智能运动富氢杯的制作方法

本发明涉及饮水容器领域，尤其涉及一种智能运动富氢杯。

背景技术：

现有的负氢杯，大多都是通过水电解而制造负氢水。如申请号为201120509347.0的中国专利公开了一种无隔膜电解制取负氢水杯，用于制取富含负氢离子的可饮用水，包括相互配合的杯体和杯盖，还包括电源，所述杯体内底部上方设置有钛基材惰性阳极，所述杯体的底板及杯体其他部分是金属阴极，所述钛基材惰性阳极和杯体的底板阴极分别通过导线与电源的正负输出端连接并构成一对电极。在杯子中装入水时，钛基材惰性阳极构件与杯体底板均可浸泡在水中；所述钛基材惰性阳极构件和杯体的底板内壁之间留有间隙，所述间隙的距离δ范围是5mm≥δ＞0。

因此，现有的负氢水杯的主要缺陷在于：

1、负氢离子实现的主要方式为电解，耗能且不够环保。

2、现有的负氢水杯的智能化设计不够，无法实时监测用户（特别是运动人群）的失水数据，针对用户没有一个很好的智能提示。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种智能运动富氢杯。本发明的智能运动富氢杯采用储氢滤芯替代电解部分，无需消耗电能便能产生负氢水；同时针对运动人群，对于水杯增加了智能化设计，能够实时监测运用户的运动情况判断用户的失水数据，并且通知用户及时补水。

本发明的具体技术方案为：一种智能运动富氢杯，包括杯身、连接于所述杯身底部且与杯身连通的杯底、设于杯身顶部开口的杯盖。

所述杯底的底部设有密闭的空腔，所述空腔内安装有电路板和供电电池，所述电路板上集成有主控单元、GPS芯片和蓝牙模块；杯底的外壁上安装有温湿度传感器、显示屏、按键、USB接口和喇叭；杯底的顶部设有储氢滤芯；所述杯身内固定有运动监测传感器；所述供电电池用于为所述主控单元供电，所述按键用于操控主控单元，主控单元与所述GPS芯片、蓝牙模块、温湿度传感器、运动监测传感器、显示屏和USB接口连接用于数据交互。

本发明针对运动人群，对水杯进行了智能化设计。智能部分主要由供电电源、主控单元、蓝牙模块、显示器、温度湿度传感器、运动监测传感器、GPS芯片、喇叭、USB接口等构成。其中，

温湿度传感器可以检测周围环境温度及湿度。

通过GPS定位地区，并将相应传感器检测到的温湿度连同GPS定位信息通过蓝牙上传至手机。

喇叭，通过计算运动失水量提醒及时补充水分。

USB充电口，用于供电电池充电，可以长时间续航充电一次工作15天。

运动监测传感器，检测并计算用户运动量，并且用蓝牙向手机APP传输信息，用户可以通过手机APP对自身运动量、环境信息以及失水量进行查看。

通过GPS定位以及环境温湿度的测量，计算出正常运动失水量，并通过监测用户运动状态，根据实时运动量对用户做出相应的补水提示。同时可以通过蓝牙将数据上传手机APP，用户可以在APP中查看自己已走过的路程及运动环境、运动量。用户主要使用方式在运动前将水杯放置于背包中或背包侧袋，在达到需要补充饮水条件时，会主动提醒用户进行运动补水。杯子显示器能够显示运动量，通过按键操作选择运动模式。杯子芯片会自动保存每次运动信息，完成一次蓝牙上传后，删除已上传运动记录，用户可以通过app进行查看历史运动记录。

本发明中智能化部件中的各个部件均可为现有技术中市售的部件，本领域技术人员通过本发明对功能的描述后便可知晓其各部件的连接关系以及相关程序的设定，上述均属于现有技术。

此外，本发明的水杯采用储氢滤芯替代电解装置，无需消耗电能便能达到电解效果。该储氢滤芯的材料可采用市售材料也可采用自制材料。

作为优选，所述运动监测传感器包括分别由绝缘材料制得的球形外壳和半球形内胆；所述半球形内胆设于所述球形外壳内，球形外壳的内壁上分布有若干导电材料制得的凸触点；所述凸触点之间通过设于球形外壳内部的导线连接且还通过导线与所述主控单元电路连接；半球形内胆的内部设有内胆电池，半球形内胆的非球面处设有柔性绝缘材料制得的伞状触点，伞状触点的顶部与半球形内胆的非球面之间还连接有若干弹簧；所述伞状触点以及半球形内胆的内部设有两根分别与所述内胆电池正负极连接的内胆导线，两根所述内胆导线的另一端暴露于伞状触点的端部；球形外壳与半球形内胆之间的空隙处填充有绝缘液体和气体；当内胆导线与凸触点碰触时，所述运动监测传感器件信号传递至主控单元。

本发明独自设计的运动监测传感器，其工作原理如下：用户将水杯携带在身上，例如放置于背包中或背包侧袋。用户在进行运动例如跑步时水杯发生晃动，运动监测传感器自身固定于水杯中不会相对于水杯晃动。但是球形外壳中含有部分液体，因此半球形内胆会发生摆动。在摆动时，伞状触点端部的内胆导线会间歇性地与球形外壳的凸触点碰触，每次碰触时会产生一个信号传递至主控单元。运动剧烈程度越大，相应地伞状触点与凸触点碰触的间隔时间越短，因而根据此信息便能判断用户的运动状况，从而进一步判断用户的失水程度，在达到需要补充饮水条件时，会主动通过喇叭提醒用户进行运动补水。

作为进一步优选，可以通过手机蓝牙或按键对敏感幅度进行调节，选择不同的运动模式，根据不同的模式会有不同的震动检测方式。

作为优选，所述温湿度传感器、显示屏、USB接口安装于杯底的侧壁上；所述喇叭安装于杯底的底壁上；所述按键位于所述显示屏的侧边。

作为优选，所述杯底的上部可拆卸固定于杯身的底部。

作为优选，所述杯底的底壁为可拆卸式。

可拆卸式安装便于更换电池以及更新部件。

作为优选，所述储氢滤芯中含有多元水合还原抗菌材料，其制备方法如下：

（1）分别配制浓度为140-160g/L的硝酸银溶液、硝酸锌溶液和硫酸钠溶液；将三种溶液在避光容器中混合，搅拌均匀后得到溶液A。

（2）分别用稀盐酸溶解镁和锌，得到含有氢气的氯化镁溶液和含有氢气的氯化锌溶液，将氯化镁溶液和氯化锌溶液混合均匀，得到溶液B。反应方程分别为：

Mg+2HCl=MgCl₂+H₂↑

Zn+2HCl=ZnCl₂+H₂↑

（3）将铜、28-32wt%的过氧化氢溶液、30-35wt%的硫酸溶液按质量比1:2.5-3.5:0.4-0.6混合反应，得到溶液C。

针对于金属铜的溶解，则要采用对环境无污染的过氧化氢溶液，因为铜位于氢之后，也就是说在过氧化氢溶液中铜不能反应。但可以用氧化还原法。这个方法的原理是：在酸性溶液中加入氧化剂，氧化剂在酸性条件下能够把铜氧化生成铜离子，从而将金属铜溶解得到溶液C。反应方程为：

Cu+H₂SO₄+H₂O₂=CuSO₄+2H₂O

（4）将溶液A、溶液B、溶液C混合，得到混合溶液D，在80-140℃下保温搅拌4-6min，然后降温至20-35℃，向混合溶液D中添加其1.5-2.5倍质量的沸石，加热至120-140℃，充分进行离子交换和吸附后，烘干，得到多元水合还原抗菌材料。

沸石具有防爆沸的效果，在材料的添加初始时期添加，可以防止一些易溶解原料在一定熔点和沸点时的产生爆沸。但是需要注意的是，必须在降温后再添加沸石，若是在实验过程中加入，如不控制温度，可能会立即出现爆沸的现象，所以为了保证实验的安全性，要控制实验的温度，在常温状态下添加。其次，沸石作为抗菌剂的载体，是用于吸附的作用，能够将溶液中的各种金属以及少量的氢气等物质进行吸附。

本发明的多元水合抗菌材料能够利用氧化还原反应的原电池效应，在水中形成微电解效应，生成大量负氢离子（H^-）；其原理为：其中银、铜、镁、锌等中电位低的成为阳极，电位高的成为阴极，在水中形成原电池效应，形成微弱电流与水发生电解反应，电流通过水时，在阴极通过还原水形成氢气(H₂)，在阳极则通过氧化水形成氧气(O₂)。 由于阴极和阳极之间存在电极电位差，因而会形成无数的微电池系统，在其作用空间构成一个电场，阳极反应生成大量的金属氧化物。阴极反应产生大量新生态的[H]和[O]，在水中发生氧化还原反应，且阴极反应消耗了大量的H⁺生成了大量的OH^-，H^-，O；对水进行微电解后产生了具有小分子活性的碱性还原水，具有抗菌除臭、去油污、除锈、抗氧化等功能。和普通的氢气发生装置相比，该多元水合抗菌材料产生的氢气能达到3~5倍，通电情况下能达到6~9倍。

普通饮用水中的ORP在+200mV以上，甚至可能达到+500mV，这么高的氧化还原电位无法帮助人们清除体内的自由基。而本发明生产的负氢水中，ORP值可以降低到-150mV与-900mV之间，这就可以有效清除氧化性极强的羟自由基（·OH）和过氧亚硝酸根阴离子（ONOO-）了。

负氢水的优点：

1.负电位可以平衡人体的酸碱度，促进肠胃蠕动，净化血液，减缓动脉硬化

2.负电位可以促进人体新陈代谢，增强人体免疫力；促进伤口愈合；促进细胞生成SOD（超氧化物歧化酶）延缓衰老。

3.负电位可以促进神经细胞的活跃和调节神经功能，缓解肌体疲劳和肌肉疼痛。

4. 氢水对人体因有害自由基产生的氧化起到一个还原作用，可以消除人体内的自由氧基，延缓人体衰老，同时对预防糖尿病，心脑血管疾病有很好的作用。

此外，本发明的多元水合抗菌材料还具有出色的抗菌效果，其通过离子的作用来达到抗菌的效果，在常温下抗菌性能比一般的抗菌剂要好。这种材料内部能够形成原电池效应，之所以会形成这种效应的原因是该材料内部含有的几种金属离子，这几种金属之间的价格差导致它们之间形成了电位差，形成原电池效应，从而提高了抗菌的活性。

作为优选，步骤（1）中，所述硝酸银溶液、硝酸锌溶液和硫酸钠溶液按质量比0.8-1.2: 0.8-1.2: 0.8-1.2混合。

作为优选，步骤（2）中，用浓度为23-25%的稀盐酸溶液溶解其0.4-0.5倍质量的镁，用浓度为25-27%的稀盐酸溶液溶解其0.4-0.5倍质量的锌。

作为优选，步骤（2）中，所述氯化镁溶液和氯化锌溶液按质量比0.8-1.2: 0.8-1.2混合。

作为优选，步骤（4）中，溶液A、溶液B、溶液C按质量比1.5-2.5:1.5-2.5:1混合。

与现有技术对比，本发明的有益效果是：本发明的智能运动富氢杯采用储氢滤芯替代电解部分，无需消耗电能便能产生负氢水；同时针对运动人群，对于水杯增加了智能化设计，能够实时监测运用户的运动情况判断用户的失水数据，并且通知用户及时补水。

附图说明

图1为本发明的一种内部结构示意图；

图2为本发明的一种外视图；

图3为本发明的一种俯视图；

图4为本发明的一种仰视图；

图5为本发明中运动监测传感器的一种结构示意图；

图6为本发明智能化部件的一种连接示意图。

附图标记为：杯身1、杯底2、杯盖3、电路板4、供电电池5、温湿度传感器6、显示屏7、按键8、USB接口9、喇叭10、储氢滤芯11、运动监测传感器12、球形外壳13、半球形内胆14、凸触点15、内胆电池16、伞状触点17、弹簧18、内胆导线19、绝缘液体20、气体21。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

如图1-4所示，一种智能运动富氢杯，容量为1500mL，包括杯身（食品级PP材质）1、连接于所述杯身底部且与杯身连通的杯底（食品级PP材质）2、设于杯身顶部开口的杯盖（食品级PP材质）3。

所述杯底的底部设有密闭的空腔，所述空腔内安装有电路板4和供电电池5，所述电路板上集成有主控单元、GPS芯片和蓝牙模块；

所述温湿度传感器6、显示屏7、USB接口9安装于杯底的侧壁上；所述喇叭10安装于杯底的底壁上；所述按键8位于所述显示屏的侧边。杯底的顶部设有储氢滤芯11；所述杯身内卡扣固定有市购的运动监测传感器12。如图6所示，所述供电电池用于为所述主控单元供电，所述按键用于操控主控单元，主控单元分别与所述GPS芯片、蓝牙模块、温湿度传感器、运动监测传感器、显示屏和USB接口连接用于数据交互。

通过GPS定位以及环境温湿度的测量，计算出正常运动失水量，并通过监测用户运动状态，根据实时运动量对用户做出相应的补水提示。同时可以通过蓝牙将数据上传手机APP，用户可以在APP中查看自己已走过的路程及运动环境、运动量。用户主要使用方式在运动前将水杯放置于背包中或背包侧袋，在达到需要补充饮水条件时，会主动提醒用户进行运动补水。杯子显示器能够显示运动量，通过按键操作选择运动模式。杯子芯片会自动保存每次运动信息，完成一次蓝牙上传后，删除已上传运动记录，用户可以通过app进行查看历史运动记录。

所述多元水合还原抗菌材料，制备方法如下：

（1）分别配制浓度为150g/L的硝酸银溶液、硝酸锌溶液和硫酸钠溶液；将三种溶液按质量比1: 1: 1在避光容器中混合，搅拌均匀后得到溶液A。

（2）用浓度为24%的稀盐酸溶液溶解其0.45倍质量的镁，用浓度为26%的稀盐酸溶液溶解其0.45倍质量的锌，得到含有氢气的氯化镁溶液和含有氢气的氯化锌溶液，将氯化镁溶液和氯化锌溶液按质量比1: 1混合均匀，得到溶液B。

（3）将铜、30wt%的过氧化氢溶液、33wt%的硫酸溶液按质量比1:3:0.5混合反应，得到溶液C。

（4）将溶液A、溶液B、溶液C按质量比2:2:1混合，得到混合溶液D，在110℃下保温搅拌5min，然后降温至28℃，向混合溶液D中添加其2倍质量的沸石，加热至130℃，充分进行离子交换和吸附后，烘干，得到多元水合还原抗菌材料。

实施例2

如图1-4所示，一种智能运动富氢杯，容量为1000mL，包括杯身（食品级PP材质）1、连接于所述杯身底部且与杯身连通的杯底（食品级PP材质）2、设于杯身顶部开口的杯盖（食品级PP材质）3。

所述杯底的底部设有密闭的空腔，所述空腔内安装有电路板4和供电电池5，所述电路板上集成有主控单元、GPS芯片和蓝牙模块；

所述温湿度传感器6、显示屏7、USB接口9安装于杯底的侧壁上；所述喇叭10安装于杯底的底壁上；所述按键8位于所述显示屏的侧边。杯底的顶部设有储氢滤芯11；所述杯身内卡扣固定有自行设计的运动监测传感器12。如图6所示，所述供电电池用于为所述主控单元供电，所述按键用于操控主控单元，主控单元分别与所述GPS芯片、蓝牙模块、温湿度传感器、运动监测传感器、显示屏和USB接口连接用于数据交互。

如图5所示，所述运动监测传感器包括分别由绝缘玻璃制得的球形外壳13和半球形内胆14；所述半球形内胆设于所述球形外壳内，球形外壳的内壁上均匀分布有导电材料制得的凸触点15；所述凸触点之间通过设于球形外壳内部的导线连接且还通过导线与所述主控单元电路连接；半球形内胆的内部设有内胆电池16，半球形内胆的非球面处设有柔性硅胶制得的伞状触点17，伞状触点的顶部与半球形内胆的非球面之间还连接有若干弹簧18。所述伞状触点以及半球形内胆的内部设有两根分别与所述内胆电池正负极连接的内胆导线19，两根所述内胆导线的另一端暴露于伞状触点的端部；球形外壳与半球形内胆之间的空隙处填充有绝缘液体（纯水）20和气体（空气）21。当内胆导线与凸触点碰触时，所述运动监测传感器件信号传递至主控单元。

此外，本实施例的所述杯底的上部可拆卸固定于杯身的底部。所述杯底的底壁为可拆卸式。

本发明独自设计的运动监测传感器，其工作原理如下：用户将水杯携带在身上，例如放置于背包中或背包侧袋。用户在进行运动例如跑步时水杯发生晃动，运动监测传感器自身固定于水杯中不会相对于水杯晃动。但是球形外壳中含有部分液体，因此半球形内胆会发生摆动。在摆动时，伞状触点端部的内胆导线会间歇性地与球形外壳的凸触点碰触，每次碰触时会产生一个信号传递至主控单元。运动剧烈程度越大，相应地伞状触点与凸触点碰触的间隔时间越短，因而根据此信息便能判断用户的运动状况，从而进一步判断用户的失水程度，在达到需要补充饮水条件时，会主动通过喇叭提醒用户进行运动补水。

所述多元水合还原抗菌材料，制备方法如下：

（1）分别配制浓度为140g/L的硝酸银溶液、硝酸锌溶液和硫酸钠溶液；将三种溶液按质量比0.8: 1.2: 1.2在避光容器中混合，搅拌均匀后得到溶液A。

（2）用浓度为23%的稀盐酸溶液溶解其0.4倍质量的镁，用浓度为25%的稀盐酸溶液溶解其0.4倍质量的锌，得到含有氢气的氯化镁溶液和含有氢气的氯化锌溶液，将氯化镁溶液和氯化锌溶液按质量比0.8: 1.2混合均匀，得到溶液B。

（3）将铜、28wt%的过氧化氢溶液、30wt%的硫酸溶液按质量比1: 3.5: 0.6混合反应，得到溶液C。

（4）将溶液A、溶液B、溶液C按质量比1.5:1.5:1混合，得到混合溶液D，在80℃下保温搅拌6min，然后降温至20℃，向混合溶液D中添加其1.5倍质量的沸石，加热至120℃，充分进行离子交换和吸附后，烘干，得到多元水合还原抗菌材料。

实施例3

实施例1或2的所述多元水合还原抗菌材料，其也可由以下方法制得：

（1）分别配制浓度为160g/L的硝酸银溶液、硝酸锌溶液和硫酸钠溶液；将三种溶液按质量比1.2: 0.8: 0.8在避光容器中混合，搅拌均匀后得到溶液A。

（2）用浓度为25%的稀盐酸溶液溶解其0.5倍质量的镁，用浓度为27%的稀盐酸溶液溶解其0.5倍质量的锌，得到含有氢气的氯化镁溶液和含有氢气的氯化锌溶液，将氯化镁溶液和氯化锌溶液按质量比1.2: 0.8混合均匀，得到溶液B。

（3）将铜、32wt%的过氧化氢溶液、35wt%的硫酸溶液按质量比1:2.5:0.4混合反应，得到溶液C。

（4）将溶液A、溶液B、溶液C按质量比2.5: 2.5:1混合，得到混合溶液D，在140℃下保温搅拌4min，然后降温至35℃，向混合溶液D中添加其2.5倍质量的沸石，加热至140℃，充分进行离子交换和吸附后，烘干，得到多元水合还原抗菌材料。

普通饮用水中的ORP在+200mV以上，甚至可能达到+500mV，这么高的氧化还原电位无法帮助人们清除体内的自由基。而本发明产生的负氢水中，ORP值可以降低到-150mV与-900mV之间，这就可以有效清除氧化性极强的羟自由基（·OH）和过氧亚硝酸根阴离子（ONOO-）了。

本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。