专利名称：自动灌注饮水机及自动灌注控制方法
技术领域：
本发明涉及饮水机技术领域，特别是涉及一种自动灌注智能饮水机及自动灌注控制方法。
背景技术：
饮水机由于其可以及时取到饮用的冷/热水而被广泛的应用。目前，饮水机大多采用手动控制，取水时，需要人为打开接水开关，等水灌注到一定高度后再人为关闭接水开关。这种使用方式由于需要使用者弯腰躬身在饮水机前等待水装满，很不方便，而且，当取热水时，容易因开水溅出对人身造成伤害，存在安全隐患。为此，饮水机水灌注的智能控制成为饮水机生产领域的研究方向。目前，有些饮水机也有定容积的饮水冲注装置，即规定配合某种容积固定的水杯使用，饮水机靠内部定容积的容器定量自动将其灌满。这种饮水机只能针对固定大小的水杯完成灌注冲注，无法自动完成将各种大小不一、容积不定的水杯满灌注的任务，使其应用受到限制。专利号为2011202191217的发明创造名称为《智能控制自动灌注饮水机》的专利文献中公开了一种自动灌注饮水机，但是由于其结构复杂，实施难度大。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种使用方便，能够适用于各种容积不定水杯的自动灌注智能饮水机。本发明的另 一个目的是提供一种自动灌注的控制方法。为实现本发明的目的所采用的技术方案是:一种自动灌注智能饮水机，包括机座、热水制备装置，所述机座前端设置有水杯放置凹槽，其特征在于，还包括自动灌注控制组件，所述自动灌注控制组件包括与所述热水制备装置的热水出口连接的热水端电磁阀、安装于所述机座内冷水管上的冷水端电磁阀、步进电机、丝杠、滑块、用于检测水杯高度的超声波传感器、用于检测水位的光纤传感器、自动灌注控制器，所述热水端电磁阀和冷水端电磁阀的出水端并联后与出水接管连接，所述步进电机安装于所述机座前端的水杯放置凹槽内，所述步进电机的输出轴上安装有所述丝杠，所述丝杠与所述滑块螺纹连接，所述滑块上安装有所述光纤传感器，所述机座前端的水杯放置凹槽内安装有所述超声波传感器；所述滑块与直线限位轨道滑动连接，所述自动灌注控制器分别与所述超声波传感器、光纤传感器、步进电机、冷水端电磁阀、热水端电磁阀连接；所述机座前端设置有控制按钮。所述控制按钮包括冷水按钮、热水按钮、温水按钮和停止按钮。所述机座前端设置有保温指示灯和加热指示灯。所述光纤传感器为固定量程传感器。一种饮水机自动灌注的控制方法，包括下述步骤:(I)设定水杯中水面与杯沿的距离为X时的状态为水杯注满；
(2)设定所述滑块上光纤传感器的初始位置距离杯底的高度为H，所述光纤传感器的量程记为P，满足p>x;所述光纤传感器的初始位置距杯沿的高度大于P-X ；(3)将水杯放在出水接管下部，并选按相应的控制按钮；(4)超声波传感器感知水杯的存在，并获得水杯高度数据信息送到所述自动灌注控制器，所述自动灌注控制器根据用户的选择接通相应的电磁阀，出水接管中的水流入水杯中；所述水杯高度记为Y ；(5)所述光纤传感器下降的终位置为所述光纤传感器与水杯注满水处的水面之间的距离为量程P，所述自动灌注控制器根据光纤传感器的初始位置和终位置计算所述光纤传感器下降的距离，并得出所述步进电机的旋转圈数，从而控制所述滑块和光纤传感器下降到终位置；(6)在灌注过程中，所述自动灌注控制器判断是否有停止按钮按下和是否水杯被撤出，如果有停止按钮按下 ，则自动灌注控制器控制相应电磁阀断电，停止出水；如果没有停止按钮按下，且没有水杯被撤出，则保持相应电磁阀接通，保持出水状态；如果水杯被撤出，则自动灌注控制器控制相应电磁阀断电，停止出水，同时，自动灌注控制器控制所述步进电机反转，所述光纤传感器回到初始位置；(7)当水面上升到距离杯沿为X处时，此刻水面距离所述光纤传感器的距离正好达到光纤传感器的量程P，所述光纤传感器有回波信号返回并被接收，同时送到所述自动灌注控制器，所述自动灌注控制器控制相应电磁阀断电，出水接管停止出水。与现有技术相比，本发明的有益效果是:1、本发明的自动灌注饮水机采用两种不同类型的传感器组合，并配以辅助机械装置形成自动灌注控制组件，通过自动灌注控制组件的协同动作，能够完成对各种尺寸和容积都不同的水杯进行满灌注操作，使用更安全、方便。2、本发明的自动灌注饮水机结构简单，容易实现。3、本发明的控制方法通过两个传感器测量的数据，控制步进电机的转数从而控制光纤传感器下降的高度，能够适应不同容积的水杯，控制方法简单，使用方便。4、本发明的方法能够在按下停止按钮或水杯紧急撤出的情况下，自动中断灌注操作任务，使用安全，可靠性高。
图1所示为本发明自动灌注智能饮水机的示意图；图2为本发明自动灌注智能饮水机的局部放大图；图3为传动部分的示意图；图4为内部水路结构示意图；图5为控制原理图。图中:1.水桶；2.机座；3.指示灯面板；4.控制按钮；5.出水接管；6.步进电机；
7.超声波传感器；8.光纤传感器；9.水杯放置凹槽；10.丝杠；11.光纤传感器支架；12.滑块；13.支架螺丝；14.热水管；15.热水制备装置；16.热水端电磁阀；17.三通接头；18.冷水端电磁阀；19.冷水管；20直线限位轨道。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。本发明自动灌注饮水机的示意图如图1-图5所示，包括机座2、热水制备装置15，所述机座2前端设置有水杯放置凹槽9。还包括自动灌注控制组件，所述自动灌注控制组件包括与所述热水制备装置15的热水出口连接的热水端电磁阀16、安装于所述机座2内冷水管19上的冷水端电磁阀18、步进电机6、丝杠10、滑块12、直线限位轨道20、用于检测水杯高度的超声波传感器7、用于检测水位的光纤传感器8、自动灌注控制器，所述热水端电磁阀16和冷水端电磁阀18的出水端通过三通接头17并联后与出水接管5连接，所述步进电机6安装于所述机座前端的水杯放置凹槽9内，所述步进电机6的输出轴上安装有所述丝杠10，所述丝杠10与所述滑块12螺纹连接，所述滑块10后部与所述直线限位轨道20滑动连接，所述滑块10上安装有所述光纤传感器8，安装方式为:光纤传感器8安装于支架11上，支架11通过支架螺丝13将支架与滑块12固定连接。所述机座前端的水杯放置凹槽9内安装有所述超声波传感器7。所述自动灌注控制器分别与所述超声波传感器7、光纤传感器8、步进电机6、冷水端电磁阀18、热水端电磁阀16连接。所述自动灌注控制器可以采用单片机。所述机座2前端设置有控制按钮4。其中，所述控制按钮4包括冷水按钮、热水按钮、温水按钮和停止按钮。所述机座前端设置有保温指示灯和加热指示灯3。本发明自动灌注控制方法包括下述步骤:( I)设定水杯中水面与杯沿的距离为X时的状态为水杯注满；(2)设定所述滑 块上光纤传感器的初始位置距离杯底的高度为H，所述光纤传感器的量程记为P，满足P>X ;所述光纤传感器的初始位置距杯沿的高度大于P-X ;(3)将水杯放在出水接管下部，并选按相应的控制按钮；(4)超声波传感器感知水杯的存在，并获得水杯高度数据信息送到所述自动灌注控制器，所述自动灌注控制器根据用户的选择接通相应的电磁阀，出水接管中的水流入水杯中；所述水杯高度记为Y ；(5)所述光纤传感器下降的终位置为所述光纤传感器与水杯注满水处的水面之间的距离为量程P，所述自动灌注控制器根据光纤传感器的初始位置和终位置计算所述光纤传感器下降的距离，并得出所述步进电机的旋转圈数，从而控制所述滑块和光纤传感器下降到终位置。所述光纤传感器下降的距离为H- (Y+P-X)。(6)在灌注过程中，所述自动灌注控制器判断是否有停止按钮按下和是否水杯被撤出，如果有停止按钮按下，则自动灌注控制器控制相应电磁阀断电，停止出水；如果没有停止按钮按下，且没有水杯被撤出，则保持相应电磁阀接通，保持出水状态；如果水杯被撤出，则自动灌注控制器控制相应电磁阀断电，停止出水，同时，自动灌注控制器控制所述步进电机反转，所述光纤传感器回到初始位置。(7)当水面上升到距离杯沿为X处时，此刻水面距离所述光纤传感器的距离正好达到光纤传感器的量程P，所述光纤传感器有回波信号返回并被接收，同时送到所述自动灌注控制器，所述自动灌注控制器控制相应电磁阀断电，出水接管停止出水。使用时，将水桶I放到饮水机的机座2上。水进入热水制备装置15中进行加热。预先在自动灌注控制器中人为设定水面与杯沿的特定距离为X，即认为水面与杯沿的距离为X时的状态为满装状态。使用者取用饮用水时，无需判断水杯的尺寸和容积，仅仅将水杯放置于出水接管5的下方，并根据自己的要求选按冷/热/温水按钮，所选按钮的信息传送给自动灌注控制器。所述超声波传感器7 —方面作为占位传感器感应到水杯的存在并将信息送到自动灌注控制器，自动灌注控制器只有收到控制按钮和超声波传感器两个信号后，再根据用户所选择的按钮进行判断。如果按下的是热水按钮，则控制热水端电磁阀打开，热水制备装置15中的热水通过热水管14、热水端电磁阀16进入出水接管5，为水杯冲注热水。如果按下的是冷水按钮，则控制冷水端电磁阀打开，冷水通过冷水管19、冷水端电磁阀18进入出水接管5，为水杯冲注冷水。如果按下的是温水按钮，则控制热水端电磁阀16和冷水端电磁阀18同时打开，冷水与热水通过三通接头17混合后进入出水接管5，为水杯冲注温水。若用户只按下控制按钮，并没有将水杯放在出水接管处，超声波传感器没有占位信号发送到自动灌注控制器，自动灌注控制器只收到一个信号，则不会控制任何一个电磁阀打开，出水接管5将不会出水。超声波传感器7另一方面利用自身的测距模块检测水杯的高度，取得杯高数据后将杯高的数据信息传送到自动灌注控制器。由于所述丝杠10具有确定的螺距和步距角，自动灌注控制器可以控制所述步进电机6运行的圈数，因此通过自动灌注控制器就可以使与丝杠上的滑块12连接的光纤传感器8能沿所述丝杠10下降到需要的位置处。本实施例中设定所测得的杯高为Y，所述光纤传感器的量程为P，所述光纤传·感器8为可调的定量程传感器，即当水面距离光纤传感器的探头大于P时，传感器仅发送信号，无回波信号接收，当水面距离光纤传感器的探头小于等于P时，就会有回波信号返回，并将接收信号传送给自动灌注控制器，故当自动灌注控制器接收到水杯高度数据后，则会经过运算后使所述步进电机6转动并控制其所转圈数，使所述光纤传感器8下降到与水杯中水面的距离为量程P的位置。随着出水接管不断出水，杯中的水面不断上升，当水面上升到与杯沿的距离为X处，即所谓的装满状态，此时，水面与光纤传感器8的探头的距离正好为光纤传感器的量程P，光纤传感器8将有回波信号返回并被接收，自动灌注控制器收到此信号后，立即使已经通电的电磁阀断电，电磁阀即处于关闭状态，出水接管5停止出水，用户将满装的水杯取走后由于所述超声波传感器7无法检测到水杯占位信息，故无法将占位信号与杯高信号传送给自动灌注控制器，自动灌注控制器控制所述步进电机6反转，所述光纤传感器8回到初始位置，整个系统处于初始状态。饮水机在使用过程中若出现使用者强制撤出水杯的情形，超声波传感器7无法将占位信号与杯高信号传送给自动灌注控制器，故自动灌注控制器立刻使正在通电的电磁阀断电，出水接管停止出水；若使用者仅需接取半杯水，可以在灌注过程中人为按下停止按键，将接水过程人为强制中断，系统马上恢复初始状态。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种自动灌注智能饮水机，包括机座、热水制备装置，所述机座前端设置有水杯放置凹槽，其特征在于，还包括自动灌注控制组件，所述自动灌注控制组件包括与所述热水制备装置的热水出口连接的热水端电磁阀、安装于所述机座内冷水管上的冷水端电磁阀、步进电机、丝杠、滑块、用于检测水杯高度的超声波传感器、用于检测水位的光纤传感器、自动灌注控制器，所述热水端电磁阀和冷水端电磁阀的出水端并联后与出水接管连接，所述步进电机安装于所述机座前端的水杯放置凹槽内，所述步进电机的输出轴上安装有所述丝杠，所述丝杠与所述滑块螺纹连接，所述滑块上安装有所述光纤传感器，所述机座前端的水杯放置凹槽内安装有所述超声波传感器；所述滑块与直线限位轨道滑动连接，所述自动灌注控制器分别与所述超声波传感器、光纤传感器、步进电机、冷水端电磁阀、热水端电磁阀连接；所述机座前端设置有控制按钮。
2.根据权利要求1所述的自动灌注智能饮水机，其特征在于，所述控制按钮包括冷水按钮、热水按钮、温水按钮和停止按钮。
3.根据权利要求1或2所述的自动灌注智能饮水机，其特征在于，所述机座前端设置有保温指示灯和加热指示灯。
4.根据权利要求1或2所述的自动灌注智能饮水机，其特征在于，所述光纤传感器为固定量程传感器。
5.一种权利要求1所述的饮水机自动灌注的控制方法，其特征在于，包括下述步骤: (1)设定水杯中水面与杯沿的距离为X时的状态为水杯注满； (2)设定所述滑块上光纤传感器的初始位置距离杯底的高度为H，所述光纤传感器的量程记为P，满足P>X ;所述光纤传感器的初始位置距杯沿的高度大于P-X ； (3)将水杯放在出水接管下部，并选按相应的控制按钮； (4)超声波传感器感知水杯的存在，并获得水杯高度数据信息送到所述自动灌注控制器，所述自动灌注控制器根据用户的选择接通相应的电磁阀，出水接管中的水流入水杯中；所述水杯高度记为Y ； (5)所述光纤传感器下降的终位置为所述光纤传感器与水杯注满水处的水面之间的距离为量程P，所述自动灌注控制器根据光纤传感器的初始位置和终位置计算所述光纤传感器下降的距离，并得出所述步进电机的旋转圈数，从而控制所述滑块和光纤传感器下降到终位置； (6)在灌注过程中，所述自动灌注控制器判断是否有停止按钮按下和是否水杯被撤出，如果有停止按钮按下，则自动灌注控制器控制相应电磁阀断电，停止出水；如果没有停止按钮按下，且没有水杯被撤出，则保持相应电磁阀接通，保持出水状态；如果水杯被撤出，则自动灌注控制器控制相应电磁阀断电，停止出水，同时，自动灌注控制器控制所述步进电机反转，所述光纤传感器回到初始位置； (7)当水面上升到距离杯沿为X处时，此刻水面距离所述光纤传感器的距离正好达到光纤传感器的量程P，所述光纤传感器有回波信号返回并被接收，同时送到所述自动灌注控制器，所述自动灌注控制器控制相应电磁阀断电，出水接管停止出水。
全文摘要
本发明公开了一种自动灌注饮水机及自动灌注控制方法，而提供一种使用方便，能够适用于各种容积不定水杯的饮水机及自动灌注的控制方法。饮水机中的自动灌注控制组件包括与热水制备装置的热水出口连接的热水端电磁阀、安装于机座内冷水管上的冷水端电磁阀、步进电机、丝杠、滑块、用于检测水杯高度的超声波传感器、用于检测水位的光纤传感器、自动灌注控制器，热水端电磁阀和冷水端电磁阀的出水端并联后与出水接管连接，步进电机的输出轴上安装有丝杠，丝杠与滑块螺纹连接，滑块上安装有光纤传感器，机座前端的水杯放置凹槽内安装有超声波传感器；自动灌注控制器分别与超声波传感器、光纤传感器、步进电机、冷水端电磁阀、热水端电磁阀连接。
文档编号A47J31/46GK103211499SQ20131013045
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月16日 优先权日2013年4月16日
发明者王东爱, 王岭松, 王霁翔, 郭利锋, 侯晓晨, 戚瀚中 申请人:天津商业大学