一种识别液体类别的智能水杯

摘要

本发明为了让使用者能够随时掌握饮水品质，提供了一种识别液体类别的智能水杯，包括：触发单元，用于产生液体类别识别信号；响应单元，用于根据触发单元发出的识别信号，从水杯的杯体内承装的液体获得响应信号；识别单元，用于根据响应单元获得的响应信号获得液体类别信息；电源单元，用于为所述智能水杯的上述组件提供电力。本发明能够通过光学和力学原理，容易地了解水杯中液体的类别所对应的品质，克服了使用复杂原理以及相应实现装置体积过大无法与水杯相统一的难题。

权利要求

1.一种识别液体类别的智能水杯，其特征在于，包括：

触发单元，用于产生液体类别识别信号；

响应单元，用于根据触发单元发出的识别信号，从水杯的杯体内承装的液体获得响应信号；

识别单元，用于根据响应单元获得的响应信号获得液体类别信息；

电源单元，用于为所述智能水杯的上述组件提供电力；

所述响应单元为具有多个子响应单元在柔性电路板上构成的阵列，所述子响应单元包括：公共电极、压力传感器模块、发光二极管、输出端、双向数据总线、重置控制端、第一晶闸管、第二晶闸管、第三晶闸管、第四晶闸管、三极管、电容和与门，其中，第一晶闸管的漏极连接发光二极管，源极连接双向数据总线，栅极连接时钟端；第二晶闸管的栅极连接重置控制端，源极连接压力传感器的控制端，漏极连接时钟端；第三晶闸管的栅极连接双向数据总线，源极连接三极管的发射极及第四晶闸管的漏极；第四晶闸管的栅极连接第二晶闸管的漏极，漏极连接压力传感器模块的控制端，源极连接第三晶闸管的源极；三极管的集电极连接电容，三极管的基极连接压力传感器的输出端；第三晶闸管的漏极与三极管的发射极经过与门连接输出端。

2.根据权利要求1所述的识别液体类别的智能水杯，其特征在于，所述智能水杯还包括通信单元，用于将所述液体类别信息发送到远端分析端，并从远端分析端获得分析结果。

3.根据权利要求1所述的识别液体类别的智能水杯，其特征在于，所述智能水杯还包括水量确定单元，用于确定水杯的杯体内承装的液体的液体密度。

4.根据权利要求1所述的识别液体类别的智能水杯，其特征在于，所述智能水杯还包括预警单元，用于根据远端分析端返回的判断结果发出预警信号。

5.根据权利要求1所述的识别液体类别的智能水杯，其特征在于，所述电源单元包括太阳能电池。

6.根据权利要求1所述的识别液体类别的智能水杯，其特征在于，所述智能水杯还包括温度检测单元，用于获得水杯的杯体内承装的液体的温度。

7.根据权利要求1所述的识别液体类别的智能水杯，其特征在于，所述智能水杯还包括计时单元，用于根据水量确定单元确定智能水杯中液体承装的时间。

8.根据权利要求3所述的识别液体类别的智能水杯，其特征在于，所述水量确定单元包括：多个压力传感器，其设置于水杯杯体的底部和侧壁；

多个液位传感器，其设置于水杯杯体的侧壁；

三维加速度传感器，其设置于水杯杯体的底部；

水平传感器，其设置于水杯杯体的底部；

多个红外传感单元，其设置于水杯杯体的顶部和侧壁；

水量计算单元，其设置于水杯杯体的底部，且根据所述压力传感器、液位传感器、三维加速度传感器、水平传感器、红外传感单元的检测结果得到水量。

9.根据权利要求8所述的智能水杯，其特征在于，所述液位传感器中的至少一些与所述红外传感单元中的至少一些相邻地设置。

10.根据权利要求8或9所述的识别液体类别的智能水杯，其特征在于，所述红外传感单元包括第一组红外传感单元和第二组红外传感单元，其中第一组红外传感单元与所述液位传感器中的所述至少一些相邻地设置，且所述第二组红外传感单元与所述第一组传感器相对地设置。

说明书

一种识别液体类别的智能水杯

技术领域

[0001] 本发明涉及饮水安全监测技术领域，更具体地，涉及一种识别液体类别的智能水杯。

背景技术

[0002] 随着社会生活不断进步，人们对于饮食方面的品质要求逐步提高。日常生活中，烧开的水放置时间的长短、水源杂质是否过多等等以前未曾被人们重视的环节如今都成为了人们普遍要调查和了解的地方。尤其对于身体衰弱的老人和抵抗力低下的婴幼儿和病患，水质高低对健康的影响更是越来越受到重视。

[0003] 液体，尤其是饮用液体在放置一段时间后，可能发生变质，影响引用者的生理健康。一个健康的人每天至少要喝7-8杯水(约2.5升)，运动量大或天气炎热时，饮水量就要相应增多。因此，液体类别的判断必将成为饮用液体品质判断的新标杆。

[0004] 常规水质检测采用复杂的方法，例如，现有技术中，通过X射线衍射原理的装置由X射线光源系统、狭缝准直系统、X射线探测系统三部分组成。一般X射线管1功率为2千瓦；狭缝准直系统2，3由宽度为1mm，高度为15mm的狭缝准直器组成，X射线源与样品、样品与X射线探测器的准直系统尺寸均大于400mm；X射线探测系统由能量色散X射线探测器4和电子学系统组成。然而，常规的能量色散X射线衍射存在以下缺点：(1)采用2千瓦功率的X射线管，功率大，能量消耗多；(2)设备体积较大，准直系统调节步骤繁琐，耗时长；(3)角分辨率低；(4)设备昂贵。

发明内容

[0005] 本发明为了让使用者能够随时掌握饮水品质，提供了一种识别液体类别的智能水杯，包括：

[0006] 触发单元，用于产生液体类别识别信号；

[0007] 响应单元，用于根据触发单元发出的识别信号，从水杯的杯体内承装的液体获得响应信号；

[0008] 识别单元，用于根据响应单元获得的响应信号获得液体类别信息；

[0009] 电源单元，用于为所述智能水杯的上述组件提供电力。

[0010] 进一步地，所述智能水杯还包括通信单元，用于将所述液体类别信息发送到远端分析端，并从远端分析端获得分析结果。

[0011] 进一步地，所述智能水杯还包括水量确定单元，用于确定水杯的杯体内承装的液体的液体密度。

[0012] 进一步地，所述智能水杯还包括预警单元，用于根据远端分析端返回的判断结果发出预警信号。

[0013] 进一步地，所述电源单元包括太阳能电池。

[0014] 进一步地，所述智能水杯还包括温度检测单元，用于获得水杯的杯体内承装的液体的温度。

[0015] 进一步地，所述智能水杯还包括计时单元，用于根据水量确定单元确定智能水杯中液体承装的时间。

[0016] 进一步地，所述水量确定单元包括：

[0017] 多个压力传感器，其设置于水杯杯体的底部和侧壁；

[0018] 多个液位传感器，其设置于水杯杯体的侧壁；

[0019] 三维加速度传感器，其设置于水杯杯体的底部；

[0020] 水平传感器，其设置于水杯杯体的底部；

[0021] 多个红外传感单元，其设置于水杯杯体的顶部和侧壁；

[0022] 水量计算单元，其设置于水杯杯体的底部，且根据所述压力传感器、液位传感器、三维加速度传感器、水平传感器、红外传感单元的检测结果得到水量。

[0023] 进一步地，所述液位传感器中的至少一些与所述红外传感单元中的至少一些相邻地设置。

[0024] 进一步地，所述红外传感单元包括第一组红外传感单元和第二组红外传感单元，其中第一组红外传感单元与所述液位传感器中的所述至少一些相邻地设置，且所述第二组红外传感单元与所述第一组传感器相对地设置。

[0025] 本发明的有益效果包括：

[0026] (1)能够通过光学和力学原理，容易地了解水杯中液体的类别所对应的品质，克服了使用复杂原理以及相应实现装置体积过大无法与水杯相统一的难题；

[0027] (2)能够准确地计算出水杯中承装的水的质量，进而获得准确的液体密度。

附图说明

[0028] 图1示出了根据本发明的智能水杯的组成单元框图。

[0029] 图2示出了根据本发明的水量确定单元的组成结构图。

[0030] 图3示出了根据本发明的响应单元的一个子响应单元的电路图。

具体实施方式

[0031] 如图1所示，根据本发明的优选实施例，识别液体类别的智能水杯包括：

[0032] 触发单元，用于产生液体类别识别信号。触发单元采用红外线发射器件或者其他能够发射非可见光的器件，并将该器件封装在水杯内。例如，当采用红外线发射器时，触发单元被设置在杯口处，向水杯的底部中心发射红外线。发射红外线的时刻可以由水杯的使用者手动启动，例如通过触碰、按压按钮(此时水杯外壁设置有控制该红外发射器件工作与否的按钮)的方式或者声控的方式启动(此时水杯外壁设置有可供使用者通过声控方式启动红外发射器件工作的声控模块)。

[0033] 响应单元，用于根据触发单元发出的识别信号，从水杯的杯体内承装的液体获得响应信号。根据本发明的优选实施例，响应单元包括光敏器件，例如光敏二极管阵列。该光敏二极管阵列被设置在水杯内的杯底上，且以杯底中心为中心，优选为对称地设置的图形或具有对称的轮廓。其接收到经过水杯中液体的折射后入射到水杯底部的、由触发单元发出的液体类别识别信号(例如，如上所述的红外发射器件发射的红外线)。

[0034] 识别单元，用于根据响应单元获得的响应信号获得液体类别信息。

[0035] 通信单元，用于将所述液体类别信息发送到远端分析端，并从远端分析端获得分析结果。优选地，该通信单元采用无线通信方式与远端分析端完成通信链路的建立、维护以及数据交互。

[0036] 该识别单元采用基于ARM的处理器或者其他类型的处理器，且具有与之通信的闪存。该处理器通过响应单元采集到的信号的强度，比较预先设置于所述闪存中的初始值，将比较结果与预设的第一阈值和比第一阈值大的第二阈值相比较。当超过第一阈值且未超过第二阈值时，该识别单元将把响应单元采集到的信息通过通信单元发送出去，利用远端分析端(例如，网络化的服务器，其中存储有针对各种液体的不同时期的液体密度、承装时间、液体温度和折射率的海量数据)，从而利用其中的海量数据对水杯中的液体品质进行判断。判断结果被最终通过无线网络发送回智能水杯的通信单元。该通信单元再将判断结果发送给预警单元。预警单元根据远端分析端返回的判断结果发出预警信号。根据本发明，预警单元包括能够发出声音、显示信息、闪烁光亮等方式的设备的至少一种。

[0037] 计时单元，用于根据水量确定单元确定智能水杯中液体承装的时间。

[0038] 本发明的电源单元用于为所述智能水杯的上述组件提供电力。根据本发明的优选实施例，所述电源单元包括太阳能电池。

[0039] 水量确定单元用于确定水杯的杯体内承装的液体的液体密度。

[0040] 如图2所示，本发明的水量确定单元包括：多个压力传感器1、多个液位传感器5、三维加速度传感器2、水平传感器3、多个红外传感单元，以及水量计算单元4。下面对各个组成部件加以详细说明。

[0041] 多个压力传感器1，其设置于水杯杯体10的底部和侧壁；这些压力传感器1优选地采用电阻应变片压力传感器1。其设置在水杯杯体10的底部上且靠近底部边缘，还设置在水杯杯体10的侧壁且低于水杯杯体10顶部约1/3的侧壁高度的区域内。这样，压力传感器1在水杯正常放置以及侧倾放置的情况下都能够测量到其中的水对于杯体10的压力。

[0042] 多个液位传感器5，其设置于水杯杯体10的侧壁；所述液位传感器5包括第一组液位传感器5和第二组液位传感器5，其中第一组液位传感器5设置于水杯杯体10的侧壁中部，所述第二组液位传感器5设置于水杯杯体10的侧壁且靠近水杯杯体10的底部。根据本发明的优选实施例，上述第一组液位传感器5和上述第二组液位传感器5均沿着所述水杯杯体10的纵向方向延伸设置，且在侧壁上设置互成90度的两对，每对的液位传感器5在侧壁上呈180度对置。这样的设置方式能够产生如下的有益效果：当水杯被倾斜放置或者握持时，总有一对呈90度的液位传感器5中，彼此呈180度设置的液位传感器5检测的液位值不同，从而从液位的角度判断出此时是否适合于采用压力传感器1直接测量水杯中水的质量。此外，这两组液位传感器也用来计算当前液面的实际倾斜角度，从而能够通过预先确定的杯子(本发明的杯子优选为圆柱形)当前承装液体的体积。当然，其他形状的水杯的各液位对应的、与底面平行的面积也可以通过预先测量或计算的方式被保存并用于由本领域技术人员利用几何学知识计算水杯当前承装液体的体积。

[0043] 多个红外传感器6，其设置于水杯杯体10的顶部和侧壁；根据本发明的优选实施例，所述红外传感单元包括第一组红外传感单元和第二组红外传感单元，其中第一组红外传感单元与所述液位传感器5中的所述至少一些相邻地设置，且所述第二组红外传感单元与所述第一组传感器相对地设置。并且，所述第一组红外传感单元和第二组红外传感单元均包括红外收发器。第一组红外传感单元和第二组红外传感单元相互收发信号，且其接收到的信号被传送到所述水量计算单元4，以判断红外信号是否正常地被接收和发送。这些红外传感单元之间的这种“通讯”由所述水量计算单元4控制，且它们之间收发的数据由所述水量计算单元4产生。

[0044] 根据本发明的优选实施例，所述水量计算单元4产生的数据仅为数据通讯有效性验证的目的使用，因此其一般表示一串二进制数字，例如“10100101”，且位数一般为8位，即一个字节。这样，既能够起到通讯有效性验证的作用，又能够节省通讯开销以及所需要的电力。

[0045] 本发明在一些优选实施例中按照如下方式设置上述第一组红外传感单元和第二组红外传感单元：所述第一组红外传感单元设置于水杯杯体10的侧壁，所述第二组红外传感器6设置于水杯杯体10的顶部，这样，第一组红外传感单元与第二组红外传感单元相互进行数据通讯，能够确定第一组红外传感单元中的红外传感器6是否被遮挡，并间接地判断与其相邻的液位传感器5是否受到遮挡。当所述水量计算单元4未在规定的时间内收到第二组红外传感单元反馈的预设信息时，则判断此时的液位传感器5受到阻挡，例如茶叶等，这样，在计算水量时将排除液位传感器5检测的信息。

[0046] 三维加速度传感器2，其设置于水杯杯体10的底部；其能够检测水杯是否处于海拔高于或低于水平面，以至于影响对压力传感器1检测到的水对杯底部的压力是准确的值的判断。当三维加速度传感器2检测到重力方向上的加速度非0时，表示此时的压力传感器1检测值需要基于此Z轴的加速度进行校正。同理，当X轴和Y轴加速度传感器检测值非0时，表示此时压力传感器1检测到的值需要校正的角度。该角度的计算可以根据受力三角形分析方法获得。

[0047] 水平传感器3，其设置于水杯杯体10的底部；其检测此时的水杯是否处于水平状态。如果不是，则不论上述三维加速度传感器2采集到的Z轴加速度是否为0，均依靠三维加速度传感器2的X轴和Y轴测得的值进行校正。

[0048] 水量计算单元4，其采用ARM芯片，设置于水杯杯体10的底部，且根据所述压力传感器1、液位传感器5、三维加速度传感器2、水平传感器3、红外传感器6的检测结果得到水杯中当前承装的液体体积(在本发明中简称“水量”)。具体地，首先依据水平传感器3判断此时的智能水杯是否处于水平位置，然后根据三维加速度传感器2检测的三维加速度获得压力传感器1检测值的校正角度(即通过受力三角形分析方法根据该角度获得重力方向上的校正比例系数)；其中，当所述两对液位传感器5均未被遮挡且在规定时间内反馈给第二组红外传感单元的值为预设值时，根据两对液位传感器5检测到的值再次计算水杯杯体10内液位的角度。该角度用于对上述通过三维加速度传感器2检测到的值进行校正，以使得其值更准确。当检测到两对(即四列)液位传感器5的高度均相同时，则可以依据液位传感器5检测到的值对水杯内的液体体积进行检测和计算。

[0049] 根据本发明的其他实施例，所述智能水杯还包括开关电路，其被所述水量计算单元4控制，用于根据所述压力传感器1、液位传感器5、三维加速度传感器2、水平传感器3、红外传感器6的检测结果控制所述水量计算单元4的工作与否。

[0050] 根据本发明的优选实施例，所述智能水杯还包括太阳能电池，其设置于水杯杯体10的外壁。

[0051] 本发明中，液体温度由温度确定单元获得。温度确定单元采用温度传感器，用于确定水杯中盛装的水的温度，以便通过通信单元提供给远端分析端。

[0052] 本发明中，响应单元优选地为具有多个子响应单元在柔性电路板上构成的阵列，各子响应单元的电路如图3所示。这种子响应单元的响应速度在几十到一百微秒区间内，相比现有技术而言提高了30％以上。具体如图3所示：该感应单元包括：公共电极1、压力传感器模块2、发光二极管3、输出端4、双向数据总线B、重置控制端R、晶闸管T1-T4、三极管T、电容F1。其中，晶闸管T1的漏极连接发光二极管3，源极连接双向数据总线B，栅极连接时钟端；晶闸管T2的栅极连接重置控制端R，源极连接压力传感器模块2的控制端(使能端)，漏极连接时钟端；晶闸管T3的栅极连接双向数据总线B，源极连接三极管T的发射极及晶闸管T4的漏极；晶闸管T4的栅极连接晶闸管T2的漏极，漏极连接压力传感器模块的控制端，源极连接晶闸管T3的源极；三极管T的集电极连接电容F1，三极管T的基极连接压力传感器模块2的输出端；晶闸管T3的漏极与三极管T的发射极经过与门连接输出端4。其中，三极管为N型。

[0053] 本发明中，比较单元采用ARM处理器。

[0054] 本发明中的液体类别并非是指为何种液体，而是指液体的品质。通过上述结构，本发明的智能水杯能够通过自身存储的阈值或者通过与远端分析端存储的经验值相比较的方式，确定当前水杯中的液体属于某种液体(例如：白糖水、茶水或咖啡、奶粉冲饮等)的何种品质(例如：品质较高、变质嫌疑等)，以方便地为智能水杯的使用者提供饮用参考。

[0055] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。