CN105547513B - 智能水杯的温度检测方法 - Google Patents

Abstract

为了提高智能水杯对其内盛装的液体的调温控制能力，本发明提供了一种智能水杯的温度检测方法，该检测方法基于具有散热单元的智能水杯且包括如下步骤：获得表示使用者期望温度的信号；利用第一温度检测单元获得当前杯内承装的液体的第一温度；利用第二温度检测单元获得散热单元处的第二温度；根据表示使用者期望温度的信号对杯内承装的液体进行加热或冷却；利用第三温度检测单元获得杯内承装的液体的第三温度，利用第四温度检测单元获得散热单元处的第四温度，并根据所述第一温度、第二温度、第三温度和第四温度获得最终温度信息。本发明能够根据杯内液体的温度以及散热孔的温度准确地估计智能水杯调温至期望温度所需的时间。

Description

智能水杯的温度检测方法

技术领域

本发明涉及温度检测技术领域，更具体地，涉及一种智能水杯的温度检测方法。

背景技术

随着人们对生活品质的要求日益提高，智能水杯方兴未艾。现有技术中的智能水杯多提供了提示使用者饮水量的功能，而水杯中水的温度的调节仍然主要依赖于水杯自身的机械结构，例如部件之间的密封性、部件的材质的耐热耐寒性质、气孔的散热控制等。然而，这些结构虽然能够使水温保持一定温度较长时间或者尽快地降低温度，但无法做到准确控制，更无法调整。

经检索，现有的智能水杯已经设计出了一些温度调整机构。例如，申请号为CN201310281539.4的中国发明专利申请公开了一种可调温水杯，包括杯柄、内杯体、外杯体，内杯体安装在外杯体内，杯柄安装在外杯体外侧，还包括控制面板、温度感应器、加热块、控制器、电源、风扇，控制面板设置在外杯体上，控制面板上设有显示屏幕，温度感应器安装在内杯体上，加热块、控制器、电源、风扇设置在外杯体底部，电源通过控制器分别与控制面板、温度感应器、加热块、风扇连接。有益效果是通过温度感应器测量杯中水温，并将结果反映在显示屏幕上，人们根据需要通过控制面板设定温度，通过控制器使加热块、风扇完成相应的动作过程，实现对水的加热或降温，方便人们饮用。

然而，这些温度控制功能无法实现使用者任意调整温度的要求，且对于手工(相对于通过程序自动控制加热或冷却一定温度的情况)调整单元在长时间使用的情况下会降低灵敏度，从而导致使用者向智能水杯提供的温度控制信号产生偏差，造成使用者失去信心，严重影响了智能水杯的推广和预期使用效果。

此外，现有的智能水杯温度检测方法大多是直接利用温度传感器，而在带有调温的智能水杯中直接利用温度传感器的检测方式无法准确地反映杯内承装的液体的温度，这样，带有调温功能的智能水杯何时停止加热或冷却的控制将变得不准确。

发明内容

为了提高智能水杯对其内盛装的液体的调温控制能力，本发明提供了一种智能水杯的温度检测方法，该检测方法基于具有散热单元的智能水杯且包括如下步骤：

(1)获得表示使用者期望温度的信号；

(2)利用第一温度检测单元获得当前杯内承装的液体的第一温度；

(3)利用第二温度检测单元获得散热单元处的第二温度；

(4)根据表示使用者期望温度的信号对杯内承装的液体进行加热或冷却；

(5)利用第三温度检测单元获得杯内承装的液体的第三温度，利用第四温度检测单元获得散热单元处的第四温度，并根据所述第一温度、第二温度、第三温度和第四温度获得最终温度信息。

进一步地，所述第一温度检测单元、第二温度检测单元、第三温度检测单元和第四温度检测单元中至少部分地采用金属温度探头。

进一步地，所述第一温度检测单元和第三温度检测单元采用Pt100温度传感器。

进一步地，所述智能水杯还包括：

人机交互接口，用于接收表示使用者期望温度的触摸动作并产生与该动作相应的调温电信号；

加热单元，用于对杯内盛装的液体进行加热；

搅动单元，用于搅动杯内盛装的液体。

进一步地，所述可调温智能水杯还包括：控制单元，用于根据所述调温电信号产生对加热单元或搅动单元的控制信号。

进一步地，所述加热单元包括：

数模转换单元，用于根据所述控制信号产生加热电流信号；

至少一个加热棒，用于根据所述加热电流信号进行加热。

进一步地，所述搅动单元包括：

数模转换单元，用于根据所述控制信号产生搅动电流信号；

至少一个搅动马达，用于根据所述搅动电流信号对杯内盛装的液体进行搅动。

进一步地，所述散热单元包括：

至少一个散热孔，用于散发杯内的热量；

与所述散热孔适配的挡板，用于控制所述散热孔的开合大小；

挡板驱动马达，用于根据所述搅动马达的转速驱动所述挡板的开合大小。

进一步地，所述步骤(5)包括：

(51)当所述加热单元启动后，从第一时刻T1开始以时间间隔V1利用第三温度检测单元获得杯内承装的液体的第三温度，并同时获得相对应时刻的加热电信号；

(52)当所述搅动单元启动后，从第一时刻T1开始以时间间隔V1多次地利用第四温度检测单元获得散热单元处的第四温度，并同时获得相对应时刻的搅动电信号；

(53)通过上述各个相同时刻获得的第三温度和第四温度对应地相减，获得温度差；

(54)建立上述各个时刻和温度差之间的拟合函数关系；

(55)根据所述拟合函数关系，预测达到期望温度所需的时间。

本发明的有益效果是：能够根据杯内液体的温度以及散热孔的温度准确地估计智能水杯调温至期望温度所需的时间，同时，本发明的智能水杯能够根据使用者的触控灵敏地接收到使用者期望调整的温度信息，并且不受旋钮等常见控制器件随着使用时间的增加而出现调温不准确的问题的影响；此外，还能够准确地接收到使用者期望的温度信息，从而使得水杯的加热和/或冷却单元能够准确地调整杯内盛装的液体的温度；最后，本发明还能够在杯内盛装液体温度超过期望温度时对液体进行迅速降温，无需使用者等待较长时间，并克服了现有技术中一般偏重于对液体升温而无法有效降温的传统智能水杯的弊端。

附图说明

图1示出了根据本发明的可调温智能水杯的结构图。

图2示出了根据本发明的智能水杯温度检测方法的流程框图。

图3示出了根据本发明的温度传感器及其相关电路。

图4示出了根据本发明的人机交互接口的电路图。

具体实施方式

如图1所示，根据本发明的实施例，可调温智能水杯包括：人机交互接口、至少一个温度传感器、加热单元以及搅动单元。其中，人机交互接口用于接收表示使用者期望温度的触摸动作并产生与该动作相应的调温电信号；至少一个温度传感器用于检测杯内盛装的液体的温度；加热单元用于对杯内盛装的液体进行加热；搅动单元用于搅动杯内盛装的液体。

根据本发明的一些实施例，所述温度传感器采用金属温度探头。这样，有利于延长智能水杯的温度探头的耐用性并提高温度检测精度。根据本发明的一个优选实施例，所述温度传感器采用Pt100温度传感器，例如，选用测量范围为0-100℃的铂热电阻。

根据本发明的一些优选实施例，所述可调温智能水杯还包括控制单元，用于根据所述调温电信号产生对加热单元或搅动单元的控制信号。根据本发明的一个优选实施例，控制单元采用MSP430F430单片机。当然，本领域技术人员应当清楚的是还可以采用其他类型的单片机、ARM处理器、CPLD等器件作为控制单元使用。其电路连接的具体形式在此不再一一阐述。优选地，所述控制单元输出到加热单元和/或搅动单元的控制信号为数字信号。这样的好处是能够避免模拟信号产生的辐射以及提高控制信号的抗干扰能力，从而在电磁环境复杂的场合也能够保证控制信号的精确收发和正确处理。

如图2所示，表示了本发明的温度检测方法的流程图，该检测方法优选地基于上述智能水杯且包括如下步骤：

(1)获得表示使用者期望温度的信号；

(2)利用第一温度检测单元获得当前杯内承装的液体的第一温度；

(3)利用第二温度检测单元获得散热单元处的第二温度；

(4)根据表示使用者期望温度的信号对杯内承装的液体进行加热或冷却；

(5)利用第三温度检测单元获得杯内承装的液体的第三温度，利用第四温度检测单元获得散热单元处的第四温度，并根据所述第一温度、第二温度、第三温度和第四温度获得最终温度信息。

根据本发明的一个优选实施例，上述步骤(5)包括：

(51)当所述加热单元启动后，从第一时刻T1开始以时间间隔V1利用第三温度检测单元获得杯内承装的液体的第三温度，并同时获得相对应时刻的加热电信号；

(52)当所述搅动单元启动后，从第一时刻T1开始以时间间隔V1多次地利用第四温度检测单元获得散热单元处的第四温度，并同时获得相对应时刻的搅动电信号；

(53)通过上述各个相同时刻获得的第三温度和第四温度对应地相减，获得温度差；

(54)建立上述各个时刻和温度差之间的拟合函数关系；

(55)根据所述拟合函数关系，预测达到期望温度所需的时间。

根据本发明，所述第一温度检测单元、第二温度检测单元、第三温度检测单元和第四温度检测单元中至少部分地采用金属温度探头，且根据本发明的优选实施例，所述第一温度检测单元和第三温度检测单元采用Pt100温度传感器。

根据本发明的温度传感器及其相关电路如图3所示，控制单元与Pt100温度传感器信号调理电路连接，其中：所述的Pt100温度传感器信号调理电路由单片式集成芯片XTR105和RCV420组成，单片式集成芯片XTR105的6脚经电阻Rcm与Pt100温度传感器信号输出线1相连，电阻Rcm两端并联降噪电容C1；Pt100温度传感器信号输出线2通过调零电阻Rz与单片式集成芯片XTR105的2脚连接，同时经过第一个三极管Q2与单片式集成芯片XTR105的13脚以及Pt100温度传感器信号输出线1相连；Pt100温度传感器信号输出线3经过线性补偿电阻RLINE1与RLINE2与单片式集成芯片XTR105的1、2和12脚相连，并且单片式集成芯片XTR105的13与14脚并联后也与Pt100温度传感器信号输出线3相连；单片式集成芯片XTR105的3、4脚之间连接用于调节单片式集成芯片XTR105的7脚输出电流放大倍数的电阻Rg；单片式集成芯片XTR105的8、9和10脚分别于第二个三极管Q1的发射极E、基极B和集电极C相连；同时，单片式集成芯片XTR105的7脚与10脚之间接第一电容C2；单片式集成芯片XTR105的10通过二极管D1接+12V电源；单片式集成芯片XTR105的7脚与单片式集成芯片RCV420的3脚连接；单片式集成芯片RCV420的4、5脚之间接第二电容C3，同时单片式集成芯片RCV420的4脚接-12V电源，单片式集成芯片RCV420的2、5和13脚接地；单片式集成芯片RCV420的16脚接电源+12V，并通过第三电容C4接地；单片式集成芯片RCV420的10、11和12脚并联；单片式集成芯片RCV420的13和14脚输出Pt100温度传感器阻值变化后经信号调理电路的转化后的电压信号，并通过电位器R1调节输出电压范围；输出电压端V0与控制单元连接。测量时，测量信号通过Pt100铂热电阻传感器信号线传输给Pt100铂热电阻传感器信号调理电路进行信号转换，输出0-3V的电压到控制单元进行A/D转换。该检测到的值可以用于供给智能水杯杯体外侧的显示器件(如果有的话)显示当前温度，和/或提供给控制单元作为产生加热电信号和/或搅动电信号的反馈信号。

本发明中，所述加热单元包括：数模转换单元和至少一个加热棒。所述数模转换单元优选地被电气地耦合到所述至少一个加热棒。

这里的数模转换单元除了具有数模转换器以外，还包括信号驱动单元，即根据数模转换器得到的模拟电信号产生驱动加热棒加热的电信号。数模转换器，用于根据所述控制信号产生加热电流信号；驱动单元包括电流放大器件和/或电压放大器件，用于根据来自控制单元的加热电流信号产生能够被直接应用于所述至少一个加热棒的电流/电压信号，从而使加热棒加热杯内盛装的液体。

本发明中，加热棒被分布式地设置于智能水杯的底部和/或侧壁上，优选地呈现圆形、椭圆形、正多边形等几何形状。

根据本发明的实施例，所述搅动单元包括：数模转换单元以及至少一个搅动马达。其中数模转换单元用于根据所述控制信号产生搅动电流信号；至少一个搅动马达用于根据所述搅动电流信号对杯内盛装的液体进行搅动。

根据本发明的一些优选实施例，这里的数模转换单元除了具有数模转换器以外，还包括信号驱动单元，即根据数模转换器得到的模拟电信号产生驱动所述搅动马达的搅动电信号。搅动马达带有扇叶之类的片状物，能够随着被施加到搅动马达的搅动电信号的控制而转动，从而使得杯内的液体尽快散热。

根据本发明的优选实施例，所述可调温智能水杯还包括散热单元，用于散发杯内的热量。所述散热单元包括：至少一个散热孔、与所述散热孔适配的挡板以及与挡板数量相适配的挡板驱动马达。所述至少一个散热孔用于散发杯内的热量；所述与所述散热孔适配的挡板用于控制所述散热孔的开合大小；所述挡板驱动马达用于根据所述搅动马达的转速驱动所述挡板的开合大小。

本发明在此所称的“适配”可以是一一对应的，也可以是按照其他数量比例关系相对应的，例如：一个挡板驱动马达可以对应地控制多个挡板的开合大小。

因此，当挡板在挡板驱动马达的驱动下被完全打开时，温度被降低得最快；反之，则温度降低缓慢。

如图4所示，本发明中的人机交互接口的电路图包括多个交互接口单元，各个交互接口单元构成一个阵列。其中交互接口单元均包括：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-T6、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)，漏极连接晶闸管T5的源极；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，漏极连接晶闸管T5的栅极；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的一端，三极管T的基极连接压力传感器模块2的输出端；晶闸管T5的漏极连接晶闸管T6的源极，晶闸管T6的栅极连接时钟信号CLK，漏极连接与门的一个输入端，电容F1的另一端连接与门的另一个输入端，与门的输出端即为输出端4。其中，三极管为N型。

根据本发明的优选实施例，所述的多个交互接口单元构成阵列，且该阵列的形状为长条形、方形或其他形状，该形状所在的区域可以接受使用者的触碰或按压，以实现对来自使用者的调温操作的接收。例如，当该形状为长条形时，这些多个交互接口单元组成的阵列的输出端被赋予不同的权值，最终经过加法器将阵列中的各个行或列的输出相加，得到的和越大，则表示使用者滑动时滑动的距离越远，则调温的幅度就越大。

另外，优选地，根据上述阵列中各个行或各个列输出值获取时刻的先后，可以判断使用者触碰该人机交互接口时的滑动方向。可以定义其中某一个方向为调高温度，而另一个方向为调低温度。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种智能水杯的温度检测方法，其特征在于，该检测方法基于具有散热单元的智能水杯且包括如下步骤：

(1)获得表示使用者期望温度的信号；

(2)利用第一温度检测单元获得当前杯内承装的液体的第一温度；

(3)利用第二温度检测单元获得散热单元处的第二温度；

(4)根据表示使用者期望温度的信号对杯内承装的液体进行加热或冷却；

(5)利用第三温度检测单元获得杯内承装的液体的第三温度，利用第四温度检测单元获得散热单元处的第四温度，并根据所述第一温度、第二温度、第三温度和第四温度获得最终温度信息；

所述智能水杯还包括：

人机交互接口，用于接收表示使用者期望温度的触摸动作并产生与该动作相应的调温电信号；

加热单元，用于对杯内盛装的液体进行加热；

搅动单元，用于搅动杯内盛装的液体；

人机交互接口包括多个交互接口单元，各个交互接口单元构成一个阵列；其中交互接口单元均包括：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、第五晶闸管、第六晶闸管、三极管、电容，其中，第一晶闸管的阴极连接发光二极管，阳极连接双向数据总线，控制极连接时钟端；第二晶闸管的控制极连接重置控制端，阳极连接压力传感器模块的控制端，阴极连接第五晶闸管的控制极；第三晶闸管的控制极连接双向数据总线，阳极连接三极管的发射极及第四晶闸管的阴极，阴极连接第六晶闸管的阴极以及与门的一个输入端；第四晶闸管的控制极连接第二晶闸管的阴极，阳极连接压力传感器模块的控制端，阴极连接第三晶闸管的阳极；三极管的集电极连接电容的一端，三极管的基极连接压力传感器模块的输出端；第五晶闸管的阴极连接第六晶闸管的阳极，第六晶闸管的控制极连接时钟信号，阴极连接与门的另一个输入端，电容的另一端连接压力传感器的时钟端，与门的输出端即为输出端，其中，三极管为N型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一温度检测单元、第二温度检测单元、第三温度检测单元和第四温度检测单元中至少部分地采用金属温度探头。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一温度检测单元和第三温度检测单元采用Pt100温度传感器。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述智能水杯还包括：控制单元，用于根据所述调温电信号产生对加热单元或搅动单元的控制信号。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热单元包括：

数模转换单元，用于根据所述控制信号产生加热电流信号；

至少一个加热棒，用于根据所述加热电流信号进行加热。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述搅动单元包括：

数模转换单元，用于根据所述控制信号产生搅动电流信号；

至少一个搅动马达，用于根据所述搅动电流信号对杯内盛装的液体进行搅动。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述散热单元包括：

至少一个散热孔，用于散发杯内的热量；

与所述散热孔适配的挡板，用于控制所述散热孔的开合大小；

挡板驱动马达，用于根据所述搅动马达的转速驱动所述挡板的开合大小。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)包括：

(51)当所述加热单元启动后，从第一时刻T1开始以时间间隔V1利用第三温度检测单元获得杯内承装的液体的第三温度，并同时获得相对应时刻的加热电信号；

(52)当所述搅动单元启动后，从第一时刻T1开始以时间间隔V1多次地利用第四温度检测单元获得散热单元处的第四温度，并同时获得相对应时刻的搅动电信号；

(53)通过上述各个相同时刻获得的第三温度和第四温度对应地相减，获得温度差；

(54)建立上述各个时刻和温度差之间的拟合函数关系；

(55)根据所述拟合函数关系，预测达到期望温度所需的时间。