CN107860450B - 一种用于坐便器的称重装置以及称重方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于坐便器的称重装置以及称重方法，所述坐便器包括通过转轴连接的马桶座圈和马桶底座，所述称重装置包括：至少一个第一压力传感器，设置在所述马桶座圈底部，以与所述马桶底座接触；偶数个第二压力传感器，贴设在所述转轴上，以与所述马桶底座接触。微控制单元，与所有第一压力传感器和第二压力传感器电连接，所述微控制单元用于根据所述第一压力传感器和第二压力传感器采集的压力数据，通过预先获得的拟合曲线获得体重数据。本发明能够更准确地获得体重数据。

Description

一种用于坐便器的称重装置以及称重方法

技术领域

本发明涉及智能家居技术领域，更具体地，涉及一种用于坐便器的称重装置以及称重方法。

背景技术

当今的时代，人们对健康更加注重，更想了解身体健康状况。在日常饮食管理中，体重与人体的健康状况密切相关，所以体重管理对饮食控制具有极大的意义。

在排便时进行称重是目前流行的一种称重方式，一方面节约了时间，不需要安排额外的时间称重，另一方面在排便时称重还可以同时知道当下的排泄物的重量数据，一举多得。

现有的用于坐便器的称重装置主要采用在马桶座圈的底面，尤其是马桶座圈底面的支撑脚上设置压力传感器，实现称重的测量。由于每个人的坐姿、身高不同，当坐在马桶座圈时，重心位置也会不同，因此，仅仅在马桶座圈的底面设置压力传感器并不能准确测得使用者的体重。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的用于坐便器的称重装置以及称重方法。

根据本发明的一个方面，提供一种用于坐便器的称重装置，所述坐便器包括通过转轴连接的马桶座圈和马桶底座，所述称重装置包括：

至少一个第一压力传感器，设置在所述马桶座圈底部，以与所述马桶底座接触；

偶数个第二压力传感器，对称贴设在所述转轴的两端，所述第二压力传感器与所述马桶底座接触。

微控制单元，与所有第一压力传感器和第二压力传感器电连接，所述微控制单元用于根据所述第一压力传感器和第二压力传感器采集的压力数据，通过预先获得的拟合曲线获得体重数据。

优选地，所述第二压力传感器为压电薄膜传感器，所述压电薄膜传感器包裹在所述转轴上。

优选地，所述第一压力传感器的个数为4个，4个第一压力传感器两两组合，以组成两个全桥电路。

优选地，每个全桥电路包括两个分别设置在所述马桶底圈左、右两侧的第一压力传感器。

优选地，所述第二压力传感器的个数为2个，2个第二压力传感器分别设置在所述转轴的端部。

优选地，所述拟合曲线的公式为：W＝k*(ADC₀+ADC₁-ADC₀₀-ADC₁₀)+n*(ADC₂+ADC₃-ADC₂₀-ADC₃₀)

其中，ADC₀₀和ADC₁₀表示坐便器未称重时两个第二压力传感器采集的压力数据，ADC₂₀和ADC₃₀表示坐便器未承重时两个全桥电路采集的压力数据，ADC₀和ADC₁表示坐便器承重时两个第二压力传感器采集的压力数据，ADC₂和ADC₃表示坐便器称重时两个全桥电路采集的压力数据，k和n表示通过拟合算法获得的两个系数。

优选地，靠近所述转轴的第一压力传感器与所述转轴的距离为9.5-13cm；

每个全桥电路的两个第一压力传感器的间距大于16cm；

靠近马桶座圈前端的第一压力传感器与所述马桶座圈前端的距离小于8cm。

优选地，其中一个全桥电路与所述微控制单元之间依次连接第一放大电路、第一滤波电路和第一模数转换电路；

另一个全桥电路与所述微控制单元之间依次连接第二放大电路、第二滤波电路和第二模数转换电路。

优选地，其中一个第二压力传感器与所述微控制单元之间依次连接第三放大电路、第三滤波电路和第三模数转换电路；

另一个第二压力传感器与所述微控制单元之间依次连接第四放大电路、第四滤波电路和第四模数转换电路。

优选地，所述用于坐便器的称重装置还包括：

通信模块，用于将处理器获得体重数据发送至云端或APP，以供分析作出相应健康报告。

根据本发明的另一个方面，还提供一种根据上述称重装置的称重方法，包括：

S1、采集所述坐便器未承重时各所述第一压力传感器和所述第二压力传感器的称重值，分别作为对应各所述第一压力传感器的初始值和对应各第二压力传感器的初始值；

S2、采集所述坐便器承重时各所述第一压力传感器和所述第二压力传感器的称重值，分别作为对应各所述第一压力传感器的当前值和对应各所述第二压力传感器的当前值；

S3、将对应各所述第一压力传感器的初始值和当前值以及对应各第二压力传感器的初始值和当前值代入拟合曲线中，获得体重数据。

优选地，所述步骤S1之前还包括：

将若干个标准砝码依次置于所述坐便器上，采集每个标准砝码至于所述坐便器上时所述第一压力传感器和所述第二压力传感器的称重值；

根据所有标准砝码至于所述坐便器上时所述第一压力传感器和所述第二压力传感器的称重值，获得拟合曲线。

本发明提出的用于坐便器的称重装置以及称重方法，首先通过在坐标器的马桶座圈底部以及转轴处分别设置第一压力传感器和第二压力传感器，能够更全面地采集压力数据，通过拟合算法对采集的压力数据进行计算，可以准确地获得体重数据。其次将压电薄膜传感器作为转轴处的第二压力传感器，具有柔性好、可弯曲、体积小、灵敏度高和良好的线性度的优点，是测量转轴位置的轴压力的理想选择。

附图说明

图1为根据本发明实施例的用于坐便器的称重装置的功能框图；

图2为根据本发明实施例的马桶座圈的俯视图；

图3为根据本发明实施例的称重方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了克服现有技术的上述缺点，本发明实施例提供一种用于坐便器的称重装置，所述坐便器包括通过转轴连接的马桶座圈和马桶底座，该称重装置包括：

至少一个第一压力传感器101，设置在所述马桶座圈底部，以与所述马桶底座接触；

至少两个第二压力传感器102，对称贴设在所述转轴的两端，所述第二压力传感器与所述马桶底座接触。

微控制单元103，与所有第一压力传感器和第二压力传感器电连接，所述微控制单元用于根据所述第一压力传感器和第二压力传感器采集的压力数据，通过预先获得的拟合曲线获得体重数据。

需要说明的是，本发明实施例中的第一压力传感器用于采集马桶座圈上的承重的竖直分量，竖直分力体现了人体重的大部分重量，而第二压力传感器用于采集人体重在转轴上的分量，为了更准确地采集该分量，第二压力传感器的个数为偶数，转轴的每一端设置总数一半的第二压力传感器，由于马桶座圈仅通过马桶座圈的底部以及转轴与马桶底座连接，因此通过设置第一压力传感器和第二压力传感器就可以将马桶座圈上的称重完整的采集，也就不再受使用者重心的影响。

由于转轴处的分量与马桶座圈底部的分量的角度可能不同，因此需要通过多次试验进行拟合算法来获得拟合曲线。在一个实施例中，拟合算法获得拟合曲线的过程如下：记录以标准砝码5kg放置在马桶座圈上，第一压力传感器和第二压力传感器采集的压力数据，之后以每5kg为增量，依次记录第一压力传感器和第二压力传感器采集的压力数据，直至标准砝码的总质量为100kg，通过Matlab软件推导标准种与第一压力传感器和第二压力传感器的关系式，即拟合曲线。

本发明实施例对第一压力传感器的个数不做具体的限定，当第一压力传感器为1个时，该第一压力传感器可以设置在马桶座圈前端的中轴线处，当第一压力传感器为偶数个时，第一压力传感器可以对称分布在马桶座圈的左右两侧。当第一压力传感器为大于1的奇数时，偶数个第一压力传感器对称分布在马桶座圈的左右两侧，余下的一个第一压力传感器可以设置在马桶座圈前端的中轴线处。

本发明实施例对第二压力传感器的个数不做具体的限定，根据转轴与马桶底座接触部分的长度以及第二压力传感器的大小，可以选择合适数量的第二压力传感器。

在上述实施例的基础上，第二压力传感器为压电薄膜传感器，所述压电薄膜传感器包裹在所述转轴上。

需要说明的是，薄膜压力传感器原理是在测量过程中，压力直接作用在传感器的膜片上，使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻发生变化，同时通过电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这个压力的标准信号。它特点是柔性好、可弯曲、体积小、灵敏度高和良好的线性度。是测量转轴位置的轴压力的理想选择。

在上述各实施例的基础上，第一压力传感器的个数为4个，4个第一压力传感器两两组合，以组成两个全桥电路。也就是说，本发明的每个压力传感器是一个半桥电路，通过两个半桥电路构成一个全桥电路，半桥电路在振荡转换之间容易泻有电流使波形变坏，产生干扰。而将两个半桥电路构成一个全桥电路则几乎避免了产生泻流的情况。

在上述实施例的基础上，每个全桥电路包括两个分别设置在所述马桶底圈左、右两侧的第一压力传感器。本实施例中每个全桥电路均能够采集马桶底圈左、右两侧的压力数据，相比将同侧的第一压力传感器组成的全桥电路获得压力数据更均匀。

在上述各实施例的基础上，第二压力传感器的个数为2个，2个第二压力传感器分别设置在所述转轴的端部。

图2示出了本发明实施例的马桶座圈的俯视图，如图所述，马桶座圈6的后端相对设置两个安装槽，马桶底圈6通过转轴5与马桶底座(未示出)铰接，转轴5的两端分别活动连接在安装槽中，马桶座圈6上均匀设置了四个支撑脚，分别为支撑脚1、支撑脚2、支撑脚3和支撑脚4，每个支撑脚的底面设置一个压力传感器，转轴5的两端分别设置压电薄膜传感器7和8，以采集转轴处的压力。

在上述各实施例的基础上，拟合曲线的公式为：

W＝k*(ADC₀+ADC₁-ADC₀₀-ADC₁₀)+n*(ADC₂+ADC₃-ADC₂₀-

ADC₃₀)

其中，ADC₀₀和ADC₁₀表示坐便器未称重时两个第二压力传感器采集的压力数据，ADC₂₀和ADC₃₀表示坐便器未承重时两个全桥电路采集的压力数据，ADC₀和ADC₁表示坐便器承重时两个第二压力传感器采集的压力数据，ADC₂和ADC₃表示坐便器称重时两个全桥电路采集的压力数据，k和n表示通过拟合算法获得的两个系数。

在上述各实施例的基础上，靠近所述转轴的第一压力传感器与所述转轴的距离为9.5-13cm。

需要说明的是，对于靠近转轴的第一压力传感器来说，该第一压力传感器距离转轴的距离不能太远，太远则更靠近马桶坐垫的中部，不能较好地采集当使用者重心靠后时的压力，但距离同样不能太近，太近则意味着与第二压力传感器距离过近，采集的压力数据将有较大重合，对准确测量体重不利。

本发明实施例对一个全桥电路中的两个第一压力传感器的间距也具有限定：每个全桥电路的两个第一压力传感器的间距大于16cm，若同一个全桥电路中的第一压力传感器间距过小，则说明更靠近马桶坐垫的前端或后端，靠近马桶座圈前端的第一压力传感器与所述马桶座圈前端的距离小于8cm。

需要说明的是，对于设置4个第一压力传感器的情况来说，理想的布局应该四个第一压力传感器距离坐便器使用者的重心均相等，因此，通过上述限定，能够尽可能地将第一压力传感器的布局接近理想状态，进而更准确地测算坐便器使用者对马桶座圈的压力。

在上述各实施例的基础上，其中一个全桥电路与所述微控制单元之间依次连接第一放大电路、第一滤波电路和第一模数转换电路；

另一个全桥电路与所述微控制单元之间依次连接第二放大电路、第二滤波电路和第二模数转换电路。

需要说明的是，放大电路是指能把微弱的信号放大的电路，滤波电路则是用于滤去电压中的纹波，由于微控制单元只能对数字信号进行分析，因此在滤波电路后还需要连接模数转换电路将模拟信号转换为数字信号，本发明实施例对每个全桥电路均设置一组放大电路、滤波电路和模数转换电路，保证每个全桥电路输出的压力数据均可独立地作为微控制单元的处理对象。

在上述各实施例的基础上，本发明实施例的称重装置中的其中一个第二压力传感器与所述微控制单元之间依次连接第三放大电路、第三滤波电路和第三模数转换电路；另一个第二压力传感器与所述微控制单元之间依次连接第四放大电路、第四滤波电路和第四模数转换电路。

本发明实施例对每个第二压力传感器均配套设置一组放大电路、滤波电路和模数转换电路，保证每个第二压力传感器输出的压力数据均可独立地作为微控制单元的处理对象。

在上述各实施例的基础上，本发明实施例的称重装置还包括：

通信模块，用于将处理器获得体重数据发送至云端或APP，以供分析作出相应健康报告。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

根据本发明的另一个方面，还提供一种根据上述称重装置的称重方法，参见图3，包括：

301、采集所述坐便器未承重时各所述第一压力传感器和所述第二压力传感器的称重值，分别作为对应各所述第一压力传感器的初始值和对应各第二压力传感器的初始值；

302、采集所述坐便器承重时各所述第一压力传感器和所述第二压力传感器的称重值，分别作为对应各所述第一压力传感器的当前值和对应各所述第二压力传感器的当前值；

303、将对应各所述第一压力传感器的初始值和当前值以及对应各第二压力传感器的初始值和当前值代入拟合曲线中，获得体重数据。

例如，第一压力传感器的个数为3个，第二压力传感器的个数为2个，各第一压力传感器的初始值分别为m1，m2和m3，各第二压力传感器的初始值分别为n1和n2；坐便器承重时，各第一压力传感器的初始值分别为m1’，m2’和m3’，各第二压力传感器的初始值分别为n1’和n2’，代入拟合曲线中：

W＝k*(m1’+m2’+m3’-m1m2-m3)+n*(n1’+n2’-n1-n2)，其中W表示体重数据，k和n表示拟合曲线中的两个系数。

在上述实施例的基础上，所述步骤S1之前还包括：

将若干个标准砝码依次置于所述坐便器上，采集每个标准砝码至于所述坐便器上时所述第一压力传感器和所述第二压力传感器的称重值；

根据所有标准砝码至于所述坐便器上时所述第一压力传感器和所述第二压力传感器的称重值，获得拟合曲线。

在实际应用中，通过将采集的不同标准重量下的第一压力传感器和第二压力传感器的称重值输入Matlab软件，即可获得拟合曲线，实际上就获得拟合曲线中的系数。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种用于坐便器的称重装置，所述坐便器包括通过转轴连接的马桶座圈和马桶底座，其特征在于，所述称重装置包括：

至少一个第一压力传感器，设置在所述马桶座圈底部，以与所述马桶底座接触；

偶数个第二压力传感器，对称贴设在所述转轴的两端，所述第二压力传感器与所述马桶底座接触；

微控制单元，与所有第一压力传感器和第二压力传感器电连接，所述微控制单元用于根据所述第一压力传感器和第二压力传感器采集的压力数据，通过预先获得的拟合曲线获得体重数据；其中

靠近所述转轴的第一压力传感器与所述转轴的距离为9.5-13cm；

每个所述第二压力传感器与所述微控制单元之间依次连接放大电路、滤波电路和模数转换电路。

2.如权利要求1所述的用于坐便器的称重装置，其特征在于，所述第二压力传感器为压电薄膜传感器，所述压电薄膜传感器包裹在所述转轴上。

3.如权利要求1或2所述的用于坐便器的称重装置，其特征在于，所述第一压力传感器的个数为4个，4个第一压力传感器两两组合，以组成两个全桥电路。

4.如权利要求3所述的用于坐便器的称重装置，其特征在于，每个全桥电路包括两个分别设置在所述马桶底圈左、右两侧的第一压力传感器。

5.如权利要求4所述的用于坐便器的称重装置，其特征在于，所述第二压力传感器的个数为2个，2个第二压力传感器分别设置在所述转轴的端部。

6.如权利要求5所述的用于坐便器的称重装置，其特征在于，所述拟合曲线的公式为：

W＝k*(ADC0+ADC1-ADC00-ADC10)+n*(ADC2+ADC3-ADC20-ADC30)

其中，ADC00和ADC10表示坐便器未称重时两个第二压力传感器采集的压力数据，ADC20和ADC30表示坐便器未承重时两个全桥电路采集的压力数据，ADC0和ADC1表示坐便器承重时两个第二压力传感器采集的压力数据，ADC2和ADC3表示坐便器称重时两个全桥电路采集的压力数据，k和n表示通过拟合算法获得的两个系数。

7.如权利要求5所述的用于坐便器的称重装置，其特征在于，

每个全桥电路的两个第一压力传感器的间距大于16cm；

靠近马桶座圈前端的第一压力传感器与所述马桶座圈前端的距离小于8cm。

8.如权利要求3所述的用于坐便器的称重装置，其特征在于，其中一个全桥电路与所述微控制单元之间依次连接第一放大电路、第一滤波电路和第一模数转换电路；

另一个全桥电路与所述微控制单元之间依次连接第二放大电路、第二滤波电路和第二模数转换电路。

9.如权利要求4所述的用于坐便器的称重装置，其特征在于，其中一个第二压力传感器与所述微控制单元之间依次连接第三放大电路、第三滤波电路和第三模数转换电路；

另一个第二压力传感器与所述微控制单元之间依次连接第四放大电路、第四滤波电路和第四模数转换电路。

10.如权利要求1所述的用于坐便器的称重装置，其特征在于，还包括：

通信模块，用于将处理器获得体重数据发送至云端或APP，以供分析作出相应健康报告。

11.一种根据权利要求1-10中任一项所述的称重装置的称重方法，其特征在于，包括：

S1、采集所述坐便器未承重时各所述第一压力传感器和所述第二压力传感器的称重值，分别作为对应各所述第一压力传感器的初始值和对应各第二压力传感器的初始值；

S2、采集所述坐便器承重时各所述第一压力传感器和所述第二压力传感器的称重值，分别作为对应各所述第一压力传感器的当前值和对应各所述第二压力传感器的当前值；

S3、将对应各所述第一压力传感器的初始值和当前值以及对应各第二压力传感器的初始值和当前值代入拟合曲线中，获得体重数据。

12.如权利要求11所述的称重装置的称重方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括：

将若干个标准砝码依次置于所述坐便器上，采集每个标准砝码至于所述坐便器上时所述第一压力传感器和所述第二压力传感器的称重值；

根据所有标准砝码至于所述坐便器上时所述第一压力传感器和所述第二压力传感器的称重值，获得拟合曲线。

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