CN109924883B - 饮水机自动出水机构及出水方法 - Google Patents

Abstract

饮水机自动出水机构，包括外壳、行程限位开关、出水嘴、水位检测模块、进水管、电磁水阀、出水管、杯高检测模块、升降驱动组件及单片机；单片机设在外壳内腔中，并分别与行程限位开关、水位检测模块、电磁水阀、杯高检测模块及升降驱动组件电连接或通信方式连接。饮水机自动出水方法，应用于上述的饮水机自动出水机构，步骤如下：S01,检测水杯杯口位置；S02，测量水杯高度；S03，自动出水。本发明应用在饮水机上，可实现放置水杯自动出水，达到一定水量自动停止出水，实现接水过程自动化。

Description

饮水机自动出水机构及出水方法

技术领域

本发明涉及智能家居技术领域，特别是一种饮水机自动出水机构及出水方法。

背景技术

目前，大多数家庭依然在使用传统饮水机，当人们在饮水机上接水时，要经过等待水接满的过程，这个过程需要接水者时刻观察着水杯是否溢满，然后手动停止饮水机出水，不够智能。

不同的饮水机的出水流速不同，接水等待的时间也会因此而不同，如果出水速度很慢，则需要用户等待很长时间，在这期间接水者如果做其它的事情的话，水杯溢满，没及时关闭饮水机的水龙头，则会浪费水源，使得在这期间接水者不方便做其它事情。当使用者为老人、儿童或身体素质较弱的人时，有可能因反应速度较慢导致来不及关水龙头，进而导致水溢出接水容器，若接水为高温水，则容易造成烫伤。

在目前现有技术中，存在两种饮水机出水自动控制技术：

一是红外检测技术，红外检测技术是利用红外光线的传播和折射工作。红外发射二极管和红外接收三极管一高一低斜对应安装在透光容器的两侧，当容器内部水面上升，两传感器之间有水时，由于水面的折射作用使红外光线在不同的介质中传播产生折射使光线偏离原先的路径从而使接收装置不能接收到红外信号，从而实现水位检测。但是这种红外检测技术易受到光线干扰，导致检测失准。

二是DSP控制技术，系统由摄像头、编码、处理器、阀门开关和显示模块组成。通过对放在出水口处纸杯的原始图像进行灰度化处理、边缘检测、连续域提取和噪声去除算法，分割出杯口内边缘和水位线，首先检出杯口位置,然后检出杯口的边缘线和水位线，最后计算杯口边缘线与水位线之间距离，当这个距离达到了预设的高度值，自动关闭出水阀门，但这种技术又过于复杂，识别速度不够，成本过高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种饮水机自动出水机构及出水方法，其应用在饮水机上，可实现放置水杯即刻自动出水，杯内达到一定水量自动停止出水，实现接水过程自动化。

本发明的技术方案是：饮水机自动出水机构，包括外壳、行程限位开关、出水嘴、水位检测模块、进水管、电磁水阀、出水管、杯高检测模块、升降驱动组件及单片机；

外壳内设有用于安装元器件的内腔，外壳外部下端设有托板，外壳外部上端设有正对托板的舌板，外壳上还设有连通至内腔且朝向托板与舌板之间区域的检测缝隙，检测缝隙竖直布置；

行程限位开关设在壳体的托板上；出水嘴和水位检测模块均安装在壳体的舌板上，出水嘴的出水方向竖直向下朝向行程限位开关，水位检测模块的检测方向竖直向下朝向行程限位开关；

进水管一端位于外壳外部，并与饮用水源连通，另一端伸入外壳内腔中，并与电磁水阀的进水端连通；

电磁水阀设在外壳内腔中，其一端为进水端，另一端为出水端；

出水管一端位于外壳内腔中，并与电磁水阀的出水端连通，另一端从外壳内腔中伸出，并与出水嘴连通；

杯高检测模块和升降驱动组件均设在外壳内腔中，杯高检测模块与升降驱动组件关联，并在升降驱动组件的驱动下沿检测缝隙做升降运动；

单片机设在外壳内腔中，并分别与行程限位开关、水位检测模块、电磁水阀、杯高检测模块及升降驱动组件电连接或通信方式连接。

本发明进一步的技术方案是：水位检测模块为超声波收发器，杯高检测模块为红外反射模块。

本发明再进一步的技术方案是：升降驱动组件为同步带组件，同步带组件包括步进电机、主动轮、主动轮轴、从动轮、从动轮轴及同步带；主动轮固定安装在主动轮轴上，从动轮固定安装在从动轮轴上，从动轮轴活动安装在壳体内腔中，同步带绕设在主动轮与从动轮之间，步进电机的机轴与主动轮轴连接，以驱动主动轮轴转动；杯高检测模块固定安装在同步带上。

本发明更进一步的技术方案是：其还包括设在出水嘴上的水温检测模块，水温检测模块与单片机电连接或通信方式连接。

本发明的技术方案是：一种饮水机自动出水方法，应用于上述的饮水机自动出水机构，步骤如下：

S01,检测水杯杯口位置:将待接水的水杯放在托板上，水杯压住并触发行程限位开关，接着单片机控制步进电机和杯高检测模块同时启动，步进电机驱动同步带运动，进而带动杯高检测模块下沿着外壳的检测缝隙向上移动，杯高检测模块透过检测缝隙实时检测水杯杯口位置，并将检测数据实时传输给单片机，当杯高检测模块移动至刚好超过水杯杯口高度时，单片机控制步进电机停转；

本步骤开始之前，步进电机处在复位状态，在该状态下，杯高检测模块正对外壳的检测缝隙的最下端；

S02，测量水杯高度:步进电机停转后，单片机同时进行两项控制：a、根据公式计算水杯高度，公式中：h为水杯高度，n为步进电机脉冲数，R为主动轮半径，x为步进电机一个脉冲转的角度；b、控制步进电机复位，将杯高检测模块移动至检测缝隙最下端；

S03，自动出水：计算出水杯高度后，单片机控制电磁水阀和水位检测模块同时启动，则外部饮用水依次通过进水管、电磁水阀和排水管，从出水嘴排出，进入水杯内，水位检测模块实时检测水位高度，并将检测数据实时传输给单片机，单片机根据公式Δx＝h-(k-L)实时计算水杯液面到水杯杯口的垂直距离，公式中，Δx为水杯液面到水杯杯口的垂直距离，h为水杯高度，k为水位检测模块到托板的垂直距离，L为水位检测模块到水杯内液面的距离，随着饮用水持续注入水杯内，Δx的数值不断缩小，当Δx小于设定值时，单片机控制电磁水阀关闭，自动接水过程完成。

本发明进一步的技术方案是：S03步骤中，在出水嘴刚开始出水时，水温检测模块检测水温并将检测数据传递给单片机，单片机根据水温设定Δx的值，当水温t＞65℃时，Δx设定值为3cm，当水温t的范围为45℃≤t≤65℃时，Δx设定值为2cm，当水温t＜45℃时，Δx设定值为1cm。

本发明再进一步的技术方案是：S03步骤中，在出水嘴出水过程中，当人手靠近水杯，被人手感应模块检测到时，人手检测模块随即传递信号给单片机，单片机随即控制电磁水阀关闭，停止出水；当出水嘴未出水时，人手进入人手感应模块的检测区域内，不会触发单片机产生任何控制指令。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明应用在饮水机上，可实现放置水杯即刻自动出水，杯内达到一定水量自动停止出水，实现接水过程自动化。

2、根据出水温度不同自动控制出水量，从而实现当水温较高时，水杯的高度与接水的液面高度差值相对较大，从而降低了用户拿走接了热水的杯子时，杯内的热水从杯口晃出而烫伤人的概率，实现接水过程智能化。

3、接水过程中，当人手靠近水杯，被人手感应模块检测到时，即认为用户需要取走水杯，单片机随即控制电磁水阀关闭，以停止出水，实现即取即停，实现接水过程人性化。

以下结合图和实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，饮水机自动出水机构，包括外壳1、行程限位开关2、出水嘴3、水位检测模块4、进水管5、电磁水阀6、出水管7、杯高检测模块8、升降驱动组件及单片机10。

外壳1内设有用于安装元器件的内腔11，外壳1外部下端设有托板12，外壳1外部上端设有正对托板12的舌板13，外壳1上还设有连通至内腔11且朝向托板12与舌板13之间区域的检测缝隙14，检测缝隙14竖直布置。

行程限位开关2设在壳体1的托板12上。出水嘴3和水位检测模块4均安装在壳体1的舌板13上，出水嘴3的出水方向竖直向下朝向行程限位开关2，水位检测模块4的检测方向竖直向下朝向行程限位开关2(基于该设计，当水杯放在外壳1托板12上，并压住行程限位开关2时，出水嘴3和水位检测模块4能正对水杯内腔)。

进水管5一端位于外壳1外部，并与饮用水源(即饮水机的水桶)连通，另一端伸入外壳1内腔11中，并与电磁水阀6的进水端连通。

电磁水阀6设在外壳1内腔11中，其一端为进水端，另一端为出水端。

出水管7一端位于外壳1内腔11中，并与电磁水阀6的出水端连通，另一端从外壳1内腔11中伸出，并与出水嘴3连通。

杯高检测模块8和升降驱动组件均设在外壳1内腔11中，杯高检测模块8与升降驱动组件关联，并在升降驱动组件的驱动下沿检测缝隙14做升降运动。升降驱动组件为同步带组件，同步带组件包括步进电机91、主动轮92、主动轮轴93、从动轮94、从动轮轴95及同步带96。主动轮92固定安装在主动轮轴95上，从动轮94固定安装在从动轮轴95上，从动轮轴95活动安装在壳体1内腔11中，同步带96绕设在主动轮92与从动轮94之间，步进电机91的机轴与主动轮轴93连接，以驱动主动轮轴93转动。杯高检测模块8固定安装在同步带96上。

单片机10设在外壳1内腔11中，并分别与行程限位开关2、水位检测模块4、电磁水阀6、杯高检测模块8及升降驱动组件电连接或通信方式连接。

优选，水位检测模块4为超声波收发器(超声波能在水面上反射，可以测量水面高度)，具体型号为US-015超声波模块，量程为2cm-400cm，精度分辨率达1mm，延迟大概0.5s，在误差允许范围内满足要求。

优选，杯高检测模块8为红外反射模块，具体型号为TCRT5000红外反射传感器。

优选，单片机10的具体型号为stm32单片机。

优选，其还包括设在出水嘴3上的水温检测模块(图中未示出)，水温检测模块与单片机10电连接或通信方式连接。

优选，其还包括设在外壳1舌板13上的人手感应模块100，人手感应模块100的具体型号为SR602红外释热模块，其与单片机10电连接或通信方式连接。

简述本发明的工作过程：基于饮水机自动出水机构的饮水机自动出水方法，步骤如下：

S01,检测水杯杯口位置:将待接水的水杯放在托板12上，水杯压住并触发行程限位开关2，接着单片机10控制步进电机91和杯高检测模块8同时启动，步进电机91驱动同步带96运动，进而带动杯高检测模块8下沿着外壳1的检测缝隙14向上移动，杯高检测模块8透过检测缝隙14实时检测水杯杯口位置，并将检测数据实时传输给单片机10，当杯高检测模块8移动至刚好超过水杯杯口高度时，单片机10控制步进电机91停转；

本步骤开始之前，步进电机91处在复位状态，在该状态下，杯高检测模块8正对外壳1的检测缝隙14的最下端；

S02,测量水杯高度:步进电机91停转后，单片机10同时进行两项控制：a、根据公式计算水杯高度，公式中：h为水杯高度，n为步进电机脉冲数，R为主动轮半径，x为步进电机一个脉冲转的角度；b、控制步进电机91复位，将杯高检测模块8移动至检测缝隙14最下端；

S03，自动出水：计算出水杯高度后，单片机10控制电磁水阀6和水位检测模块4同时启动，则外部饮用水依次通过进水管5、电磁水阀6和排水管7，从出水嘴3排出，进入水杯内，水位检测模块4实时检测水位高度，并将检测数据实时传输给单片机10，单片机10根据公式Δx＝h-(k-L)实时计算水杯液面到水杯杯口的垂直距离，公式中，Δx为水杯液面到水杯杯口的垂直距离，h为水杯高度，k为水位检测模块到托板的垂直距离，L为水位检测模块到水杯内液面的距离，随着饮用水持续注入水杯内，Δx的数值不断缩小，当Δx小于设定值时，单片机10控制电磁水阀6关闭，自动接水过程完成。

S01步骤中，步进电机91机轴的转动角度被单片机10记录，后续步骤中的步进电机91复位时，只需控制部件电机91的机轴反向转动同样角度即可实现复位。

S03步骤中，在出水嘴3刚开始出水时，水温检测模块检测水温并将检测数据传递给单片机10，单片机10根据水温设定Δx的值，当水温t＞65℃时，Δx设定值为3cm，当水温t的范围为45℃≤t≤65℃时，Δx设定值为2cm，当水温t＜45℃时，Δx设定值为1cm。

S03步骤中，在出水嘴3出水过程中，当人手靠近水杯，被人手感应模块检测到时，人手检测模块随即传递信号给单片机10，单片机10随即控制电磁水阀6关闭，停止出水；当出水嘴3未出水时，人手进入人手感应模块的检测区域内，不会触发单片机10产生任何控制指令。

Claims (3)

1.一种饮水机自动出水方法，其特征是：应用于饮水机自动出水机构；

饮水机自动出水机构，包括外壳、行程限位开关、出水嘴、水位检测模块、进水管、电磁水阀、出水管、杯高检测模块、升降驱动组件及单片机；

外壳内设有用于安装元器件的内腔，外壳外部下端设有托板，外壳外部上端设有正对托板的舌板，外壳上还设有连通至内腔且朝向托板与舌板之间区域的检测缝隙，检测缝隙竖直布置；

行程限位开关设在壳体的托板上；出水嘴和水位检测模块均安装在壳体的舌板上，出水嘴的出水方向竖直向下朝向行程限位开关，水位检测模块的检测方向竖直向下朝向行程限位开关；

进水管一端位于外壳外部，并与饮用水源连通，另一端伸入外壳内腔中，并与电磁水阀的进水端连通；

电磁水阀设在外壳内腔中，其一端为进水端，另一端为出水端；

出水管一端位于外壳内腔中，并与电磁水阀的出水端连通，另一端从外壳内腔中伸出，并与出水嘴连通；

杯高检测模块和升降驱动组件均设在外壳内腔中，杯高检测模块与升降驱动组件关联，并在升降驱动组件的驱动下沿检测缝隙做升降运动；

单片机设在外壳内腔中，并分别与行程限位开关、水位检测模块、电磁水阀、杯高检测模块及升降驱动组件电连接或通信方式连接；

其还包括设在出水嘴上的水温检测模块，水温检测模块与单片机电连接或通信方式连接；

其还包括设在外壳舌板上的人手感应模块，人手感应模块与单片机电连接或通信方式连接；

方法步骤如下：

S01, 检测水杯杯口位置:将待接水的水杯放在托板上，水杯压住并触发行程限位开关，接着单片机控制步进电机和杯高检测模块同时启动，步进电机驱动同步带运动，进而带动杯高检测模块下沿着外壳的检测缝隙向上移动，杯高检测模块透过检测缝隙实时检测水杯杯口位置，并将检测数据实时传输给单片机，当杯高检测模块移动至刚好超过水杯杯口高度时，单片机控制步进电机停转；

本步骤开始之前，步进电机处在复位状态，在该状态下，杯高检测模块正对外壳的检测缝隙的最下端；

S02，测量水杯高度:步进电机停转后，单片机同时进行两项控制：a、根据公式计算水杯高度，公式中：h为水杯高度，n为步进电机脉冲数，R为主动轮半 径，x为步进电机一个脉冲转的角度；b、控制步进电机复位，将杯高检测模块移动至检测缝 隙最下端；

S03，自动出水：计算出水杯高度后，单片机控制电磁水阀和水位检测模块同时启动，则外部饮用水依次通过进水管、电磁水阀和排水管，从出水嘴排出，进入水杯内，水位检测模块实时检测水位高度，并将检测数据实时传输给单片机，单片机根据公式Δx=h-(k-L)实时计算水杯液面到水杯杯口的垂直距离，公式中，Δx为水杯液面到水杯杯口的垂直距离，h为水杯高度，k为水位检测模块到托板的垂直距离，L为水位检测模块到水杯内液面的距离，随着饮用水持续注入水杯内，Δx的数值不断缩小，当Δx小于设定值时，单片机控制电磁水阀关闭，自动接水过程完成；

S03步骤中，在出水嘴刚开始出水时，水温检测模块检测水温并将检测数据传递给单片机，单片机根据水温设定Δx的值，当水温t＞65℃时，Δx设定值为3cm，当水温t的范围为45℃≤t≤65℃时，Δx设定值为2cm，当水温t＜45℃时，Δx设定值为1cm；

S03步骤中，在出水嘴出水过程中，当人手靠近水杯，被人手感应模块检测到时，人手检测模块随即传递信号给单片机，单片机随即控制电磁水阀关闭，停止出水；当出水嘴未出水时，人手进入人手感应模块的检测区域内，不会触发单片机产生任何控制指令。

2.如权利要求1所述的饮水机自动出水方法，其特征是：水位检测模块为超声波收发器，杯高检测模块为红外反射模块。

3.如权利要求2所述的饮水机自动出水方法，其特征是：升降驱动组件为同步带组件，同步带组件包括步进电机、主动轮、主动轮轴、从动轮、从动轮轴及同步带；主动轮固定安装在主动轮轴上，从动轮固定安装在从动轮轴上，从动轮轴活动安装在壳体内腔中，同步带绕设在主动轮与从动轮之间，步进电机的机轴与主动轮轴连接，以驱动主动轮轴转动；杯高检测模块固定安装在同步带上。