一种基于超声波控制接水装置及方法与流程

本发明涉及超声波控制技术领域，尤其涉及一种基于超声波控制接水装置及方法。

背景技术：

随着技术发展，智能家居普及，越来越多的操作简单，便捷，饮水机加上测距模块，可实现杯子放好即接水，现在使用的红外线，不方便安装，激光等光电设备，在使用过程中，容易受热水水汽的影响，或水蒸气冷凝，容易误判等，超声波在这方面有天然的优势，不受水汽影响，即使探头表面附着小水滴，对接水判定无影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于超声波控制接水装置及方法，通过在饮水机出水口两侧设置超声波测距模块，利用超声波多个回波信号，来识别杯沿，液面，通过杯沿和液面高度差，来控制设备进行自动放水，停水。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于超声波控制接水装置，包括超声波测距模块、控制模块以及出水阀开关，所述超声波测距模块设置在出水口的侧面，

所述超声波测距模块用于测量超声波测距模块发射超声波信号到杯沿后，在返回到超声波测距模块上的距离，并将该距离作为第二距离；以及用于测量超声波测距模块发射超声波信号到杯内液面中心后返回超声波测距模块的距离，并将该距离作为第三距离；

所述控制模块用于基于第二距离与第三距离，获得超声波测距模块到杯口的垂直距离l4与超声波测距模块到杯内液面的垂直距离l3，将参数l3与参数l4做差值运算，获得第四距离，并基于第四距离控制所述出水阀开关；

所述出水阀开关用于控制出水口出水。

传统的饮水机开关接水的时候，都是通过开关按钮，人工对放置在水杯内的水的深度进行一个控制，采用这种方式，在接热水的时候，热水容易溢出，造成用户的受被烫伤或者当用户忘记关停水按钮的时候，容易造成杯内的水溢出，浪费水源，采用本发明提供的一种基于超声波控制接水装置，通过在接水装置中设置超声波测距模块来测量接水杯内的水的深度，实现自动控制出水阀开关的过程，避免了水的溢出。

优选地，所述超声波测距模块包括第一超声波探头与第二超声波探头，所述第一超声波探头用于发射超声波，所述第二超声波探头用于接收超声波，所述第一超声波探头与所述第二超声波探头分别设置在出水口两侧。

第一超声波探头也可以用于接收超声波，第二超声波探头也可以用于发射超声波，即第一超声波探头与第二超声波探头，一个用于接收超声波，一个用于发生超声波，是相对的两个探头。

优选地，所述接水装置还包括输入模块、水温测量模块、温度控制模块以及显示模块，

所述输入模块用于设置出水温度以及设置杯口到液面之间的预设阈值距离；

所述水温测量模块用于测量当前水的温度，并将测量的温度信号传输到控制模块内；

所述温度控制模块用于接收控制模块发送的温度信号，并对水温进行实时调节；

所述显示模块用于接收控制模块传输过来的温度信号，并对当前出水口所出的水状态进行显示。

设置多个模块，主要是可以用于测量杯子接热水时候的水的深度，避免了因为水的雾气造成接水不够。

优选地，所述超声波模块还包括第三超声波探头，所述第三超声波探头、所述第二超声波探头以及所述第一超声波探头通过三点定位的方式，测量杯孔直径l6。

设置第三超声波探头，主要是通过三点定位的方式，测量放置在出水口下方的杯子杯口的直径大小。

本发明还公开了一种基于超声波控制接水方法，所述接水方法步骤包括：

s1：通过超声波探测超声波测距模块范围内，是否存在杯子，若存在，则获取超声波测距模块之间的第一距离l1以及杯口直径l6；

s2：获取第二距离与第三距离，所述第二距离为超声波测距模块发射超声波信号到杯沿后，在返回到超声波测距模块上的距离，所述第三距离为超声波测距模块发射超声波信号到杯内液面中心后返回超声波测距模块的距离；

s3：基于第一距离l1、直径l6以及第二距离，获得超声波测距模块到杯口的垂直距离l4；

s4：基于第一距离l1以及第三距离，获得超声波测距模块到杯内液面的垂直距离l3；

s5：将参数l3、l4做差值运算，获得第四距离l5；

s6：判断第四距离是否大于预设阈值距离，若大于预设阈值距离，则开启出水阀，若小于等于预设阈值距离，则关闭出水阀。

通过在控制模块内实现对距离之间的差值计算，并通过对计算结果做相关判断，来判定当前的水深。

优选地，所述第四距离具体的计算表达式为：

l5＝l3-l4

l5为第四距离，c0为超声波速度，t3为超声波在探测杯内页面的飞行时间，t4为超声波探测杯沿的飞行时间。

优选地，所述飞行时间t3的具体表达式为：

c0为超声波传播速度，x1+x2为第三距离，x1＝x2。

优选地，所述飞行时间t4的具体表达式为：

c0为超声波传播速度，d1+d2为第二距离。

优选地，所述预设阈值距离为杯沿到杯内液面之间的距离。

具体预设阈值距离的大小，可以根据人为来设定，根据用户的需求进行设定。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、采用本发明提供的一种基于超声波控制接水装置及方法，利用超声波多个回波信号，来识别杯沿，液面，通过杯沿和液面高度差，来控制设备进行自动放水，停水；

2、采用本发明提供的一种基于超声波控制接水装置及方法，可单手接水，把杯子放在饮水机下面，人无需等待，该装置可实现自动接水，停水，防溢出，可实现冷水，热水接水模式，功能不受水汽影响。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为接水装置的模块示意图

图2为超声波探头的具体安装示意图

图3为加热时的流程图

图4为超声波控制接收的方法示意图

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例一

本实施例公开了一种基于超声波控制接水装置，如图1所示，包括超声波测距模块、控制模块以及出水阀开关，所述超声波测距模块设置在出水口的侧面，

所述超声波测距模块用于测量超声波测距模块发射超声波信号到杯沿后，在返回到超声波测距模块上的距离，并将该距离作为第二距离；以及用于测量超声波测距模块发射超声波信号到杯内液面中心后返回超声波测距模块的距离，并将该距离作为第三距离；通过超声波反射的原理，在超声波信号发送到某一个具有障碍物点上时，该点会反射超声波信号，并且将反射的超声波信号返回到超声波测距模块，因此可以通过返回的时间以及超声波的速度，测量出超声波发射到返回之间的距离值；

所述控制模块用于基于第二距离与第三距离，获得超声波测距模块到杯口的垂直距离l4与超声波测距模块到杯内液面的垂直距离l3，将参数l3与参数l4做差值运算，获得第四距离，并基于第四距离控制所述出水阀开关；通过控制模块来计算杯口与杯内液面之间的距离差值，通过判断差值的大小，来控制出水阀开关的开启或闭合，控制杯内水的液面以及深度。

所述超声波测距模块包括第一超声波探头与第二超声波探头，所述第一超声波探头用于发射超声波，所述第二超声波探头用于接收超声波，所述第一超声波探头与所述第二超声波探头分别设置在出水口两侧，两个超声波探头分别用于测量到杯沿或者杯内液面之间的关系。

所述超声波模块还包括第三超声波探头，所述第三超声波探头、所述第二超声波探头以及所述第一超声波探头通过三点定位的方式，测量杯孔直径l6，设置第三超声波探头的主要位置与第二超声波探头和第一超声波探头处于同一平面内，并设置在出水口的后侧，能够通过三点定位的方式来计算放置在出水口下面杯子杯口的直径大小。

实施例二

本实施例基于实施例一的技术方案上，优化了一种基于超声波控制接水装置，如图1所示，优化方案为当实施例一中的接水装置应用到饮水机上的时候，所述接水装置还包括输入模块、水温测量模块、温度控制模块以及显示模块，

所述输入模块用于设置出水温度以及设置设置杯口到液面之间的预设阈值距离；

所述水温测量模块用于测量当前水的温度，并将测量的温度信号传输到控制模块内；

所述温度控制模块用于接收控制模块发送的温度信号，并对水温进行实时调节；

所述显示模块用于接收控制模块传输过来的温度信号，并对当前出水口所出的水状态进行显示。

主要是通过水温测量模块测量出水口出水的水温，若用户需要对水温进行加热处理，则将所需要的出水温度通过输入模块进行设置，控制模块接收到水温信号之后，对信号进行实时判断，并控制温度控制模块对水加热到所需要的温度，在出水，且在热水的时候，通过超声波模块也可以实现对杯口到杯内页面之间的距离差值计算。

如图3所示，为增加模块后的流程图，通过控制模块设定一个固定的温度值，比如设定为85摄氏度的时候，若低于这个温度，则就需要将这个水温度进行加热，加热到所需要的温度的时候，或者高度这个温度的时候，停止加热，若不高于这个温度值，则需要超声波测量杯沿以及液面距离，首先需要判断在测量的范围内是否存在杯子，若不存在则关闭出水阀，并关闭水温调节，若存在，则测量杯沿与杯内液面差值是否大于设定值，若大于，则调节水温，并对水的温度进行加热，若小于设定值，则将出水阀进行关闭。

实施例三

一种基于超声波控制接水方法，如图2与图4所示，所述接水方法步骤包括：

s1：探测超声波测距模块范围内，是否存在杯子，若存在，则获取第一超声波探头与第二超声波探头之间的第一距离l1以及杯口直径l6；

当在超声波的探测范围内，没有放置杯子的时候，就需要对设定的杯子范围内进行探测，当探测到有杯子存在的时候，才开启对各个数据的距离进行测量，若不存在的的时候，则不进行相关的距离测量。

s2：获取第二距离与第三距离，所述第二距离为超声波测距模块发射超声波信号到杯沿后，在返回到超声波测距模块上的距离，所述第三距离为超声波测距模块发射超声波信号到杯内液面中心后返回超声波测距模块的距离；

通过超声波发射到一个固定的点位，根据超声波反射传输到另一个超声波上，通过这种发射和接收的形式来探视第二距离与第三距离。

s3：基于第一距离l1、直径l6以及第二距离，获得超声波测距模块到杯口的垂直距离l4；

c0为超声波速度，t4为超声波探测杯沿的飞行时间。

所述飞行时间t4的具体表达式为：

c0为超声波传播速度，d1+d2为第二距离。

s4：基于第一距离l1以及第三距离，获得超声波测距模块到杯内液面的垂直距离l3；

t3为超声波在探测杯内页面的飞行时间，

所述飞行时间t3的具体表达式为：

c0为超声波传播速度，x1+x2为第三距离，x1＝x2。

s5：将参数l3、l4做差值运算，获得第四距离l5；

所述第四距离具体的计算表达式为：

l5＝l3-l4

l5为第四距离。

s6：判断第四距离是否大于预设阈值距离，若大于预设阈值距离，则开启出水阀，若小于等于预设阈值距离，则关闭出水阀。

所述预设阈值距离为杯沿到杯内液面之间的距离，这个预设阈值距离可以根据用于的需求进行设置，用于需要所接的水中杯口到杯内液面的距离为多少，就设置为多少，能够根据设置的距离来共用户需求。

饮水机超声波探头安装距离底部杯托l2＝20cm，两探头距离l1＝5cm，杯子直径l6＝6.5cm(实际杯子口径4-8cm，实际接水量略有偏差，在1cm左右)，杯沿与液面设定安全距离l5＝2cm，l3取值范围3.9-19.7cm，l4取值范围3.9-19.7cm，空气声速co＝343m/s

假设一般液面高度l3测量结果＝10.3cm，

则当杯沿直径6.5cm，实际杯沿和液面＝2.0cm停水

当杯沿直径4cm，实际杯沿和液面＝1.6cm停水

当杯沿直径8cm，实际杯沿和液面＝2.34cm停水

最远假设液面高度l3测量结果＝9.37cm，

则当杯沿直径6.5cm，实际杯沿和液面＝2.0cm停水

当杯沿直径4cm，实际杯沿和液面＝1.71cm停水

当杯沿直径8cm，实际杯沿和液面＝2.15cm停水

最近假设液面高度l3测量结果＝3.9cm，

则当杯沿直径6.5cm，实际杯沿和液面＝2.0cm停水

当杯沿直径4cm，实际杯沿和液面＝1.14cm停水

当杯沿直径8cm，实际杯沿和液面＝3.37cm停水

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。