ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ И УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ВЕСА Российский патент 2022 года по МПК G01G19/56 A47J36/32 G01G23/14 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к измерительному и управляющему устройству и способу измерения и управления для устройства измерения веса, содержащего блок загрузки для загрузки материала, подлежащего взвешиванию. Настоящее изобретение также относится к устройству измерения веса и устройству для приготовления пищи.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В настоящее время, тенденция развития домашнего кухонного оборудования заключается в автоматизации процессов приготовления пищи для освобождения потребителей от длительного времени ожидания, вмешательства и неудачного результата. Наблюдение за изменением веса пищи во время приготовления зарекомендовало себя как хороший индикатор статуса готовности пищи во многих способах сухого приготовления (например, приготовление на гриле, обжаривание, запекание, жаренье и т.д.). Это обычно реализуют посредством определенной конфигурации динамометра (или, в более общем смысле, устройства измерения веса, содержащего блок загрузки, в который может быть загружен материал, подлежащий взвешиванию) для преобразования силы тяжести в электрический сигнал, который усиливают для соответствия диапазону аналогово-цифрового преобразователя (АЦП), полученного из эталонного напряжения, и затем выражают количественно посредством АЦП в цифровых данных и подают на блок управления (например, блок микроконтроллера, («MCU», microcontroller unit)) для вычисления.

В EP2540199A1 раскрыто электронагревательное устройство для приготовления пищи с функцией взвешивания и соответствующий способ управления путем взвешивания. Под традиционным электронагревательным устройством для приготовления пищи добавлены электронные весы с функцией взвешивания, выполненные с возможностью хранения базы данных опыта приготовления пищи и базы данных информации, относящейся к пище. Это решает проблему неточного добавления количества воды пользователями для данного веса ингредиента. Также, кривая опыта мощности нагрева разработана на разных точках веса для такой пищи, как рис или мясо, и это также обеспечивает интеллектуальное регулирование параметров устройством приготовления пищи в соответствии с обратной связью пользователя о вкусе так, чтобы точнее соответствовать вкусовым предпочтениям пользователя во время следующего приготовления пищи; также, оно выполнено с возможностью отображения общего и среднего содержания количества тепла, холестерина, белка, жира, соли и масла для приготовления различных продуктов питания во время текущего приготовления пищи, или отображения присутствия несовместимых продуктов.

На практике сложно настроить конфигурацию динамометра для непосредственного взвешивания пищи, но вместо этого, она часто выполнена с возможностью взвешивания емкости для приготовления пищи или даже всей электроплиты, включая пищу. В то же время, высокотехнологичные электроприборы также стали способны обрабатывать большее количество пищи с более высокой скоростью и с более оптимальным результатом путем интеграции нескольких кулинарных функций (например, микроволновое, паровое, радиационное, конвекционное нагревание и помешивание) с использованием более мощных деталей, имеющих большую электрическую емкость, причем эта тенденция делает устройства более тяжелыми по сравнению с более ранними устройствами, и также саму приготавливаемую пищу. Таким образом, для точного измерения изменения веса пищи требуется уменьшить нагрузку, не являющуюся пищей, на конфигурацию динамометра или использовать высокоточный АЦП с большим динамическим диапазоном для охвата всего веса блока загрузки (или даже всего устройства измерения веса) и пищи. Уменьшение нагрузки требует сложной механической изоляции или размещения конфигурации динамометра ближе к пище, но также ближе к неблагоприятной среде приготовления пищи, которая может препятствовать точному измерению. Использование высокоточного АЦП с большим динамическим диапазоном в целом в настоящее время является распространенной практикой благодаря его простоте, но при этом все больше дорогостоящих АЦП тратят на увеличивающийся вес современных электроприборов.

Следовательно, существует необходимость в обеспечении решения, которое обеспечивает исчисление только эффективной части нагрузки (т.е. материала, подлежащего взвешиванию, удерживаемого в блоке загрузки), в частности, для предоставления решения, позволяющего измерять изменение веса пищи во время приготовления таким образом, чтобы даже недорогостоящий АЦП (обычно доступный как интегрированный блок микроконтроллера, но с более низкой разрядностью) мог соответствовать требуемому диапазону и точности для наблюдения за статусом приготовления пищи.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении измерительного и управляющего устройства и способа измерения и управления для устройства измерения веса, содержащего блок загрузки для загрузки материала, подлежащего взвешиванию, которое позволяет использовать недорогостоящий АЦП, но при этом обеспечивает точное измерение материала, например, пищи во время автоматизированного процесса приготовления пищи. Настоящее изобретение также относится к соответствующему устройству измерения веса и соответствующему устройству для приготовления пищи.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения представлено измерительное и управляющее устройство, содержащее:

- аналоговую схему, выполненную с возможностью приема сигнала измерения веса, преобразования полученного сигнала измерения веса в первый сигнал напряжения, вычитания второго сигнала напряжения, выражающего вес по меньшей мере блока загрузки, не загруженного материалом, подлежащим взвешиванию, из первых сигналов напряжения при загрузке блока загрузки материалом, подлежащим взвешиванию, для генерации третьего сигнала напряжения, выражающего вес материала, подлежащего взвешиванию, и

- схему управления, выполненную с возможностью приема первого сигнала напряжения в то время, как блок загрузки не загружен материалом, подлежащим взвешиванию, преобразования первого сигнала напряжения в первый цифровой сигнал, и генерации сигнала с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ-сигнала), имеющего ширину импульса, выражающую вес, измеренный устройством измерения веса в то время, как блок загрузки не загружен материалом, подлежащим взвешиванию, и также выполненную с возможностью (при необходимости усиления и) преобразования третьего сигнала напряжения во второй цифровой сигнал, выражающий измерение веса материала, подлежащего взвешиванию,

при этом аналоговая схема выполнена с возможностью генерации второго сигнала напряжения из ШИМ-сигнала, генерируемого схемой управления, при этом уровень напряжения второго сигнала напряжения пропорционален ширине импульса ШИМ-сигнала.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения представлено устройство измерения веса, содержащее:

- блок загрузки, выполненный с возможностью загрузки материала, подлежащего взвешиванию,

- блок измерения нагрузки, выполненный с возможностью измерения веса материала и обеспечения сигнала измерения веса, и

- измерительное и управляющее устройство, как описано в настоящем документе, выполненное с возможностью генерации цифрового сигнала, выражающего измерение веса материала, подлежащего взвешиванию, на основании сигнала измерения веса.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения представлено приготовление пищи, содержащее:

- устройство измерения веса, как раскрыто в настоящем документе, и

- нагревательный блок, выполненный с возможностью нагревания пищи, удерживаемой в блоке загрузки устройства измерения веса.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения представлен способ измерения и управления для устройства измерения веса, содержащего блок загрузки для загрузки материала, подлежащего взвешиванию, причем указанный способ измерения и управления включает:

- прием сигнала измерения веса,

- преобразование полученного сигнала измерения веса в первый сигнал напряжения,

- преобразование первого сигнала напряжения в то время, как блок загрузки не загружен материалом, подлежащим взвешиванию, в первый цифровой сигнал,

- генерацию сигнала с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ-сигнала), имеющего ширину импульса, выражающую вес, измеренный устройством измерения веса, в то время, как блок загрузки не загружен материалом, подлежащим взвешиванию,

- генерацию второго сигнала напряжения из ШИМ-сигнала, сгенерированного схемой управления, причем уровень напряжения второго сигнала напряжения пропорционален ширине импульса ШИМ-сигнала,

- вычитание второго сигнала напряжения, выражающего вес блока загрузки, не загруженного материалом, подлежащим взвешиванию, из первых сигналов напряжения в то время, как блок загрузки загружен материалом, подлежащим взвешиванию, для генерации третьего сигнала напряжения, выражающего вес материала, подлежащего взвешиванию, и

- преобразование (после усиления при необходимости) третьего сигнала напряжения во второй цифровой сигнал, выражающий измерение веса материала, подлежащего взвешиванию.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения обеспечены соответствующий способ измерения и управления, компьютерная программа, содержащая средства программного кода для обеспечения выполнения компьютером этапов способа, раскрытого в настоящем документе, во время исполнения указанной компьютерной программы на компьютере, а также энергонезависимый машиночитаемый носитель данных, на котором хранят компьютерный программный продукт, который при исполнении процессором обеспечивает осуществление способа, раскрытого в настоящем документе.

Предпочтительные варианты реализации изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует понимать, что заявляемый способ, система, компьютерная программа и носитель имеют предпочтительные варианты реализации, подобные и/или идентичные заявляемому измерительному и управляющему устройству, в частности, в соответствии с определением в зависимых пунктах формулы изобретения и как описано в настоящем документе.

Настоящее изобретение обеспечивает недорогостоящее решение измерения изменения веса материала, например, пищи, во время приготовления, в крупном и тяжелом кухонном оборудовании, предпочтительно с использованием функциональных модулей, обычно интегрируемых в блок микроконтроллера вместо дополнительных дискретных устройств. В этом решении нагрузка (например, главным образом вес устройств для приготовления пищи и их комплектующих деталей) на устройство измерения веса перед загрузкой материала, подлежащего взвешиванию, например, пищевого продукта, будет записана и пропорционально преобразована в уровень постоянного тока на основании интегрированной ШИМ конфигурации. Напряжение постоянного тока будет аналогично вычтено из общего веса (т.е. веса материала и блока загрузки на примере устройства для приготовления пищи, измеренного во время приготовления пищи). Полученный в результате уровень сигнала (при необходимости усиливают и) подают на АЦП, чтобы обеспечивать возможность использования ограниченных полезных битов интегрированного АЦП исключительно для исчисления изменения веса материала, вместо того, чтобы тратить их на неизменяемые части (такие как блок загрузки) общего веса. Следовательно, настоящее изобретение обеспечивает большую затратоэффективность наблюдения веса, например, в обработке пищи. В целом, настоящее изобретение может быть в общем применено в устройстве измерения веса для разных применений и в разных областях техники, например устройства измерения веса в фармакологии, химии, науке о материалах, т.е. в целом там, где требуется проведение точных, но недорогостоящих измерений.

В варианте реализации указанная аналоговая схема содержит фильтр низких частот, выполненный с возможностью фильтрования ШИМ-сигнала для генерации второго сигнала напряжения. Следовательно, второе напряжение, которое предпочтительно является напряжением постоянного тока, представляет собой усредненное по времени напряжение прямоугольной формы волны.

В другом варианте реализации указанная аналоговая схема содержит задающий генератор с ШИМ, выполненный с возможностью преобразования ШИМ-сигнала в оптимизированный ШИМ-сигнал, имеющий более однородный уровень напряжения и переходы, при этом указанная аналоговая схема выполнена с возможностью генерации второго сигнала напряжения из оптимизированного ШИМ-сигнала. Таким образом, задающий генератор с ШИМ формирует напряжение прямоугольной формы волны и в целом выполнен с возможностью изменения амплитуды и переходов (т.е. фронтов) ШИМ-сигнала с сохранением ширины импульса.

В другом варианте реализации указанная аналоговая схема содержит первый усилитель, выполненный с возможностью усиления первого сигнала напряжения, и/или второй усилитель, выполненный с возможностью усиления третьего сигнала напряжения. Это обеспечивает полное использование доступной чувствительности последовательных компонентов.

В другом варианте реализации указанная аналоговая схема содержит блок вычитания, выполненный с возможностью вычитания второго сигнала напряжения из первого сигнала напряжения. Выходной импульс блока вычитания представляет собой третий сигнал напряжения, предпочтительно напряжения постоянного тока, пропорциональный весу материала, подлежащего взвешиванию.

Указанная аналоговая схема может также содержать дифференциальный усилитель, выполненный с возможностью приема сигнала напряжения постоянного тока, выражающего сигнал измерения веса. Сигнал измерения веса может быть получен с выхода, например, измерительного моста, такого как измерительный мост датчика нагрузки.

В варианте реализации схема управления выполнена с возможностью выбора первого сигнала напряжения или третьего сигнала напряжения для аналогово-цифрового преобразования в первый цифровой сигнал и второй цифровой сигнал, соответственно. Предпочтительно, с этой целью обеспечен мультиплексор.

Предпочтительно, схема управления содержит запоминающее устройство, выполненное с возможностью хранения первого цифрового сигнала, счетчик, выполненный с возможностью преобразования первого цифрового сигнала в ширину импульса прямоугольной формы волны, и/или ШИМ-генератор, выполненный с возможностью генерации ШИМ-сигнала.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие аспекты изобретения будут понятны и истолкованы со ссылкой на вариант(ы) реализации, описанный далее в настоящем документе. На следующих чертежах

На фиг. 1A показана схематическая диаграмма известного устройства для приготовления пищи,

На фиг. 1B показана схематическая диаграмма известного измерительного и управляющего устройства,

На фиг. 2 показана схематическая диаграмма устройства для приготовления пищи в соответствии с настоящим изобретением, содержащего устройство измерения веса и измерительное и управляющее устройство в соответствии с настоящим изобретением,

На фиг. 3 показана более подробная схематическая диаграмма варианта реализации измерительного и управляющего устройства в соответствии с настоящим изобретением,

На фиг. 4 показана принципиальная схема варианта реализации задающего генератора с ШИМ,

На фиг. 5 показана диаграмма сигнала входного сигнала и выходного сигнала задающего генератора с ШИМ, и

На фиг. 6 показана блок схема способа измерения и управления в соответствии с настоящим изобретением.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Следующее описание объясняет настоящее изобретение со ссылкой на применение в устройстве для приготовления пищи, которым, однако, настоящее изобретение не ограничено.

На фиг. 1A схематически показана диаграмма известного устройства 10 для приготовления пищи. В обычном варианте реализации функции взвешивания в таком устройстве 10 для приготовления пищи, устройство 11 измерения веса, содержащее динамометры 12 (в целом блок измерения нагрузки, содержащий один или более элементов измерения нагрузки, таких как динамометры или датчики нагрузки), расположено на дне устройства 10 для приготовления пищи. Следовательно, устройство 11 измерения веса измеряет вес всего устройства 10 для приготовления пищи, включая приготовленную пищу, расположенную в блоке 13 загрузки, который в этом варианте реализации представляет собой отделение устройства 10 для приготовления пищи, для того, чтобы находиться на расстоянии от неблагоприятной среды приготовления пищи. Устройство 10 для приготовления пищи также содержит измерительное и управляющее устройство 14, показанное более подробно на фиг. 1B. В соответствии с этим вариантом реализации измерительное и управляющее устройство 14 соединено с динамометрами 12 посредством измерительного моста 15 и содержит дифференциальный усилитель 16, усилитель 17, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) 18 и блок 19 управления («MCU»).

Расположение устройства 11 измерения веса на дне устройства 10 для приготовления пищи означает, что не только динамометр 12, измерительный мост 15 и измерительное и управляющее устройство 14 должны охватывать диапазон всего веса, включающий большую часть «веса конструкции», не имеющего отношение к задаче измерения (наблюдения и управления статусом), но также АЦП 18 должен иметь большую разрядность для решения большого количества делений для требуемой точности, большинство из которых также тратится впустую на вес указанного по меньшей мере блока 13 загрузки или даже всего устройства 10 для приготовления пищи.

Для мультипечи весом 7000 г, например, желательно приготовление пищи с максимальной загрузкой, составляющей 500 г, и с точностью 1 г. После измерения и исчисления суммарного веса, требуется по меньшей мере 7500/1=7500 делений для разрешения в 1г, что требует 13 (2¹³=8192) полезных бит в АЦП 18. Фактически, при применении АЦП существует несколько нелинейных эффектов, уменьшающих полезное количество бит по меньшей мере на 1-2 бита. Следовательно, для получения 13 полезных бит, может быть использован более дорогостоящий 14/15-битный АЦП, полученный путем обновления до блока микроконтроллера высшего сегмента с таким АЦП или путем добавления дискретного АЦП. Однако изменение, которое действительно имеет значение, является изменением величиной в 1 г в пределах диапазона 500 г, что требует всего 500 делений или 9 (2⁹=512) полезных битов, с которыми может справиться 12-битный АЦП с безопасным резервом, обычно интегрированный в блок микроконтроллера более низкого сегмента.

Это предполагает вычитание большого веса конструкции устройства для приготовления пищи (и его возможного крепления) в качестве поправки из аналогового выходного сигнала динамометра таким образом, чтобы подавать на АЦП только «активный» вес приготовленной пищи, т.е. так называемое аналоговое «определение массы тары». Однако также существуют следующие проблемы, подлежащие решению:

i) Вес конструкции не является абсолютно постоянным, так как на него влияют такие вещи, как комплектующие детали (сковорода-гриль, решетка гриля, лотки) и нагрузка на кабель питания, которые могут быть существенными по сравнению с весом пищи и требуют резервирования запаса диапазона и разрешающей способности (например, на один бит больше) по факту, если только постоянную поправку вычитают аналоговым способом в то время, как другая полуактивная нагрузка подлежит цифровому определению массы тары. Для учета полуактивной, но нецелевой нагрузки (изменяющейся с помощью настроек, но статической во время одного сеанса приготовления пищи), фактическая «неактивная» нагрузка может быть полностью измерена перед загрузкой пищи в начале каждого сеанса приготовления пищи и впоследствии вычтена из аналогового сигнала перед АЦП.

ii) Неактивную нагрузку могут хранить и впоследствии преобразовывать в аналоговый сигнал, подлежащей вычетанию из «аналогового активного определения массы тары». Однако в отличие от аналого-цифрового преобразования, даже неточное преобразование данных из цифровой формы в аналоговую обычно не является интегрированным блоком микроконтроллера, и может требовать изготовления с использованием дорогостоящих дискретных деталей. Следовательно, настоящее изобретение предоставляет решение, которое предпочтительно использует общие интегрированные блоки в блоке микроконтроллера для «аналогового активного определения массы тары» в процессе взвешивания во время приготовления пищи, таким образом повышая затратоэффективность устройства для приготовления пищи.

На фиг. 2 показана схематическая диаграмма устройства 20 для приготовления пищи в соответствии с настоящим изобретением, содержащего устройство 30 измерения веса и измерительное и управляющее устройство 40 в соответствии с настоящим изобретением. Устройство 20 для приготовления пищи содержит устройство 30 измерения веса и нагревательный блок 21, выполненный с возможностью нагревания пищи, размещаемой в блоке 31 загрузки устройства 30 измерения веса. Блок 31 загрузки может, например, быть выполнен как отдельная емкость или как отделение устройства 20 для приготовления пищи, например, в этом варианте реализации как приемник для пищи.

Устройство 30 измерения веса или устройство для приготовления пищи содержит блок 31 загрузки, выполненный с возможностью загрузки материала, подлежащего взвешиванию, т.е. пищи в этом варианте реализации, и блок 32 измерения нагрузки, например, динамометр или систему датчика нагрузки, выполненные с возможностью измерения веса материала и обеспечения сигнала измерения веса. Блок 32 измерения нагрузки помещен на дне устройства 20 для приготовления пищи или вертикально изолированного блока 31 загрузки или под ним таким образом, чтобы обеспечивать взвешивание всего или части веса устройства для приготовления пищи, а также веса пищи. Устройство 30 измерения веса также содержит измерительное и управляющее устройство 40, выполненное с возможностью генерации цифрового сигнала, выражающего измерение веса материала, подлежащего взвешиванию, на основании сигнала измерения веса.

Измерительное и управляющее устройство 40 в целом осуществляет такие этапы, как считывание сигнала, обработка, преобразование и запись, вычисление и регулирование. Измерительное и управляющее устройство 40 в целом содержит две части, именуемые как аналоговая схема 50 и схема 60 управления.

Аналоговая схема 50 выполнена с возможностью приема сигнала измерения веса, преобразования полученного сигнала измерения веса в первый сигнал напряжения, вычитания второго сигнала напряжения, выражающего вес по меньшей мере блока загрузки, не загруженного материалом, подлежащим взвешиванию, из первых сигналов напряжения для генерации третьего сигнала напряжения, выражающего вес материала, подлежащего взвешиванию.

Схема 60 управления выполнена с возможностью приема первого сигнала напряжения в то время, как блок загрузки не загружен материалом, подлежащим взвешиванию, преобразования первого сигнала напряжения в первый цифровой сигнал и генерации сигнала с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ-сигала), имеющего ширину импульса, выражающую вес, измеренный устройством измерения веса в то время, как блок загрузки не загружен материалом, подлежащим взвешиванию, и также выполнена с возможностью преобразования третьего сигнала напряжения во второй цифровой сигнал, выражающий измерение веса материала, подлежащего взвешиванию.

Аналоговая схема 50 также выполнена с возможностью генерации второго сигнала напряжения из ШИМ-сигнала, генерируемого схемой управления, при этом уровень напряжения второго сигнала напряжения пропорционален ширине импульса ШИМ-сигнала.

На фиг. 3 показана более подробная схематическая диаграмма варианта реализации измерительного и управляющего устройства 40 в соответствии с настоящим изобретением.

Динамометр 32, например, система пьезорезистивных и пьезоэлектрических устройств, с максимальной нагрузкой, превышающей общий вес устройства измерения веса (или, более вероятно, всего устройства 20 для приготовления пищи, включая комплектующие детали, но не исключая корпус, который является только частью устройства для приготовления пищи, удерживающей пищу и механически изолированной от остального устройства для приготовления пищи в вертикальном направлении) до загрузки пищи (обозначенной как W_A) и максимальную нагрузку пищи (обозначенную как W_F-M) устройства для приготовления пищи. Динамометр нагружается силой тяжести указанной нагрузки, что вызывает пропорциональные изменения в его электрическом сопротивлении или зарядах.

Динамометр 32 может быть включен в схему (например, мостовая схема 15, как показано на фиг. 1B, для лучшей чувствительности), которая формирует выходной сигнал напряжения постоянного тока (обычно таким образом дифференциальное напряжение между диагональю мостовой схемы 15 преобразуют в напряжение относительно земли для последующей обработки) пропорционально изменению сопротивления или электрической емкости, и также к силе тяжести с нагрузкой в целом.

Выходные напряжения датчика, выражающие сигнал S измерения веса, усиливают на суммарный коэффициент усиления G1 с использованием первого усилителя 52 для получения первого сигнала V1 напряжения. Коэффициент усиления G1 может представлять собой коэффициент усиления дифференциального усилителя 51 (на который поступает выходной импульс мостовой схемы 15), если они не выполнены за одно целое) перед его подачей на положительный вход V_P блока 53 вычитания. На отрицательный вход V_N блока 53 вычитания подают второе напряжение V2 постоянного тока. Пропорциональное соотношение V_P и V_N, аналогично пропорциональному соотношению W_A+W_F и W_A, соответственно. Следовательно, выход V_D блока 53 вычитания, выражающий третий сигнал V3 напряжения, является пропорциональным разнице между V_P и V_N, и, следовательно, силой тяжести пищи, W_F.

В этом варианте реализации V_N получено с цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) 54, цифровой вход которого представляет собой двоичное количественное представление силы тяжести «неактивной нагрузки», W_A, взвешенной до загрузки пищи и хранящейся в запоминающем устройстве 63 схемы 60 управления. В этом варианте реализации ЦАП 54 высокой точности реализован путем низкочастотной фильтрации прямоугольной волны с получением напряжения постоянного тока. Коэффициент заполнения импульса (или ширина импульса) прямоугольной формы регулируют счетчиком 64 (т.е. широтноимпульсной модуляцией). Исчисление представляет собой регистрацию в двоичном коде W_A, загруженную из запоминающего устройства 63. Генератор 65 сигнала прямоугольной формы (или ШИМ-генератор) представляет собой элемент, обычно интегрируемый в схему управления основного потока без каких-либо дополнительных затрат. При необходимости ЦАП 54 может являться встроенным устройством (например, кристаллом ИС ЦАП) или может быть выполнен с использованием дискретных частей в каскадной архитектуре, но с большими затратами.

Для достижения большей чувствительности для целевого веса пищи, значение V_D может быть также масштабировано вторым усилителем 55 с коэфициентом усиления G2 (которое может включать коэфициент усиления блока 53 вычитания, если они не выполнены за одно целое) в соответствии с эталонным напряжением V_R АЦП 62 до (W_F/W_F-M)⋅A⋅V_R до подачи на аналоговый вход АЦП 62. В этом случае A представляет собой заранее определенную долю всего диапазона АЦП 62. Следовательно, в АЦП 62 емкостью N бит, сила тяжести (W_F-M) максимальной нагрузки пищи будет исчислена до A⋅2^N в двоичном коде, а фактическая нагрузка пищи W_F будет исчислена до (W_F/W_F-M) ⋅A⋅2^N в двоичном коде таким образом, что разрешающая способность составляет W_F-M/(A⋅2^N). Если эффективная разрядность N_E составляет меньше N, эффективная разрешающая способность увеличивается до W_F-M/(A⋅2^NE).

Например, если недорогой интегрированный 12-битный АЦП 62 низкой стоимости имеет только 10 полезных битов и полностью используется (A=1) для охвата максимальной 500 г нагрузки пищи (W_F-M=500г), то эффективная разрешающая способность составляет 500/1024≈0,5г, что обычно является достаточно точным для наблюдения веса пищи во время ее приготовления.

Следовательно, существует два веса (W_A в сравнении с W_F, и W_A>>W_F) значительно разной величины, которые подлежат оцифровке. Это может иметь экономичное решение в варианте реализации с мультиплексором 61, обычно интегрируемым перед АЦП 62 в схеме 60 управления. Один из входов мультиплексора 61 соединен с выходом первого усилителя 52 с коэфициентом усиления G1, а другой вход мультиплексора 61 соединен с выходом второго усилителя 55 с коэффициентом усиления G2, причем G1 будет масштабировать относительно большее напряжение, V_P, выражающее главным образом W_A для соответствия полной величине A⋅V_R в АЦП 62, а G2 будет масштабировать относительно меньший сигнал V_D, максимально выражающий W_F-M для соответствия полной величине A⋅V_R.

Для надлежащей работы этого решения для наблюдения веса пищи во время ее приготовления, незагруженное устройство для приготовления пищи с силой тяжести W_A (включая пищу) взвешивают до загрузки пищи, исчисляют в цифровом формате и сохраняют на запоминающем устройстве 63. В этот момент, напряжение V_P должно по существу равняться напряжению V_N, оставляя разницу V_D максимально приближенной к нулю. V_N, выходное напряжение постоянного тока фильтра 54 низких частот, пропорционально усредненному по времени напряжению прямоугольной формы волны, которое представляет собой произведение коэффициента R заполнения импульса на «ON» амплитуду V_On, т.е. V_N=R⋅V_On. R=T_on/T, где T представляет собой повторяющийся период прямоугольной формы волны, а T_on представляет собой продолжительность «ON» импульса и регулируется счетным номером, загруженным из запоминающего устройства 63, который представляет собой цифровое выражение W_A.

Так как цифровое напряжение выходного импульса «ON» и «OFF» из схемы 60 управления выражает состояние цифровой логики, а не точное и постоянное значение напряжения, схема 56 задающего генератора, например задающего генератора с ШИМ, может быть добавлена перед схемой 54 фильтра. Схема 56 задающего генератора, как показано в варианте реализации по фиг. 4, содержит пару недорогих полевых МОП-транзисторов противоположных типов, причем их выводы затвора соединены друг с другом посредством ШИМ-выхода схемы 60 управления, их электроды стока соединены друг с другом посредством входа схемы 54 фильтра, а их выводы истока соединены с аналоговым положительным питанием V_R и землей, соответственно. Схема, показанная на фиг. 4, приведена в качестве примера простого двухступенчатого низкочастотного резистивно-емкостного фильтра, но не ограничена этой формой. Таким образом, «ON» напряжение выходного ШИМ-импульса обеспечит переключение полевых МОП-транзисторов P и N типа в закрытом и открытом состоянии, соответственно, и перевод электрода стока на V_R, в то время как «OFF» напряжение обеспечит обратное и переведет электрод стока на нулевое напряжение, таким образом достигая более точного и последовательного значения напряжения в ШИМ-импульсе, как показано на результате симуляции, показанной на фиг. 5. На симуляции колебания между максимальной и минимальной точками отфильтрованного ШИМ-импульса, т.е. V_N, меньше 1/2¹⁷ V_R (при условии, что это является одинаковым эталонным напряжением для АЦП) – пренебрежимо малое нарушение для рабочих характеристик. На фиг. 5, в частности, показан цифровой выходной ШИМ-имупльс 70 из схемы 60 управления, выходной ШИМ-импульс 71 из задающего генератора 56 с ШИМ, и выходное напряжение 72 постоянного тока после фильтрования.

Следовательно, в соответствии с настоящим изобретением первый сигнал напряжения преобразуют из полученного сигнала измерения веса и он может выражать только вес емкости или вес емкости и пищевого материала, в зависимости от того, загружен материал или нет. В частности, первый сигнал напряжения может выражать вес емкости в то время, когда материал не загружен. Пока материал не загружают в блок загрузки, первый сигнал напряжения, в частности, используют для вычисления второго сигнала напряжения. Также первый сигнал напряжения может выражать общий вес емкости и пищевого материала при добавлении материала в блок загрузки. В этом случае первое напряжение, когда материал добавляют, может быть использовано для вычисления третьего сигнала напряжения.

На фиг. 6 показана блок-схема способа 100 измерения и управления в соответствии с настоящим изобретением для устройства измерения веса, содержащего блок загрузки для загрузки материала, подлежащего взвешиванию. Указанный способ 100 измерения и управления включает следующие этапы:

S1: получение сигнала измерения веса.

S2: преобразование полученного сигнала измерения веса в первый сигнал напряжения.

S3: преобразование первого сигнала напряжения в то время, как блок загрузки не загружен материалом, подлежащим взвешиванию, в первый цифровой сигнал.

S4: генерация сигнала с широтно-импульсной модуляцией, ШИМ, имеющего ширину импульса, выражающую вес, измеренный устройством измерения веса, в то время, как блок загрузки не загружен материалом, подлежащим взвешиванию.

S5: генерация второго сигнала напряжения из ШИМ-сигнала, сгенерированного схемой управления, причем уровень напряжения второго сигнала напряжения пропорционален ширине импульса ШИМ-сигнала.

S6: вычитание второго сигнала напряжения, выражающего вес по меньшей мере блока загрузки, не загруженного материалом, подлежащим взвешиванию, из первого сигнала напряжения в то время, как блок загрузки загружен материалом, подлежащим взвешиванию, для генерации третьего сигнала напряжения, выражающего вес материала, подлежащего взвешиванию.

S7: преобразование третьего сигнала напряжения во второй цифровой сигнал, выражающий измерение веса материала, подлежащего взвешиванию.

Настоящее изобретение может быть применено в любом решении, связанном со взвешиванием, например, для мониторинга статуса приготовления пищи, которое определяет неактивный вес части или всего устройства аналоговым образом, например, устройства для приготовления пищи, из общего веса для получения веса целевого материала (пищи), который является активным во время эксплуатации (например, приготовления пищи), в частности в котором неактивный вес, измеренный до загрузки материала, сохраняют и кодируют в форме волны. Предпочтительно, изобретение применяют в мониторинге статуса приготовления пищи, основанном на взвешивании или ассистированном, в домашних или коммерческих кухонных применениях.

Хотя изобретение было подробно проиллюстрировано и описано на чертежах и в предшествующем описании, такую иллюстрацию и описание следует считать иллюстративными или приведенными в качестве примера, а не ограничивающими; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами реализации. Другие модификации раскрытых вариантов реализации могут быть понятны и реализованы специалистами в данной области техники при осуществлении заявляемого изобретения путем изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения.

В формуле изобретения термин «содержащий» не исключает других элементов или этапов, а формы единственного числа не исключают множества элементов. Один элемент или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, указанных в формуле изобретения. Указание определенных измерений в отличающихся друг от друга зависимых пунктах формулы изобретения не означает, что сочетание этих измерений не может быть преимущественно использовано.

Компьютерную программу могут хранить/распространять на подходящем энергонезависимом носителе, таком как оптическое запоминающее устройство или твердотельное запоминающее устройство, поставляемое в комплекте или в качестве части другого оборудования, но также ее могут распространять в других формах, например, через сеть Интернет или другие проводные или беспроводные телекоммуникационные системы.

Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не следует понимать как ограничивающие его объем.

Настоящее изобретение относится к измерительному и управляющему устройству (40) и способу измерения и управления для устройства (30) измерения веса, содержащего блок загрузки для загрузки материала, подлежащего взвешиванию. Указанное измерительное и управляющее устройство содержит аналоговую схему (50), выполненную с возможностью приема сигнала измерения веса, преобразования полученного сигнала измерения веса в первый сигнал напряжения, вычитания второго сигнала напряжения, выражающего вес по меньшей мере блока загрузки, не загруженного материалом, подлежащим взвешиванию, из первого сигнала напряжения при загрузке блока загрузки материалом, подлежащим взвешиванию, для генерации третьего сигнала напряжения, выражающего вес материала, подлежащего взвешиванию, и схему (60) управления, выполненную с возможностью приема первого сигнала напряжения в то время, как блок загрузки не загружен материалом, подлежащим взвешиванию, преобразования первого сигнала напряжения в первый цифровой сигнал, и генерации сигнала с широтно-импульсной модуляцией, ШИМ, имеющего ширину импульса, выражающую вес, измеренный устройством загрузки, не загруженным материалом, подлежащим взвешиванию, и также выполненную с возможностью преобразования третьего сигнала напряжения во второй цифровой сигнал, выражающий измерение веса материала, подлежащего взвешиванию. Аналоговая схема (50) выполнена с возможностью генерации второго сигнала напряжения из ШИМ-сигнала, генерируемого схемой управления, при этом уровень напряжения второго сигнала напряжения пропорционален ширине импульса ШИМ-сигнала. Техническим результатом при реализации заявленной группы изобретений является обеспечение возможности точного измерения с меньшим количеством компонентов. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Измерительное и управляющее устройство для устройства измерения веса, содержащее блок загрузки для загрузки материала, подлежащего взвешиванию, и характеризующееся тем, что содержит: аналоговую схему (50), выполненную с возможностью приема сигнала измерения веса, преобразования полученного сигнала измерения веса в первый сигнал напряжения, вычитания второго сигнала напряжения, выражающего вес по меньшей мере блока загрузки, не загруженного материалом, подлежащим взвешиванию, из первого сигнала напряжения при загрузке блока загрузки материалом, подлежащим взвешиванию, для генерации третьего сигнала напряжения, выражающего вес материала, подлежащего взвешиванию, и схему (60) управления, выполненную с возможностью приема первого сигнала напряжения от аналоговой схемы (50) в то время, как блок загрузки не загружен материалом, подлежащим взвешиванию, преобразования первого сигнала напряжения в первый цифровой сигнал, и генерации сигнала с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ-сигнал), имеющего ширину импульса, выражающую вес, измеренный устройством измерения веса в то время, как блок загрузки не загружен материалом, подлежащим взвешиванию, и также выполненную с возможностью преобразования третьего сигнала напряжения во второй цифровой сигнал, выражающий измерение веса материала, подлежащего взвешиванию,

при этом аналоговая схема (50) выполнена с возможностью генерации второго сигнала напряжения из ШИМ-сигнала, генерируемого схемой управления, при этом уровень напряжения второго сигнала напряжения пропорционален ширине импульса ШИМ-сигнала.

2. Измерительное и управляющее устройство по п. 1, в котором указанная аналоговая схема (50) содержит фильтр (54) низких частот, выполненный с возможностью фильтрования ШИМ-сигнала для генерации второго сигнала напряжения.

3. Измерительное и управляющее устройство по п. 1 или 2, в котором указанная аналоговая схема (50) содержит задающий генератор (56) с ШИМ, выполненный с возможностью преобразования ШИМ-сигнала в оптимизированный ШИМ-сигнал, имеющий более однородный уровень напряжения и переходы,

при этом указанная аналоговая схема выполнена с возможностью генерации второго сигнала напряжения из оптимизированного ШИМ-сигнала.

4. Измерительное и управляющее устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором указанная аналоговая схема (50) содержит первый усилитель (52), выполненный с возможностью усиления первого сигнала напряжения, и/или второй усилитель (55), выполненный с возможностью усиления третьего сигнала напряжения.

5. Измерительное и управляющее устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором указанная аналоговая схема (50) содержит блок (53) вычитания, выполненный с возможностью вычитания второго сигнала напряжения из первого сигнала напряжения.

6. Измерительное и управляющее устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором указанная аналоговая схема (50) содержит дифференциальный усилитель (51), выполненный с возможностью приема сигнала напряжения постоянного тока, выражающего сигнал измерения веса.

7. Измерительное и управляющее устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором указанная схема (60) управления выполнена с возможностью выбора первого сигнала напряжения или третьего сигнала напряжения для аналогово-цифрового преобразования в первый цифровой сигнал и второй цифровой сигнал соответственно.

8. Измерительное и управляющее устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором указанная схема (60) управления содержит мультиплексор (61), выполненный с возможностью выбора первого сигнала напряжения или третьего сигнала напряжения для аналогово-цифрового преобразования в первый цифровой сигнал и второй цифровой сигнал соответственно.

9. Измерительное и управляющее устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором указанная схема (60) управления содержит запоминающее устройство (63), выполненное с возможностью хранения первого цифрового сигнала.

10. Измерительное и управляющее устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором указанная схема (60) управления содержит счетчик (64), выполненный с возможностью преобразования первого цифрового сигнала в ширину импульса прямоугольной формы волны, и/или ШИМ-генератор (65), выполненный с возможностью генерации ШИМ-сигнала.

11. Устройство измерения веса, содержащее:

- блок (31) загрузки, выполненный с возможностью загрузки материала, подлежащего взвешиванию, блок (32) измерения нагрузки, выполненный с возможностью измерения веса материала и обеспечения сигнала измерения веса, и

измерительное и управляющее устройство (40), как описано в любом из предыдущих пунктов, выполненное с возможностью генерации цифрового сигнала, выражающего измерение веса материала, подлежащего взвешиванию, на основании сигнала измерения веса.

12. Устройство для приготовления пищи, содержащее

- устройство (30) измерения веса по п. 11 и нагревательный блок (21), выполненный с возможностью нагревания пищи, удерживаемой в блоке загрузки устройства измерения веса.

13. Способ измерения и управления для устройства измерения веса, содержащего блок загрузки для загрузки материала, подлежащего взвешиванию, характеризующийся тем, что включает в себя: прием сигнала измерения веса от устройства измерения веса, преобразование полученного сигнала измерения веса в первый сигнал напряжения, преобразование первого сигнала напряжения в то время, как блок загрузки не загружен материалом, подлежащим взвешиванию, в первый цифровой сигнал, генерацию сигнала с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ-сигнала), имеющего ширину импульса, выражающую вес, измеренный устройством измерения веса, в то время, как блок загрузки не загружен материалом, подлежащим взвешиванию, генерацию второго сигнала напряжения из ШИМ-сигнала, сгенерированного схемой управления, причем уровень напряжения второго сигнала напряжения пропорционален ширине импульса ШИМ-сигнала, вычитание второго сигнала напряжения, выражающего вес по меньшей мере блока загрузки, не загруженного материалом, подлежащим взвешиванию, из первого сигнала напряжения в то время, как блок загрузки загружен материалом, подлежащим взвешиванию, для генерации третьего сигнала напряжения, выражающего вес материала, подлежащего взвешиванию, и преобразование третьего сигнала напряжения во второй цифровой сигнал, выражающий измерение веса материала, подлежащего взвешиванию.