DE3733108C1 - Circuit arrangement for a pot (saucepan) recognition system with a pot recognition sensor - Google Patents
Circuit arrangement for a pot (saucepan) recognition system with a pot recognition sensorInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für ein Topferkennungssy stem bezüglich Kochstellen, wobei die Topferkennung mit Hochfrequenz-Schaltungs technik erfolgt und infolgedessen eine Soforterkennung möglich ist, wobei ein Hoch frequenz-Generator mit einem durch einen Hochfrequenz-Modul beschalteten Topfer kennungssensor verbunden ist und der Hochfrequenz-Modul ausgangsseitig mit einer Auswerteeinheit verbunden ist, welche die Energiezufuhr zur Kochstelle bewirkt.The invention relates to a circuit arrangement for a pot detection system stem regarding hotplates, the pot detection with high frequency circuit technology takes place and as a result an immediate recognition is possible, with a high frequency generator with a pot connected by a high-frequency module identification sensor is connected and the high-frequency module on the output side with a Evaluation unit is connected, which causes the energy supply to the hotplate.
Der Anwendungsbereich der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung geht über die Haushalttechnik hinaus und liegt Anwendungen zugrunde, wo es notwendig ist, schnelle Zu- oder Abschaltungen erkannter neuer Betriebszustände vorzunehmen. Für die Haushalttechnik stellt sich die Aufgabe mit der Anwendung fortschreitender technischer Neuerungen im Küchenbereich, hier speziell der Mikrowellentechnik, wo durch es aus energietechnischen- und sicherheitstechnischen Gründen erforderlich wird, mit geeigneter Sensortechnik und genügend schneller Schaltelektronik Unter stützung zu geben. In der DE-OS 28 31 858 A1 ist eine Schaltungsanordnung ange geben, die für eine Topferkennung anwendbar ist. Die Topferkennung erfolgt mit Hochfrequenz-Schaltungstechnik, wobei ein Hochfrequenz-Generator mit einem Sensor verbunden ist, der mit einem Modul beschaltet ist. Der Modul ist ausgangsseitig mit einer Auswerteeinheit verbunden, welche die Energiezufuhr zur Kochstelle bewirkt. Mit Hilfe dieser Schaltungsanordnung wird vornehmlich die Aufgabe gelöst, die Kochplatte erst nach Aufsetzen eines Kochgeschirrs zu beheizen. Es können keine unterschiedlichen Materialien, Kochbehälter betreffend, erkannt werden.The field of application of the circuit arrangement according to the invention goes beyond Domestic technology and is based on applications where it is necessary to quickly switch on or off recognized new operating states. For household technology faces the task with the application progressively technical innovations in the kitchen area, here especially the microwave technology, where required by it for reasons of energy technology and safety with suitable sensor technology and sufficiently fast switching electronics to give support. In DE-OS 28 31 858 A1 a circuit arrangement is indicated give, which is applicable for a pot detection. The pot detection is done with High-frequency circuit technology, using a high-frequency generator with a sensor is connected, which is connected to a module. The module is on the output side connected to an evaluation unit, which causes the energy supply to the hotplate. With the help of this circuit arrangement, the task is primarily solved Only heat the hotplate after putting on a cookware. Can't different materials, regarding cooking containers, can be recognized.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung zu entwickeln, mit Hilfe derer es möglich ist, auf einer Kochstelle eine Topferkennung zu realisie ren. Diese Schaltungsanordnung soll Kochbehälter unterschiedlicher Materialien, bei spielsweise Metall, Glas oder Porzellan, sicher erkennen und sie soll nur dann eine Leistungsabgabe zulassen, wenn ein Kochtopf auf der angewählten Kochstelle vorhan den ist, wobei Besonderheiten von Mikrowellen-Kochstellen zu beachten sind.The object of the invention is to develop a circuit arrangement with the help of which it is possible to recognize pots on a hotplate ren. This circuit arrangement is intended for cooking containers of different materials for example, metal, glass or porcelain, and it should only be one Allow power output if there is a saucepan on the selected hotplate is, whereby special features of microwave ovens are to be considered.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine mit dem Hochfre quenz-Generator verbundene Ablaufsteuerung die Auswerteeinheit akti viert und daß die mit einer Steuereinheit verbundene Auswerteeinheit die Betriebsübertragungsfunktion des als passiven Vierpol ausgebildeten ein- und aus gangsseitig angepaßten Topferkennungssensors analysiert, wobei die Steuereinheit ausgangsseitig mit einem Netzspannungsmodul verknüpft ist.According to the invention this object is achieved in that one with the Hochfre Sequence control connected to sequence generator, the evaluation unit acti fourth and that the evaluation unit connected to a control unit Operational transfer function of the passive four-pole in and out pots recognition sensor adapted on the aisle side, the control unit is linked on the output side to a mains voltage module.
Die Schaltungsanordnung bietet die Vorteile, daß ungenutzte Leistungsabgabe bei freier Kochstelle, Fehlbedienung oder spielerisches Einschalten durch Kinder unter bleibt und keine Heizenergie ungenutzt abgegeben wird. Im Falle einer Mikrowel len-Kochstelle wird dieser erkannt und dadurch, daß die Schaltungsanordnung mit Hochfrequenz-Technik arbeitet und daher sehr schnelle Topferkennung die Folge ist, das Abstrahlen von ungenutzter Mikrowellenenergie verhindert. Die Sicherheitstechnik für Mikrowellen-Kochstellen kann durch den Mikroprozessor realisiert werden, indem notwendige Redundanzen in Warteschleifen ablaufen, die im Bedarfsfalle über die lo gische Auswerteeinheit abgerufen werden und durch die Steuereinheit ausgegeben werden. Der Topferkennungssensor basiert auf einer Elektronik-Leiterstruktur, die in Dickschicht- oder Dünnfilmtechnik (Siebdruck) auf die Ober- oder Unterseite von Glaskeramik-Kochfeldern aufgebracht wird. Der Topferkennungssensor wird mit einer Glasierschicht oder anderen hitzefesten Materialien schützend überzogen.The circuit arrangement offers the advantages that unused power output free cooking area, incorrect operation or playful switching on by children under remains and no heating energy is released unused. In the case of a microwave len hotplate this is recognized and in that the circuit arrangement with High frequency technology works and therefore very fast pot detection is the result prevents the radiation of unused microwave energy. The security technology for microwave hobs can be realized by the microprocessor by necessary redundancies run in queues, which if necessary via the lo be called evaluation unit and output by the control unit will. The pan detection sensor is based on an electronic circuit structure that is in Thick film or thin film technology (screen printing) on the top or bottom of Glass ceramic hobs is applied. The pan detection sensor comes with a Glazing layer or other heat-resistant materials coated protective.
Elektronisch stellt der Topferkennungssensor einen passiven Vierpol dar mit einem frequenzabhängigen Übertragungsmaß, seiner Betriebsübertragungsfunktion. Die Be triebsübertragungsfunktion wird neben der Arbeitsfrequenz durch die konstruktive geometrische Anordnung des Topferkennungssensors bestimmt. Electronically, the pan detection sensor represents a passive four-pole with one frequency-dependent transmission measure, its operational transfer function. The Be In addition to the working frequency, the drive transmission function is determined by the constructive geometric arrangement of the pot detection sensor determined.
Die Zuführungen der Hochfrequenz-Energie zum Topferkennungssensor werden als ab geschirmte Streifenleitungen oder Koaxialleitungen ausgeführt. Es werden vorzugs weise freie ISM-Frequenzen zwischen 13 MHz und 6 GHz benutzt; die zugeführten und abgegebenen Leistungen liegen maximal im mW-Bereich.The supply of high-frequency energy to the pot detection sensor is considered to be from shielded strip lines or coaxial lines. It will be preferred as free ISM frequencies between 13 MHz and 6 GHz used; the fed and delivered power is at most in the mW range.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ent halten.Further advantageous embodiments of the invention are set out in the subclaims hold.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigtEmbodiments of the invention are described in more detail with reference to drawings. It shows
Fig. 1 eine prinzipielle Blockschaltbild-Darstellung der Schaltungsanordnung für ein Topferkennungssystem, Fig. 1 shows a schematic block diagram representation of the circuit arrangement for a pot detection system,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung der Kochstelle, Fig. 2 is a sectional view of the cooking zone,
Fig. 3a eine kapazitive Anordnung des Topferkennungssensors, Fig. 3a shows a capacitive array of the pan detection sensor,
Fig. 3b eine induktive Anordnung des Topferkennungssensors, FIG. 3b is an inductive pan detection arrangement of the sensor,
Fig. 4a ein Vierpolnetzwerk des kapazitiven Topferkennungssensors, FIG. 4a is a pan detection Vierpolnetzwerk of the capacitive sensor,
Fig. 4b ein Vierpolnetzwerk des induktiven Topferkennungssensors, FIG. 4b is a Vierpolnetzwerk of the inductive pan detection sensor,
Fig. 5a eine Betriebsübertragungsfunktion für einen Metalltopf, FIG. 5a is a mode transfer function for a metal cup,
Fig. 5b eine Betriebsübertragungsfunktion für einen Glastopf, Fig. 5b is an operating transfer function for a glass pot,
Fig. 5c eine Betriebsübertragungsfunktion für ein aufgelegtes trockenes Tuch. Fig. 5c an operational transfer function for an applied dry cloth.
Eine Ablaufsteuerung 1, die in einem Mikroprozessor enthalten ist, steuert einen Hochfrequenz-Generator 2, der eine oder mehrere unterschiedliche ISM-Frequenzen erzeugt. Ausgangsseitig arbeitet der Hochfrequenz-Generator 2 auf eine Anpaßstufe 3 und gibt über diese Anpaßstufe 3 die Hochfrequenz-Energie an einen Topferken nungssensor 4 ab. Der Ausgang des als passiven Vierpol ausgebildeten Topferken nungssensors 4 ist auf eine zweite Anpaßstufe 5 geführt, die eine Anpassung des Topferkennungssensors 4 an einem Hochfrequenz-Modul 6 bewirkt. Das Hochfre quenz-Modul 6 besteht aus einem Hochfrequenz-Verstärker, einem Hochfrequenz-De tektor und einer Gleichrichterschaltung und ist mit Eingang einer logischen Auswer teeinheit 7 verknüpft. Hier wird u. a. die reale Betriebsübertragungsfunktion mit dem gespeicherten Normal, Betriebsübertragungsfunktion ohne Topf verglichen (Frequenz- Phase, Leistung). Die logische Auswerteeinheit ist Bestandteil des Mikroprozessors. Bei Ungleichheit muß eine Schwellwertstufe in der logischen Auswerteeinheit 7 end gültig über die Topferkennung entscheiden. Liegt ein Topferkennungssignal vor, wird es an eine Steuereinheit 8 ausgegeben. Die Steuereinheit 8 ist ebenfalls Bestandteil des Mikroprozessors und steuert einen Netzspannungsmodul 9.A sequencer 1 , which is contained in a microprocessor, controls a high-frequency generator 2 , which generates one or more different ISM frequencies. On the output side, the high-frequency generator 2 works on a matching stage 3 and outputs the high-frequency energy to a pot detection sensor 4 via this matching stage 3 . The output of the four-pole passive detection sensor 4 is routed to a second adaptation stage 5 , which effects an adaptation of the pan detection sensor 4 to a high-frequency module 6 . The high-frequency module 6 consists of a high-frequency amplifier, a high-frequency detector and a rectifier circuit and is linked to the input of a logic evaluation unit 7 . Here, among other things, the real operational transfer function is compared with the stored normal, operational transfer function without a pot (frequency phase, power). The logical evaluation unit is part of the microprocessor. In the event of inequality, a threshold value level in the logical evaluation unit 7 must finally decide on the pot detection. If a pan detection signal is present, it is output to a control unit 8 . The control unit 8 is also part of the microprocessor and controls a mains voltage module 9 .
Das Netzspannungsmodul 9 übernimmt das durch sie Steuereinheit 8 ausgegebene Topferkennungssignal, kontaktiert die Schutzerde, führt die Netzspannung zu und wertet die Zusatzinformation, Mikrowellen-Kochstelle erkannt, dahingehend aus, daß die vorgewählte Mikrowellenleistung nur bei mikrowellendichtem System zugeschaltet wird.The mains voltage module 9 takes over the pot detection signal output by the control unit 8 , contacts the protective earth, feeds the mains voltage and evaluates the additional information, microwave cooker recognized, in that the preselected microwave power is only switched on in the case of a microwave-proof system.
Die Anordnung nach Fig. 2 zeigt eine mit Topferkennungssensor 4 ausgerüstete Kochstelle im Schnitt. Dabei sind Topferkennungssensor-Eingang 4 a, Topferkennungs sensor-Ausgang 4 b und die Topferkennungssensor-Abschirmung 4c unterhalb der den Kochtopf 10 tragenden Glaskeramikfläche angeordnet. Die Heizung 12 und Sensor schutzschicht 13 sind angedeutet.The arrangement according to FIG. 2 shows a hotplate equipped with a pot detection sensor 4 in section. Pot detection sensor input 4 a , pot detection sensor output 4 b and the pot detection sensor shield 4 c are arranged below the glass ceramic surface carrying the saucepan 10 . The heater 12 and sensor protective layer 13 are indicated.
Die Fig. 3a, 3b zeigen Ausführungsformen des Topferkennungssensors 4. In Fig. 3a ist die kapazitive, in Fig. 3b die induktive Sensorvariante dargestellt. Die Sen soreingänge 4 a, die Sensorausgänge 4 b und die Sensorabschirmungen 4 c sind varian tengemäß dargestellt. FIGS. 3a, 3b show embodiments of the pan detection sensor 4. The capacitive sensor variant is shown in FIG. 3a, and the inductive sensor variant in FIG. 3b. The Sen soreingänge 4 a, 4 b, the sensor outputs and the sensor shields 4 are shown c varian tengemäß.
Die Fig. 4a, 4b zeigen Vierpolersatzschaltungen, die für Hochfrequenz- und Ul tra-Hochfrequenzen prinzipielle Gültigkeit besitzen. Fig. 4a stellt das Vierpoler satzschaltbild für einen kapazitiven Topferkennungssensor 4 mit den vom aufgesetzten Topf eingestreuten topfspezifischen frequenzabhängigen Induktivitäten und Kapazitä ten dar. Fig. 4b zeigt das entsprechende Vierpolersatzschaltbild für einen indukti ven Topferkennungssensor 4. Eingangsseitig werden die Vierpole vom Hochfrequenz- Generator 2 über eine Anpaßstufe 3 gespeist, ausgangsseitig sind sie über eine An paßstufe 5 auf das Hochfrequenz-Modul 6 geführt. Dem Vierpolersatzschaltbild ist zu entnehmen, daß dem Topferkennungssensor (L s , C s 0 . . . C s 2) als Streukapazitäten und Streuinduktivitäten die Topfkenngrößen (L T , C T 1 . . . C T 2) überlagert sind.Have the Fig. 4a, 4b show Vierpolersatzschaltungen, the principle of high-frequency and Ul tra-high frequencies valid. FIG. 4a illustrates the Vierpoler equivalent circuit diagram for a capacitive pan detection sensor 4 with the scattered from the patch pot cup-specific frequency-dependent inductors and Kapazitä th. Fig. 4b shows the corresponding Vierpolersatzschaltbild for an inductive ven pan detection sensor 4. On the input side, the four-pole system is fed by the high-frequency generator 2 via a matching stage 3 , on the output side they are passed through a matching stage 5 to the high-frequency module 6 . The four-pole equivalent circuit diagram shows that the pot characteristics (L T , C T 1 ... C T 2 ) are superimposed on the pot detection sensor (L s , C s 0 ... C s 2 ) as stray capacitances and stray inductances.
Die Änderung der Betriebsübertragungsfunktion wird also durch die Topfkenngrößen L T , C T 1, C T 2, C T 3 stark beeinflußt und es ist über die Betriebsübertragungsfunktion auch unterscheidbar, ob ein metallischer Kochtopf oder ein solcher als Glas (Porzel lan) sich auf der Kochstelle befindet.The change in the operational transfer function is thus greatly influenced by the pot parameters L T , C T 1 , C T 2 , C T 3 and it can also be distinguished via the operational transfer function whether a metallic saucepan or a glass (porcelain lan) is on the Hotplate.
Durch Auswertung der Fig. 5a bis 5c, wo Betriebsübertragungsfunktionen für ver schiedene Gegenstände, die sich auf der Kochstelle befinden, aufgenommen wurden, erkennt man das unterschiedliche, gut auswertbare Maximum für einen engen Fre quenzbereich.By evaluating FIGS. 5a to 5c, where operational transfer functions for various objects located on the cooking zone have been included, one can see the different, easily evaluable maximum for a narrow frequency range.
Fig. 5a zeigt die Betriebsübertragungsfunktion für einen Metallkochtopf, Fig. 5b das gleiche für einen Glastopf und Fig. 5c zeigt den Verlauf der Betriebsübertra gungsfunktion für einen aufgelegten Gegenstand, hier ein trockenes Tuch, der nicht als Topf erkannt werden darf. Fig. 5a shows the operational transfer function for a metal saucepan, Fig. 5b the same for a glass pot and Fig. 5c shows the course of the operational transfer function for a placed object, here a dry cloth that should not be recognized as a pot.
Die Diagramme der Fig. 5a bis 5c unterstützen die Aussagen bezüglich der Un terscheidbarkeit von Metalltöpfen und Glastöpfen und schließen darüber hinaus eine Fehlerkennung für aufgelegtes Papier, Holz, Tuch noch aus. Mit Hilfe des Topfer kennungssensors 4 ist die Schaltungsanordnung demnach in der Lage, zwischen ver schiedenartigen Kochtöpfen (Metall, Glas, Porzellan) sicher zu unterscheiden und ei ne Vielzahl von aufgelegten Fremdkörpern von der Erkennung auszuschließen.The diagrams of FIGS. 5a to 5c support the statements regarding the distinguishability of metal pots and glass pots and furthermore rule out an error detection for placed paper, wood, cloth. With the help of the Potter identification sensor 4 , the circuit arrangement is therefore able to reliably differentiate between different types of cooking pots (metal, glass, porcelain) and to exclude a large number of foreign objects from the detection.
Claims (14)
daß eine mit dem Hochfrequenz-Generator (2) verbundene Ablaufsteuerung (1) die Auswerteein heit (7) aktiviert und
daß die mit einer Steuereinheit (8) verbundene Auswer teeinheit (7) die Betriebsübertragungsfunktion des als passiven Vierpol ausge bildeten ein- und ausgangsseitig angepaßten Topferkennungssensors (4) analy siert, wobei die Steuereinheit (8) ausgangsseitig mit einem Netzspannungsmodul (9) verknüpft ist.1. Circuit arrangement for a pan detection system with regard to hotplates, where the pan detection takes place with high-frequency circuit technology and consequently immediate detection is possible, a high-frequency generator ( 2 ) having a pan detection sensor ( 4 ) connected by a high-frequency module ( 6 ). is connected and the high-frequency module ( 6 ) is connected on the output side to an evaluation unit ( 7 ) which brings about the energy supply to the hotplate, characterized in that
that a sequence control ( 1 ) connected to the high-frequency generator ( 2 ) activates the evaluation unit ( 7 ) and
that the evaluation unit ( 7 ) connected to a control unit ( 8 ) analyzes the operational transfer function of the passive four-pole formed input and output side adapted pot detection sensor ( 4 ), the control unit ( 8 ) being linked on the output side to a mains voltage module ( 9 ).
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