CN105686668A - 一种智能自动注水系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能自动注水系统及方法。系统包括控制器、发射器、接收器、超声传感器和响应装置。方法包括步骤：S1，开启发射器和接收器，将容器放置在发射器和接收器之间；S2，读取接收器信号，根据接收器信号判断容器高度；S3，利用超声传感器探测容器中的液面高度，根据液面高度与容器高度数据驱动响应装置做出响应。本发明根据接收器与接收到照度关系和照度与容器高度关系，实现用距离排列的红外接收器对容器高度精确地测量，同时可以通过喇叭、指示灯或无线传输至移动终端的提醒软件等进行提醒。本发明智能自动注水系统，成本低，精确度高，避免了不必要的资源浪费，提高了百姓的工作质量和生活品质。

Description

一种智能自动注水系统及方法

技术领域

本发明涉及智能自动注水系统，特别是一种面向智能饮水机的自动注水系统及方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高，饮水机已成为家庭、办公场所不可或缺的电器，目前市面上饮水机的注水系统分为两大类。一类是使用传统的手动机械式开关装置的注水系统；另一类是使用形式多样但功能特定的智能感应式开关装置的注水系统。其中，使用手动式开关的饮水机占绝大多数。同时对于手动经常扳动开关会使其饮水机寿命大大缩短，同时多人经常触摸开关，容易引起某些疾病的传播。而且不论是哪一种注水系统，对于出水量都需要用户自己控制，不具备自动检测杯子高度、自动检测水位进而自动注水等功能。

随着红外传感和超声测距技术的发展和成熟，使得其应用越来越方便并且成本逐渐低廉，这促进了红外和超声技术在智能注水系统中应用。我们在餐饮店和其他一些公共场所已经可以发现自助接水装置，但是这些接水装置不论是灵敏度还是寿命上都存在一定的问题。

所以需要一种可以给容器自动注液的系统，不需要用户控制便能自动检测杯子高度、自动检测水位进而自动注水，而且使得人们可以在等待水龙头注满容器时接手其他工作，同时也不会造成液体流出容器造成的危害，这样既节省的时间，也避免了资源的浪费，又预防了液体流出的安全隐患。

现有的自动注液的技术方案是通过紧密排列红外感应器进而大致检测容器的高度，并通过超声感知液体高度，两者高度一致时关闭。但是这种技术方案，需要红外感应模块组多，精确度差，且成本高。

发明内容

针对上述自动注水水龙头系统需要红外感应模块多和精确度差的问题，本发明的目的是提供一种通过少量红外感应模块进行精确测量容器高度的智能自动注水系统和方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种智能自动注水系统，包括控制器、发射器、接收器、超声传感器和响应装置；所述发射器与接收器件相对设置，中间预留有容器放置区域，所述接收器用于感测发射器所发射的信号；所述超声传感器设置在容器放置区域的正上方，用于探测容器中液面的高度；所述接收器的输出端和超声传感器的输出端均与控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与响应装置的输入端连接。

优选的，所述响应装置包括提示设备和水龙头开关，所述控制器的输出端分别与提示设备和水龙头开关的输入端连接。

优选的，所述发射器的输入端与控制器的输出端连接。

优选的，所述发射器为红外发射器。

优选的，所述接收器为多个红外接收器，所述多个红外接收器的输出端均与控制器的输入端连接，所述多个红外接收器从低到高依次排列。

优选的，所述提示设备为喇叭、指示灯或无线传输装置。

一种智能自动注水方法，其应用于智能自动注水系统，所述方法包括步骤：

S1，开启发射器和接收器，将容器放置在发射器和接收器之间；

S2，读取接收器信号，根据接收器信号判断容器高度；

S3，利用超声传感器探测容器中的液面高度h，根据液面高度h与容器高度数据驱动响应装置做出响应。

优选的，步骤S1中的所述发射器为红外发射器，所述接收器为多个红外接收器，所述多个红外接收器从低到高依次排列。

优选的，所述步骤S2具体为：

S21，读取各个红外接收器电压值；

S22，查找间隔电压值相差的最大的两个红外接收器之间的红外接收器的序号x；

S23，读取序号x的红外接收器的电压值U；

S24，将U与上述两个接收器的读数相对比，在U与相对接近的接收器读数值之间的高度曲线H(u)中，查找电压为U时容器的高度H。

优选的，步骤S3所述响应装置包括提示设备和水龙头开关，所述步骤S3具体包括子步骤：

S31，利用超声传感器探测容器中的液面高度h；

S32，当液面高度h等于容器高度H时，自动控制水龙头开关关闭或控制提示设备发出提示信号。

本发明的有益效果是：

本发明根据接收器与接收到照度关系和照度与容器高度关系，实现用距离排列的接收器对容器高度精确地测量，同时可通过提示设备进行提醒或控制水龙头开关实现自动断水。本发明智能自动注水系统，成本低，精确度高，节约不必要的资源浪费，提高了用户的使用体验，进而提高工作质量或生活品质。

本发明可广泛应用于各种需要自动注液的场景。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明系统一种实施例的结构示意图；

图2是本发明方法中测量容器高度一种实施例的流程示意图；

图3是本发明系统的一种实施例的空间结构第一示意图；

图4是本发明系统的一种实施例的空间结构第二示意图；

图5是本发明一种实施例红外接收器电压值测量结果示意图；

图6是本发明一种实施例电压和容器高度对应示意图；

图7是本发明接收器表面接收照度计算示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

该实施例中，以红外发射器和红外接收器作为优选实施方案。假设红外发射器发射出的红外线强度为I，在距离发射器r处的接收器表面元面积为dA，其法线A与r方向成θ角(如图7所示)，则根据照度的定义有接收器dA面上的照度为：

$E=\frac{d\mathrm{\φ}}{dA}$

其中，dφ＝IdΩ

dΩ为dA面对发射器所张的立体角，

$d\mathrm{\Ω}=\frac{cos\mathrm{\θ}dA}{r^2}$

所以可得接收器表面的照度

$E=\frac{Icos\mathrm{\θ}}{r^2}$

由上述结论可知，红外接收器表面接收的照度与发射器到接收器表面的距离的平方成反比。又因为每个接收器收到与之距离不同的发射器发出的红外线的叠加，同时由于放置容器后对部分红外线的反射和折射的影响，导致每个接收器接收到的照度不同。

红外接收器的工作原理是利用光子效应，即当有红外线入射到接收器表面时，红外辐射的光子流与接收器表面材料中的电子相互作用，改变了电子的能量状态，进而引起了电物理量的变化，这里我们利用接收器输出电压来进行测量。由于每个接收器接收到的照度不同，所以每个接收器的输出电压不同。又因为我们使用的接受器输出电压与接收到的照度成正比，即照度越强输出电压成正比增加。

放置容器后接收器的电压读数会有一组相隔的读数差值最大，这是由于两个接收器分别在容器口的上边和下边的缘故，找出这相隔最大读数的两个接收器，这两个接收器之间的便是距离容器口最近的一个接收器，序号记为x。然后读出x接收器对应的电压U。将U与上述两个接收器的读数相对比，在U与相对接近的接收器读数值之间的H(u)的高度曲线中，查找电压为U时容器的高度H。H(u)为未放置容器的标准情况下，接收器读数电压值与容器高度曲线，根据实验数据测量并绘制出。

如图1、图3和图4所示，一种智能自动注水系统，包括控制器60、发射器10、接收器12、超声传感器20和响应装置；所述发射器10与接收器12件相对设置，中间预留有容器放置区域，所述接收器12用于感测发射器10所发射的信号；所述超声传感器20设置在容器放置区域的正上方，用于探测容器30中液面的高度；所述接收器12的输出端和超声传感器20的输出端均与控制器60的输入端连接，所述控制器60的输出端与响应装置的输入端连接。该实施例中，所述响应装置包括提示设备50和水龙头开关40，所述控制器60的输出端分别与提示设备50和水龙头开关40的输入端连接。

优选的，所述发射器10的输入端与控制器60的输出端连接。控制器60可以控制发射器10的开关状态。

优选的，所述发射器10为红外发射器。

优选的，所述接收器12为多个红外接收器，所述多个红外接收器的输出端均与控制器60的输入端连接，所述多个红外接收器从低到高依次排列。该实施例中，多个红外接收器a，b，c，d，e从高到低保持一定距离排列，如图3和图4所示。当容器30放置在发射器10和接收器12之间时，接收器12接收到的信号由于受到容器30的遮挡发生变化，通过探测这种变化可判断容器30的高度。例如，可预先测量并建立多个红外接收器电压值和容器高度对应表(如图6所示)，查表可获得当前容器30高度H。

优选的，所述提示设备50为喇叭、指示灯或无线传输装置。其中，通过无线传输装置可将提示信号通过无线方式发射到用户手机客户端或其它监控终端，提醒用户水已装满。

一种智能自动注水方法，其应用于智能自动注水系统，所述方法包括步骤：

S1，开启发射器10和接收器12，将容器30放置在发射器10和接收器12之间；

S2，读取接收器12信号，根据接收器12信号判断容器高度；

S3，利用超声传感器20探测容器30中的液面高度h，根据液面高度h与容器高度数据驱动响应装置做出响应。

优选的，步骤S1中的所述发射器10为红外发射器10，所述接收器12为多个红外接收器，所述多个红外接收器从低到高依次排列。

优选的，所述步骤S2具体为：

S21，读取各个红外接收器电压值；

S22，查找间隔接收器电压值相差的最大的中间红外接收器的序号x；

S23，读取中间红外接收器的序号x的电压值U；

S24，在红外接收器的高度曲线中，查找中间红外接收器电压值为U时对应的容器高度H。

优选的，步骤S3所述响应装置包括提示设备50和水龙头开关40，所述步骤S3具体包括子步骤：

S31，利用超声传感器20探测容器30中的液面高度h；

S32，当液面高度h等于容器高度H时，自动控制水龙头开关40关闭或控制提示设备50发出提示信号。

如图2所示，本实施例中，精确测量容器高度的流程示意图：

1，开启红外发射器10和红外接收器12；

2，读取红外接收器12电压值，关闭红外发射器10和红外接收器12；

3，查找间隔接收器电压值相差的最大的中间红外接收器的序号x；

4，读取中间红外接收器序号x的电压值U；

5，在H(u)的高度曲线中，查找中间红外接收器电压值为U时容器的高度H。

具体的，红外发射器10和红外接收器12置于容器30的两侧；超声传感器20置于容器30的正上方；红外接收器12从高到低纵向排列，相邻红外接收器12保持一定距离；当有容器置于水龙头40下方时，控制器60开启红外发射器10和红外接收器12。如图4所示，红外接收器12接收来自红外发射器10的红外光，由于容器30的阻挡，红外接收器a，b，c，d，e接收到的光强度不同，因而其电压值不同。如图5所示，红外接收器a，b，c，d，e的电压值，在接近容器30高度的红外接收器c的为间隔接收器的红外接收器b，d电压值相差最大，c即为间隔接收器电压值相差的最大的中间红外接收器的序号。如图6所示，电压值与容器30高度曲线中，容器30高度即为对应红外接收器c电压值为U的容器30高度H。如图3所示，控制器60得到容器高度H，自动打开水龙头开关40和超声传感器20，超声传感器20实时返回容器30内液面高度h，并将液面高度h与容器30高度H进行对比，当两者一致时，关闭所述水龙头开关40与超声传感器20。

本发明根据接收器与接收到照度关系和照度与容器高度关系，实现用距离排列的接收器对容器高度精确地测量，同时可通过提示设备进行提醒或控制水龙头开关实现自动断水。本发明智能自动注水系统，成本低，精确度高，节约不必要的资源浪费，提高了用户的使用体验，进而提高工作质量或生活品质。

本发明可广泛应用于各种需要自动注液的场景。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种智能自动注水系统，其特征在于，包括控制器、发射器、接收器、超声传感器和响应装置；

所述发射器与接收器件相对设置，中间预留有容器放置区域，所述接收器用于感测发射器所发射的信号；

所述超声传感器设置在容器放置区域的正上方，用于探测容器中液面的高度；

所述接收器的输出端和超声传感器的输出端均与控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与响应装置的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的智能自动注水系统，其特征在于，所述响应装置包括提示设备和水龙头开关，所述控制器的输出端分别与提示设备和水龙头开关的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的智能自动注水系统，其特征在于，所述发射器的输入端与控制器的输出端连接。

4.根据权利要求1至3任一项所述的智能自动注水系统，其特征在于，所述发射器为红外发射器。

5.根据权利要求4所述的智能自动注水系统，其特征在于，所述接收器为多个红外接收器，所述多个红外接收器的输出端均与控制器的输入端连接，所述多个红外接收器从低到高依次排列。

6.根据权利要求2、3或5所述的智能自动注水系统，其特征在于，所述提示设备为喇叭、指示灯或无线传输装置。

7.一种智能自动注水方法，其特征在于，其应用于如权利要求1至6任一项所述的智能自动注水系统，所述方法包括步骤：

S1，开启发射器和接收器，将容器放置在发射器和接收器之间；

S2，读取接收器信号，根据接收器信号判断容器高度；

S3，利用超声传感器探测容器中的液面高度h，根据液面高度h与容器高度数据驱动响应装置做出响应。

8.根据权利要求7所述的一种智能自动注水方法，其特征在于，步骤S1中的所述发射器为红外发射器，所述接收器为多个红外接收器，所述多个红外接收器从低到高依次排列。

9.根据权利要求8所述的一种智能自动注水方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：

S21，读取各个红外接收器电压值；

S22，查找间隔电压值相差的最大的两个红外接收器之间的红外接收器的序号x；

S23，读取序号x的红外接收器的电压值U；

S24，将U与上述两个接收器的读数相对比，在U与相对接近的接收器读数值之间的高度曲线H（u）中，查找电压为U时容器的高度H。

10.根据权利要求7至9任一项所述的一种智能自动注水方法，其特征在于，步骤S3所述响应装置包括提示设备和水龙头开关，所述步骤S3具体包括子步骤：

S31，利用超声传感器探测容器中的液面高度h；

S32，当液面高度h等于容器高度H时，自动控制水龙头开关关闭或控制提示设备发出提示信号。