CN114190748B - 准确测量饮水量的装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种准确测量饮水量的装置及测量方法，包括容纳饮用水的容器、检测容器开关状态的磁感应检测模块，进行控制及计算的控制及计算模块，检测饮水者状态的红外线检测模块和检测容器倾斜状态的陀螺仪检测模块的组合运用，同时依据其测量方法，可以准确测量饮水量，而且减少了误算的机会。

Description

准确测量饮水量的装置及测量方法

技术领域

本发明涉及一种饮水装置及测量方法，特别涉及准确测量饮水量的装置及测量方法。

背景技术

目前市场上使用检测饮水量的智能饮水杯较多，都是对使用者的饮水量进行统计，从而进行饮水行为的健康管理，但是普遍存在测量不准确的问题。现有技术测量饮水量有以下几种方式：

1、依据重量变化测量饮水量，通过设置在杯底的重量传感器，计算每次饮水后的重量差异变化，来判断饮水量。但是这种测量方法有两个缺陷，一个是当拿起水杯，倾倒部分水量后，系统会判断为饮用而不是倾倒。另外一个是，当拿起水杯后，饮用部分水量，未放置在桌面上就立即再次加水，则系统不能分辨出这种特殊状态，导致出现计算错误。

2、依据液面变化测量饮水量，通过设置在杯盖上的激光测距仪，计算每次饮水后的液面差异变化，来判断饮水量。这种测量方法是采用激光发射装置设置在杯盖上，其缺陷是，一是反应速度慢，每次要求液面恢复稳定后才能进行计算，二是使用环境要求高，如果水杯放置在倾斜的桌面上，系统会进行误算，三是当拿起水杯，倾倒部分水量后，系统会判断为饮用而不是倾倒，四是当拿起水杯后，饮用部分水量，未放置在桌面上就立即再次加水，则系统不能分辨出这种特殊状态，而且激光传感器的成本较高，导致销售价格和生产效率不适合推广。

3、利用陀螺仪来判断饮水量，根据陀螺仪的倾斜角度和倾斜速度判断饮水量，进行综合计算饮水量，如果倾斜速度过快，认定为倒水，而不是饮用，并且利用杯体的高度，重量传感器，陀螺仪的倾斜率和直径等综合数据进行计算，判断饮水量。这种测量方法的缺陷是，一是即使通过陀螺仪的倾斜率的计算也不能判断使用者是倾倒水还是饮用水，因为倾斜率本身不能进行区分两种行为的差异，有可能倒水时的，倾斜率和饮水时的倾斜率是一致。这样也会导致系统计算错误，二是因为计算建模涉及到杯体必须为圆柱形或者是方形，才能进行正确计算，如果是异形杯体就不能进行计算，局限性过大。而且增加了重量传感器，也会进一步导致成本增加，而且生产工艺复杂。

发明内容

本发明的目的是解决以上缺陷，提供一种准确测量饮水量的装置及测量方法，可以减少激光传感器和重量传感器，同时测量数据更加准确的饮水装置及饮水方法，防止各种误计算。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

准确测量饮水量的装置，包括容纳饮用水的容器、检测容器开关状态的磁感应检测模块，进行控制及计算的控制及计算模块，检测饮水者状态的红外线检测模块和检测容器倾斜状态的陀螺仪检测模块。通过磁感应检测模块，红外线检测模块和陀螺仪检测模块的配合使用，准确判断出饮水状态，避免系统误判为倒水，当磁感应检测模块收到触发后，控制及计算模块开始工作，并发出信号给红外线检测模块进行检测及判断，当饮水者处于饮水状态，且陀螺仪检测模块受到触发，则系统开始计算饮水量，如果红外线检测模块没有收到信号则判断为倒水，这的设计使整体的计算准确性大幅提高，且判断速度加快，并且节省了重量传感设备。

上述说明中，作为优选的方案，所述容器由杯体，杯盖，智能环壳体，及饮水盖组件组成，杯体饮水盖组件活动盖合在杯体上，智能环壳体和杯体活动连接，杯盖盖合在饮水盖组件上方，出水口设置在饮水盖组件上。以上设计方案，解决了各工作模块的安装问题，饮水盖组件的设置更进一步的保证了各模块的稳定性，和安装便利性。有助于各个模块的工作。

上述说明中，作为优选的方案，该装置还设有用于进行复位的光感应检测模块和用于显示饮水信息的显示模块。为了使该装置的使用更加便利和稳定，利用光感应检测模块进行系统复位，当光感应检测模块受到触发时，则表示饮水盖组件被打开，饮水者处于加注水的状态，系统进行复位计算，表示上一杯水已经耗尽，系统需要进行累加计算。显示模块是为了给饮水者提供更好的界面，显示屏及喇叭构成，通过视频及图案和声音的方式将各种饮水信息通过显示屏和喇叭发送至饮水者。

上述说明中，作为优选的方案，磁感应检测模块由磁铁及磁感应开关组成，磁铁设置在杯盖上，磁感应开关设置在智能环壳体上方，磁铁可控制磁感应开关，红外线检测模块设置在智能环壳体上方，在饮水盖组件对应位置设有窗口，使红外线信号能发射及接收，用于检测饮水者是否靠近饮水，陀螺仪检测模块设置在智能环壳体内部，用于检测杯体是否倾斜，控制及计算模块也设置在智能环壳体内部。为了进一步保证测量饮水量的准确性，将磁铁设置在杯盖上，磁感应开关设置在智能环壳体上方，这样当杯盖被打开后，磁感应开关受到触发，系统判断处于饮水准备状态，同时控制及计算模块发出指令给红外线检测模块，使红外线检测模块处于检测状态，同时在饮水盖组件对应位置设有窗口，既便于红外线信号能发射及接收，同时因为该位置的设置，符合人的饮水方式，通过红外线对脸部的检测，达到更加准确的检测效果。

上述说明中，作为优选的方案，光感应检测模块设置在智能环壳体上，饮水盖组件对光感应检测模块进行阻挡，有需要时才触发。显示模块设置在智能环壳体侧壁上，用于显示信息，正常情况下通过饮水盖组件对光感应检测模块进行阻挡，使其处于不工作状态，因为要加注水的时候，必须先使饮水盖组件和杯体脱离，这样光感应检测模块就会受到触发，系统根据光感应检测模块发出的信号，来判断测量装置处于加水状态，系统来进行算法重置。显示模块设置在智能环壳体侧壁上的好处是，侧壁的面积比较大，可以装配更大的显示屏，能承载更多的信息。

该发明的测量方法：

该方法包括以下步骤：

S1：初始设置，根据杯体容量所设置饮水最大值M毫升，设定红外线检测模块的检测距离范围L1-L2，其中L2>L1，出水口直径D，设定临界倾斜角度A，当倾斜角度小于该角度时，饮用水不会从杯体流出，系统不参与计算，和直径系数K1。

以上参数的设定，用于作为饮水量的计算基础。磁铁设置在杯盖上，磁感应开关设置在智能环壳体上方，磁铁可控制磁感应开关，红外线检测模块设置在智能环壳体上方，在饮水盖组件对应位置设有窗口，使红外线信号能发射及接收，用于检测饮水者是否靠近饮水，陀螺仪检测模块设置在智能环壳体内部，用于检测杯体是否倾斜，控制及计算模块也设置在智能环壳体内部。为了进一步保证测量饮水量的准确性，将磁铁设置在杯盖上，磁感应开关设置在智能环壳体上方，这样当杯盖被打开后，磁感应开关受到触发，系统判断处于饮水准备状态，同时控制及计算模块发出指令给红外线检测模块，使红外线检测模块处于检测状态，同时在饮水盖组件对应位置设有窗口，既便于红外线信号能发射及接收，同时因为该位置的设置，符合人的饮用方式，通过红外线对脸部的检测，达到更加准确的检测效果。

S2：依据磁感应检测模块和红外线检测模块的组合，判断饮水者是否处于饮水状态。通过两者的状态组合信号，可以判断出是处于饮水状态还是倒水状态。

S3：在S2步骤中符合饮水状态，杯体开始倾斜且倾斜角度A1>A的同时，控制及计算模块开始计算饮水量，如仅杯体的倾斜角度A1>A，但红外线检测模块未受到触发，则系统认为其处于倒水状态，不计入饮水量。

因为临界倾斜角度A的设定，系统默认为当倾斜角度小于A时，水杯不会有水流出，所以不需要进行计算，只有在倾斜角度A1>A的时候，才会有水流出，才参与计算，这样测量的数据更加准确。

S4：计算饮水量，在S3步骤中处于计算饮水量状态时，根据A1和A的角度差值，出水口的直径D，持续倾斜的时间T，及直径系数K1，依据以上数据的乘积得到单次饮水量M1。

因为根据饮水者的习惯及状态特征，及维持倾斜状态的时间，出水口直径大小等，可以根据以上参数综合计算出饮水量，数量更加准确。

S5：饮水结束后，杯体往正常角度回复，产生反向运动，陀螺仪检测模块检测到该动作后，控制及计算模块停止计算饮水量。

当饮水结束时，杯体会产生反向运动，此时，陀螺仪检测模块收到此信息后，可以判断出饮水过程结束，这样系统就不会根据各参数来计算，这样的好处是更加准确和节约系统能源。

S6：重复S3至S5步骤得到总饮水量M2。

因为单次饮水不一定会将水饮尽，所以一般存在一杯水反复计算多次的情形，这样重复S3至S5步骤，将每次饮水量累加计算得到了新的值M2。这样不会仅仅计算单次饮水，导致数据难以统计及数据失真，得出了更加准确的饮水值。

进一步的，根据M2或M1的值，当其大于M值时，同时根据光感应检测模块的触发状态，则控制及计算模块对饮水量进行校正。

当M2或M1的值，大于M值时。表示当前的饮水量已经超出了杯体的容量，此时根据光感应检测模块的触发状态来判断饮用者是否会有进行加水的行为，再根据此行为来判断是否要有对饮水量进行校正及如何校正，这样更进一步提高了测量的准确性。

上述说明中，作为优选的方案，在步骤S2中所述的组合是指磁感应检测模块被触发，而且红外线检测模块也被触发。通过两者的状态组合信号，可以判断出是处于饮水状态还是倒水状态，如果仅判断一个信号，容易导致误计算。只有两者同时触发时，才能认定在饮水。

上述说明中，作为优选的方案，步骤S1中L2为最远端检测距离L2为40-50mm， L1为8-10mm，所述临界倾斜角度A为60。 通过这两个值设定的是最佳距离，既不会误触发信号，也不会产生误计算，如超出L2的距离，则不可能处于饮水状态，一定是处于倒水状态，此时系统不会计算饮水量，如果小于L1，则也不符合常规的饮水，也是处于倒水或者是水已经被饮尽了的状态，也不进行计算，这样达到最准确的状态。

上述说明中，作为优选的方案，根据步骤S4中各种参数的综合计算可以得到最准确的计算结果。饮水量的算法为：

该算法中，K1为直径系数，K1=D/23,D为出水口直径，且设定为23 ，T为持续时间。设定的临界倾斜角度为60度，采用阶梯式累加计算法，如果在饮水的持续过程中，饮水的倾斜角度A1跨越不同的角度区间位置时，会对上一个角度周期范围内的饮水量进行累加。如维持倾斜度在66度，在1秒时间的饮水量为3*（66-60）*1*1=18ml,然后进一步抬起杯体在80度，1秒时间内的饮用量为11*（80-70）*1*1=110ml，合计两个过程的总饮水量为：18+110=128ml。

进一步的，在当饮水量M1>M或M2>M时，且光感应检测模块被触发，则控制及计算模块校正为M1或M2与M一致，则控制及计算模块对饮水量进行记录并准备开始下一个周期计算。当实际饮水量和杯体的容量值一致时，且光感应检测模块被触发，表示饮水者的饮水量和实际杯体容量一致，此时又进行加注水的动作，说明计算值和饮用值完全一致，表示算法及测量值都为准确值，系统进入下一周期的计算准备。

进一步的，当饮水量M1>M或M2>M时，且光感应检测模块未被触发，重复实施S3至S5步骤，则控制及计算模块开始进行记录并开始启用控制及计算模块设有的神经网络算法进行校正。当实际饮水值M1或M2大于杯体容量值M时，饮水者仍然处于饮水行为，则表示计算值M1或M2和实际容量值产生误差，系统需要进一步的校正，此时启用的所述神经网络算法是指依据饮水者的行为习惯进行多次统计，同时对误差值进行容错，将不符合系统规定方法的饮水量进行单独存储并计算，进行误差值叠加，进行多次统计得到平均值，将平均值计入到S4中的算法的计算值内，得到准确的饮水值。同理当饮水量M1<M或M2<M时, 且光感应检测模块被触发, 则控制及计算模块也开始进行记录并开始启用控制及计算模块设有的神经网络算法进行校正。

在测量方法中红外线检测模块和光感应检测模块处于重要的地位中，因为两者的组合设计，导致能更加精准的计算出正确的饮水量，其不仅仅利用了传感器的作用及功能，还进一步的参与了饮水量的计算。其稳定的性能，灵活的安装方式，替代了传统的激光传感器和重量传感器，且使用范围更广。

本发明所产生的有益效果是：容纳饮用水的容器、检测容器开关状态的磁感应检测模块，进行控制及计算的控制及计算模块，检测饮水者状态的红外线检测模块和检测容器倾斜状态的陀螺仪检测模块及光感应检测模块的组合运用，同时依据其测量方法，可以准确测量饮水量，而且减少了误算的机会。

附图说明

图1为本装置立体结构示意图；

图2为本装置立体结构分解示意图；

图3为本装置立体结构杯盖示意图；

图4为本装置立体结构杯智能环分解示意图；

图5为本方法流程图；

图6为本装置模块工作示意图；

图7为本装置使用状态红外线工作示意图；

图8为本装置出水状态A1示意图；

图9为本装置出水后回复状态A2示意图；

图10为本装置临界值A示意图；

图11为杯体在A，A1和A2的位置关系图

图中，1为饮水盖组件，101为杯盖，2为智能环壳体，201为红外线发射装置，202为红外线接收装置，3为磁感应开关，4为磁铁固定位，5为杯体，6为磁铁，7为光敏电阻。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

本实施例，参照图1-图8，杯盖101盖合在饮水盖组件1上方，在杯盖101内侧边缘处设有磁铁固定位4，磁铁6安装在磁铁固定位4内，同时在智能环壳体2内部正对磁铁6安装位的位置，设有磁感应开关3，当杯盖101被打开时，磁感应开关3受到触发，控制及计算模块开始工作，并发出信号给红外线检测模块进行检测及判断。红外线检测模块设置在智能环壳体2内侧上方，有红外线发射装置201和红外线接收装置202组成，饮水盖组件1在对应红外线发射装置201和红外线接收装置202位置设有窗口，使红外线信号能发射及接收，用于检测饮水者是否靠近饮水。当磁感应开关3受到触发同时，红外线检测模块也接收到人脸靠近的信号后，控制及计算模块开始准备计算工作，当杯体5倾斜时，且倾斜角度A1大于临界倾斜角度A时，同时经过倾斜的时间T的组合计算，开始计算饮水量。

本实施例中的红外线检测模块中红外线的感测距离为L1-L2，其中L1=10mm， L2=50mm，一个为脸部靠近该模块的最近距离值，一个为最远距离值，同时本实施例的杯体5的临界倾斜角度A=60度。当人脸距离和红外线检测模块的距离在10mm-50mm之间的距离，才认为存在饮水的行为。

同时采用了两个不同口径的杯体进行测量，实施例一为口径23mm的水杯，实施例二为口径40mm的水杯，测量的结果如下：

在饮水的过程中，当红外线检测模块未检测到或者是曾经检测到的信号消失时，控制及计算模块立即停止计算，并判断为饮水中断，并处于倒水状态。

如果磁感应开关3受到触发，但是红外线检测模块未检测到信号，也判断为处于倒水状态。

当磁感应开关3受到触发且红外线检测模块仍然受到触发，但是杯体5的倾斜角度发生反向变化，即A2< A1时，控制及计算模块即判断为饮水者处于中止状态，也停止计算饮水量。此时判断为，饮水者在将水杯往回运动，处于回复初始状态的过程。

根据杯体5的容量，设定M值，该值的意义为，单次杯体5最大容量，即无论饮水者是否处于正确的姿势，只要累计单次饮水量M1>M，系统都判定为水已经被饮尽，不计算饮水量，此方案确保了计算的准确性。同理，一杯水可能饮用者数次饮用过程才饮完，那么累计饮水值M2>M，控制及计算模块也判定为水已经被饮尽，不计算饮水量，同时通过显示模块提示饮水者，需要进行重新加注。

当饮水者需要加水时，必须要打开饮水盖组件1，在智能环壳体2内侧上方，设有一个光敏电阻7。当饮水盖组件1打开，并开始加水时，光敏电阻7受到触发，控制及计算模块开始进行复位，认为此杯水已经被饮尽，已经开始加注了新水，同时复位了新M值，系统开始累记饮水的杯数或者是数量。

以上内容是结合具体的优选实施例对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种测量方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：初始设置，根据杯体(5)容量所设置饮水最大值M毫升，设定红外线检测模块的检测距离范围L1-L2，其中L2>L1，出水口直径D，设定临界倾斜角度A，和直径系数K1，当倾斜角度小于该角度时，饮用水不会从杯体(5)流出，系统不参与计算；

S2：依据磁感应检测模块和红外线检测模块的组合，判断饮水者是否处于饮水状态；

S3：在S2步骤中符合饮水状态，杯体(5)开始倾斜且倾斜角度A1>A的同时，控制及计算模块开始计算饮水量，如仅杯体(5)的倾斜角度A1>A，但红外线检测模块未受到触发，则系统认为其处于倒水状态，不计入饮水量；

S4：计算饮水量，在S3步骤中处于计算饮水量状态时，根据A1和A的角度差值，出水口的直径D，持续倾斜的时间T，及直径系数K1，依据以上数据的组合计算得到饮水量M1，M1的算法为：

采用阶梯式累加计算法，如果在饮水的持续过程中，饮水的倾斜角度A1跨越不同的角度区间位置时，会对上一个角度周期范围内的饮水量进行累加；

S5：饮水结束后，杯体(5)往正常角度回复，产生反向运动，陀螺仪检测模块检测到该运动后，控制及计算模块停止计算饮水量；

S6：重复实施S3至S5步骤得到总饮水量M2。

2.根据权利要求1所述测量方法，其特征在于：在步骤S2中所述的组合是指磁感应检测模块被触发，而且红外线检测模块也被触发。

3.根据权利要求1所述测量方法，其特征在于：步骤S1中L2为最远端检测距离L2为40-50mm，L1为8-10mm，所述临界倾斜角度A为60度，出水口直径D为23mm。

4.根据权利要求1所述测量方法，其特征在于：在当饮水量M1>M或M2>M时，且光感应检测模块被触发，则控制及计算模块校正为M1或M2与M一致，则控制及计算模块对饮水量进行记录并准备开始下一个周期计算。

5.根据权利要求1所述测量方法，其特征在于：当饮水量M1>M或M2>M时，且光感应检测模块未被触发，重复实施S3至S5步骤，则控制及计算模块开始进行记录并开始启用控制及计算模块内设有的神经网络算法进行校正。