一个单位时间的实际耗电值的计算方法进行描述，本发明提供了 两种计算方法。

在第一种计算一个单位时间的实际耗电值的方法中，本发明提供的计算 烹饪器具的能效水平的设备还包括温度检测装置，该温度检测装置用于在循 环的每一个单位时间对烹饪器具的腔体内的温度进行检测；处理器根据所检 测的当前单位时间内的温度得到在当前单位时间内一个或多个功率器件的 实际通断比，并根据该实际通断比计算得到在当前单位时间内相应的一个或 多个功率器件的实际耗电值；其中，所检测的当前单位时间内的温度与一个 或多个功率器件的实际通断比之间的对应关系被预先存储。

“目标加热温度”为烹饪器具最终所要达到的温度，然而，由于设置在 烹饪器具内的温度检测装置的位置不同，所检测到的温度也就不同，因而在 实际操作中可以对所设定的目标加热温度根据温度检测装置的位置不同来 进行相应调整，然而，这仅仅是为了更加精确地实现本发明的技术方案。本 发明中的“目标加热温度”可以为所设定的值，也可以为调整之后的值。

需要说明的是，在上文中描述的空载腔体温度与一个或多个功率器件的 空载通断比之间的对应关系和所检测的当前单位时间内的温度与一个或多 个功率器件的实际通断比之间的对应关系可以为被分别存储，也可以是同一 对应关系，因为空载腔体温度和所检测的当前单位时间内的温度都是温度 值，空载通断比和实际通断比都是通断比，因而，它们的对应关系实际上都 是反映温度与通断比之间的对应关系，因而可以在一个存储中表现。

图3是本发明提供的烹饪器具中的温度变化曲线，在图3中，横坐标t 为时间，纵坐标T为温度，曲线301为烹饪器具中未放置烹饪食物的温度变 化曲线，曲线302为烹饪器具中放置了烹饪食物的温度变化曲线。由于在烹 饪器具中放置有烹饪食物的情况下，在同等时间点(第180秒)腔体内的温 度检测装置所检测的温度比空载时低，故所获得对应的实际通断比同等时间 点的空载通断比要长，从而折算出的功率器件所耗费的耗电值要比空载时 高。此时，我们将此时折算出来的耗电值减去对应时间点空载时的耗电值， 便能获得此单位时间下消耗在食物负载中的耗电值。

就上面提及的例子而言，如果此时(第180秒)温度检测装置检测到的 温度为140℃，处理器根据所检测的当前单位时间内的温度与一个或多个功 率器件的实际通断比之间的对应关系得到该温度点对应的实际通断情况为 18秒通，6秒断(通断比为3:1)，则折算出来的该单位时间(单位时间为1 秒)下的耗电值为900瓦·秒。那么也就是说，在第180秒的这一秒内，用 于烹饪对象的耗电值为100瓦·秒(900瓦·秒-800瓦·秒)。

在第二种计算一个单位时间的实际耗电值的方法中，处理器计算最近的 单位时间内一个或多个功率器件的实际耗电值包括：将一个或多个功率器件 中为接通状态的一个或多个功率器件的实际耗电值设定为一固定值；将一个 或多个功率器件中为未接通状态的一个或多个功率器件的实际耗电值设定 为零。

在每一个单位时间(例如，1秒)内，处理器对各个功率器件是否通电 进行检测判断，针对一个功率器件而言，如果该功率器件为通电(即运行)， 该功率器件在该单位时间内的实际耗电值为固定值(在上文提及的示例中为 1200瓦·秒)，如果该功率器件为断电(即不运行)，该功率器件在该单位时 间内的实际耗电值为零(0瓦·秒)。本领域技术人员应当理解，可以通过控 制功率器件的开关器件(如继电器、三极管等)的控制信号来判断该功率器 件是通电还是断电。

本领域技术人员应当理解，在采用第二种方法计算实际耗电值的情况 下，应当注意用实际耗电值减去空载耗电值来得到用于烹饪对象的耗电值， 容易理解，在一个单位时间内若实际耗电值为零，则该单位时间内用于烹饪 对象的耗电值为负值。

我们可以根据物质获得热量的计算公式Q＝Cm△T来理解本发明的思 路：在空载情况下，由于烹饪器具以及环境基本上保持稳定不变，所以，正 常空载运作下，烹饪器具的腔体温度提升必然会沿着相似的温升曲线运行。 当烹饪腔体中放进了烹饪食物后，食物在被加热过程中会消耗掉一部分热 量，导致在整个烹饪过程中，放置在烹饪器具的腔体内的温度检测装置所检 测的温度比空载时要低。此时，由于回馈的温度信号低了，所以处理器会增 加发热器等主要功率器件的通断比，以企图将烹饪腔体温度拉回至与空载情 况下相同的目标温度。当然，在有负载情况的这种控制方式下，烹饪腔体的 温度不太可能会回复到空载时的温度，因为这样的话，发热器的通断比就会 和空载时的一样，显然无法支撑额外的食物加热，腔体温度必然会再度掉落， 除非作为额外负载的食物本身不再吸热(理论上，只有在食物完全碳化才有 可能出现这种情况，而实际情况是，处于传感器本身的检测误差，在经过足 够长的运行时间下，负载温升曲线(图3中的曲线302)的末端有可能与空 载温升曲线(图3中的曲线301)的末端重合)。

上文中的存储器最少都是双字节(16bit，所能存储数值的最大值为6.5 万)甚至可以是四字节(32bit，所能存储数值的最大值为43亿)的，以便 提供足够容量来记录接下来的耗电累加值。

相应地，本发明还提供了一种能效水平警示系统，该系统包括：本发明 提供的计算烹饪器具的能效水平的设备；显示装置，用于显示所计算的能效 水平；以及报警装置，在所计算的能效水平不在预定范围内的情况下，进行 报警。报警装置进行报警的方式可以为声光报警，也可以是通过显示装置显 示报警信息，也可以通过用户终端进行报警，即向用户终端发送报警信息。

当能效水平低于合理范围(假如低于35％)，则报警装置向进行报警， 如果能效水平相当低或相当高时(假如低于30％或超过60％)，则处理器可 以直接终止烹饪器具的运行，并提示找售后服务进行相关的检测和维护。之 所以这样设定，是因为当能耗相当低时，可能是输入电压过低或者发热器(功 率器件之一)本身性能已经偏离正常水平，再运行下去，可能导致不可逆的 损坏发生，甚至会危机用户生命或财产安全；如果能效水平太高，则很可能 发热器已经对地短路，严重的情况下(比如说用户家中无接地线)，则产品 的金属表面可能会带电，可能会发生触电危险。

图4是本发明提供的计算烹饪器具的能效水平的方法流程图，该烹饪器 具包括一个或多个功率器件，如图4所示，该方法包括：在烹饪器具的运行 过程中循环对单位时间进行计时；在所计时的时间每达到所述单位时间的情 况下，计算最近的单位时间内一个或多个功率器件的空载耗电值和实际耗电 值及空载耗电值与实际耗电值的差值，并将该空载耗电值和该差值分别累加 至一个或多个功率器件的之前存储的空载耗电值和用于烹饪对象的耗电值； 根据一个或多个功率器件的累加后的空载耗电值和用于烹饪对象的耗电值 来计算所述能效水平。

需要说明的是，本发明提供的计算烹饪器具的能效水平的方法的具体细 节及益处与本发明提供的计算烹饪器具的能效水平的设备类似，于此不予赘 述。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限 于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明 的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特 征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必 要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其 不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。