煎药壶及煎药壶的智能煎药控制方法与流程

1.本发明涉及家用电器领域，尤其涉及一种煎药壶及煎药壶的智能煎药控制方法。


背景技术：

2.煎药是中药汤剂在使用前的最重要的工序，煎药时长、火候等工艺参数对中药汤剂的临床效果有十分重要的影响。煎药火候有“武火”和“文火”之分：文火俗称微火、小火或慢火，其火力较弱，火力小而缓；武火俗称紧火、大火或急火，火力大而猛烈。一般家庭煎煮中药材通常是使用“先武后文”的煎煮法。火候的控制，主要取决于不同药物的性质和质地，例如，治疗外感病的发汗解表药，宜用武火(大火)急煎；滋补调理类中药煎煮时间需延长，宜“文火”久煎，药效达到最佳；附子、乌头等毒副作用较大的中药宜“文火”久煎以降低其毒性，安全用药。
3.煎药壶是一种煎煮中药的小家电，因其加热快捷、加热时间可控等特点，得到用户的喜爱。例如，中国专利申请cn107569388a公开一种准确控制煎药药量的中药壶及方法，通过配置重量传感器来精准控制煎煮药液的液量，使得药液的液量准确可控以进一步方便用户使用。但是，用户使用中药壶时，只能凭感觉自行设定煎药时间、加水量等特征参数，中药壶采用固有的煎药加热模式进行煎煮，难以精准地控制煎煮过程来获得较佳的中药煎煮效果。


技术实现要素：

4.本发明旨在公开一种煎药壶及煎药壶的智能煎药控制方法，根据待煎煮中药材的方剂特征确定煎煮模型，基于煎煮模型确定最佳煎煮方案实现精准煎药以获得尽量靠近煎煮模型的煎药效果。
5.本发明提出一种煎药壶的智能煎药控制方法，包括步骤：s1、根据待煎煮中药材表征煎煮效果的方剂特征，确定与之相匹配的煎煮模型，该煎煮模型包括煎煮过程特征信息和煎煮时序特征信息；s2、获取煎煮开始前的加水量及煎煮完成后所需的剩余药量，确定煎煮的总蒸发量；s3、根据煎煮模型、总蒸发量的β倍数和已知的加热功率-蒸发量对照表，拟合出煎煮时序方程并生成对应的煎煮时序控制指令，β介于0.85-0.98；s4、煎药壶执行煎煮时序控制指令开始煎煮，煎煮过程包括以大加热功率的武火煎煮时段及以小加热功率的文火煎煮时段。
6.其中，所述的智能煎药控制方法还包括步骤：s5、煎药壶在文火煎煮时段，判断当前蒸发量与煎煮时序方程的预测蒸发量之差是否超过一个预设阈值，若否，不改变当前加热功率继续文火煎煮加热，若是则转步骤s6；s6、产生一个短脉冲指令，使煎药壶在接下来预设时长内短暂的增大加热功率。
7.其中，步骤s1具体包括：
s11、确定待煎煮的中药材表征煎煮效果的方剂特征；s12、从预设的第一数据库中选择与所述方剂特征相匹配的煎煮模型。
8.其中，步骤s11是通过煎药壶的煎煮模式选择键来确定待煎煮的中药材的方剂特征。
9.其中，步骤s11是利用与煎药壶联网的手机端根据预设的分类规则来确定待煎煮中药材对应的方剂特征。
10.其中，步骤s3是利用总蒸发量并结合已知的加热功率-蒸发量对照表对煎煮模型进行调整，运用遗传算法优化武火煎煮时段、文火煎煮时段的加热功率及加热时长，从而在满足剩余药量的前提下拟合出对应最佳煎煮方案的煎煮时序方程。
11.其中，在武火煎煮时段的初始阶段，煎药壶是以最大加热功率加热以快速煮沸以正式进入武火煎煮；在进入武火煎煮后，煎药壶根据煎煮时序控制指令采取可变的实际加热功率。
12.其中，煎药壶在文火煎煮时段是根据煎煮时序控制指令采取可变的实际加热功率，以使让药液的温度在一个可控范围内变化。
13.其中，预设时长为3-10秒。
14.本发明公开一种煎药壶，包括具有壶盖的壶身、加热底座、安装在加热底座底部的重力传感器、安装在加热底座内的电热装置及控制电路板；煎药壶采用了所述的智能煎药控制方法。
15.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明根据中药材的方剂特征智能确定煎煮模型，并结合用户设定的剩余药量来对煎煮模型进行调整以拟合出最佳煎煮方案的煎煮时序方程，生成控制煎煮控制时序指令来控制煎药壶进行煎药，以获得尽量靠近煎煮模型的煎药效果；并且，在煎煮过程中对蒸发量进行动态监控，尤其是在判断当前蒸发量与煎煮时序方程的预测蒸发量之差超过预设阈值时产生一个短脉冲指令以使煎药壶在接下来的3-10秒内短暂的增大加热功率，不仅能够使蒸发量始终精准可控，还能改善煎煮效果，避免长时间文火煎煮产生糊底现象，利用煎药壶实现精准的中药煎煮操作。
附图说明
16.图1是煎药壶一个实施例的结构示意图。
17.图2是本发明实现智能煎药控制方法的流程示意图。
具体实施方式
18.为更进一步阐述本技术为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本技术的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
19.如图1所示，煎药壶包括具有壶盖1的壶身2、由上盖4和下盖5围合形成的加热底座、设在上盖4前端外表面的操控面板8、安装在加热底座底部的重力传感器6、安装在加热底座内的电热装置3及控制电路板7；重力传感器6的数量通常为多个，分布安装在下盖5底
部的接近四角位置，且各个重力传感器6与控制电路板7电连接，以将质量参数反馈给控制电路板7。
20.可以理解的是，中药材9和药液10放置在壶身2内，由电热装置3得电发热对壶身2加热，让中药材9在药液10中进行煎熬，最终得到中药汤剂。并且，本发明公开的煎药壶，同样具有现有技术所公开的利用重力传感器6来精准控制煎煮后所剩下的剩余药量（剩余药量10指壶身2内剩下的药液10的质量）：例如，将待进行煎煮的中药材放入壶身2内，利用重力传感器6获知中药材的质量m1；通过操控面板8输入确定中药材的吸水率a以及剩余药量m3，再往壶身2内加入适量水至水与中药材的总质量达到m2，由此确定需要煎煮蒸发水量m4为m4=m2-m1*(1 a)-m3；因此，在加热煎药过程中，控制电路板7根据重力传感器6反馈的质量参数变化来确定煎煮加热造成的质量减少值m’，当m’=m4时，即可控制电热装置3结束工作，此时壶身2内所剩下的药液10的质量就是用户预先设定值m3。
21.本发明对煎药壶做了进一步技术创新，尤其是改进了煎药壶的智能煎药控制方法，根据中药材的方剂特征智能确定煎煮模型，并结合用户设定的剩余药量来对煎煮模型进行调整以拟合出最佳煎煮方案的煎煮时序方程，生成控制煎煮控制时序指令来控制煎药壶进行煎药，以获得尽量靠近煎煮模型的煎药效果；并且，在煎煮过程中对蒸发量进行动态监控，尤其是在判断当前蒸发量与煎煮时序方程的预测蒸发量之差超过预设阈值时产生一个短脉冲指令以使煎药壶在接下来的3-10秒内短暂的增大加热功率，不仅能够使蒸发量始终精准可控，还能改善煎煮效果，避免长时间文火煎煮产生糊底现象，利用煎药壶实现精准的中药煎煮操作。
22.结合图2所示一个优选实施例的流程示意图，本发明公开的煎药壶的智能煎药控制方法包括如下步骤：步骤s1、根据待煎煮中药材表征煎煮效果的方剂特征，确定与之相匹配的煎煮模型，该煎煮模型包括煎煮过程特征信息和煎煮时序特征信息。
23.步骤s1具体包括如下子步骤：步骤s11、确定待煎煮的中药材表征煎煮效果的方剂特征。
24.在一个实施例中，在操控面板8设置煎煮模式选择键，煎煮模式选择键与预设的各种方剂特征相关联，用户可以根据自行掌握的中医药知识或遵医嘱，大致确定待煎煮中药材属于哪一种类型的方剂特征，从而通过煎煮模式选择键来选择对应方剂特征。
25.在又一个实施例中，煎药壶的控制电路板7通过wifi与手机端的应用app联网，在应用app界面输入待煎煮中药材的名称，由应用app根据预设的分类规则来确定待煎煮中药材对应的方剂特征，再由应用app利用wifi将方剂特征发送给煎药壶的控制电路板7。
26.步骤s12、煎药壶的控制电路板7从预设的第一数据库中选择与所述方剂特征相匹配的煎煮模型。
27.也就是说，控制电路板7的存储器中存储有第一数据库，在第一数据库中存储有若干根据经验值预先设定的煎煮模型，每一种煎煮模型分别与一种方剂特征相匹配。控制电路板7根据待煎煮的中药材的方剂特征，对应确定与之匹配的煎煮模型。
28.在第一数据库中所预先设定的各个煎煮模型，是根据不同中药材的药物性质不同进行分类，依据经验所预先设定的。因此，每个煎煮模型均至少包括煎煮过程特征信息和煎煮时序特征信息。
29.煎煮时序特征信息是指煎煮的时长及不同时序下的煎煮的“火候”(或加热功率)特征。煎煮时序特征信息往往与煎煮过程特征信息是存在关联的，由两者共同确定煎煮模型。
30.煎煮过程特征信息是表征中药材煎煮的工艺要求特征，主要包括同煎、先煎、后下、包煎或烊化等。
31.同煎是指所有的待煎煮的中药材在煎煮过程中无特别工艺要求，同时放入壶身2内进行煎煮。
32.先煎就是延长煎煮中药的时间，使药物中难溶的成分被最大可能的煎出，例如，待煎煮中药材若含有：动物的骨甲类如鳖甲、龟板等；矿物类如生石膏等；有些毒性中药如生川乌、生草乌等，往往需要采用先煎处理的工艺特征。此时，部分药材需要先煎就是该煎煮模型所反映的煎煮过程特征信息，其对应的煎煮时序特征信息可以是，将需先煎的药物用武火煮沸后改用文火煎煮特定时间（例如10～20 min）后再与浸泡过的其他中药合并煎煮，合并煎煮时先武火煮沸后改用文火煎煮至少30分钟。
33.后下就是缩短煎煮中药的时间，减少因长时间煎煮所造成的有效成分散失，气味芳香类中药如砂仁等，久煎易破坏有效成分的中药如钩藤、番泻叶等，通过需要后下。此时对应煎煮模型的煎煮时序特征信息可以是，先将其他中药材煮沸后用文火煎煮15-20min后，再加入需后下的中药材文火煎煮5-10min。
34.包煎就是将中药装入棉布袋中与其他群药共煎，例如含淀粉、黏液质较多的中药材如车前子、葶苈子等，防止煎煮时糊底；富含绒毛的中药材如旋覆花、枇杷叶等，防止脱落的绒毛刺激咽喉。
35.烊化就是将胶类中药（如阿胶、鹿角胶等）加入已煎好的药液或清水中加热溶化，目的是防止煎液黏稠而影响其他中药有效成分的煎出或糊底。
36.因此，不同中药材煎煮时具有不同按经验或中医药知识所确定的煎煮模型，通过煎煮模型让用户利用煎药壶煎煮中药时提供客观、科学的依据，以利用煎药壶煎煮中药时获得尽量靠近煎煮模型的煎药效果。
37.步骤s2、获取煎煮开始前的加水量及煎煮完成后所需的剩余药量，确定煎煮的总蒸发量。
38.加水量可以通过重力传感器6来确定。而剩余药量为用户在开始煎煮前通过操控面板8或手机端所确定的药液质量，以使煎药壶进行完成精准煎煮。
39.步骤s3、根据煎煮模型、总蒸发量的β倍数和已知的加热功率-蒸发量对照表，拟合出最佳的煎煮时序方程并生成对应的煎煮时序控制指令。
40.步骤s3实则是利用总蒸发量并结合已知的加热功率-蒸发量对照表对煎煮模型进行调整，在满足剩余药量的前提下拟合出最佳的煎煮时序方程，并按照煎煮时序方程产生对应的电热装置3加热过程的指令，就是前述的控制煎煮控制时序指令。
41.例如，对应“后下”煎煮工艺的煎煮模型下，确定的总煎煮时长为50min，煎煮时序特征信息是：先将其他中药材煮沸后用文火煎煮15-20min后，再加入需后下的中药材文火煎煮至少5-10min；个性参数包括加水量800g及煎煮完成后所需的剩余药量300g，确定总蒸发量是800-300=500g。
42.那么，拟合出最佳的煎煮方案所必须符合的条件为：
①
先下中药部分先以最大加
热功率p0加热t1时间达到煮沸（在t0时刻开始加热后，直到通过重力传感器6感测煎药壶单位时间内质量开始明显减少的时刻t1判断煮沸，t1=t1-t0）；
②
在煮沸后持续以最大功率或较大功率p2实现猛火煎煮t2时长，假设t2时长内的蒸发系数a（单位时间内的蒸发量，由已知的加热功率-蒸发量对照表获得）；
③
以较小的功率p3（对应文火煎煮）时长t3，t3介于15-20min，t3对应时长内的蒸发系数b（由已知的加热功率-蒸发量对照表获得）；
④
加入后下的中药后，继续以较小的功率p4（也对应文火煎煮）煎煮时长t4，t4不少5min，且t3对应时长内的蒸发系数c（由已知的加热功率-蒸发量对照表获得），可知：t1 t2 t3 t4=50min
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（1）t2*a t3*b t4*c=β*总蒸发量=β*500
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（2）其中，t1可通过检测确定，可以认为是已知的；t3介于15-20，t4不少5min，β介于0.85-0.98
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（3）根据上述条件（1）（2）（3）进行方程拟合，甚至可以运用遗传算法优化在武火煎煮时段、文火煎煮时段的加热功率及加热时长，调整不同加热时序下的蒸发量来调整实现蒸发总量，从而拟合出对应最佳煎煮方案的煎煮时序方程，并生成对应的煎煮控制时序指令。
43.设置β介于0.85-0.98的目的，一是为了给控制煎煮过程的蒸发量留下控制余量，同时也考虑煎煮完成后倒出药液时不可能将所有液量全部倒出所留下的余量，以确保煎煮完成后，用户能够从煎药壶内倒出所设定的剩余药量。例如，用户设定的剩余药量300g，实际上煎煮完成后须保证煎药壶内含有药液质量在305-310g之间，这样倒出药液时，少量药液残留在药渣中，基本能倒出300g药液以精准满足用户所需。
44.其中，加热功率-蒸发量对照表存储在控制电路板的存储器的第二数据库中。加热功率-蒸发量对照表对应煎药壶在不同加热功率下单位时间内的蒸发量，可通过提前对煎药壶进行多次测试后确定。
45.步骤s4、煎药壶执行煎煮时序控制指令开始煎煮（即控制电路板7按照煎煮时序控制指令控制电热装置3加热进行中药煎煮工作），煎煮过程包括以大加热功率的武火煎煮时段及以小加热功率的文火煎煮时段。
46.其中，大加热功率、小加热功率是相对概念，大加热功率可以是最大加热功率或较大加热功率以能够满足中药的猛火或武火煎煮要求，而小加热功率是指能够满足中药的文火或温火煎煮要求的加热功率。
47.在武火煎煮时段的初始阶段，煎药壶是以最大加热功率加热以快速煮沸以正式进入武火煎煮。在进入武火煎煮后，煎药壶根据煎煮时序控制指令采取可变的实际加热功率以避免药液溢出。
48.煎药壶在文火煎煮时段，通常也是根据煎煮时序控制指令采取可变的实际加热功率，通过采取变化的加热功率让药液的温度在一个可控范围内变化，让中药材的不同成分能够在不同温度下析出至药液内，从而改善煎煮效果。
49.步骤s5、煎药壶在文火煎煮时段，根据重力传感器6判断当前蒸发量与煎煮时序方程的预测蒸发量之差是否超过一个预设阈值（例如，预设阈值设置为10g），若否，不改变当前加热功率继续文火煎煮加热，若是，转步骤s6。
50.步骤s6、控制电路板7产生一个短脉冲指令以使煎药壶在接下来预设时长（例如3-10秒）内短暂的增大加热功率。
51.增大加热功率是指煎药壶明显增大，例如最大加热功率1000w的煎药壶，当前加热功率是120w，在收到短脉冲指令后，煎药壶至少以500w以上加热功率加热预设时长，让煎药壶在接下来的预设时长内达到武火煎煮时段的煎煮效果。当然，在预设时长后，煎药壶的加热功率仍然恢复至120w左右继续进行小加热功率的文火煎煮。
52.此步骤s6是在实际蒸发量没有达到煎煮时序方程的预测蒸发量的情况下，通过产生短脉冲指令，在文火煎煮时段通过短暂的突然增大加热功率，让壶内突然产生短暂的剧烈沸腾，既能够利用药液沸腾带动中药材翻滚，避免中药材粘在壶底出现糊底现象，又能增加药液与中药材不同部分的浸泡，实现中药材最大可能的有效成分析出以尽可能达到最佳的煎煮效果，同时还能够通过产生短暂的剧烈沸腾来提高蒸发量，确保实际蒸发量与煎煮时序方程的预测蒸发量两者基本相符。
53.在煎煮时序控制指令执行完毕后，给电热装置3断电结束工作，完成中药煎煮。
54.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。